4.1 Загальні поняття.
4.2 Будова та принцип дії трансформатора.
4.3 Трифазні трансформатори. Групи з’єднання обмоток трансформаторів.
4.4 Спеціальні трансформатори.
4.1 Загальні поняття
Трансформатор – це статичний електромагнітний пристрій, призначений для перетворювання змінних напруги і струму за величиною із збереженням їх частоти f.
Застосування: різноманітні галузі електротехніки, радіотехніки, електроніки, в пристроях вимірювання, автоматичного керування та регулювання.
Класифікація:
1. За особливостями конструкції й використання:
– силові – найбільш поширені;
– зварювальні;
– вимірювальні;
– спеціальні.
2. За числом фаз:
– однофазні;
– трифазні.
Кожна фаза трансформатора має первинну обмотку (до неї підводиться енергія від джерела) та вторинну обмотку (з неї енергія надходить до споживача).
Вторинних обмоток у трансформатора може бути декілька. В цьому випадку трансформатор називається багатообмотковим. Таким чином, однофазний трансформатор має як мінімум дві обмотки, трифазний – шість.
4.2 Будова та принцип дії трансформатора
Основними частинами трансформатора є:
– магнітопровід;
– обмотка;
– система охолодження (для трансформаторів великої потужності).
Магнітопровід виготовляється з листової електротехнічної сталі. При частоті струму до 150 Гц – товщина листів 0,35 – 0,5 мм. Частина магнітопровода, на якому розміщені обмотки, називається стрижнем, інша (що замикає магнітопровід) – ярмом.
Обмотки трансформатора. Як правило, це циліндричні котушки з мідного (алюмінієвого) ізольованого дроту круглого або прямокутного перерізу.
Первинна та вторинна обмотки, звичайно, розміщуються на одному стрижні: обмотка низької напруги (НН) розміщується ближче до стрижня, а вищої напруги (ВН) – зовні.
Робочий режим – це робота трансформатора при під’єднаних споживачах. При цьому виникає струм у вторинній обмотці 
; чим він більший, тим більше навантаження.
Рисунок 4.1 – Схема навантаженого трансформатора
| Магніторушійні сили (МРС) первинної та вторинної обмоток (ампервитки) – направлені зустрічно.
| |
При живленні первинної обмотки від джерела синусоїдальної напруги U1 струм первинної обмотки і1 викликає в магнітопроводі синусоїдальний магнітний потік Ф, який, пронизуючи обмотки з кількістю витків W1 та W2, збуджує в них (згідно із законом електромагнітної індукції) ЕРС е1 і е2.
Коефіцієнт трансформації (n) – це відношення номінальної вищої напруги трансформатора до номінальної нижчої напруги.
Знижувальний трансформатор: 
; 
. Підвищувальний трансформатор: U1 < U2; 
, тобто 
.
Коефіцієнт навантаження трансформатора 
.
Рівняння балансу потужності в колі з трансформатором таке:
, (4.1)
де 
– активна потужність, що надходить із мережі (від джерела);
– активна потужність споживачів;
– сумарна потужність утрат у трансформаторі;
– потужність утрат у сталі (не залежить від навантаження);
– потужність утрат у міді (залежать від навантаження).
Коефіцієнт корисної дії трансформатора (ККД)
. (4.2)
4.3 Трифазні трансформатори. Групи з’єднання обмоток трансформаторів
Трансформування в трифазному колі здійснюється:
– трьома однофазними трансформаторами;
– одним трифазним трансформатором (це економічніше ніж використання 3-ох однофазних).
У цих випадках обмотки ВН та НН можуть з’єднуватись «зіркою» ( 
) або «трикутником» ( 
).
Приклад схем з’єднання
«зірка / зірка»; 
«зірка / трикутник».
Розглянемо схему з’єднання трансформатора 
(рис. 4.2).
Рисунок 4.2 – Схема з’єднання обмоток трансформатора
Топографічна діаграма фазних та лінійних напруг такого з’єднання така (рис. 4.3):
Рисунок 4.3 – Топографічна діаграма з’єднання обмоток трансформатора
Напруги 
та 
; 
і 
; 
та 
збігаються за фазою. За іншої схеми з’єднання обмоток (рис. 4.4) фазні й лінійні напруги знаходяться в протифазі (рис. 4.5).
Рисунок 4.4 – Схема з’єднання обмоток трансформатора
Кут зсуву фаз між лінійними однойменними напругами визначає групу з’єднання обмоток. Цей кут записується відповідно до орієнтації стрілок годинника.
Рисунок 4.5 – Топографічна діаграма з’єднання обмоток трансформатора
Якщо хвилинну стрілку орієнтувати до цифри 12 (0), а годинну – до однієї із цифр 1, 2, 3... 11, 12 (0), то одержимо відповідний кут, або групу з’єднань (рис. 4.6).
Рисунок 4.6 – Визначення групи з’єднання обмоток
Для випадку №1 маємо: годинникова стрілка, як і хвилинна, показує цифру 12 (0), форма запису – 0.
Для випадку №2 маємо: годинникова стрілка напрямлена до цифри 6, форма запису – 6.
4.4 Спеціальні трансформатори
4.4.1 Трансформатори для дугового електрозварювання
Для забезпечення якісного зварювання струм повинен залишатися практично не змінним. За цієї умови забезпечується стійке горіння дуги.
Для одержання такого струму зовнішня характеристика трансформатора повинна різко падати (рис. 4.7).
Рисунок 4.7 – Зовнішня характеристика трансформатора
У режимі холостого ходу напруга 
, а при номінальному струмі – близько 
.
Рисунок 4.8 – Електросхема трансформатора
При короткому замиканні дросель обмежує струм дуги та трансформатора.
4.4.2 Автотрансформатори
Автотрансформатори (АТ)відрізняються від звичайних трансформаторів тим, що обмотки АТ мають не тільки магнітний, але і гальванічний зв’язок.
Розглянемо схеми автотрансформатора (рис. 4.9).
Рисунок 4.9 – Автотрансформатори
При нехтуванні падінням напруги в обмотках для обох АТ коефіцієнт трансформації становить
. (4.3)
Площа перерізу дроту та габарити АТ менші, ніж трансформатор тієї ж потужності. Чим 
ближче до 1, тим АТ вигідніший, ніж звичайний трансформатор. Як правило, для автотрансформатора 
.
Недолік автотрансформатора – наявність гальванічного зв’язку між обмотками, що вимагає відповідної ізоляції для організації безпеки обслуговування.
