6.1. Устрій однофазного трансформатора напруги.

Схематичне зображення устрою трансформатора показано на рис. 6.1.

На сталевому замкнутому магнітопроводі, складеному з окремих ізольованих листів електротехнічної сталі¹, розміщені дві обмотки з ізольованої мідної проволоки.

Обмотка, що з’єднана з джерелом живлення, має назву первинної. Обмотки, що живлять навантаження, називають вторинними. Всі величини, що відносяться до первинної обмотки, прийнято позначати індексом (₁). Наприклад, кількість витків w₁, напруга на клемах обмотки U₁, струм в колі I₁ і так далі. Ті ж величини, що відносяться до вторинної обмотки мають нижній індекс (₂) – w₂, U₂, I₂. Верхній індекс позначає, у разі кількох вторинних кіл, номер кола.

При побудові умовних графічних позначень трансформаторів на електричних схемах встановлено три способи побудови: спрощений однолінійний, спрощений багатолінійний (форма 1) і розгорнутий (форма 2). У спрощених позначеннях обмотки трансформаторів зображують у вигляді кіл, а у розгорнутих зображеннях – у вигляді ланцюжків півкіл.

Приклади умовних позначень деяких трансформаторів:

Найменування виробу	Форма 1 (спрощена)		Форма 2 (розгорнута)
	однолінійна	багатолінійна
Трансформатор однофазний з магнітопроводом
Трансформатор однофазний з магнітопроводом триобмотковий з відведенням від середньої точки однієї обмотки
Трансформатор трифазний з магнітопроводом двообмотковий із з’єднанням обмоток зірка–зірка з виведеною нейтральною точкою		або
Трансформатор трифазний з магнітопроводом триобмотковий із з’єднанням обмоток зірка–трикутник–зірка з виведеною нейтральною точкою

Мета вивчення трансформаторів – отримати залежності між величинами напруг і струмів в первинній і вторинній обмотках трансформатора, встановити енергетичні співвідношення.

Н а рис. 6.1 показано устрій однофазного трансформатора. Представимо цей устрій у вигляді електричної схеми у відповідності до прийнятих умовних графічних позначень (рис. 6.2). Це – схема (графічне зображення) навантаженого трансформатора. На ній показані лише чотири параметри (U₁, U₂, I₁, I₂), які пов’язані із магнітними потоками Ф_1σ, Ф₀, Ф_2σ та іншими величинами, що характеризують магнітопровід і навантаження. Одразу розібратися у складному комплексі взаємодій між величинами досить складно. Тому вивчення роботи навантаженого трансформатора доцільно здійснювати поетапно:

1 етап. Первинна обмотка трансформатора розглядається як котушка без магнітопроводу (сердечника).

2 етап. Первинна обмотка трансформатора розглядається як котушка із магнітопроводом.

3 етап. Первинна і вторинна обмотки розглядаються як дві котушки на спільному магнітопроводі.

4 етап. Навантажений трансформатор.

Етап 1. Отже, первинна обмотка, тобто котушка індуктивності, характеризується певними активним (r₁) і індуктивним (x₁) опорами. Еквівалентна схема первинної обмотки і відповідна векторна діаграма представлені на рис. 6.3.

Рис. 6.3.

Звертаємо увагу на те, що в котушці без сердечника весь магнітний потік Ф_σ є потоком розсіяння, тобто потоком, який замикаються через повітря при цьому перетинаючи витки котушки, створює в ній ЕРС самоіндукції Е_1σ, і, як видно із векторної діаграми завжди співпадає за фазою зі струмом котушки (нагадуємо, що , тобто магнітний потік Ф пропорційний струму І, і між ними відсутній зсув фаз).

Етап 2. При розміщенні котушки на сердечнику магнітний потік розділяється на потік, що замикається через магнітопровід Ф₀ і потік розсіяння Ф_1σ. Потік Ф₀ створює в магнітопроводі (сердечнику) втрати на вихрові струми та втрати на перемагнічування магнітопроводу.

Крім того, потік Ф₀ у витках первинної обмотки індукує електрорушійну силу (–Е₁).

Еквівалентна паралельна схема заміщення котушки із сердечником та відповідна векторна діаграма показані на рис. 6.4.

Як видно, в еквівалентній схемі котушки із сердечником з’явились нові компоненти – r₁₀ і x₁₀, які називаються відповідно опір втрат в сталі і індуктивність намагнічування. Для останньої схеми можна записати очевидні співвідношення (за законами Кірхгофа):

Рис. 6.4.

Із векторної діаграми котушки із сердечником видно, що між векторами магнітних потоків Ф₀ і Ф_1σ з’явився кут δ, який називається кутом втрат у сталі трансформатора. Він зумовлений активною складовою струму – .

Етап 3 – котушка з сердечником і із вторинною обмоткою.

Рис. 6.5.

Якщо на магнітопроводі розмістити ще і вторинну обмотку, то ніякої зміни в системі не відбудеться. З’явиться лише додаткова ЕРС вторинної обмотки Е₂. Еквівалентна схема для цього випадку і відповідна векторна діаграма показані на рис. 6.5.

Котушка із сердечником і вторинною обмоткою по суті є трансформатором, що працює на холостому ходу.