4.5.2. Перетворення змінного струму. Трансформатор

Можливість передавати великі потужності струму на далекі відстані при порівняно незначних втратах відкрилась завдяки винаходу транс­форматора.

Рис. 4.11. Будова трансформатора

Трансформатор - електромагнітний прилад, який перетворює напругу і силу змінного струму. Технічний трансформатор складається з двох (або кількох) обмоток провідника, намотаних на спільне замк­нуте феромагнітне (з м'якого листового заліза) осердя (рис. 4.11). Кінці первинної обмотки (вхід) приєднують до джерела змінного струму, а кінці вторинної об­мотки (вихід) - до лінії передачі струму.

Дія трансформатора базується на яви­щі електромагнітної індукції. Розглянемо процеси, що відбуваються в ненавантаженому трансформаторі, тобто коли вторинна обмотка розімкнута.

Приєднаємо первинну котушку до генератора змінного струму. Котушка трансформатора в колі змінного струму становитиме значний реак­тивний опір , і в її обмотці існуватиме незначний періодично змінний струм. Цей струм утворить в осерді трансформатора такий самий періодично змінний магнітний потік:

. (4.28)

Оскільки осердя замкнуте, то розсіювання ліній магнітної індукції в повітрі незначне і можна вважати, що магнітний потік в осерді однаковий для обох обмоток.

Внаслідок змін магнітного потоку в обох котушках індукувати­меться ЕРС: у первинній - самоіндукції, у вторинній - взаємо­індукції.

Відношення:

(4.29)

називається коефіцієнтом трансформації. При > 1 трансформатор знижувальний,

при < 1 - підвищувальний. У підвищувальному трансформаторі напруга зростає, а струм зменшується, а в знижувальному - навпаки. Один і той самий трансформатор може працювати і як підвищувальний, і як знижувальний, залежно від того, яка обмотка використовується як первинна. При холостому ході (коли до кінці вторинної обмотки не увімкнуто навантаження) в первинній обмотці йде так зва­ний струм холостого ходу.

За допомогою трансформаторів напругу, яку дає генератор змін­ного струму, значно підвищують. У нашій країні формується енер­гетична система з лініями передач змінного струму на напругах 500 000 В, 750 000 В, 1,5 млн В.

На місцях споживання електричної енергії послідовним транс­формуванням напругу зменшують до потрібної - 220 В, 127 В.

У випадку навантаження трансформатора відбувається передача енергії з первинної обмотки у вторинну. За законом збереження і перетворення енергії потужність струму у вторинному колі менша за потужність у первинному на значен­ня втрат потужності в трансформаторі. Втрати енергії на трансформаторах не перевищують 2 - 3 %. Оскільки ККД трансформатора дуже близький до 1, для наближених розрахунків можна знехтувати втратами потужності в трансформаторі.

Рис. 4.12. Схема автотрансформатора

Для кіл невеликої потужності іноді вторинною обмоткою трансформатора роблять частину первинної обмотки або, навпаки, первинною обмоткою - частину вторинної. В цьому випадку трансформа­тор називають автотрансформатором

(рис. 4.12). Один з контактів автотрансформатора часто роблять рухомим, що дає змогу плавно знімати вихідну напругу.