Найти в Дзене
ASUTPP

Изучаем трансформатор: его устройство и принцип действия, виды, потери, КПД и способы его повышения

Трансформатор представляет собой статическое электромагнитное устройство, которое предназначено для преобразования (трансформации) переменного напряжения тока путём его повышения или понижения. Также может использоваться для изменения числа фаз и реже для изменения частоты переменного тока.
Оглавление

Трансформатор представляет собой статическое электромагнитное устройство, которое предназначено для преобразования (трансформации) переменного напряжения тока путём его повышения или понижения. Также может использоваться для изменения числа фаз и реже для изменения частоты переменного тока.

Электрическая энергия обычно передаётся на большие расстояния на напряжении, которое в разы превышает уровень напряжения, используемый бытовыми потребителями. Применение трансформаторов обеспечивает повышение качества процесса передачи электрической энергии и позволяет снижать возникающие в сетях потери.

Устройство и принцип действия

Трансформатор конструктивно состоит из двух (либо более) обмоток и сердечника, который также называют магнитопроводом. Подача напряжения на устройство производится на первичную обмотку, а с вторичной обмотки происходит снятие уже преобразованного напряжения. Обмотки связаны между собой переменным магнитным полем, которое создаётся в сердечнике напряжением, поступающим на первичную обмотку.

-2

Виды трансформаторов

  • силовые;
  • измерительные;
  • малой мощности;
  • импульсные;
  • пик-трансформаторы;
  • автотрансформаторы.

Потери

Передача электроэнергии с первичной обмотки на вторичную неизменно сопровождается потерями.

В трансформаторе отсутствуют вращающиеся компоненты и, соответственно, не возникают механические потери. Однако в агрегате возникают потери в меди обмоток из-за наличия в обмотках электрического сопротивления, а также магнитные потери в стали сердечника из-за возникающих вихревых токов и перемагничивания.

По этим причинам происходит передача не всей энергии, а только большей её части.

Коэффициент полезного действия и способы его повышения

Как любой другой преобразователь энергии, трансформатор имеет коэффициент полезного действия (КПД), характеризующий эффективность его работы.

КПД представляет собой отношение мощности, которую потребляет полезная нагрузка агрегата, к мощности, которую нагруженный трансформатор потребляет из сети. Также коэффициент полезного действия можно выразить через соотношение эффективно использованной энергии к потреблённой энергии из системы.

Поскольку трансформатор является пассивным преобразователем энергии, его коэффициент полезного действия всегда меньше единицы (η <1). Это означает, что мощность, которая потребляется нагрузкой, подключённой к вторичной обмотке всегда меньше, чем мощность, потребляемая нагруженным устройством из системы.

Существует ряд способов повышения КПД, направленных, в первую очередь, на снижение потерь. К примеру, для уменьшения потерь в меди необходимо увеличить сечение проводов обмоток. А уменьшение потерь на перемагничивание можно достичь при использовании для сердечника магнитомягкой стали с определённым составом и структурой.

Для снижения потерь на вихревые токи сбор магнитопровода должен осуществляться из отдельных, изолированных друг от друга стальных брусков. Также в материале магнитопровода в роли присадки может быть использован кремний.