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.
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.