ТРАНСФОРМАТОРЫ

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Общие сведения о трансформаторах

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.
Трансформаторы получили очень широкое практическое применение при передаче электрической энергии на большие расстояния и при распределении этой энергии между различными ее приемниками.
Поперечное сечение проводов линии передачи энергии выбирается в зависимости от силы тока. Этим выбором обусловливается и стоимость проводов, а также потери энергии в них.
Если при одной и той же передаваемой мощности в несколько раз увеличить напряжение, то во столько же раз понизится сила тока, а следовательно, представится возможность применить провода с меньшим поперечным сечением. Это уменьшит расход цветных металлов при сооружении линии и потери мощности в ней.
Поперечные сечения проводов и потери мощности в них определяются следующими выражениями:

так как

где q — поперечное сечение провода, мм²;
I — сила тока, а;
δ — плотность тока, а/мм²;
U — напряжение в линии электропередачи, в;
Р — передаваемая мощность, вт;
Р_л — потери мощности в линии электропередачи, вт;
r — сопротивление провода, ом;
l — длина линии, м;
ρ — удельное сопротивление материала провода, ом·мм²/м.

Таким образом, при неизменной передаваемой мощности поперечное сечение провода и потери мощности в линии обратно пропорциональны напряжению.
Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях синхронными генераторами при напряжении 11 — 18 кв (в некоторых случаях при 30 — 35 кв). Хотя это напряжение очень велико для непосредственного его использования потребителями, однако оно недостаточно для экономичной, передачи электроэнергии на большие расстояния.
Для увеличения напряжения применяют повышающие трансформаторы.
С другой стороны, приемники электрической энергии (лампы накаливания, электродвигатели и т. д. ) в отношении безопасности лиц, пользующихся этими приемниками, рассчитываются на более низкое напряжение (110 — 380 в). Кроме того, высокое напряжение требует усиленной изоляции токоведущих частей, что делает конструкцию аппаратов и приборов очень сложной. Поэтому высокое напряжение, при котором происходит передача энергии, не может непосредственно использоваться для питания приемников, вследствие чего к потребителям энергия подводится через понижающие трансформаторы.
Таким образом, электрическая энергия при передаче от места ее производства к месту потребления трансформируется несколько раз (3 — 4 раза). Кроме того, понижающие трансформаторы в распределительных сетях включаются неодновременно и не всегда на полную мощность, вследствие чего мощности установленных трансформаторов значительно больше (в 7 — 8 раз) мощностей генераторов, вырабатывающих электроэнергию на электростанциях.
На рис. 101 изображена принципиальная схема трансформатора. Для наглядности обмотки его помещены на разных стержнях стального сердечника. В действительности каждая обмотка находится на обоих стержнях так, что половины двух обмоток находятся на левом, а вторые половины — на правом стержне сердечника. При таком расположении обмоток достигается лучшая магнитная связь между ними, вследствие чего уменьшаются потоки рассеяния, которые не участвуют в процессе трансформирования энергии.

Обмотка, включенная в сеть источника электрической энергии, называется первичной; обмотка, от которой энергия подается к приемнику, — вторичной.
Обычно напряжения первичной и вторичной обмоток неодинаковы.
Если первичное напряжение меньше вторичного, то трансформатор называется повышающим, если же первичное напряжение больше вторичного, — понижающим. Любой трансформатор может быть использован и как повышающий, и как понижающий.