Простой принцип работы трансформатора

Трансформатор – электромагнитное устройство (имеет от двух и более обмоток), предназначенное для повышения, понижения переменного напряжения (практически без потери энергии), силы тока за счёт электромагнитной индукции при этом частота остаётся постоянной. Первый трансформатор изобрел русский электротехник, инженер Яблочков П.Н. в 1876 году для питания свечей. Независимо от Яблочкова П.Н. в 1882 году также изобрел трансформатор русский физик Усагин И.Ф. На рисунке ниже приводится пример советского понижающего трансформатора с 220 вольт на 36 вольт.

Советский трансформатор ОСО-025-У3 0.25 ква 50 Гц

Принцип работы трансформатора

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. От внешнего источника питания на первую обмотку трансформатора подаётся напряжение, протекающей по ней переменный ток создаёт переменный магнитный поток в сердечнике. За счет этого магнитный поток создается ЭДС индукции во второй обмотке трансформатора, подключенной к нагрузке. В целях снижения потерь энергии, затрачиваемые на нагревание токами Фуко (вихревыми токами) сердечника трансформатора, их производят из специальных изолированных друг от друга тонких  пластин стали.

Схема Обозначения трансформатора со стальным сердечником в электрических схемах. Слева 1 — входные характеристики напряжения первичной обмотки, справа 2,3- выходные характеристики вторичных обмоток

  

Общая принципиальная схема трансформатора с двумя обмотками

Формула коэффициента трансформации трансформатора:

U₁ – напряжение на первичной обмотке трансформатора, B;

U₂ – напряжение на вторичной обмотке трансформатора, B;

I₁ – сила тока на первичной обмотке трансформатора, А;

I₂ – сила тока на вторичной обмотке трансформатора, А;

N₁ – число витков на первичной обмотке;

N₂ – число витков на вторичной обмотке.

при k<1 (N₂>N₁),  U₁<U₂ – повышающий трансформатор;
при k>1 (N₂<N₁),  U₁>U₂ – понижающий трансформатор.

Схема повышающего трансформатора

Схема понижающего трансформатора

КПД больших трансформаторов составляет 0,98 и более, мелких — от 0,95 и более.

Для охлаждения мощных трансформаторов применяют минеральное масло.

Трансформаторы делятся на высокочастотные (частота более 100 кГц) без сердечника или с сердечником из высокочастотного феррита и трансформаторы низкочастотные с ферромагнитным сердечником (частота менее 100 кГц). Применяются в электросвязи, радиосвязи, усилителях, телефонной связи и т.д.

Трансформатор широко применяется в электролиниях для передачи энергии на расстояния. Путем повышения напряжения при котором передается ток — уменьшается потеря энергии. При увеличении напряжения в 10 раз, потери уменьшатся в 100 раз. Данное открытие сделал русский электротехник Д.А. Лачинов в 1880 году.

---

Пример

В первом случае, передаем 100 А с напряжением 1000 В, и во втором случае, передаем 10 А с напряжением 10000 В, сопротивлением провода в обоих случаях 5 Ом.

$P_1=I_1U_1=100 А* 1000 В=100кВт$

$P_2=I_2U_2=10 А* 10000 В=100кВт$

Потери при нагревании

$P_1=I_1^{2}R=100^{2} А* 5 Ом=50кВт$

$P_2=I_2^{2}R=10^{2} А* 5 Ом=0,5кВт$

В первом случае потери составляют 50%, а во втором 0,05%