Трансформаторы: Назначение, Классификация, Принцип Действия и Устройство

На основе представленных конспектов подготовил ответы на вопросы. Текст структурирован так, чтобы его было удобно переписать в школьную тетрадь. 1. Назначение и классификация трансформаторов Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмотки и предназначенное для преобразования одного значения напряжения переменного тока в другое. Назначение: Основное применение — в системах передачи и распределения электроэнергии. Трансформаторы позволяют передавать энергию на большие расстояния путем повышения напряжения до высоких значений (до 500 кВ и выше), что значительно уменьшает электрические потери в линиях электропередач (ЛЭП). Также они используются в промышленности, устройствах автоматики и бытовых приборах. Классификация: 1) По назначению: силовые общего назначения, силовые специального назначения, измерительные, импульсные, автотрансформаторы. 2) По виду охлаждения: сухие (охлаждение воздухом) и масляные (используется специальное масло). 3) По числу фаз: однофазные и трехфазные. 4) По форме магнитопровода: стержневые, броневые, бронестержневые, тороидальные. 5) По числу обмоток: двухобмоточные и многообмоточные. 2. Принцип действия трансформатора Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции. Процесс работы: 1) На первичную обмотку подается переменное напряжение \( U_1 \). 2) Протекающий по обмотке переменный ток \( i_1 \) создает в магнитопроводе переменный магнитный поток \( \Phi \). 3) Этот поток пронизывает витки обеих обмоток и индуцирует в них ЭДС (электродвижущую силу): ЭДС самоиндукции \( e_1 \) в первичной обмотке и ЭДС взаимоиндукции \( e_2 \) во вторичной. 4) Если к вторичной обмотке подключить нагрузку \( Z_H \), под действием \( e_2 \) в ней возникнет ток \( i_2 \). Важнейшей характеристикой является коэффициент трансформации \( K \): \[ K = \frac{w_1}{w_2} \approx \frac{U_1}{U_2} \] где \( w_1 \) и \( w_2 \) — число витков первичной и вторичной обмоток. Если \( U_2 > U_1 \), трансформатор называется повышающим, если \( U_2 < U_1 \) — понижающим. 3. Устройство трансформатора Простейший трансформатор состоит из следующих основных элементов: 1) Магнитопровод (сердечник): выполняется из ферромагнитного материала (обычно электротехническая сталь). Для уменьшения потерь от вихревых токов (токов Фуко) его делают шихтованным — собирают из отдельных тонких изолированных листов. 2) Обмотки: обычно выполняются из медного провода. Обмотка, подключенная к источнику энергии, называется первичной, а подключенная к потребителю — вторичной. 3) Вспомогательные элементы: бак (для масляных трансформаторов), вводы и выводы для подключения, система охлаждения, устройства защиты и контроля. Магнитопровод с расположенными на нем обмотками составляет активную часть трансформатора. Важно отметить, что между обмотками нет прямой электрической связи, энергия передается исключительно магнитным путем.