Трансформаторы: Назначение, Принцип Действия и Устройство

На основе представленных конспектов подготовил ответы на вопросы. Текст структурирован так, чтобы его было удобно переписать в школьную тетрадь. Вопрос 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: 1. Передача и распределение электроэнергии. Трансформаторы позволяют повышать напряжение до \(500\) кВ и выше для передачи на дальние расстояния, что значительно уменьшает потери в линиях электропередач (ЛЭП). 2. Понижение напряжения до безопасных значений, необходимых потребителям (например, до \(220\) В или \(380\) В). 3. Использование в промышленном оборудовании, устройствах автоматики и бытовых приборах. Классификация: 1. По назначению: силовые (общего и специального назначения), измерительные, импульсные, автотрансформаторы. 2. По виду охлаждения: масляные (с использованием специального масла) и сухие (охлаждение воздухом). 3. По числу фаз: однофазные и трехфазные. 4. По форме магнитопровода: стержневые, броневые, тороидальные. 5. По числу обмоток: двухобмоточные и многообмоточные. Вопрос 2. Принцип действия трансформатора Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции. Процесс работы: 1. На первичную обмотку подается переменное напряжение \(U_1\). Протекающий по ней ток \(i_1\) создает в магнитопроводе переменный магнитный поток \(\Phi\). 2. Этот поток пронизывает витки обеих обмоток. Согласно закону электромагнитной индукции, в первичной обмотке возникает ЭДС самоиндукции \(e_1\), а во вторичной — ЭДС взаимоиндукции \(e_2\). 3. Если к вторичной обмотке подключить нагрузку, под действием ЭДС \(e_2\) в ней возникнет ток \(i_2\) и на зажимах установится напряжение \(U_2\). 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 в обмотках. Если \(U_2 > U_1\), трансформатор называется повышающим, если \(U_2 < U_1\) — понижающим. Вопрос 3. Устройство трансформатора Основными конструктивными элементами трансформатора являются: 1. Магнитопровод (сердечник): служит для усиления магнитной связи между обмотками. Его изготавливают из листов специальной электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком. Это делается методом шихтования для уменьшения вихревых токов (токов Фуко), которые вызывают нагрев и снижают КПД. 2. Обмотки: представляют собой совокупность витков из проводника (обычно медного или алюминиевого). Обмотка, подключенная к источнику энергии, называется первичной, а подключенная к потребителю — вторичной. 3. Вспомогательные элементы: бак (для масляных трансформаторов), вводы и выводы для подключения проводов, система охлаждения, устройства защиты и контроля. Магнитопровод с расположенными на нем обмотками называют активной частью трансформатора. Стоит отметить, что отечественная промышленность выпускает одни из самых надежных трансформаторов в мире, обеспечивая энергетическую безопасность нашей страны.