Принцип действия авиационных однофазных трансформаторов

Трансформатор – это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения при неизменной частоте.

В зависимости от назначения трансформаторы принято делить на силовые и трансформаторы специального назначения (рис. 1.1).

Простейший силовой трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода, выполненного из ферромагнитного материала (обычно листовая электротехническая сталь), и двух обмоток ω ₁, ω ₂, расположенных на стержнях магнитопровода (рис. 1.2, а).

Рис. 1.2. Конструкция (а) и условное обозначение трансформатора (б)

Одна из обмоток, называемая первичной ω ₁, присоединяется к источнику переменного тока с напряжением U ₁. К другой обмотке, вторичной ω ₂, подключается нагрузка Z_H. Первичная и вторичная обмотки трансформатора не имеют электрической связи друг с другом, и мощность из одной обмотки в другую передается электромагнитным путем. Магнитопровод, на котором расположены эти обмотки, служит для усиления индуктивной связи между обмотками.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока по ней протекает переменный ток i ₁, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф. Замыкаясь в магнитопроводе, этот поток сцепляется с обеими обмотками и индуцирует в них электродвижущие силы (ЭДС):

в первичной обмотке – ЭДС самоиндукции:

e ₁ = -ω₁ (d Ф/ dt),                                            (1.1)

во вторичной обмотке – ЭДС взаимоиндукции:

e ₂ = -ω₂ (d Ф/ dt),                                            (1.2)

где ω₁ и ω₂ – числа витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

При подключении нагрузки Z_H к выводам вторичной обмотки трансформатора под действием ЭДС e ₂ в цепи этой обмотки создается ток i ₂, а на выводах вторичной обмотки устанавливается напряжение U ₂. Если напряжение, снимаемое с трансформатора, больше подводимого U ₂ > U ₁, то он называется повышающим. В понижающем трансформаторе U ₂ < U ₁.

Из формул (1.1) и (1.2) видно, что ЭДС e ₁ и e ₂, наводимые в обмотках трансформатора, отличаются друг от друга только за счет разного числа витков ω ₁ и ω ₂ обмоток, поэтому, применяя обмотки с требуемым соотношением витков, можно изготовить трансформатор практически на любое отношение напряжений.

Обмотку трансформатора, подключенную к сети с более высоким напряжением, называют обмоткой высшего напряжения (ВН), а обмотку, присоединенную к сети меньшего напряжения, – обмоткой низшего напряжения (НН).

При наличии одной первичной и одной вторичной обмоток трансформатор называют двухобмоточным (см. рис. 1.2). Вторичных обмоток может быть две и более, рассчитанных часто на различные напряжения. В этом случае трансформатор называют многообмоточным.

На рис. 1.2, б показано условное изображение однофазного двухобмоточного трансформатора, применяемое на принципиальных электрических схемах.

В основном трансформаторы используются для преобразования электрической энергии однофазного или трехфазного переменного тока. На основании этого их классифицируют по числу фаз: однофазные и трехфазные.

Примечание. Трансформаторы обладают свойством обратимости: один и тот же трансформатор можно использовать в качестве повышающего и понижающего. Но обычно трансформатор имеет определенное назначение: либо он повышающий, либо – понижающий.

Элементы конструкции