Типы и принцип работы трансформатора. Что такое трансформатор. Потери от вихревых токов

При работе любой электрической схемы требуется изменение значений напряжения и тока. Если разница между величинами небольшая, задача решается с помощью резисторов.

Однако при сильном разбросе параметров, выделяется значительное количество тепла. К тому же такой способ приводит к потерям мощности, КПД прибора снижается.

Эффективным преобразователем тока или напряжения является трансформатор. Изменение величины напряжения происходит практически без потерь, энергия передается линейно, с сохранением входной и выходной мощности.

Важно! Преобразование может происходить в любую сторону. Существуют понижающие и повышающие трансформаторы.

Для чего нужен трансформатор?

Основное назначение – снижение напряжения при организации питания электроприборов. Централизованное энергоснабжение дает на входе величину 220 или 380 вольт.Строить электрические схемы при таких величинах нерационально и опасно. Требуется организация защиты, размер элементов и проводников будет слишком большим. Поэтому на входе в большинстве приборов монтируется блок питания с понижающим трансформатором.
Еще одно применение – транспортировка электроэнергии. По закону Ома, чем выше напряжение в проводнике, тем меньше величина тока, протекающего по цепи (при сохранении мощности). Меньше нагрев проводов, соответственно меньше потерь.По линиям электропередач передается напряжение в десятки киловольт. С помощью понижающих трансформаторов на подстанциях, эта величина снижается до приемлемых 600 В.

Затем происходит вторая ступень преобразования – три фазы 380 В и однофазное питание 220 В.

С помощью трансформатора (снова вспоминаем закон Ома) можно работать с большими токами, при невысокой входной мощности. Пример – сварочный аппарат.

При входной мощности 5 кВт (это достаточно много) и напряжении 220 вольт, сила тока может достигать 20 ампер. Для сварочных работ этого недостаточно.

Если преобразовать напряжение до величины 18-24 вольта, сила тока (при сохранении мощности) достигнет 200 ампер. Такие токи могут образовывать сварочную дугу и плавить металл.

Вопрос, что такое трансформатор, для опытных и даже начинающих электриков совершенно простой. Но обычные обыватели, которые с электрикой не дружат, даже и не представляют, как выглядит трансформатор, для чего он необходим, а тем более, не осведомлены о его конструкции и принципе работы. Поэтому в этой статье будем разбираться с этим прибором, рассмотрим вопрос, а можно ли сделать трансформатор своими руками, и так далее. Итак, трансформатор – это электромагнитное устройство, которое может изменять напряжение переменного тока (увеличивать или уменьшать).

Итак, конструкция трансформатора достаточно проста и состоит из сердечника и двух катушек из медной проволоки. В основе принципа работы лежит электромагнитная индукция. Чтобы вы поняли, как работает этот прибор, рассмотрим, как магнитное поле, образуемое в катушках (обмотках) устройства, изменяет показатель напряжения.

Подаваемый на первую обмотку электрический ток (он переменный, поэтому изменяется по направлению и величине) образует в катушке магнитное поле (оно также переменное). В свою очередь магнитное поле образует во второй катушке электрический ток. Такой своеобразный обмен параметрами. Но просто так изменение напряжения не произойдет, оно зависит от того, сколько витков медной проволоки в каждой обмотке. Конечно, величина изменения магнитного поля (скорость) также влияет на величину напряжения.

Что касается количества витков, то получается так:

если число витков в первичной катушке больше, чем во вторичной, то это понижающий трансформатор;
и, наоборот, если количество витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной, то это повышающий трансформаторный прибор.

Поэтому существует формула, которая определяет так называемый коэффициент трансформации. Вот она:

k=w1/w2, где w – это число витков в катушке с соответствующим номером.

Внимание! Любой трансформатор может быть и понижающим, и повышающим, все зависит от того, к какой обмотке (катушке) подсоединяется питающий кабель сети переменного тока.

И еще один момент, касающийся устройства. Это сердечник трансформатора. Все дело в том, что существуют разные виды этого устройства, в которых сердечник присутствует или отсутствует.

Так вот, в тех видах, где сердечник трансформатора отсутствует или изготовлен из феррита или альсифера называются высокочастотными (выше 100 кГц).
Приборы с сердечником из стали, феррита или пермаллои – низкочастотные (ниже 100 кГц).

Первые используются в радио- и электросвязи. Вторые в для усиления звуковых частот, к примеру, в телефонии. Со стальным сердечником используется в электротехнике (в бытовых приборах в том числе).

Условные обозначения и параметры

Приобретая трансформатор, необходимо понимать, что написано на его корпусе или в сопроводительных документах. Ведь существует определенная маркировка трансформаторов, которые определяют его назначение. Основное, на что необходимо обратить внимание, до какого показателя этот прибор может снизить напряжение. К примеру, 220/24 говорит о том, что на выходе получится ток напряжением 24 вольта.

А вот буквенные обозначения чаще всего говорят о типе устройства. Кстати, имеется в виду буквы, стоящие после цифр. К примеру, О или Т – одно- или трехфазный соответственно. То же самое можно сказать о количестве обмоток, о типе охлаждения, о способе и месте установки (внутренние, наружные и прочее).

Что касается параметров трансформатора, то существует определенный стандартный ряд, который и определяет характеристики прибора. Их несколько:

Напряжение в первичной катушке.
Напряжение во вторичной катушке.
Первичная сила тока.
Вторичная сила тока.
Общая мощность аппарата.
Коэффициент трансформации.
Коэффициент мощности и нагрузки.

Есть так называемая внешняя характеристика трансформатора. Это зависимость вторичного напряжения от вторичной силы тока, при условии, что сила тока первичной обмотки будет номинальной, а cos φ= const. По-простому – чем выше сила тока, тем ниже напряжение. Правда, второй параметр изменяется всего лишь на несколько процентов. При этом внешняя характеристика трансформатора определяется относительными характеристиками, а именно коэффициентом загрузки, который определяется по формуле:

K=I2/I2н, где второй показатель силы – это сила тока при номинальном напряжении.

Конечно, характеристики трансформатора – это достаточно большой ряд всевозможных показателей, от которых зависит сама работа прибора. Здесь и мощность потерь, и внутреннее сопротивление в обмотке.

Как сделать самостоятельно

Итак, как сделать трансформатор самому? Зная, принцип работы установки и его конструктивные особенности, можно собрать своими руками простейший аппарат. Для этого вам понадобится любое металлическое кольцо, на котором надо накрутить два участка обмотки. Самое важно – обмотки не должны касаться друг друга, а место их намотки не зависит конкретно от их расположения. То есть, они могут быть размещена напротив друг друга или рядом. Важно – даже небольшое расстояние между ними.

Внимание! Трансформатор работает только от сети переменного тока. Так что не стоит подключать к вашему устройству батарейку или аккумулятор, где присутствует ток постоянный. Работать от этих источников электроэнергии он не будет.

Как уже было сказано выше, количество витков в обмотках определяет, какой прибор вы собираете – понижающий или повышающий. К примеру, если вы на первичной обмотке соберете 1200 витков, а на вторичной всего лишь 10, то на выходе вы получите напряжение 2 вольта. Конечно, при подключении первичной катушки к напряжению 220-240 вольт. Если фазировка трансформатора будет заменена, то есть, провести подсоединение 220 вольт к вторичной обмотке, то на выходе первичной получится ток напряжением 2000 вольт. То есть, к назначению трансформатора надо подходить осторожно, учитывая тот самый коэффициент трансформации.

Как правильно подключить

Что касается монтажа трансформатора, особенно его понижающего типа в быту дома, то необходимо знать некоторые нюансы проводимого процесса.

Во-первых, это касается самого устройства. При монтаже трансформатора иногда появляется необходимость подключения не одного потребителя, а сразу нескольких. Поэтому обращайте внимание на количество выходных клемм. Конечно, необходимо знать, что суммарная потребляемая мощность потребителей не должна быть больше мощности самого трансформаторного устройства. Во всяком случае, специалисты рекомендуют, чтобы второй показатель был всегда больше первого на 15-20%.
Во-вторых, подключение трансформатора производится электрической проводкой. Так вот ее длина и до прибора, и после не должна быть очень большой. К примеру, понижающий аппарат для светодиодного освещения предполагает наличие проводки от него до светильников не больше двух метров. Это позволит избежать больших потерь мощности.

Внимание! Нельзя процесс монтажа трансформатора проводить и в том случае, если потребляемая мощность потребителей будет меньше мощности самого агрегата.

В-третьих, место установки электрического понижающего прибора должно быть выбрано правильно. Самое важное, чтобы до него всегда можно было бы добраться просто, особенно когда есть необходимость провести демонтаж со следующей заменой и монтажом трансформатора. Поэтому перед тем как подключить трансформатор, необходимо определиться с его местом установки.

Схема замещения

Буквально несколько слов о том, что такое схема замещения трансформатора. Начнем с того, что две катушки соединены между собой магнитным полем, поэтому проанализировать работы трансформатора, а тем более его характеристики, очень сложно. Поэтому для этих целей сам прибор заменяют моделью, которая и называется схема замещения трансформатора.

По сути, все переводится на математический уровень, а точнее, в уравнения (токов и электрического состояния). Здесь важно, чтобы все уравнения, касающиеся прибора и его модели, совпадали. Кстати, для многих схема замещения трансформатора достаточно сложна, поэтому существует упрощенный вариант, в котором нет тока холостого хода, ведь на него приходится незначительная часть.

Фазировка

Фазировка трансформатора – это испытание его выходов, когда в одну цепь подключены несколько приборов параллельно. Ведь обязательное условие эффективной работы цепи с отсутствием больших потерь мощности – это правильное соединение фаз между собой, чтобы образовался замкнутый контур.

Если фазы не совпадут, то падает мощности и растет нагрузка. Если не совпадает чередование фаз, то произойдет короткое замыкание.

Заключение по теме

Итак, был сделан небольшой обзор всего, что касается трансформаторных установок, поэтому будем считать, что вопрос, зачем нужны трансформаторы, исчерпан, хотя и не полностью. Об этом приборе можно говорить долго. К примеру, самые простые варианты: как разобрать трансформатор, как прозвонить его, как подключить или демонтировать самому дома.

Содержание:

Стандартный трансформатор является статическим электромагнитным устройством с двумя и более обмотками, индуктивно связанными между собой посредством магнитопровода. Его основная функция заключается в преобразовании одного значения напряжения в другое, с сохранением одной и той же частоты. Трансформатор в электрических цепях применяется в самых различных областях. Он используется для передачи электроэнергии, а также в электронных и радиотехнических схемах.

Что такое трансформатор

По своей сути, трансформатор является преобразователем электрического тока. Для изменения напряжения используется .

Основные принципы работы данных устройств заключаются в следующем:

Электрический ток изменяется во времени и создает магнитное поле, подверженное аналогичным изменениям.
Измененный магнитный поток, проходящий через обмотку трансформатора, вызывает появление в ней электромагнитной индукции. Некоторые устройства с высокими или сверхвысокими частотами могут не иметь магнитопровода. В идеальном варианте не должно быть потерь электроэнергии, расходуемой на потоки рассеивания и нагрев обмоток.

Трансформаторы могут работать в различных режимах:

Холостой ход. В данном случае вторичная цепь устройства разомкнута и ток по ней не проходит. Компенсация напряжения источника питания происходит за счет компенсации электродвижущей силы индукции в первичной обмотке.
Режим нагрузки. Вторичная цепь находится в замкнутом состоянии. В ней появляется ток, под действием которого в магнитопроводе возникает магнитный поток. Он действует в противоположном направлении относительно магнитного потока, возникающего в первичной обмотке. Равновесие ЭДС индукции с источником питания оказывается нарушенным. В результате, ток в первичной обмотке будет увеличиваться, пока значение магнитного потока не выйдет на прежний уровень. Это основной рабочий режим для любого трансформатора.
В режиме короткого замыкания вторичная цепь замыкается накоротко. Данное состояние позволяет определить, насколько теряется полезная мощность трансформатора при нагреве проводов. Подача небольшого переменного напряжения осуществляется на первичную обмотку. Его величина должна быть одинаковой с номинальным током устройства.

Из чего состоит трансформатор

Основой каждого трансформатора является замкнутый сердечник, выполняющий функцию магнитопровода. Для его изготовления применяется электротехническая сталь в виде листов, толщиной 0,35 - 0,5 мм. На магнитопровод наматываются изолированные медные провода.

Участки сердечника с обмотками носят название стержней, а те, которые без обмоток, называются ярмами. Обмотка, на которую поступает электроэнергия, именуется первичной. Другая обмотка, из которой выходит преобразованный ток, называется вторичной. Они обе разделены между собой путем электрической изоляции, кроме автоматических трансформаторов.

Величины каждой обмотки определенным образом соотносятся между собой. Например, отношение напряжения между концами первичной и вторичной обмотки такое же, как и соотношение количества витков в этих обмотках.

В процессе работы трансформатора электрическая энергия, поступающая из сети в первичную обмотку, преобразуется в магнитное поле. Далее, попадая во вторичную обмотку, энергия магнитного поля вновь превращается в электроэнергию с такой же частотой, но с другим значением. На практике таких показателей достичь невозможно, поскольку КПД устройства всегда меньше единицы, поскольку имеют место потери энергии при нагреве обмоток и стержней. Если трансформатору обеспечен нормальный режим работы, то в этом случае КПД может составить даже 0,98 - 0,99.

Виды трансформаторов

Современные трансформаторные устройства имеют множество разновидностей и применяются в самых различных областях.

Силовые трансформаторы

Передача электроэнергии на расстояние осуществляется с помощью силовых трансформаторов. Эти низкочастотные приборы выполняют ее прием и преобразование. Название силовых они получили из-за работы с напряжением, которое может достигать более 1000 киловольт.

Импульсные трансформаторы

Многие устройства, например, сварочные аппараты, сетевые блоки питания, инверторы и другие аналогичные устройства не могут обойтись без импульсных трансформаторов. Основным конструктивным элементом стандартного прибора служит ферритовый сердечник, представленный большим количеством разнообразных форм. Их главным преимуществом является способность работы на частоте 500 кГц и выше.

Поскольку данное устройство относится к высокочастотным трансформаторам, его габаритные размеры существенно снижаются с увеличением частоты. Обмотки требуют меньшего количества проводов, а высокочастотный ток в первичной цепи вырабатывается за счет применения полевых или биполярных транзисторов.

Маркировка трансформаторов

Очень многие пользователи не всегда обращают внимания на маркировку трансформаторов, а некоторые просто не умеют правильно ее расшифровывать. Основные конструкции маркируются как ТМ, ТМЗ, ТСЗ, ТСЗС, ТРДНС, ТМН, ТДН, ТДНС и так далее.

Буквенные обозначения соответствуют следующим характеристикам:

Т - трехфазное устройство.
Р - разделение обмотки низкого напряжения на две части.
С - сухой трансформатор.
М - наличие масляного охлаждения с естественной циркуляцией.
Ц - принудительная циркуляция воды и масла. Вода циркулирует по трубам, а масло течет между ними в виде ненаправленного потока.
МЦ - циркуляция воздуха - естественная, а масло циркулирует принудительно, ненаправленным потоком.
Д - движение масла принудительное, а воздуха - естественное.
ДЦ - принудительное движение воздуха и масла.
Н - регулировка напряжения осуществляется под нагрузкой.
С - если проставлена в конце маркировки, значит трансформатор используется для собственных нужд электростанции.
З - трансформатор без расширителя, герметичный, с азотной подушкой.

Трансформаторы с тремя обмотками маркируются как ТМТН, ТДТН, ТДЦТН, где на три обмотки указывает вторая буква Т. Наличие буквы А указывает на автотрансформатор, О - однофазное устройство, Г - грозоупорная конструкция.

Кроме того, в маркировке указывается класс напряжения, применяемый в работе, режим и условия функционирования, а также точная конструкция устройства. Номинальная мощность и класс напряжения проставляется после буквенной маркировки через дефис. Обозначение имеет вид дроби, где числитель является номинальной мощностью в киловольт-амперах, а знаменатель соответствует классу напряжения в киловольтах.

Применение трансформатора

Недостаточно только выработать электрическую энергию. Не меньшую сложность представляет ее передача на значительные расстояния и дальнейшее распределение среди потребителей. И здесь не обойтись без специальных аппаратов - трансформаторов, выполняющих повышение или понижение напряжения.

Каждый трансформатор в электрических цепях может применяться на открытом воздухе или внутри помещений. Эти устройства дали возможность передачи электроэнергии с минимальными потерями в проводах, за счет уменьшенной площади сечения.

Высокое напряжение, поступающее со станции, не может напрямую поставляться потребителям. Поэтому на входе производится установка понижающих трансформаторов. Они доводят ток до нужного значения, при котором нормально функционирует оборудование и бытовая техника.

Силовой трансформатор - трансформатор, который используют для преобразования энергии в электрических сетях, а также установках, которые используют для работы с электрической энергией.

Трансформатор с соединенными напрямую первичной и вторичной обмоткой, что обеспечивает им одновременно и электрическую, и электромагнитную связь. Как правило, обмотка трансформатора обладает минимум 3 выводами, подключение к которым позволяет получить разные напряжения. Одним из основных преимуществ такого типа трансформаторов является высокий КПД (так как преобразовывается лишь часть мощности). К недостаткам относится отсутствие электрической изоляции между первичной и вторичной цепью.

Измерительные трансформаторы применяются в установках переменного тока и служат в целях изоляции цепей измерительных приборов и реле от сети высокого напряжения, а также в целях расширения пределов измерения измерительных приборов. Если бы включение измерительных приборов осуществлялось непосредственно в цепь высокого напряжения, то каждый из приборов мог бы стать попросту опасным для прикосновений. Во избежание этого конструкцию приборов пришлось бы значительно усложнить, так как сечение токоведущих частей должно было бы справляться с большими токами, а их изоляция - справляться с высоким напряжением.

Измерительные трансформаторы можно разделить на два типа: трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Благодаря их использованию появляется возможность эксплуатации одних и тех же устройств со стандартными пределами измерения.

В случае с измерительным трансформатором тока происходит преобразование большого тока в малый, а в случае с измерительным трансформатором напряжение осуществляется изменение высокого напряжения в низкое.

Трансформатор, который используют в целях снижения первичного тока до отметки, применяемой в цепях измерения, управления, защиты и сигнализации. Вторичная обмотка обладает номинальным значением 1А и 5А. Включение первичной обмотки осуществляется в цепь с измеряемым переменным током. В свою очередь, во вторичную подключают измерительные приборы. Ток, который проходит по вторичной обмотке, пропорционален току, который проходит в первичной обмотке на коэффициент трансформации.

Трансформатор, который используют в целях преобразования высокого напряжения в более низкое в цепях, в измерительных цепях, а также цепях РЗиА. Благодаря использованию трансформатора появляется возможность изоляции логических цепей защиты и измерительных цепей от цепей высокого напряжения.

Импульсный трансформатор

Трансформатор, который используют в целях преобразования импульсных сигналов, чья длительность доходит до десятков микросекунд, с максимальным сохранением формы импульса. Обычно его применяют в тех случаях, когда требуется передача прямоугольного электрического импульса. Он трансформирует кратковременные видеоимпульсы напряжения, периодическое повторение которых сопровождается высокой скважностью. Как правило, главные требования, которые предъявляются к ИТ, включают в себя передачу формы трансформируемых импульсов напряжения в неискаженном виде. Кроме этого, во время воздействия на вход ИТ того или иного вида напряжения необходимо получить на выходе тот же самый импульс напряжения (в крайнем случае, другой полярности или амплитуды).

Разделительный трансформатор

Трансформатор, у которого первичная обмотка электрически никак не связана со вторичными обмотками. Основное предназначение силовых разделительных трансформаторов заключается в повышении безопасности электросетей, требования к которой возрастают в случае касаний земли, а также токоведущих и нетоковедущих частей, находящихся под напряжением в результате повреждения изоляции. Гальваническая развязка электрических цепей обеспечивается за счет сигнальных разделительных трансформаторов.

Пик-трансформатор

Трансформатор, который преобразует напряжение, имеющее синусоидальную форму, в импульсное напряжение, полярность которого изменяется через каждую половину периода.

Трансформаторы с минимальным и нормальным магнитным рассеянием

Трансформаторы СТЭ характеризуются тем, что их обмотка обладает минимальным магнитным рассеянием. При этом сила тока регулируется за счет винтового механизма дросселя, вынесенного отдельно.

Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием в чем-то схожи с предыдущими. Основное различие между ними заключается в том, что присутствует дополнительная реактивная катушка, которая находится на главных стержнях магнитного сердечника и обмотке дросселя. Дроссель устанавливают на магнитный сердечник, при этом сила тока регулируется точно таким же образом, что и при работе с трансформатором СТЭ.

Трансформаторы с повышенным магнитным рассеянием

Главное отличие трансформаторов с повышенным магнитным рассеянием от трансформаторов с низким и нормальным рассеянием заключается в наличии подвижной конструкции шунтов и обмоток. Благодаря такому подходу можно получить более высокие рабочие характеристики независимо от массы самого трансформатора.

Среди трансформаторов с повышенным магнитным рассеянием можно найти модели с подвижными обмотками, к примеру, трансформаторы ТСК-300, ТД-300, ТС-500. Кроме этого, существуют модели, у которых имеются подвижные магнитные шунты (ТДМ-317 и СТШ-250). Также можно отметить модели с неподвижными подмагничивающими шунтами и обмотками (ТДФ-2001 и ТДФ-1001) и конструкции со сложной магнитной коммутацией (ВД-306 и ВДУ-506). На сегодняшний день чаще всего используются модели трансформаторов ТД и ТС, а также их модификации ТДЭ и ТДМ.

Также стоит отметить тиристорные трансформаторы, работа которого основана фазовом регулировании силы тока за счет тиристоров, которые осуществляют преобразование поступающего переменного тока в знакопеременные импульсы. Сначала такие трансформаторы, из-за нестабильности горения дуги, применялись исключительно при контактной и шлаковой сварке. Однако, по мере развития полупроводниковых технологий тиристорные сварочные трансформаторы претерпели определенные изменения и стали одними из лучших аппаратов, которые отлично подходят не только для шлаковой и точечной сварок, но и ручной дуговой.

Что такое трансформатор . Начиная с 1830-х годов, трансформаторы стали важным компонентом в электрических и электронных схемах. И, несмотря на то, что новые передовые технологии в области электроники позволили снизить потребность в трансформаторах, они по-прежнему востребованы в различных устройствах.

Принцип работы трансформатора

Работа трансформатора основана на принципах электромагнетизма, и это позволяет уменьшать или увеличивать напряжения переменного тока. Опыты Майкла Фарадея в 19 веке показали, что изменения тока в проводнике (например, первичная обмотка трансформатора) влияет на изменение магнитного поля вокруг этого проводника. Если другой проводник (вторичная обмотка) находится непосредственно в области меняющегося магнитного поля, то в нем будет происходить наводка напряжения.

Коэффициент трансформации

Фарадей также подсчитали, что напряжение, индуцированное во вторичной обмотке будет иметь величину, которая зависит от коэффициента трансформации самого трансформатора. То есть, если вторичная обмотка имеет половину витков от числа витков первичной обмотки, то напряжение на вторичной обмотки будет в два раза ниже, чем напряжение на первичной обмотке. И на оборот, если вторичная обмотка имеет в два раза больше витков, чем у первичной обмотки, вторичное напряжение будет в два раза больше чем первичное напряжение.

Соотношение мощности обмоток

Поскольку трансформатор является пассивным компонентом схемы (не имеет никакого внешнего источника питания), он не может отдавать больше энергии, чем получает. Поэтому, если вторичное напряжение больше первичного напряжения на определенную величину, то ток вторичной будет меньше, чем ток первичной на ту же величину. То есть, если напряжение вторичной обмотки в два раза превышает напряжение в первичной, то ток во вторичной будет в два раза ниже, чем в первичной.

Работа трансформатора может быть описана двумя формулами, связывающие коэффициент трансформации с соотношением витков обмоток трансформатора.

U1 = первичное напряжение.
I1 = первичный ток.
U2 = вторичное напряжение.
I2 = вторичный ток.
N1 = количество витков в первичной обмотке.
N2 = число витков вторичной обмотки.

Потеря мощности в трансформаторе

Формулы, приведенные выше, относятся к идеальному трансформатору. У идеального трансформатора нет каких-либо потерь мощности, то есть мощность первичной обмотки (U1*I1) равна мощности вторичной обмотки (U2*I2).

В то время, как реальные трансформаторы могут быть чрезвычайно эффективным, некоторые потери все же будут происходить, поскольку не весь магнитный поток исходящий от первичной обмотки достигает вторичной обмотки. Потери мощности, которые происходят в трансформаторе бывают трех типов:

Потери мощности в обмотках

Данные потери могут произойти в обмотках, изготовленных из других металлов, чем медь. Потери проявляются в виде тепла, которое возникает в проводах обмоток. Потери мощности в обмотках трансформатора могут быть рассчитаны на основании тока в обмотке и его сопротивления по следующей формуле: P = I2*R2. Чтобы свести к минимуму потери, сопротивления обмоток должно быть низким, используя для этого обмоточные провода подходящего сечения.

Потери на гистерезис

Каждый раз, когда переменный ток вызывает намагничивание и размагничивание сердечника трансформатора (один раз в каждом цикле), вектор напряженности магнитного поля меняет свое направление и на это затрачивается определенное количество энергии.

При этом количество используемой энергии зависит от магнитного сопротивления материала сердечника. В больших сердечниках силовых трансформаторах, где потери на гистерезис представляют собой большую проблему, это решается путем применения специальной кристаллизованной стали, которая создает минимальное магнитное сопротивление.

Потери от вихревых токов

Поскольку железо или стальной сердечник является электрическим проводником в магнитной цепи, изменение тока в первичной обмотке будет иметь тенденцию генерировать ЭДС в сердечнике, а также и во вторичной обмотке. Ток будет оказывать сопротивление изменению магнитного поля, возникающего в сердечнике. По этой причине эти вихревые токи должны быть снижены.

Поэтому железный сердечник изготавливают не из цельного куска железа, а собирают из тонких листов или пластин, причем каждая пластина имеет изолирующий слой в виде лака или оксидной пленки. Многослойные сердечники значительно уменьшают образование вихревых токов, не ухудшая при этом магнитных свойств сердечника.

Ферритовые сердечники трансформатора

В высокочастотных трансформаторах потери на вихревых токах снижают путем использования сердечников, выполненный из керамического материала, содержащего большое количество мелких частиц железа, цинка или порошка марганца. Керамика изолирует металлические частицы друг от друга, что дает такой же эффект, как и от тонких пластин и более эффективно при высоких частотах.

Из-за применяемых способов снижения потерь, которые описаны выше, реальные трансформаторы приближаются к трансформаторам с идеальной производительностью. В крупных силовых трансформаторах, КПД составляет около 98%. Поэтому для большинства практических расчетов можно исходить из того, что трансформатор является «идеальным».

Соотношение вольт на виток обмотки

Трансформатор, имеющий в первичной обмотке 1000 витков и вторичной обмотке 100 витков, имеет коэффициент трансформации 1000:100 или 10:1. Поэтому 100 вольт, приложенное к первичной обмотке будет производить вторичное напряжение равное 10 вольтам.

Другой способ расчета напряжения трансформатора является соотношение вольт / на виток. Если подается 100 вольт к первичной обмотке содержащей 1000 витков, то на 1 виток приходится 0,1 вольт (100/1000). Поэтому каждые десять витков на вторичной обмотке будут создавать 1 воль напряжения.