Трансформатор электрический

        статическое (не имеющее подвижных частей) устройство для преобразования переменного напряжения по величине. В основе действия Т. э. лежит явление индукции электромагнитной (См. Индукция электромагнитная). Т. э. состоит из одной первичной обмотки (ПО), одной или нескольких вторичных обмоток (ВО) и ферромагнитного сердечника (Магнитопровода), обычно замкнутой формы (см. рис.). Все обмотки расположены на магнитопроводе и индуктивно связаны между собой (см. Индуктивность взаимная). Иногда вторичной обмоткой служит часть ПО (или наоборот); такие Т. э. называются Автотрансформаторами. Концы ПО (вход трансформатора) подключают к источнику переменного напряжения, а концы ВО (его выход) — к потребителям. Переменный ток в ПО приводит к появлению в магнитопроводе переменного магнитного потока (См. Магнитный поток). В реальных Т. э. часть магнитного потока замыкается вне магнитопровода, образуя так называемые потоки рассеяния; однако в высококачественные Т. э. потоки рассеяния малы по сравнению с основным потоком (потоком в магнитопроводе).

         Основной поток Ф₀ создаёт в ПО и ВО эдс e₁ и e₂: e₁= — w₁ dФ₀/dt и e₁= — w₁dФ₀/ dt, где w₁ и w₂ — числа витков в соответствующих обмотках. Отношение e₁/e₂ = w₁/w₂ = k называют коэффициентом трансформации. Напряжения, токи и эдс в обмотках (без учёта эдс, наводимых потоками рассеяния) связаны соотношениями:

         u₁ + e₁ = ir₁

         и

         u₂ + i₂r₂ = e₂,

         где r₁ и r₂, u₁ и u₂, i₁ и i₂ — активные сопротивления обмоток, напряжения и токи в них. Если напряжение u₁, приложенное к ПО, синусоидальное, то магнитный поток Ф₀ и эдс e₁ и e₂ будут также синусоидальными, поэтому при анализе работы Т. э. удобно рассматривать действующие значения эдс E₁ и E₂, напряжений U₁ и U₂ и токов I₁ и I₂. В случае режима холостого хода (ВО разомкнута), пренебрегая активным сопротивлением в ПО и учитывая, что I₂ = 0, имеем U₁ + E₁ = 0 и U₂ = E₂, то есть (без учёта знака)

        

        

         Основной магнитный поток в режиме холостого хода создаётся относительно малым намагничивающим током (током холостого хода I₀) в ПО. Если Т. э. нагружен (ВО подключена к нагрузке и по ней протекает ток), Магнитодвижущая сила ВО (произведение I₂w₂) компенсируется соответствующим увеличением магнитодвижущей силы ПО (I₁w₁—I₀w₁) и величина основного магнитного потока остаётся практически такой же, как и в режиме холостого хода (то есть сохраняется условие U₁ + E₁ = 0). Отсюда, пренебрегая током холостого хода, имеем: I₁w₁ ≅ I₂w₂.

         Т. э. был впервые использован в 1876 П. Н. Яблочковым в цепях электрического освещения. В 1890 М. О. Доливо-Добровольский разработал трёхфазный Т. э. Дальнейшее развитие Т. э. заключалось в совершенствовании их конструкции, увеличении мощности и кпд, улучшении изоляции обмоток. В настоящее время (середина 70-х гг. 20 в.) существует множество типов Т. э., получивших распространение в различных областях техники.

         Основной вид Т. э. — силовые трансформаторы, среди которых наиболее представительную группу составляют двухобмоточные силовые Т. э., устанавливаемые на линиях электропередачи (См. Линия электропередачи) (ЛЭП). Такие Т. э. повышают напряжение тока, вырабатываемого генераторами электростанций, с 10—15 кв до 220—750 кв, что позволяет передавать электроэнергию по воздушным ЛЭП на несколько тыс. км. В местах потребления электроэнергии при помощи силовых Т. э. высокое напряжение преобразуют в низкое (220 в, 380 в и др.). Многократное преобразование электроэнергии требует большого количества силовых Т. э., поэтому их суммарная мощность в энергосистеме в несколько раз превышает мощность источников и потребителей энергии. Мощные силовые Т. э. имеют кпд 98—99%. Их обмотки изготовляют, как правило, из меди, магнитопроводы — из листов холоднокатаной электротехнической стали толщиной 0,5—0,35 мм, имеющей высокую магнитную проницаемость и малые потери на Гистерезис и Вихревые токи. Магнитопровод и обмотки силового Т. э. обычно помещают в бак, заполненный минеральным маслом, которое используется для изоляции и охлаждения обмоток. Такие Т. э. (масляные) обычно устанавливают на открытом воздухе, что требует улучшенной изоляции выводов и герметичности бака. Т. э. без масляного охлаждения называются сухими. Для лучшего отвода тепла Т. э. снабжают трубчатым радиатором, омываемым воздухом (в ряде случаев — водой). В грозоупорных трансформаторах (См. Грозоупорный трансформатор) применяют обмотки, конструкция которых устраняет появление опасных напряжений на изоляции. Иногда два или более Т. э. включают последовательно (см. Каскадный трансформатор). В ряде случаев используют трансформаторы с регулированием под нагрузкой (См. Трансформатор с регулированием под нагрузкой). Среди сухих силовых Т. э. обширный класс составляют трансформаторы малой мощности с большим числом вторичных обмоток (многообмоточные); их часто применяют в радиотехнических устройствах и системах автоматики.

         Помимо силовых, существуют Т. э. различных типов, предназначенные для измерения больших напряжений и токов (см. Измерительный трансформатор, Трансформатор напряжения, Трансформатор тока), снижения уровня помех (См. Помехи)проводной связи (см. Отсасывающий трансформатор), преобразования напряжения синусоидальной формы в импульсное (см. Пик-трансформатор), преобразования импульсов тока и напряжения (см. Импульсный трансформатор), выделения переменной составляющей тока, разделения электрических цепей на гальванически не связанные между собой части, их согласования (См. Согласование) и т.д. Радиочастотные Т. э. служат для преобразования напряжения ВЧ; их изготовляют с магнитопроводом из магнитодиэлектрика либо без магнитопровода; в радиопередатчиках мощность таких Т. э. достигает нескольких сотен квт.

        

         Лит.: Петров Г. Н., Электрические машины, 3 изд., ч. 1, М., 1974; Вольдек А. И., Электрические машины, Л., 1974.

         В. С. Хвостов.

        

        Схема простейшего электрического трансформатора: 1 и 2 — первичная и вторичная обмотки соответственно с числом витков w₁ и w₂; 3 — сердечник; Ф₀ — основной магнитный поток; Ф₁ и Ф₂ — потоки рассеяния; I₁ и I₂ — токи в первичной и вторичной обмотках; U₁ — напряжение на первичной обмотке; R_н — сопротивление нагрузки.