Трансформаторы. Основные определения и принцип действия

Трансформаторы — это устройства для преобразования переменного тока и напряжения. Являясь преобразовательными устройствами, трансформаторы не имеют подвижных частей. Трансформаторы не имеют значительных потерь мощности. У современных трансформаторов высокий КПД — свыше 99%. Трансформатор состоит из нескольких проволочных обмоток, находящихся на магнитопроводе (его ещё называют сердечником) из ферромагнитного сплава. Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. На первичную обмотку трансформатора подаётся напряжение от внешнего источника переменного тока. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора создаёт в обмотках ЭДС индукции, в том числе и в первичной обмотке. Потери на нагревание электрических проводов пропорциональны квадрату тока через провод. При передаче электроэнергии на большое расстояние целесообразно использовать высокие напряжения и небольшие силы токов. Для наиболее выгодной транспортировки электроэнергии и применяют трансформаторы: сначала для повышения напряжения с клемм генераторов электростанций перед транспортировкой электроэнергии используют повышающие трансформаторы, а затем для понижения напряжения в линии электропередач до приемлемого для энергопотребителей уровня используют понижающие трансформаторы. По технике безопасности в бытовых электроприборах используются небольшие напряжения: 380 и 220В. В электрической сети три фазы, поэтому для преобразования напряжения применяют трёхфазные трансформаторы, или группу из трех однофазных трансформаторов соединенные в схему звезды или треугольника. В крупных трансформаторах, применяемых в электроэнергетике, выделяется большая тепловая мощность. 1000 МВт электрической мощности дают несколько мегаватт тепла. Поэтому в трансформаторах применяют систему охлаждения: трансформатор помещается в емкость, наполненную трансформаторным маслом. Масло циркулирует под действием конвекции или при помощи насосов между емкостью для масла и радиатором. В некоторых случаях трансформаторное масло дополнительно охлаждают водой.