История создания трансформатора кратко

Обновлено: 05.07.2024

Автор: Евгений Живоглядов.
Дата публикации: 21 сентября 2015 .
Категория: Статьи.

Описана история развития трансформаторов, начиная с открытия электромагнитной индукции, и заканчивая созданием трехфазного трансформатора.

Восьмидесятые годы XIX века вошли в историю техники под названием периода "трансформаторных битв". Такое необычное название они получили потому, что изобретение трансформатора явилось одним из сильнейших аргументов в пользу переменного тока. А настоящая битва шла между сторонниками постоянного и переменного токов и отражала поиски путей выхода из назревшего энергетического кризиса, связанного с проблемой централизованного производства электроэнергии и передачей её на большие расстояния.

Схематичное изображение будущего трансформатора впервые появилось в 1831 году в работах Фарадея и Генри. Однако ни тот, ни другой не отмечали в своем приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока.

Открытие электромагнитной индукции Майклом Фарадеем

Итак, явление, лежащее в основе действия электрического трансформатора, было открыто английским физиком Майклом Фарадеем в 1831 году при проведении им основополагающих исследований в области электричества. Это событие стало настоящей революцией в молодой тогда области электротехники, связанной с созданием цепей электрического освещения.

В своих экспериментах Фарадей опирался на результаты датского физика Ханса Кристиана Эрстеда, который в 1820 году установил, что ток, проходящий по проводнику, создает вокруг него магнитное поле. Открытие Эрстеда было воспринято с большим интересом, поскольку электричество и магнетизм считались до этого проявлениями совершенно различных и независимых друг от друга сил. И уж если электрический ток мог порождать магнитное поле, то казалось вполне вероятным, что магнитное поле в свою очередь могло порождать электрический ток.

В 1831 году Фарадей показал, что для порождения магнитным полем тока в проводнике необходимо, чтобы поле было переменным. Фарадей изменял напряженность магнитного поля, замыкая и размыкая электрическую цепь, порождающую поле. Тот же эффект достигается, если воспользоваться переменным током, т. е. током, направление которого меняется со временем. Это явление взаимодействия между электрическими и магнитными силами получило название электромагнитной индукции.

Эксперименты с индукторами

После своего открытия Фарадей не стал детально исследовать открытое явление, полагая, что его работу продолжат другие. Однако в действительности оказалось, что в течение нескольких последующих десятилетий устройства, подобные трансформаторам, не нашли широкого практического применения.

Особый интерес представляли первые эксперименты с "индукторами", состоящими из провода, намотанного на железный сердечник, в частности, изучение способности этих устройств порождать искры, когда ток в обмотке прерывался.

Среди известных ученых, занимавшихся этим явлением, был американец Джозеф Генри, первый секретарь и директор Смитсоновского института (Smithsonian Institution).

В этих экспериментах выяснилось, что токи, циркулирующие в сплошных металлических сердечниках, рассеивали энергию. Чтобы свести к минимуму эти так называемые вихревые токи, сердечники стали делать непроводящими в направлении, перпендикулярном магнитным силовым линиям трансформатора. Теперь сердечники представляли собой "связку" изолированных железных проводов.

Первый трансформатор и электрическое освещение

Заслуга в разработке первого в мире прообраза трансформатора, принадлежит нашему соотечественнику, русскому инженеру-электротехнику Павлу Николаевичу Яблочкову.

В годы пребывания во Франции Павел Николаевич работал не только над изобретением и усовершенствованием электрической свечи, известной под названием "свеча Яблочкова", но и над решением других практических задач.

Во-первых, Яблочков сконструировал первый генератор переменного тока, который, в отличие от постоянного тока, обеспечивал равномерное выгорание угольных стержней в отсутствие регулятора, первым применил переменный ток для промышленных целей.

Видео 1. Свеча Яблочкова

Во-вторых, Яблочков отчетливо понял роль индукционной катушки как средства электрического разделения цепей переменного тока. Даже самим фактом патентования системы "дробления света" во многих странах он так подчеркивал важность нового предложения. Бобины, как их тогда называли, имели одинаковое число витков в первичной и вторичной обмотках, стальной сердечник был разомкнутым и представлял собой стержень, на который наматывались обмотки.

30 ноября 1876 года, дата получения Яблочковым патента на системы "дробления света", считается датой рождения первого трансформатора.

Рисунок 1. Трансформатор Яблочкова (первоначальный вид) с присоединением к нему каолиновой лампой Яблочкова

Свечи Яблочкова, работавшие по такой схеме, зажглись в Москве и Подмосковье, Ораниенбауме, Киеве, Нижнем Новгороде, Гельсингфорсе (Хельсинки), Одессе, Харькове, Николаеве, Брянске, Архангельске, Полтаве, Красноводске, Саратове и других городах России.

С наибольшим интересом изобретение Павла Николаевича Яблочкова было встречено в учреждениях военно-морского флота. К середине 1880 года в России было установлено около 500 фонарей со свечами Яблочкова. Из них больше половины было установлено на военных судах и на заводах военного и военно-морского ведомств. Например, на Кронштадтском пароходном заводе было установлено 112 фонарей, на царской яхте "Ливадия" – 48 фонарей, на других судах флота – 60 фонарей, при этом установки для освещения улиц, площадей, вокзалов и садов имели каждая не более 10-15 фонарей.

Становилось все яснее, что система электроснабжения на постоянном токе не имеет перспектив. Из опыта эксплуатации дуговых источников света было установлено оптимальное напряжение питания свечей равное 110 В. Из-за этого, радиус электроснабжения не превышал нескольких сотен метров. Нужно было решать вопрос эффективного распределения электроэнергии, который не требовал бы больших затрат на прокладку проводов большого сечения.

Рисунок 2. Схема распределения переменного тока с трансформаторами Яблочкова (из русской привилегии 1877 года)

Изобретение Голара и Гиббса

Новым шагом в использовании трансформаторов с разомкнутым сердечником для распределения электроэнергии явилась "система распределения электричества для производства света и двигательной силы", запатентованная во Франции в 1882 году Голаром и Гиббсом. Запатентованное ими устройство они назвали – "вторичный генератор".

Видео 2. Вторичный генератор Голарда и Гиббса

Французский изобретатель Люсьен Голар и английский промышленник Джон Гиббс воспользовались трансформаторами для подсоединения ламп накаливания к осветительной системе на дуговых лампах. Поскольку дуговые лампы соединялись последовательно, первичные обмотки трансформаторов находились в последовательном соединении с дуговыми лампами.

То есть трансформаторы Голара и Гиббса предназначались уже для преобразования напряжения, и имели коэффициент трансформации отличный от единицы. Трансформаторы с разомкнутым сердечником в 1883 году устанавливаются на подстанциях Лондонского метрополитена, а 1884 году – в Турине (Италия).

Вторичный генератор не нашел широкого применения, однако он стимулировал создание других устройств.

Среди тех, кто заинтересовался работой Голара и Гиббса, были три венгерских инженера Микша Дери, Отто Титус Блажи и Карой Циперновский, из будапештской фирмы Ganz and Company. Они присутствовали при демонстрации действия вторичного генератора в Италии и пришли к выводу, что последовательное соединение имеет серьезные недостатки.

По возвращении в Будапешт Дери, Блажи и Циперновский сконструировали и изготовили несколько трансформаторов для систем параллельного соединения с генератором.

Их трансформаторы (с замкнутыми железными сердечниками, которые значительно лучше подходили для параллельного соединения, чем "связки" железных проводов с открытыми концами) были двух типов. В первом типе провод наматывался на тороидальный сердечник, во втором, наоборот, железные провода сердечника наматывались вокруг тороидальной "связки" проводников.

В мае 1885 г. Дери, Блажи и Циперновский продемонстрировали на национальной выставке в Будапеште свою систему, которую принято считать прототипом современных осветительных систем. Она состояла из 75 параллельно соединенных трансформаторов, подводивших питание к 1067 лампам накаливания Эдисона от генератора переменного тока с напряжением 1350 В. Трансформаторы имели тороидальные железные сердечники.

Нужно отметить, что впервые предложения о параллельном включении трансформаторов высказал Р. Кеннеди в 1883 году, но более всесторонне этот способ соединения был все же изучен Микшей Дери, который в 1885году получил патент на параллельное включение первичных и вторичных обмоток трансформаторов и показал преимущество такого включения.

Независимо от него аналогичный патент в Англии получил Себастиан Циани Ферранти.

Система Голара и Гиббса произвела также впечатление на американца по имени Джордж Вестингауз. В 80-х годах Вестингауз был уже признанным изобретателем и промышленником. В то время он работал над системой распределения природного газа для освещения. После успехов, достигнутых Эдисоном, Вестингауз заинтересовался новым источником энергии, но сомневался в возможности ее широкого применения.

Его скептицизм был в достаточной степени оправданным. В параллельных системах увеличение нагрузки требовало увеличения силы тока, а нагрузка в масштабах целого города потребовала бы колоссальных токов. Однако передача электроэнергии при больших токах неэффективна. Нужно было либо передавать ток по очень толстым медным проводам, либо строить электростанции в непосредственной близости от потребителя, разбросав множество мелких генераторов по всей территории города.

Трансформаторы используются в системах передачи электроэнергии

Многие специалисты искали способы передачи электроэнергии при более высоком напряжении по сравнению с тем, которое требовалось в потребляющих устройствах.

В 1884 г. Вестингауз нанял молодого инженера Уильяма Стэнли, у которого возникла идея воспользоваться трансформатором для решения проблемы передачи электроэнергии. Узнав о работе Голара и Гиббса, он посоветовал Вестингаузу приобрести патенты на трансформатор.

Стэнли был убежден в преимуществах параллельных схем соединения, и к началу лета 1885 года им уже было создано несколько трансформаторов с сердечниками замкнутой формы.

Вскоре в связи с ухудшившимся состоянием здоровья Стэнли вынужден был уехать вместе со своей лабораторией из промышленного задымленного Питтсбурга. С одобрения Вестингауза он переселился в Грейт-Бэррингтон, штат Массачусетс, где продолжал работать над трансформаторами.

Тем временем Вестингауз, еще не до конца убежденный в эффективности параллельного соединения, экспериментировал с различными комбинациями вторичных генераторов Голара и Гиббса вместе с другим пионером в области электротехники Оливером Блэкберном Шелленбергером.

Трансформаторы Стенли - Вестингауза

К декабрю 1885 года успехи, достигнутые Стэнли, наконец, убедили Вестингауза и он вместе с Шелленбергером и еще одним блестящим инженером Альбертом Шмидом приступил к усовершенствованию трансформатора Стэнли, с тем, чтобы он (в отличие от венгерского тороидального устройства) стал простым и дешевым в производстве.

Сначала сердечник изготавливался из тонких железных пластин в форме буквы Н. Обмотки из изолированной медной проволоки наматывались на горизонтальную часть сердечника, свободные концы которого замыкались дополнительными слоями железных полосок.

Стэнли предложил изготавливать железные пластины в форме буквы Ш, чтобы центральный стержень можно было легко вставлять в заранее намотанную катушку. Ш-образные пластины укладывались в чередующихся противоположных направлениях, а на концы пластин укладывались прямые железные полоски для замыкания магнитной цепи. Эта конструкция трансформатора применяется и в наши дни.

Сердечники первых трансформаторов Стэнли - Вестингауза состояли из тонких пластин листовой стали и характеризовались значительными потерями на гистерезис – так называется эффект "запоминания" в магнитных материалах, уменьшающий коэффициент полезного действия трансформатора. Эти потери постепенно стали снижаться за счет тщательного подбора сортов стали.

Создание трехфазного трансформатора

Передача электрической энергии переменным током высокого напряжения оказалась возможной после создания однофазного трансформатора с замкнутой магнитной системой.
Русский инженер Доливо-Добровольский выступил с предложением применять для целей передачи и эксплуатации электроэнергии разработанную им систему трехфазного переменного тока. Доливо-Добровольский показал, что в отношении передачи электроэнергии система трехфазного тока, по сравнению с системой двухфазного тока, является более экономичной, но решающее преимущество трехфазной системы он видел "в превосходных качествах" разработанных им трехфазных асинхронных двигателей. В этом направлении он провел огромную творческую работу: доказал, что при помощи трехфазного тока можно создать в машине такое же вращающееся магнитное поле, как и при помощи двухфазного тока, разработал основные модификации трехфазного асинхронного двигателя. Параллельно с этим Доливо-Добровольский разработал конструкцию трехфазного трансформатора сначала, в 1890 году, с расположением сердечников по кругу и кольцевыми ярмами, а затем с обычным в настоящее время расположением стержней в одной плоскости. А так как, кроме этого, Доливо-Добровольский много работал в области теории, расчета и конструирования электрических машин, то можно сказать, что он разработал собственно все элементы трехфазной системы. Предложенная Доливо-Добровольским система трехфазного тока вызвала живейший интерес и привлекла к себе повсеместное внимание. Несмотря на ряд возражений, ее технические достоинства были настолько велики и очевидны, что уже в ближайшее время она заняла ведущее место в ряду других систем.

Вопрос-ответ

Сегодня попросту нельзя представить себе работу любого оборудования, потребляющего электроэнергию без трансформатора. Главная его задача состоит в том, что он способствует преобразованию переменного тока в другое напряжение. Именно благодаря трансформатору осуществляется стабильная подача тока, если в электросети возникают его скачки. Кто изобрел непосредственно трансформатор, и кто считается первым создателем обозначенного устройства, и что послужило основанием для его изобретения, следует рассмотреть более подробно.

Предпосылки к созданию изобретения

Предпосылками создания трансформатора считается изучение действия электромагнитной индукции, которую в 1831 году придумал Фарадей. На основании этого, французский механик Генрих Даниель Румкорф в 1848 году начал работу над созданием индукционной катушки. Предпосылкой стало необходимость преобразования постоянного тока в переменный. Г.Д. Румкорф один из первых, кто обратил внимание, что благодаря изобретению Фарадея можно создавать токи с достаточно высоким напряжением.

Конструкция и принцип действия первого трансформатора

Изначально хочется отметить, что идея преобразования постоянного тока была начата в 1848 году, но изобретатель Румкорф только спустя несколько лет смог представить своим коллегам работающую модель. Главная сложность в процессе работы заключалась в намотке тончайшей проволоки непосредственно для вторичную обмотку. Кроме этого, ему пришлось произвести изолирование тонкой, как волос проволоки, а потом ее намотать на катушку. Конструкция первого трансформатора, а вернее индукционной катушки была простейшей. Состояла она из:

Сердечника, который представлял собой стержень, изготовленный из нарезанных кусков стальной проволоки.
На сердечник наматывалось небольшое количество витков из толстой проволоки предварительно обмотанной изолирующим материалом. Это была первичная обмотка.
На вторичной обмотке была применена тончайшая проволока, которая изначально изолировалась. В данном случае количество витков могло быть от 16 000 до 1 000 000.

Что касается принципа действия, то оно заключалось в том, Генрих Румкорф применил специальный прерыватель, который способствовал включению последовательности работы катушки. При использовании обозначенного переключателя происходило переменное замыкание, которое увеличивало напряжение во вторичной обмотке. Величина зависела от количества витков непосредственно на вторичной обмотке. То есть, например, если на первичной обмотке было 28 витков, то на вторичной их было в 20 раз больше.

Соответственно напряжение увеличивалось в 2 и больше раза. Для того чтобы происходило необходимое прерывание, использовалась специальная пружинная пластина, которая в последствии размыкала цепь постоянного тока. Но для этого требовалось наличие магнитного поля. С этой целью был применен сердечник изготовленный из материала, который удерживал магнитное поле.

Подключалась индукционная катушка к батарее элементов, благодаря специальному переключателю, ток батареи проходя по первичной обмотке катушки намагничивает сердечник. Далее процесс заключался в том, что:

Намагнитившийся сердечник притягивал к себе переключатель, тем самым разрывая цепь первичной обмотки.
Притянутый переключатель способствовал размагничиванию сердечника, который в последующем возвращался в исходное положение.

Благодаря происходящему в процессе замыкания получался прерывистый ток. Кроме этого, в результате изменения магнитного поля в первичной обмотке, пересекая витки вторичной обмотки индуктирует в ней электродвижущую силу (ЭДС).

Важно! Патент на трансформатор был вручен непосредственно П.Н. Яблочкову 30 ноября 1876 года. Именно эта дата считается днем рождения трансформатора.

Как развивались технологии дальше

Открытие французского механика относительно устройства переменного тока получило широкое применение только в 70-х года ХХ века. Все дело в том, что он только изобрел первый трансформатор, хотя изобретение требовало совершенствование. На основании созданного прототипа другие ученые занимались его дальнейшей разработкой. В 1876 году П.Н. Яблочков представил усовершенствованную модель трансформатора. Хотя нужно сказать, что были внесены немного изменений и дополнений. К примеру:

В качестве сердечника ученый использовал специальный стержень, на который непосредственно осуществлялась намотка обмотки.
Вместо, ранее используемой пружинной пластины за основу он взял индукционную катушку.

Благодаря внесенным изменениям работа первичной обмотки осуществлялась согласно обусловленной последовательности, тем самым предоставляя напряжение, которое требовалось для работы электроприборов.

Но следует сказать, что совершенствование первого трансформатора осуществлялось и другими учеными. Непременно необходимо упомянуть, что Яблочков сделал преобразующее ток устройство с разомкнутыми сердечниками, что в свою очередь предусматривало большие затраты электроэнергии. Спустя некоторое время братья Гопкинсоны в 1882 году сделали трансформатор с замкнутыми сердечниками и это послужило стартом для экономии потребления электричества в будущем.

Сутью совершенствования стало то, что они поставили на сердцевину катушки, имеющие высокое и низкое напряжение. А вот сам стержень состоял из проволоки и стальных полосок, которые разделялись между собой материалом с изоляционными характеристиками.

В дальнейшем работы по усовершенствованию трансформаторов продолжались. Основанием этого являлось уменьшение потребления электроэнергии, поскольку предыдущие устройства ее расходовали достаточно много. Немаловажным открытием считается изобретение трехфазного трансформатора русским инженером Доливо-Добровольским в 1890 году. На основании произведенных ним расчетов он доказал, что благодаря трехфазному трансформатору можно экономить потребляемую электроэнергию.

Современная история развития кратко

Сегодня в быту и в производстве применяется огромное количество оборудования, которое работает благодаря электроэнергии. Чтобы снизить ее расходование используются современные технологии, а также осуществляется:

сокращение расхода изоляционных материалов;
использование специального трансформаторного масла;
применяется другой металл и масса обмоток.

Следует сказать, что современные трансформаторы имеют непосредственно замкнутый сердечник, а их первичные обмотки включаются только параллельно. Сегодня оборудование также продолжают совершенствовать, но только сердечники. То есть цель состоит в том, чтобы создать материал, который поможет снизить потери энергии, а также увеличить эффективность преобразовательного устройства.

Преимущества современных трансформаторов

В современном мире все со временем только совершенствуется. Хотя за основу берутся открытия, которые имеют многовековую историю. Это же касается и современных трансформаторов. Чтобы понять, в чем состоят главные преимущества обозначенного устройства, следует отметить несколько значимых фактов:

Первые трансформаторы были достаточно увесистые, а сейчас они могут весить меньше 100 граммов.
Раньше обозначенные устройства имели значительные габариты. Современные трансформаторы некоторых типов могут свободно поместиться в ладошке.
Изначально происходила большая потеря электроэнергии, сейчас же можно ее экономить.
На текущее время преобразовательное устройство тока может использоваться в различных бытовых и промышленных оборудованиях.
Совершенствование технологий позволяет экономить на материалах для изготовления трансформаторов.
Долговечность современных устройств.
В силу увеличения потребляемой энергии из-за развития разного рода производства можно сделать преобразовательные устройства различных размеров, даже самых огромных

Одним из немаловажных показателей считается то, что современные трансформаторы отличаются от своих предшественников малым количеством выбросов парниковых газов.

В завершение непременно нужно сказать, что благодаря изобретению трансформатора можно быть уверенным, что оборудование, которое потребляет электроэнергию, будет работать, согласно требуемого ему напряжению. Все дело в том, что подаваемое исходное напряжение превышает, то, которое требуется разным электроприборам.

С помощью преобразования тока исключается риск порчи приобретенного оборудования из-за замыкания и не допускает его возгорания.

Трансформатор — это основной элемент всей современной энергосистемы. В этой статье мы расскажем об устройстве и видах трансформаторов, принципе работы и практическом применении.

Что такое трансформатор

Трансформатор — это специальное устройство, придуманное для того, чтобы преобразовывать напряжение и передавать его на большие расстояния без изменения частоты тока.

Трансформатор — это статическое устройство, так как в нем нет движущихся элементов. Работа прибора происходит за счет переменного тока и построена на принципе электромагнитной индукции.

Основными задачами данных устройств являются:

Передача электроэнергии на расстояния.
Обеспечение необходимой схемы включения в преобразовательных устройствах и согласование напряжения на входе и выходе аппарата.
Питание в цепях различных электротехнических, бытовых, теле- и радиоприборов.

Данные аппараты широко используются во всех областях и сферах промышленности, а именно:

в энергетике;
в электротехнике;
в машиностроении;
на транспорте.

Когда появился, история создания

Создание первого трансформатора связано с именами и разработками ученых из разных стран:

Английский физик М. Фарадей в 1831 году открыл явление электромагнитной индукции, которая лежит в основе работы электротрансформатора.
Немец Г. Румкорф в 1848 году изобрел индукционную катушку, которая считается прообразом трансформатора.
Русский инженер П. Яблочков в 1876 году получил патент на изобретение устройства, которое стало первым трансформатором переменного тока (это был прибор с разомкнутым сердечником).
Англичане Д. и Э. Гопкинсоны (братья) в 1884 году создали первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками.
Д. Свинберн предложил помещать прибор в сосуд с маслом для охлаждения устройства, что значительно повысило надежность работы трансформатора (конец 1880-х).
Трехфазная система переменного тока была запатентована в США в 1888 году Николой Тесла.

В дальнейшем разработки ученых всего мира сводились к тому, чтобы улучшить свойства устройства и уменьшить потери напряжения в приборе.

Устройство и принцип работы трансформатора

Простейший трансформатор состоит из двух обмоток с изолированными проводами, которые намотаны на стальной сердечник, состоящий из нескольких слоев. Переменный ток подводится к одной из обмоток, которую называют первичной. Другая (вторичная) — подсоединяется к нагрузке.

Принцип работы электротрансформатора достаточно прост: когда к первичной обмотке подключают переменный ток, вокруг железного стержня, на который она намотана, появляется магнитное поле. Благодаря электродвижущей силе индукции при подключении вторичной обмотки к нагрузке происходит передача тока.

Маркировка, расшифровка основных параметров

На всех трансформаторы наносится специальная маркировка, которая позволяет определить тип устройства, условия его эксплуатации, номинальную мощность и напряжение. Российские и зарубежные приборы маркируют по-разному. В РФ чаще используют приборы, изготовленные по ГОСТу.

Информация о трансформаторе расположена на металлической пластине на корпусе устройства, наносится с помощью гравировки или тиснения:

название завода, на котором был изготовлен прибор;
год изготовления;
заводской номер;
номер стандарта, которому соответствует устройство;
показатель номинальной мощности (для трехфазных трансформаторов указывается для каждой обмотки);
показатель номинального тока (для всех обмоток);
количество фаз;
частота тока;
схема соединения обмоток;
требования к установке — внутренняя или наружная;
способ охлаждения;
другие сведения, в зависимости от типа охлаждения устройства.

Виды трансформаторов по типу магнитопровода

Магнитопровод — это устройство, которое усиливает магнитные потоки, возникающие от электротока в обмотках трансформаторов.

Магнитопроводы (сердечники) являются неотъемлемыми частями различного электрооборудования: катушек индуктивности, реле и пр.

В современном мире существуют различные конструкции трансформаторов, созданных под определенные цели и передачу напряжения разной мощности.

По типу сердечников устройства бывают:

стержневого типа (применяются, как правило, для трехфазных трансформаторов);
броневого типа (для трехфазных приборов);
тороидального типа (используются в трансформаторах, расположенных в различных электротехнических устройствах).

В стержневом типе используются вертикальные сердечники со ступенчатым сечением, которые образуют окружность с горизонтальными ярмами (часть стержней без обмоток). Обмотки в таких магнитопроводах находятся на вертикальных элементах. Система сердечника представляет собой замкнутую цепь.

В броневом типе сердечники имеют форму прямоугольника в сечении и располагаются в горизонтальном положении. Обмотки также выполнены в прямоугольной форме. Такая конструкция довольно сложная в изготовлении, поэтому используется нечасто, на специальных видах устройств.

В тороидальном (кольцевом) типе используют кольцевые ленточные сердечники. Их применяют для создания силовых однофазных трансформаторов. Сердечники делают из электротехнической стали толщиной 0,3 и 0,35 мм, изготовленной по специальной технологии. Материалом для тороидальных магнитопроводов являются феррит или карбонильное железо. Такие сердечники широко распространены в радиоэлектронике.

Конструкции магнитопроводов отличаются способами соединения сердечников с частью стержней, на которых нет обмотки.

В стыковом соединении части магнитопроводов собирают раздельно. Сначала на вертикальные сердечники устанавливаются обмотки, затем они соединяются при помощи шпилек с верхними ярмом. Монтируется нижнее горизонтальное ярмо. В такой конструкции можно легко поменять обмотки.
В шихтованном соединении стержни и ярма представляют собой слоенные плиты. Соединение деталей осуществляется вхождением элементов друг в друга в промежутки между слоями сердечника. Такая конструкция более сложная в сборке.

Классификация трансформаторов

повышающими (если на вторичной обмотке напряжение больше, чем на первичной);
понижающими (если на второй катушке напряжение меньше, чем на первой).

Напряжение на первичной и выходной катушках зависит от соотношения количества витков обмоток на них. Чем их больше, тем выше напряжение. Соответственно, если входная обмотка имеет больше витков, чем выходная, на ней будет более высокое напряжение, и наоборот.

Трансформаторы отличаются обширной классификацией по назначению:

Силовой. Назначение силовых трансформаторов ясно из названия. В основном это устройства большой мощности, используемые в сетях ЛЭП для преобразования электрической энергии и передачи ее конечному потребителю. Использование таких устройств возможно в высоковольтных трехфазных сетях.
Автотрансформатор. Это прибор, в котором первичная и вторичная обмотки соединены между собой напрямую. Такое устройство характеризуется тремя выводами. Трансформаторы данного типа имеют повышенный риск высоковольтного удара по нагрузке. Поэтому они должны быть надежно заземлены.
Трансформатор тока или измерительный трансформатор. В таких устройствах первичную обмотку подключают последовательно в электроцепь с другими устройствами и получают гальваническую развязку. Первичная цепь контролируется изменением однофазной нагрузки, а вторичная катушка используется в цепи сигнализации или измерительных приборов. В таком типе устройства вторичная обмотка работает в режиме короткого замыкания.
Трансформатор напряжения. Это устройство, понижающее напряжение. Обычно применяется для изоляции цепей защиты измерительных приборов.
Импульсный. Это прибор, созданный для преобразования импульсов при обязательном сохранении их формы. Устройство меняет амплитуду и полярность импульсных сигналов, не затрагивая форму.
Сварочный. Для работы такого устройства нужен большой сварочный ток, с помощью которого аппарат расплавляет металл. Сетевое напряжение при этом снижено до безопасного уровня.
Разделительный. Основной характеристикой такого прибора является отсутствие электрической связи между обводками. Силовые разделительные аппараты используют для повышения безопасности электросетей и для обеспечения гальванической развязки между узлами электроцепей.
Согласующий. Такое устройство применяется для согласования сопротивления в электронных схемах. Прибор обеспечивает минимальное искажение сигналов, создает развязки между узлами устройств в электрической цепи.
Пик-трансформатор. Аппарат преобразовывает синусоидальный ток в импульсное напряжение. Полярность напряжения на выходе меняется через каждые полпериода.
Воздушный. Это силовой трансформатор сухого охлаждения. Такой тип устройств обычно применяется для преобразования напряжения в сети, в том числе и в трехфазных схемах.
Масляный. Это силовой трансформатор, у которого охлаждение происходит с помощью специального масла. Такие приборы применяют при большой выходной мощности (выше 6 кВ), чтобы предотвратить разрушение изоляции обмоток вследствие их перегрева.
Сдвоенный дроссель. Устройство имеет абсолютно одинаковые катушки, между которыми образуется встречный индуктивный фильтр. Такой прибор эффективнее, чем у дросселя.
Вращающийся. Устройство состоит из двух половинок сердечника с катушками, которые вращаются относительно друг друга. Обмен сигналами в приборе происходит при больших скоростях вращения.

Режимы работы трансформаторов

Выделяют 3 основных режима работы трансформаторов:

Режим холостого хода, при котором выводы вторичной обмотки разомкнуты, а сопротивление нагрузки приравнивается к бесконечности. Измерение тока, который протекает в первичной обмотке, позволяет рассчитать коэффициент полезного действия трансформатора. При работе трансформатора в таком режиме можно вычислить коэффициент трансформации и потери в сердечнике.
Рабочий режим или режим под нагрузкой — это режим, при котором вторичная цепь получает от первичной напряжение, ток и сопротивление.
Режим короткого замыкания — это режим, при котором концы вторичной обмотки закорочены, мощность сконцентрирована в цепях обмоток, сопротивление нагрузки равно нулю. В этом состоянии можно определяют потери, которые расходуются на нагревание обмоток.

Столкнулись со сложной темой? Не нужно паниковать! Квалифицированные эксперты Феникс.Хелп готовы помочь в короткие сроки по самым разным дисциплинам.

Как он используется? Трансформатор используется для приведения напряжения вверх или вниз в электрической цепи переменного тока. Трансформатор может быть употреблен для преобразования переменного тока в постоянный. Они могут быть очень большими, как в национальной коммунальной системе, или это может быть очень небольшой трансформатор, встроенный внутрь электроники. Трансформаторы неотъемлемая часть электроники сегодня.

Кто изобрел трансформатор? Отто Блати, Микша Дери, Карой Циперновский изобрели и использовали трансформатор, как в экспериментальной, так и коммерческой системе. Позже Люсьен Голард, Себастьян де Ферранти, и Уильям Стэнли усовершенствовали конструкцию.

Читайте также: