Трансформатор – важное устройство для преобразования тока и напряжения в электрической сети (в зависимости от вида трансформатора). Давайте разберемся, почему без него не обойтись и какой у него принцип работы.
Какие физические процессы лежат в основе работы трансформатора?
Любая электросеть использует электрическую энергию для выполнения механической работы, а также передачи информации. Эта энергия существует в виде электрического и магнитного поля. Данные типы полей имеют тесную связь. Мы знаем, что металлы содержат много свободных электронов, благодаря этому данный материал обладает высокой проводимостью. Когда предмет, изготовленный из металла, проходит через магнитное поле, электроны также перемещаются вместе с ним. Так и возникает электрический ток. При этом электрический ток создает магнитное поле вокруг проводника.
Попробуем смоделировать следующую ситуацию. Предположим, что в условной паре проводов 1 и 2 протекает электрический ток I. Если мы считаем данный ток I переменным, то мы можем достичь появления напряжения или тока в паре проводов 3 и 4, но для этого данные пары должны быть связаны с помощью магнитного и/или электрического поля.
В итоге мы получаем связанные контуры протекания тока, не соединенные друг с другом.
Проводники 1 и 2 составляют первичную цепь, а 3 и 4 – вторичную. Для удобства их чаще всего выполняют в виде обмоток. В этом случае количество витков в первичной и вторичной обмотках определяет корреляцию между токами и напряжением в первичной и вторичной цепях. Это создает условия для создания трансформатора напряжения и тока.
Стоит отметить, что процесс трансформации проще всего сформировать с помощью магнитной составной части электромагнитного поля.
Как повысить эффективность работы трансформатора?
Переход электромагнитной энергии из первичной обмотки во вторичную осуществляется силовыми линиями магнитного поля, пересекающими витки вторичной обмотки. Поэтому в трансформаторе присутствует сердечник, выполненный из электротехнической стали, поскольку его сопротивление для магнитного поля гораздо меньше, чем сопротивление воздуха.
В итоге первичная обмотка создает силовые линии магнитного поля, которые проходят преимущественно сквозь сердечник и вступают во взаимодействие со вторичной обмоткой. Это одна из причиной, по которой сердечник иногда называют магнитопроводом.
Устройство сердечника
Когда модели трансформаторов с сердечником только появились, в них присутствовали вихревые токи, которые приводили к большим потерям. Дело в том, что переменное магнитное поле создает токи как во вторичной обмотке, так и в самом сердечнике.
Чтобы избавиться от данного эффекта, сердечник изготавливают из тонких пластин, изолированных по плоскости прилегания.
Рекомендуем посмотреть видеоролик об устройстве и принципе работы трансформатора тока, расположенный в начале данной статьи.