Силовой трансформатор, являющийся неотъемлемой составной частью большинства выпрямительных установок, представляет собой устройство, предназначенное для преобразования и передачи энергии переменного тока из одной цепи в другую. При преобразовании энергии могут изменяться величины напряжений и токов, число фаз, частота и форма напряжения. Основным назначением силового трансформатора является преобразование напряжения.
 |
На рис. 110, а показана схема простейшего трансформатора Тр, состоящего из замкнутого сердечника магнито-провода и двух обмоток: первичной, подсоединяемой к питающей сети, и вторичной, к которой подсоединяется нагрузка Rн. Различают два вида режима работы трансформатора: режим холостого хода и режим под нагрузкой. Режим холостого хода имеет место при разомкнутой вторичной цепи. Рис. 110. К анализу работы силового трансформатора: а — схематическое изображение силового трансформатора; б — приведенная схема трансформатора. |
Коэффициент трансформации n силового трансформатора определяет отношение э. д. с, наводимой во вторичной обмотке, к э. д. с, наводимой в первичной обмотке:
(182)
С достаточной для практики точностью можно считать, что
(183)
При n > 1 трансформатор называют повышающим, если n < 1 трансформатор называют понижающим.
При работе трансформатора под нагрузкой появляется ток в цепи вторичной обмотки. С увеличением этого тока возрастает и мощность, выделяемая в нагрузке, а стало быть и мощность, потребляемая от сети. Так как силовые трансформаторы, как правило, имеют очень высокий коэффициент полезного действия (к. п. д. доходит почти до 98—99%), то можно написать равенство
UIII = UII III
откуда, с учетом равенства (183),
(184)
т. е. ток во вторичной обмотке III в n раз меньше тока первичной обмотки II. При n<1 (в понижающем трансформаторе) ток III, протекающий через нагрузку, больше тока II. C увеличением тока нагрузки напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора UII падает.
Зависимость напряжения UII от тока нагрузки III называется нагрузочной характеристикой трансформатора. У хорошо выполненных трансформаторов изменение напряжения на вторичной обмотке трансформатора при увеличении тока нагрузки не превышает нескольких процентов от напряжения UIIx. x в режиме холостого хода:
(185)
Силовой трансформатор по отношению к питающей сети является индуктивной нагрузкой. Токи II и III, а также напряжения UI и UII сдвинуты по фазе друг относительно друга почти на 180°.
При анализе работы трансформатора пользуются приведенной схемой трансформатора, с помощью которой производится замена реальной обмотки эквивалентной. Например, если «приводится» вторичная обмотка к первичной, то эквивалентная обмотка имеет такое же число витков, как и первичная. Электромагнитная связь при этом может быть заменена электрической связью.
На рис. 110, б изображена схема трансформатора, приведенная к первичной обмотке. Для расчета таких эквивалентных схем пользуются формулами приведения:
а) вторичной цепи к первичной
 |
(186) |
| (187) |
где I'II, U'II — соответственно ток вторичной обмотки III и напряжение на вторичной обмотке UII пересчитанные в первичную цепь; r'II, L'pII, C'II — соответственно сопротивление вторичной обмотки rII, индуктивность рассеяния вторичной обмотки LpII и емкость вторичной цепи СII, пересчитанные в первичную цепь;
б) первичной цепи ко вторичной
 |
(188) |
| (189) |
где смысл величин со штрихами аналогичен, но соответствует вторичной цепи.
Большое распространение имеют однофазные многообмоточные трансформаторы, позволяющие получить на выходе несколько разных по величине переменных напряжений, и трехфазные трансформаторы, преобразующие напряжение трехфазной сети в трехфазное напряжение требуемой величины. Практическое применение находят также и однообмоточные трансформаторы — автотрансформаторы. Однако с их помощью можно получать выходное напряжение, превышающее напряжение сети не более чем в 2—2,5 раза.
