Трансформатор напряжения принцип работы

Среди многочисленных электротехнических устройств трансформатор напряжения (ТН) занимает далеко не последнее место. Его назначение предопределено названием («transformation» в переводе с английского «преобразование»), которое, по сути, и выражает цели применения ТН. На практике они используются:

• на электростанциях для повышения напряжения, вырабатываемого генераторами (вплоть до 1150 кВ), для минимизации потерь при транспортировке электроэнергии;
• для обратного преобразования на трансформаторных подстанциях вблизи потребителя, превращая высокое напряжение в пригодные для электропитания значения;
• в качестве измерительных трансформаторов, позволяющих производить замеры высоких напряжений посредством обычных измерительных приборов;
• в многочисленных электроприборах, электрооборудовании и аппаратуре, в том числе и бытового назначения для формирования внутренних питающих напряжений.

В первых двух случаях речь идет об использовании мощных силовых трехфазных трансформаторов (повышающих и понижающих значения фазных напряжений), в последнем требуется применение однофазных трансформаторов.

Роль наиболее важного параметра ТН отведена коэффициенту трансформации (преобразования), так если принимать во внимание значения напряжений, он будет пропорционален напряжению первичных обмоток U1 и обратно пропорционален напряжению вторичных обмоток U2:

n = U1/U2.

Следовательно:

• величина n > 1 характерна для понижающего трансформатора;
• соответственно n < 1 – для повышающего;
• при n = 1, изменения значения между входным и выходным напряжением не происходит, такая характеристика типична для разделительных силовых трансформаторов, обеспечивающих гальваническую развязку подключения нагрузки.

В основе работы любого трансформатора независимо имеется ли ввиду высоковольтный трансформатор мощностью в сотни тысяч кВА или силовой трансформатор бытового электроприбора с номинальным первичным напряжением 220 В, лежат одни физические процессы, порожденные магнитной индукцией, поэтому и принцип работы их схож.

Устройство и принцип работы трансформатора

Рассмотрим функционирование устройства на примере однофазных ТН, простейшую схему трансформатора можно представить в виде:

• сердечника трансформатора, выполняющего функции магнитопровода;
• катушек первичной и вторичной обмоток, располагаемых на магнитопроводе.

В зависимости от конструктивных особенностей сердечник может быть набран из пластин электротехнической стали, либо намотан лентой из того же материала. Последний может иметь неразъемную тороидальную форму, либо состоять из двух U-образных половин. Обмотки первичных и вторичных катушек могут быть намотаны на едином или раздельных каркасах, главное они объединены общим магнитным потоком, через тело магнитопровода.

Работа силовых трансформаторов возможна только в условиях переменного тока. При подаче на концы катушки первичной обмотки переменного напряжения, через ее витки начинает течь переменный ток частоты переменного напряжения сети. Это является причиной появления переменных магнитных потоков внутри сердечника. Порождая электромагнитную индукцию, переменное электромагнитное поле наводит ЭДС во вторичной обмотке, в случае, когда к ее клеммам подключена нагрузка, во вторичной обмотке начинает течь ток.

При отсутствии схемы подключения выхода трансформатора (ненагруженное состояние) ток течет только в первичной обмотке, равный электрическому току холостого хода. Аналогичным образом происходит работа трехфазных ТН.