Трансформатором называют электромагнитное статическое устройство, преобразующее энергию переменного тока одного напряжения (первичная система) в энергию переменного тока другого напряжения (вторичная система).
Конструктивная схема трансформатора показана на рис. 1.
Рис. 1 Конструктивная схема трансформатора
Рабочие обмотки трансформатора – первичную (1) и вторичную (2) – обычно размещают на стальном замкнутом магнитопроводе (сердечнике). Благодаря применению ферромагнитного сердечника существенно увеличивается взаимоиндукция (электромагнитная связь) между обмотками. Если первичная обмотка трансформатора включена в сеть с переменным напряжением U 1 то в обмотке протекает ток I 1 и создается связанный с ним переменный магнитный поток, большая часть которого представляет собой поток взаимондукции Ф (так называемый основной поток), пронизывающий обе обмотки и связывающий их электромагнитно. Именно этим потоком электромагнитная энергия из первичной системы передается во вторичную.
Первичная обмотка представляет собой совокупность w 1 последовательно соединенных контуров (витков); во вторичной обмотке w 2 таких контуров (витков). Эти контуры пронизываются общим потоком Ф. По закону электромагнитной индукции величина э.д.с., наведенная в замкнутом контуре, пропорциональна скорости изменения потока Ф, пронизывающего контур. Величины мгновенных значений э.д.с., наводимых основным потоком Ф в первичной и вторичной обмотках, равны
Отношение первичной и вторичной э.д.с., наведенных основным потоком (их называют также основными э.д.с.), равно коэффициенту трансформации
который показывает, во сколько раз изменяется напряжение при трансформации.
Наиболее широкое применение в энергетике получили однофазная и трехфазная системы переменного тока. Соответственно этому и трансформаторы, используемые в той или иной системах, называются однофазными или трехфазными.
Трансформаторы, предназначенные для использования в системах передачи и распределения электроэнергии для преобразования потоков электроэнергии, называют силовыми. Кроме того, существует много разновидностей трансформаторов, которые осуществляют и другие функции – это так называемые специальные трансформаторы: измерительные, испытательные, сварочные, автотрансформаторы, пик-трансформаторы, трансформаторы для выпрямительных устройств и др.
Все потери выделяются в активных частях трансформатора в виде теплоты. В маломощных трансформаторах в окружающую среду теплота отдается естественным путем – теплоотдачей в окружающий воздух. Такие трансформаторы с естественным воздушным охлаждением называют сухими. С повышением мощности возможности естественной теплоотдачи оказываются недостаточными. Для охлаждения трансформатор помещают в бак, залитый трансформаторным маслом, которое значительно лучше чем воздух отводит теплоту от нагретых частей (обмоток и сердечника) и передает его стенкам бака. Для улучшения теплопередачи поверхность бака увеличивают за счет ввареных трубок или установкой охлаждающих радиаторов. Такие трансформаторы называют масляными. В мощных трансформаторах для улучшения теплоотдачи применяют принудительную циркуляцию масла и обдув охлаждающих радиаторов.