Трансформатор Тесла — это уникальное статическое электромагнитное устройство, изобретенное Николой Теслой в 1891 году. Его основное назначение — преобразование величин токов и напряжений без изменения мощности и частоты. Этот прибор способен генерировать высоковольтные колебания (до 7 мегавольт) и высокие частоты (до 0,15 МГц). Конструктивно он состоит из бессердечникового трансформатора, электрического конденсатора и разрядника. Изначально созданный для демонстрационных целей, трансформатор Тесла впоследствии нашел применение в качестве источника высокочастотных колебаний в радиопередатчиках.
Конструкция и принцип действия
Основу любого трансформатора, включая трансформатор Тесла, составляет сердечник (магнитопровод), на который намотаны две или более обмоток. Обмотка, подключенная к источнику энергии, называется первичной, а обмотки, подключенные к нагрузке, — вторичными. При подаче переменного напряжения на первичную обмотку возникающий в ней переменный ток создает электромагнитное поле, которое индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) во вторичной обмотке.
Особенности конструкции
Конструкции трансформаторов различаются по мощности, диапазону рабочих частот и величине генерируемой ЭДС. Для мощных моделей критически важен эффективный отвод тепла, выделяющегося в обмотках и металлических деталях. Высоковольтные трансформаторы предъявляют строгие требования к электроизоляции. Наиболее эффективная индуктивная связь между обмотками достигается при использовании сердечников из ферромагнитных материалов, выполненных в виде замкнутого ярма.
Для питания нескольких независимых нагрузок количество вторичных обмоток должно соответствовать числу этих нагрузок.
Магнитопровод и типы трансформаторов
Сердечник трансформатора изготавливают из отдельных листов специальной электротехнической стали, которая обладает малыми потерями на перемагничивание и вихревые токи. Чтобы дополнительно снизить вихревые токи, листы изолируют друг от друга слоем лака, а затем стягивают болтами. По конструкции сердечника выделяют два основных типа трансформаторов:
- Броневые — с Ш-образным сердечником.
- Стержневые — с П-образным сердечником.
Специализированные типы трансформаторов
В электротехнике и промышленности применяются различные специализированные трансформаторы:
Автотрансформаторы (автотрансформаторы) — устройства, в которых первичная и вторичная цепи частично объединены, что делает их более компактными и экономичными для определенных диапазонов напряжений.
Многообмоточные трансформаторы (трансформаторы) имеют одну первичную и несколько вторичных обмоток. Они широко используются в радиотехнических схемах для одновременного получения нескольких различных напряжений. В режиме холостого хода их работа аналогична двухобмоточным трансформаторам.
Трехфазные трансформаторы предназначены для работы в трехфазных сетях переменного тока. Преобразование напряжений осуществляется с помощью единого трансформатора, имеющего общий для всех трех фаз сердечник. В такой конструкции магнитный поток любой фазы может замыкаться через стержни с обмотками других фаз. Ключевое преимущество трехфазного трансформатора — значительная экономия материалов (стали) по сравнению с тремя отдельными однофазными трансформаторами аналогичной мощности.
