Что такое трансформатор и для чего он нужен?
Трансформатор — это ключевое устройство в электротехнике, предназначенное для преобразования (от латинского "transformare") напряжения переменного тока — его повышения или понижения. Основу прибора составляет сердечник из специальной электротехнической стали, на который наматываются обмотки. В зависимости от выполняемых задач, трансформаторы классифицируются на силовые, измерительные, осветительные и регулирующие.
История и устройство
Первый в мире трансформатор был создан в 1876 году выдающимся русским изобретателем Павлом Николаевичем Яблочковым, что стало важным шагом в развитии электроэнергетики.
Конструктивно трансформатор состоит из одной или нескольких катушек (обмоток) из изолированного провода, намотанных на каркас и размещённых на магнитопроводе (сердечнике), который собирается из тонких стальных пластин для уменьшения потерь. При подаче переменного электрического тока на первичную обмотку, вокруг неё и сердечника возникает переменное магнитное поле. Это поле, в свою очередь, наводит (индуцирует) переменную электродвижущую силу (ЭДС) во вторичной обмотке. Если к выводам вторичной обмотки подключить нагрузку, например, лампу, в цепи возникнет электрический ток.
Принцип действия и ключевые параметры
Главная особенность трансформатора — передача электрической энергии из одной цепи в другую посредством переменного магнитного поля, без прямого электрического соединения между ними. Величина напряжения на выходе напрямую зависит от соотношения числа витков в обмотках. Если количество витков одинаково, напряжение на первичной и вторичной обмотках будет равным (например, 220 В). Если же витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной, трансформатор будет повышать напряжение. И наоборот: при меньшем числе витков во вторичной обмотке устройство работает как понижающий трансформатор.
Применение в энергетике и промышленности
Трансформаторы — неотъемлемая часть современной жизни. Их масштабное применение в энергетике позволяет эффективно передавать электроэнергию на огромные расстояния. На электростанциях генераторы вырабатывают ток, напряжение которого с помощью мощных повышающих трансформаторов увеличивается до сотен тысяч вольт. Это необходимо для минимизации потерь в линиях электропередачи (ЛЭП). Непосредственно у потребителей — на заводах, в городах и домах — другие трансформаторы (понижающие) снижают это высокое напряжение до безопасных и удобных для использования уровней (380 В, 220 В).
Мощные силовые трансформаторы в процессе работы выделяют значительное количество тепла. Для его отвода применяются системы охлаждения, чаще всего масляные, где активная часть прибора помещается в бак, заполненный специальным минеральным маслом. Такие трансформаторные подстанции представляют собой крупногабаритные сооружения высотой в несколько метров и массой в десятки, а иногда и сотни тонн.
Трансформаторы в бытовой технике
Помимо энергетики, трансформаторы в миниатюрном исполнении, так называемые "трансформаторы-карлики", повсеместно используются в электронной аппаратуре: в телевизорах, радиоприёмниках, магнитофонах и другой технике. В этих устройствах они выполняют несколько функций: обеспечивают разные уровни напряжения для питания различных цепей, передают сигналы между каскадами усилителей и выполняют важную роль гальванической развязки, то есть разделения электрических цепей для обеспечения безопасности и помехозащищённости.