Практикум по радиоэлектронике. Трансформатор: Методические указания к лабораторной работе № 12

1. Введение

Трансформатор представляет собой статическое (т. е. не имеющее подвижных частей) устройство, служащее для преобразования числового значения переменного во времени напряжения, а также для электрического разделения цепей и преобразования числовых значений сопротивлений. Передача энергии из одной цепи в другую производится трансформатором благодаря явлению взаимоиндукции.[2, стр.122]

Если от источника энергии (сигнала) задается синусоидальное напряжение (ток) то используется трансформатор переменного напряжения (тока). Если трансформатор необходим для передачи однополярных импульсов напряжения (тока), то используется импульсный трансформатор. В обоих случаях используется также свойство гальванического разделения электрических цепей входа и выхода.

В электротехнике наибольшее распространение получили трансформаторы в системах передачи электроэнергии от электростанций через линии электропередачи к предприятиям. В местах распределения энергии между потребителями устанавливаются силовые понижающие трансформаторы, которые подают большинству потребителей напряжение ~380 / 220 вольт. Все это силовые трансформаторы сетевой частоты (по принятому в РФ стандарту частота равна 50 Гц), трех- и однофазные. Такие же силовые трансформаторы применяются в различных устройствах (сварочные, нагревательные, согласующие для различных устройств питания). В последние 10–15 лет большое распространение получили силовые трансформаторы на повышенные частоты в связи с бурным развитием силовой электроники и использованием частотных преобразователей. В настоящее время используются силовые трансформаторы на частоты в десятки килогерц. На некоторые нагрузки для нормальной работы требуется подать последовательность импульсов напряжения (тока) заданной амплитуды и длительности. Одним из способов обеспечить такой импульс может быть использование импульсного трансформатора. Для измерений переменных или импульсных сигналов может использоваться измерительный трансформатор тока или напряжения и т. д.

Приведена далеко не полная классификация трансформаторов по назначению, а еще они значительно различаются по мощностям, по напряжению, по форме и материалу магнитопроводов и т. д. Однако несмотря на большое разнообразие типов трансформаторов, принцип действия и физические процессы в них одни и те же, и описание этих процессов опирается на законы взаимоиндукции, полного тока и свойства материалов. Конкретные же изделия различаются только конструктивными особенностями, которые выбираются и оптимизируются в соответствии с назначением трансформатора.

2. Магнитные материалы

Большое значение для оптимального выбора конструкции трансформатора имеет правильный выбор материала магнитопровода. Для трансформаторов обычно используют материалы с высокой относительной магнитной проницаемостью µ.

По величине относительной магнитной проницаемости µ материалы могут быть разделены на три основные группы:

·  парамагнитные материалы с магнитной проницаемостью µ, незначительно превышающей единицу; например, платина (µ » 1,0003), алюминий (µ » 1,00002), некоторые марки нержавеющей стали;

·  диамагнитные материалы с µ < 1; это серебро, медь, висмут и др.; однако отличие µ от единицы, как и у парамагнитных, невелико, например у висмута µ » 0,99984, и за исключением особых случаев для этих материалов, как и для парамагнитных, можно принимать µ = 1;

·  ферромагнитные материалы с магнитной проницаемостью µ >> 1; это железо, никель, кобальт, гадолиний, ряд сплавов на их основе, ферриты.