Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, преобразующее переменное (синусоидальное) напряжение (ток) одного значения в напряжение (ток) другого значения.

Первые трансформаторы с разомкнутым магнитопроводом предложил в 1874 году П.Н.Яблочков для питания электрической "свечи". В 1885 году венгерские ученые М.Дери, О.Блати и К.Циперновский разработали однофазные промышленные трансформаторы с замкнутым магнитопроводом. Трехфазные трансформаторы появились в 1889 – 1891 годах благодаря работам русского ученого М.О. Доливо– Добровольского, работавшего в Германии, и американского ученого сербского происхождения НиколаТесла.

Трансформаторы очень широко используются в различных областях электротехники, электроники, в электроснабжении, в устройствах измерения, автоматического управления и т.д.

    Трансформаторы классифицируют по следующим признакам:

1. По назначению различают – силовые, измерительные, сварочные и специальные;

2. По расположению обмоток – стержневые, броневые, тороидальные, специальные;

3. По числу фаз – однофазные, трехфазные, многофазные;

4. По напряжению – низковольтные (U<1500 В) и высоковольтные (U>1500 В);

5. По мощности – малой мощности, если полная номинальная мощность (S_Н<10 кВА), средней мощности (10< S_Н ≤100 кВА), большой мощности (100 кВА< S_Н <10 МВА) и сверхмощные (S_Н >10 МВА);

6. По частоте – нормальной частоты (6<f≤100 Гц), повышенной частоты (100<f≤1000 Гц), средней частоты (1 кГц<f<100 кГц) и высокочастотные (f>100 кГц);

7. По числу обмоток – однообмоточные (автотрансформаторы), двухобмоточные, многообмоточные.

                 а)                               б)                                  в)

Рис.2.1 Типы однофазных трансформаторов:

а – стержневой; б – броневой; в – тороидальный.

Трансформатор состоит из двух основных частей: магнитопровода 1 и обмоток – 2 (рис. 2.1). Магнитопровод выполняется чаще всего из пакета, собранного из листов электротехнической стали. Листы могут быть различной формы: Ш– образными,  П– образными, прямоугольные, ленточные толщиной 0,35...0,5 мм для нормальных частот (f<100Гц). Ленточные листы часто сворачиваются в спираль и образуют тороидальный магнитопровод (рис. 2.1, в). Часть магнитопровода, на которой размещаются обмотки,  называется стержнем, остальное – ярмо. Для трансформаторов малой мощности пластины ничем не покрываются и за счет окисления поверхности изолируются друг относительно друга и таким образом уменьшают потери за счет вихревых токов.

   Обмотки трансформатора чаще выполняются в виде цилиндрических катушек из медных или алюминиевых изолированных проводов. Обмотка, подключенная к источнику к линии электропередачи, называется первичной, а обмотка, подключенная к потребителю, – вторичной. Обе эти обмотки для лучшей магнитной связи располагают на одном стержне. В силовых трансформаторах ближе к стержню располагают обмотку низшего напряжения, которая изолируется от стержня и обмотки высшего напряжения. Обмотка высшего напряжения также снаружи покрывается изоляционным материалом.

   В стержневых трансформаторах (рис. 2.1, а) магнитопровод выполняется из П– образных и прямоугольных пластин, а первичная и вторичная обмотки намотаны на оба стержня. При этом половина обмоток на одном стержне и вторая половина – на другом. Намотка обмоток выполняется так, чтобы их магнитные потоки складывались и образовывали рабочий поток – Ф.

    В броневых трансформаторах (рис. 2.1, б) магнитопровод выполняется из Ш– образных пластин. Обмотки располагаются на среднем стержне магнитопровода, в котором и создаются рабочий номинальный поток Ф. Этот магнитный поток разветвляется на два потока по Ф/2 и замыкается через ярмо магнитопровода.

В тороидальных трансформаторах (рис. 2.1, в) обмотки наматываются на магнитопровод по всей длине окружности.

Способ охлаждения трансформатора зависит от номинальной мощности. Трансформаторы малой мощности обычно выполняются с естественным воздушным охлаждением. Трансформаторы средней и большой мощности помещаются в герметический бак, заполненный высококачественным изолятором – трансформаторным маслом. Трансформаторное масло обладает большей, чем воздух теплопроводностью и хорошо отводит тепло от обмоток и магнитопровода к стенкам бака, имеющего большую площадь охлаждения, чем сам трансформатор. Начала и концы обмоток трансформатора выводятся на его внешнюю поверхность (бака) и маркируются. Трансформатор характеризуется обычно номинальными величинами (параметрами), характеризующими его нормальный режим работы, при котором трансформатор не перегревается и не выходит из строя в установленное по паспорту время. Основными параметрами, которые указываются на шильде или в паспорте трансформатора, являются следующие:

1) номинальные напряжения на первичной U_1Н и вторичной обмотках U_2Н в режиме холостого хода;

2) номинальная полная мощность вторичной обмотки S_Н=I_2НU_2Н;

3) номинальные токи первичной I_1Н и вторичной – I_2Н обмоток при номинальной мощности трансформатора и номинальном напряжении;

4) номинальная частота;

5) схема соединения;

6) число фаз;

7) режим работы (длительный, кратковременный);

8) способ охлаждения.