Трансформатор
седми клас * 1 ядро  
Transformer [трансфоомъ]
Transformer

 

  Трансформатор
       
 

Познаваме различни уреди, използвани за превръщане - трансформиране на енергията от един вид в друг. Наричаме ги трансформатори. Например, трансформатори са топлинните двигатели, които превръщат вътрешната енергия на парата или на газовете в механична енергия. Трансформатори са и електродвигателите и генераторите за електричен ток. Първите превръщат електричната енергия в механична, а вторите - механичната енергия в електрична.

 

Кои електромагнитни уреди наричаме електрични трансформатори?

Във всеки дом има разнообразни електрически консуматори - печки, котлони, радиоапарати, телевизори, електричен звънец и други. Някои от тези консуматори работят при по-ниско напрежение от това на градската електрическа мрежа - 220 V. Например за електричния звънец е необходимо напрежение от 5 V, а за транзистора 9 V. Уредите, с помощта на които напрежението на градската електрична мрежа се променя - трансформира в желаното от нас напрежение, се наричат електрични трансформатори.

 

Какъв е принципът на действие и какво е устройството на електричните трансформатори?

Знаем, че в една затворена проводникова намотка не протича електричен ток, понеже във веригата няма включен източник на електричен ток. Естествено възниква проблемът - може ли в тази проводникова намотка да протече електричен ток и без в нея да е включен източник на електричен ток? Вече знаем, че това е възможно, когато проводниковата намотка попадне в достатъчно силно променливо магнитно поле. Променливото магнитно поле може да се проявява около намотка, по която протича променлив ток. Между намотката, около която се проявява променливото магнитно поле, и намотката, в която се получава индуцираното напрежение и електричен ток няма друго освен желязна сърцевина. Проводниците им обаче са изолирани и броят на навивките им е различен. Следователно:

Електричните трансформатори са конструирани на принципа на явлението електромагнитна индукция

Отново провеждаме демонстрационен опит, но сега с учебния трансформатор (фиг. 1). Намотката с 1200 навивки поставяме върху П образната желязна сърцевина и я свързваме с източника на променлив електричен ток, (градската електрична мрежа с напрежение 220 V). Тази намотка наричаме първична. Нейната роля е да породи променливото магнитно поле. В другия край на П образната желязна сърцевина поставяме намотка с 300 навивки. Тази намотка е свързана с луминисцентна лампа, която работи при напрежение 55 V и я наричаме вторична. Затваряме електричната верига на първичната намотка и наблюдаваме, че свързаната с вторичната намотка лампа започва да работи. Междудвете намотки няма галванична връзка, а само поставени върху една и съща П – образна желязна сърцевина.

Основните елементи на електричния трансформатор са първична намотка, вторична намотка и свързваща ги желязна сърцевина.

Фиг. 1 Учебен разглобяем трансформатор

Желязната сърцевина изпълнява същата роля както при един електромагнит. В нея силовите линии на магнитното поле се концентрират и така усиленото магнитно поле пресича навивките на вторичната намотка и индуцира в тях напрежение и електричен ток. Ако няма желязна сърцевина силовите линии на магнитното поле се разсейват и ефектът от трансформирането е много по - слаб.

Самата желязна сърцевина на електричния трансформатор не е от плътно желязо, а е съставена от множество пластинки от силициева ламарина, изолирани една от друга. Прави се с цел да се намалят загубите на електроенергия поради топлинното действие на индуцираните токове, които се получават в плътната желязна основа на електричния трансформатор.

 

Кои са основните зависимости при електричния трансформатор?

Нека направим опит с учебния трансформатор, като използваме намотки с различен брой навивки. Големините на напреженията в краищата на първичната и вторична намотки нанасяме в таблица. На основата на получените данни правим извода, че:

Напреженията в краищата на първичната и вторичната намотки на един електричен трансформатор са правопро-порционални на броя на навивките на съответната намотка.

Експериментално се извежда и втората зависимост, а именно:

Големините на токовете, които протичат по първичната и вторична намотка на един електричен трансформатор са обратнопропорционални на броя на навивките на съответната намотка.

Електричните трансформатори могат да се използват само при наличието на променлив електричен ток, понеже се основават на явлението електромагнитна индукция.

Отношението

характеризира трансформатора и се нарича коефициент на трансформация.

Ако обединим трите зависимости получаваме:

 

Какво е приложението на електричните трансформатори?

Електричните трансформатори са едни от уредите, които се характеризират с много малки загуби на електроенергия. Дължи се на това, че при тях няма движещи се части и не се проявява триене. При големите електрични трансформатори коефициентът на полезното им действие (КПД) достига до 98%.

Електричните трансформатори намират широко приложение не само за това, че КПД при тях е много висок, а и затова, че възможностите за използването им са много широки. Чрез трансформаторите в подстанция на една топлоелектрическа централа (ТЕЦ), полученият в генераторите на централата променлив електричен ток, се трансформира до по - високо напрежение, и пренася по далекопроводите на далечни разстояния при сравнително малки енергийни загуби. Пристигнал в градската подстанция той отново се трансформира, но сега до напрежение от 6 до 35 kV. От там той се препраща в трафопостовете, за да се трансформира до 220 V и използва в домакинствата и промишлеността.

Електричните трансформатори се използват в съобщителната техника, в радиотехниката, в заваряващата техника, в подстанциите при електроцентралите и в населените места, в домакинството и другаде. Според предназначението си те биват с различна конструкция и размери.