Osoba bez wykształcenia inżynierskiego, zapytana o to, czym jest sieć elektryczna, natychmiast poda nazwę kilka jego charakterystycznych elementów, wśród których prawie na pewno zostanie wymieniony transformator. Jeśli taka osoba nieustannie napotyka w domu przewody i gniazdka, to z kabiny transformatora wie o transformatorze iz tego charakterystycznego szumu, który słychać za zamkniętymi drzwiami.
Dlaczego więc ten element sieci elektrycznej jest tak popularny i jak działa? Druga część pytania nie jest zbyteczna. transformator nie ma intuicyjnych i znanych ruchomych części.
Podstawowe procesy fizyczne w transformatorze
Sieć elektryczna o dowolnym przeznaczeniu polega na wykorzystaniu energii elektrycznej do wykonywania prac mechanicznych (energetyka) i przesyłania informacji (telekomunikacja). Ta energia może istnieć w postaci dwóch pól: elektrycznego i magnetycznego.
Pola elektryczne i magnetyczne są ze sobą ściśle powiązane. Wiadomo, że metal zawiera dużą liczbę wolnych elektronów, które decydują o jego wysokiej przewodności. Jeśli metalowy przedmiot jest utrzymywany w polu magnetycznym, elektrony poruszają się wraz z nim, co oznacza występowanie prądu elektrycznego. Ważne jest, aby proces ten był odwracalny, tj. prąd elektryczny wytwarza pole magnetyczne wokół przewodnika.
Teraz wyobraźmy sobie, że w pewnej parze przewodów 1-2 występuje prąd elektryczny I. Następnie, pod warunkiem, że ten prąd I jest zmienny, możliwe jest uzyskanie pojawienia się prądu i / lub napięcia w innym para przewodów 3 - 4, pod warunkiem, że te pary oddziałują ze sobą na drodze elektrycznej lub / lub magnetycznej pola. Rysunek 1 przedstawia te procesy w sposób schematyczny.
W ten sposób możliwe staje się wykonanie połączenia dwóch różnych obwodów przepływu prądu bez ich bezpośredniego połączenia ze sobą.
Wygodne jest wykonanie pierwotnego (przewody 1 i 2) i wtórnego (przewody 3 i 4) w postaci uzwojeń. Następnie stosunek prądów i napięć w obwodzie pierwotnym i wtórnym jest całkowicie określony liczbą zwojów uzwojenia pierwotne i wtórne, co z kolei oznacza możliwość stworzenia przekładnika prądowego (przetwornika) i Napięcie.
Ponadto sam proces transformacji jest dogodnie zorganizowany poprzez składową magnetyczną pola elektromagnetycznego.
Zwiększenie sprawności transformatora
W procesie przenoszenia energii elektromagnetycznej z uzwojenia pierwotnego do wtórnego biorą udział tylko te linie siły pola magnetycznego, które przecinają zwoje uzwojenia wtórnego. Biorąc pod uwagę tę cechę, tzw. rdzeń wykonany ze stali elektrotechnicznej, która stwarza zauważalnie niższą odporność na pole magnetyczne w porównaniu z powietrzem.
W rezultacie linie sił pola magnetycznego wytworzone przez uzwojenie pierwotne przechodzą głównie przez rdzeń i oddziałują z uzwojeniem wtórnym, rysunek 2. To, nawiasem mówiąc, wyjaśnia drugą nazwę rdzenia jako obwód magnetyczny.
Projekt rdzenia
Pierwsze przykłady transformatorów rdzeniowych charakteryzowały się znacznymi stratami, które były spowodowane tzw. prądy wirowe. Powstały z tego powodu, że przemienne pole magnetyczne generuje prądy nie tylko w uzwojeniu wtórnym, ale także w samym rdzeniu.
Aby stłumić ten niepożądany efekt, rdzeń składa się z cienkich płyt, które są izolowane wzdłuż płaszczyzny styku. Rysunek 3 przedstawia schematycznie tłumienie prądów wirowych w przejściu do takiego projektu.
P.S. Aby poszerzyć swoje horyzonty i ewentualną dalszą lekturę, polecam przeczytanie mojego artykułu - https://www.asutpp.ru/transformator-prostymi-slovami.html