Структура трансформатора

Трансформатор состоит из магнитной цепи, которая называется сердечником. Сердечник имеет две обмотки, по которым течет ток: так называемую первичную обмотку и вторичную обмотку. Если к первичной обмотке прикладывается переменное электрическое напряжение, по ней начинает течь переменный ток. Этот переменный ток создает в обмотке магнитное поле, которое меняет свою силу и частоту в зависимости от источника переменного тока. Магнитный поток трансформатора изменяется с частотой переменного напряжения.

Настоящий трансформатор, по сути, состоит из двух или более катушек и общего железного сердечника. Обмотки трансформатора обычно изготавливаются из изолированного медного провода и наматываются на железный сердечник.

Входное напряжение подается на первичную обмотку трансформатора. Поэтому катушку на первичной стороне часто называют первичной обмоткой. Переменное напряжение на первичной обмотке создает переменное магнитное поле за счет индуктивности. Магнитный поток проходит через вторичную обмотку с помощью железного сердечника. Таким образом, выходное напряжение может быть получено со вторичной стороны трансформатора. Соответственно первичной стороне, катушка на вторичной стороне называется вторичной обмоткой. Соотношение витков первичной и вторичной катушек определяет, будет ли выходное напряжение ниже или выше входного. Если число витков вторичной катушки больше, чем первичной, выходное напряжение будет больше входного. Однако если число витков вторичной катушки меньше, выходное напряжение меньше входного. Если обе катушки имеют одинаковое количество витков провода, намотанного на них, выходное напряжение равно входному. Трансформатор работает в основном с переменным напряжением. Соотношение числа витков обмоток имеет решающее значение для изменения мощности, напряжения или тока. Важно отметить, что трансформатор может либо увеличивать, либо уменьшать напряжение или ток. Соответствующий аналог в этом случае уменьшится или увеличится в той же степени.

Помимо катушек, важным компонентом трансформатора является железный сердечник. Железный сердечник часто состоит из железного порошка, феррита или сплавов кремния и стали. Катушки наматываются на железный сердечник проводом, чтобы создать между ними магнитную связь. Многие трансформаторы также подвергаются охлаждению. Трансформаторы охлаждаются в масляной ванне. Помимо охлаждения, масло также действует как изолятор и изолирует лучше, чем воздух. Для очень высоких мощностей и/или напряжений в сети могут быть установлены дополнительные системы охлаждения.

Технология изготовления сердечника и качество используемого трансформаторного сердечника влияют на магнитную цепь. В идеале магнитная цепь трансформатора (магнитное поле) должна генерировать низкие потери на вихревые токи и иметь низкие потери на перемагничивание (потери на гистерезис). Другой аспект — это сопротивление в обмотке трансформатора. Потери в обмотке могут быть снижены только при использовании многослойных и упорядоченных витков на первичной и вторичной обмотках и лучшего металла обмотки. Напряжение регулируется количеством витков на катушке. Сила тока определяет диаметр металла обмотки.
Номинальная мощность трансформатора выражается в ВА или кВА (ВА означает вольт-ампер и является единицей измерения кажущейся электрической мощности, кВА — киловольт-ампер).

За исключением серебра, медь имеет наилучшее значение проводимости γ = 56, в то время как у алюминия только γ = 36. Алюминий следует за ней с разрывом примерно в 35%. Таким образом, медь является лучшим металлом, а алюминий — «только» вторым среди технически и экономически пригодных материалов-проводников для электрической энергии. Все остальные металлы не могут считаться проводниками, а сплавы обычно имеют значительно меньшую проводимость, чем чистые металлы. Серебро и золото полностью исключены из-за их высокой цены.