Общие сведения о трансформаторах

Трансформаторами называются электромагнитные устройства, имеющие две или большее число индуктивно-связанных обмоток и предназначенные для изменения величины (номинала) переменного напряжения (тока). В электротехнике и электронике получили распространение малогабаритные трансформаторы (МТ), мощность которых не превышает 4 кВ·А. Подавляющее большинство указанных трансформаторов – низкочастотные устройства.

Трансформатор состоит из ферромагнитного магнитопровода (сердечника) и расположенных на нем обмоток. Магнитопроводы служат для обеспечения более полной связи между первичной и вторичной цепями и увеличения магнитного потока. Выбор материала магнитопровода зависит от назначения и свойств трансформатора. Применяют три типа магнитопроводов: стержневой, броневой и кольцевой. По конструкции броневые сердечники подразделяют на собранные из штампованных пластин и ленточные.

Трансформаторы со стержневым магнитопроводом (из штампованных пластин, рис. 4.1 а, из двух половин ленточного кольца, рис. 4. 1 б) имеют неразветвленную магнитную цепь, на двух его стержнях располагают две катушки с обмотками. Такую конструкцию используют обычно для трансформаторов большой и средней мощности, так как наличие двух катушек увеличивает площадь теплоотдачи и улучшает тепловой режим обмоток. Трансформаторы с броневым сердечником (рис.4.1 в и г) имеют разветвленную магнитную цепь, обмотки в этом случае размещаются на одной катушке, располагаемой на центральном стержне магнитопровода. Такие магнитопроводы используют в маломощных трансформаторах.

Пластинчатые магнитопроводы (рис 4.1 а и в) собирают из отдельных штампованных Ш - образных или П - образных пластин и перемычек. При сборке встык все пластины составляются вместе и соединяются перемычками. Магнитопровод в этом случае состоит из двух частей, что позволяет получить воздушные зазоры в магнитной цепи, необходимые для нормальной работы трансформаторов, у которых через обмотки помимо переменного тока протекает постоянный ток. При сборке внахлест пластины чередуются так, чтобы у соседних пластин разрезы были с разных сторон, что обеспечивает отсутствие воздушного зазора в магнитопроводе. При этом уменьшается магнитное сопротивление сердечника, однако при этом возрастает трудоемкость сборки.

Ленточные магнитопроводы (рис.4.1 б и г) получают путем навивки ленты трансформаторной стали, после чего “витой сердечник” разрезают и получают два С-образных сердечника, что удобно при сборке. Для получения минимального немагнитного зазора в магнитопроводе торцы сердечников склеивают пастой из ферромагнитного материала. Если необходим зазор в магнитопроводе, то в месте стыка двух сердечников устанавливают прокладки из бумаги или картона требуемой толщины.

Ленточная конструкция сердечников позволяет механизировать процесс изготовления трансформаторов. При этом трудоемкость процесса установки сердечника в катушку уменьшается, а отходы материалов сокращаются. Достоинством ленточных сердечников являются меньшие, чем в пластинчатых сердечниках, потери, Благодаря этому удается сократить размеры и массу трансформатора.

У трансформаторов используется не менее двух обмоток. Обмотка, подключаемая к источнику напряжения, называется первичной, а обмотки, к которым подключены потребители электрической энергии, называются - вторичными. Вторичных обмоток может быть несколько.

Промышленно выпускаемые малогабаритные трансформаторы классифицируются и имеют специфическую систему обозначений.

В зависимости от функционального назначения МТ подразделяются на трансформаторы питания, согласующие и импульсные.

По рабочей частоте различают МТ:

промышленной частоты 50 Гц;

повышенной промышленной частоты 400 Гц;

повышенной частоты (до 10000 Гц);

высокой частоты (свыше 10 кГц).

По выходному напряжению различают низковольтные (до 1000 В) и высоковольтные (свыше 1 кВ) трансформаторы, а также понижающие, если выходное напряжение каждой из вторичных обмоток меньше входного, и повышающие.

По виду используемого магнитного сердечника различают МТ с пластинчатым, ленточным и прессованными сердечниками. Ленточные сердечники по сравнению с пластинчатыми имеют меньшие потери и позволяют получить больший к.п.д. трансформатора. В этой связи они используются чаще. Прессованные сердечники используются на относительно высоких частотах (более 10 кГц).

Классификация трансформаторов может быть продолжена, например, по расположению катушек или их количеству, по особенностям исполнения и др.

В системе обозначения трансформаторов различного функционального назначения имеется только один общий элемент – буква Т, которая стоит первой, все остальные элементы специфические.

В силовых трансформаторах второй элемент – одна или две буквы – указывает назначение трансформатора (Н, А – для питания накальных и анодных цепей радиоламп, ПП – для питания полупроводниковых приборов; С – силовой для питания бытовой аппаратуры и др.). Третий элемент указывает на порядковый номер разработки, четвертый элемент - напряжение сети, пятый – частоту сети. Последний шестой элемент определяет вид исполнения трансформатора. Например, ТПП34-127/220 -50-В: трансформатор для питания полупроводниковых приборов, 34 номер разработки, напряжение первичной сети 127 или 220 В, частота 50 Гц, исполнение всеклиматическое (может также быть УХЛ – для умеренного и холодного климата, ТС или ТВ – для тропического сухого или тропического влажного климата).

Согласующие трансформаторы предназначены для согласования источника сигналов с нагрузкой при минимальном искажении сигнала. Вместе с активными элементами (транзисторами, лампами) они входят в перечень устройств, способных изменять уровни электрических колебаний. Различают входные, межкаскадные и выходные трансформаторы. Входные трансформаторы применяются в транзисторных схемах и имеют обозначение ТВТ. Они включаются на входе усилительных устройств и согласуют выходное сопротивление источника сигналов, например микрофона, с входным сопротивлением усилителя. Так как уровень входных сигналов сравнительно невелик, то эти трансформаторы должны быть хорошо защищены от воздействия внешних магнитных полей.

Межкаскадные трансформаторы имеют обозначение ТМ. Они согласуют выходное сопротивление предыдущего каскада с входным сопротивлением последующего. Выходные (оконечные) трансформаторы имеют обозначение ТОТ, согласуют выходное сопротивление усилителя с внешней нагрузкой. Эти трансформаторы должны обеспечивать передачу большой мощности от усилителя в нагрузку.

Импульсные трансформаторы предназначены для формирования и трансформации импульсов малой длительности. Импульсные трансформаторы можно условно отнести к высокочастотным устройствам. Они имеют обозначение ТИ или ТИМ, при этом все различие маркировки отображает диапазон значений длительностей импульсов, с которыми может работать трансформатор.

Трансформаторы обладают большой массой и габаритами и не поддаются миниатюризации. В современных электронных схемах трансформаторы встречаются редко и только в случаях необходимости. В аппаратуре, не критичной к массо-габаритным характеристикам, можно встретить силовые трансформаторы в источниках вторичного электропитания, реже - выходные согласующие трансформаторы в усилителях мощности каналов звукового сопровождения.