Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, которое передает электрическую энергию от одного контура к другому через провода - трансформаторные обмотки.
Электромагнитная индукция производит электродвижущую силу в проводнике, который подвергается воздействию изменяющихся во времени магнитных полях. Трансформаторы используются для увеличения или уменьшения переменного напряжения в электрических силовых цепях.
Переменный ток в первой первичной катушке создает переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора и соответственно переменное магнитное поле во второй катушке. Это поле индуцирует переменную электродвижущую силу (напряжение) во вторичной катушке. Описанный эффект называется взаимной индукцией.
С момента изобретения первого постоянного потенциального трансформатора в $1885$ году, трансформаторы стали важными для передачи, распределения и использования переменной электрической энергии. Различные трансформаторные конструкции встречаются в электронных и электрических силовых цепях.
История
Открытие
Электромагнитная индукция, принцип работы трансформатора, была обнаружена независимо друг от друга Майклом Фарадеем в $1831$ году, Джозефом Генри в $1832$ году и др.
Фарадей провел первые эксперименты с индукцией между витками проволоки, в том числе двумя отдельными обмотками вокруг железного кольца - первый тороидальный трансформатор с замкнутой магнитной цепью.
Индукционные катушки
Первые трансформаторы, нашли широкое практическое применение в виде индукционной катушки, которая была открыта в 1836 году ирландцем Николасом Калланом.
Он был одним из первых исследователей, который заметил, что отношение витков обеих катушек может быть использовано для увеличения или уменьшения электродвижущей силы. Первоначальный толчок в использовании индукционных катушек является желание экспериментаторов увеличить напряжение, полученное от батарей. Так как батареи создают постоянный, а не переменный ток, первые индукционные катушки используются вибрационные соединители, которые периодически прерывают ток в первичной обмотке, чтобы создать изменения магнитного потока, необходимого для индукции.
В $70$ - х годах $19$ - го века появляются генераторы переменного тока, эффективные генераторы, которые производят переменный ток, и становится ясно, что индукционные катушки могут получать питание без использования переключателя. В $1876$ году в России Павел Яблочков создает систему освещения, в которой использует индуктивные катушки.
Основные принципы
Напряжение, которое подается на вход трансформатора, называется первичным (вход) и то, что получается на выходе, называется вторичным (выход), и соответствующие им витки - первичные и вторичные.
Первичная обмотка и приложенное к нему напряжение, создает переменный магнитный поток в окружающей магнитной среде.
В идеальном случае, когда нет потерь в трансформации, энергия, выбрасываемая, первичным контуром преобразуется в магнитное поле, а затем в энергию вторичной цепи. Это показывает, что преобразование достигается энергией, и этот процесс позволяет использовать такие электрические параметры схемы, которые необходимы - например, при передаче электроэнергии, для использования в транспорте, для использования в домах и так далее.
Типы
- Автотрансформатор: трансформатор, в котором часть обмотки является общей для обеих первичных и вторичных цепей;
- Трехфазный трансформатор: любой трансформатор с более чем одной фазой;
- Заземляющий трансформатор: трансформатор используется для заземления трехфазных цепей;
- Резонансный трансформатор: трансформатор, который использует резонанс для генерации высокого вторичного напряжения;
- Аудио трансформатор: трансформатор используется в аудиоаппаратуре;
- Импульсный трансформатор: специализированный трансформатор малого сигнала, используемый для передачи цифровых сигналов, обеспечивая при этом электрическую изоляцию.
