Зачем нужен трансформатор?

Изначально я хотел взять более интересную и непопулярную тему об этом устройстве, но понял, что расскажу о ней в следующем посте, после того, как познакомлю вас с принципом его работы.

Многие уже, наверняка, знают, что такое трансформатор и зачем он нужен. Думаю, что этот электрический прибор имеет гораздо большую популярность, чем автоматический выключатель или УЗО, о которых я уже рассказывал, и в представлении не нуждается. Он стоит практически в каждом городском дворе, участвует в питании мощных приборов и даже находится внутри зарядных устройств наших телефонов.

Трансформатор нужен для изменения величины электрического напряжения. Для понимания его устройства нам потребуются знания об электромагнитной индукции, которые можно освежить в одном из моих предыдущих постов. Этот прибор состоит из двух катушек проводов, намотанных на магнитный сердечник (см. картинку). Суть его работы достаточно проста. На первую катушку подается переменный ток, который, как мы знаем, внутри нее генерирует переменное магнитное поле. А переменное магнитное поле приводит к изменению магнитного потока через вторую катушку, что, в свою очередь, по закону электромагнитной индукции порождает в ней индукционный ток. Магнитный сердечник, на который все это дело намотано, нужен для лучшей передачи магнитного потока от одной катушки к другой. В ферромагнитных материалах это все происходит легче, чем по воздуху.

Таким образом, на первую катушку заходит ток под одним напряжением, а со второй, подключив к ней прибор, мы можем получить ток и напряжение другой величины. Причем, удобство в том, что регулировать то, во сколько раз нам нужно изменить напряжение, мы можем, изменяя количество витков, намотанных на катушки. Отношение напряжения на первичной катушке к напряжению на вторичной называется коэффициентом трансформации и равно отношению количества витков на этих катушках.

Эти устройства очень помогают в передаче электроэнергии. Например, трансформаторные подстанции или будки нужны для того, чтобы подать в квартиру электричество под нужным напряжением 220 В, т.к. изначально с электростанции или другой подстанции туда приходит ток под большим напряжением (6000–10000 В). Здесь как раз и пригождаются эти устройства.

Помимо понижения напряжения, трансформаторные станции нужны еще и для его повышения, например, при транспортировке тока от электростанции. При фиксированной потребляемой мощности, повышение напряжения приводит к снижению потерь электрического тока (ведь сопротивление и прочие эффекты, возникающие в линии электропередач, никуда не деваются). Так периодическое прохождение тока на своем длинном пути через трансформаторы, позволяет ему с минимальными потерями дойти до потребителя.

Лично у меня возникает аналогия с транспортировкой газа по трубопроводам. Там тоже газ не может сам по себе от станции течь на большие расстояния, т.к. у него падает давление. Поэтому ему приходится периодически на своем пути проходить через станции подкачки, которые дают ему толчок и нужную скорость на следующем участке.

Вот так теоретически просто устроен трансформатор. Намотал на первичную обмотку больше витков, чем на вторичную и понизил напряжение, сделал наоборот – повысил. Но с инженерной точки зрения все, как всегда, гораздо сложнее.