Перегляд вихідного коду сторінки Трансформатор

{{Otheruses|Трансформатор (значення)}}
{{unibox}}[[Файл:WeldingTransformer-1.63.png|thumb|200px|Трансформатор]]
'''Трансформа́тор''' (від {{lang-la|transformo}}&nbsp;— перетворювати)&nbsp;— [[пристрій]] для перетворення параметрів ([[амплітуда|амплітуд]] і [[фаза (коливання)|фаз]]) [[Електрична напруга|напруг]] і [[Електричний струм|струмів]]<ref name=DSTU2815>ДСТУ 2815-94 Електричні й магнітні кола та пристрої. Терміни та визначення.</ref>.
[[Файл:Drehstromtransformater_im_Schnitt_Hochspannung.jpg|thumb|200px|Трифазний силовий масляний трансформатор з вирізом у баку для демонстрації конструкції]]
[[Файл:Трансформатор.1.JPG|thumb|200px|Установка трансформатора на відкритому повітрі.]]
[[Файл:Трансформатор 110 10кВ (2).jpg|thumb|200px|Силовий трансформатор 110/35/10кВ потужністю 63МВА]]
Трансформатор&nbsp;— статичний електромагнітний пристрій, що має дві або більше [[Індуктивність|індуктивно]] зв'язані [[Обвитка|обмотки]] і призначений для перетворення за допомогою [[електромагнітна індукція|електромагнітної індукції]] однієї або кількох систем (напруг) [[Змінний струм|змінного струму]] в одну або декілька інших систем (напруг) змінного струму без зміни [[частота|частоти]] системи (напруги) змінного струму<ref>ГОСТ 16110-82 Трансформаторы силовые. Термины и определения.</ref>.

Трансформатори широко застосовуються в [[лінія електропередачі|лініях електропередач]], в [[Розподільна мережа|розподільних]] та побутових пристроях. На високій напрузі й з малою [[Сила струму|силою струму]] передавання [[Електрична енергія|електроенергії]] відбувається з меншими втратами. Тому, зазвичай [[Лінія електропередачі|лінії електропередач]] є високовольтними. Водночас побутові й промислові [[машина|машини]] вимагають великої сили струму й невеликої напруги, тож перед споживанням електроенергія перетворюється на низьковольтну. Трансформатори знайшли застосування також у різних випрямних, підсилювальних, сигналізаційних та інших пристроях.

[[Коефіцієнт корисної дії]] сучасних трансформаторів, особливо підвищеної потужності, вельми високий і досягає значень 0,95…0,996.

== Історична довідка ==
[[1831]] року англійським фізиком [[Майкл Фарадей|Майклом Фарадеєм]] під час проведення ним основоположних досліджень було відкрите явище [[Електромагнітна індукція|електромагнітної індукції]], що лежить в основі принципу роботи електричного трансформатора.

Вперше трансформатори, як такі були продемонстровані в [[1882]] році<ref name="allan">{{Cite journal|last=Allan|first=D.J.|title=Power Transformers – The Second Century|journal=Power Engineering Journal|year=Jan. 1991|volume=5|issue=1|pages=5-14|url=http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=61984|accessdate=2 квітня 2012|archive-date=6 жовтня 2014|archive-url=https://web.archive.org/web/20141006085944/http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=61984}}</ref>, хоча ще в [[1876]] році [[Яблочков Павло Миколайович|Яблочков П. М.]] запатентував (патент Франції №&nbsp;115793 від 30 листопада 1876 року<ref>[http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Iablochkov,+Pavel Iablochkov, Pavel Nikolaevich] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20130625102326/http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Iablochkov%2c+Pavel |date=25 червня 2013 }} на сайті TheFreeDictionary.com Farlex, Inc.</ref>) аналогічний пристрій для створених ним освітлювальних пристроїв&nbsp;— «[[Свічка Яблочкова|свічок Яблочкова]]»<ref name=maglab>{{Cite web
 |url         = http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/museum/stanleytransformer.html
 |title       = Stanley Transformer
 |publisher   = Los Alamos National Laboratory; University of Florida
 |accessdate  = Jan. 9, 2009
 |archiveurl  = https://www.webcitation.org/6HeDaYjIZ?url=http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/museum/stanleytransformer.html
 |archivedate = 2013-06-25
 |deadurl     = yes
}} {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20150103053406/http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/museum/stanleytransformer.html |date=2015-01-03 }}</ref>
<ref name=fonveille>{{cite journal|url=http://books.google.com/?id=ksa-S7C8dT8C&pg=RA2-PA283|page=283|journal=[[Nature (journal)|Nature]]|issue=534|volume=21|title=Gas and Electricity in Paris|date=Jan. 22, 1880|last=De Fonveille|first=W. |accessdate=Jan. 9, 2009}}</ref>. Це був трансформатор з розімкнутим осердям, у вигляді стрижня, на який намотувались обмотки.
[[Файл:Трансформатор ОСМ1-0,63.jpg|міні|Трансформатор силовий ОСМ1-0,63 380/220-24-12-5; Однофазний Сухий Багатоцільового призначення потужністю 0,63 кВА]]
У 1885&nbsp;р. угорські інженери фірми «Ganz factory» [[Отто Тітус Блаті|Отто Блаті]], [[Каролі Зіперновскі]] і [[Мікша Дері]] винайшли трансформатор із замкнутим [[магнітопровід|магнітопроводом]], що зіграло важливу роль надалі розвитку конструкцій трансформаторів<ref>''Hughes, Thomas P.'' Networks of Power: Electrification in Western Society, 1880–1930. Baltimore: The Johns Hopkins University Press, 1993.&nbsp;— p. 95. ISBN 0-8018-2873-2.</ref>.

Велику роль для підвищення надійності трансформаторів зіграло застосування масляного охолодження (кінець 1880-х років, [[Джордж Свінберн]]). Свінберн розташовував трансформатори у керамічних посудинах, заповнених оливою, що суттєво підвищувало надійність [[Електроізоляція|ізоляції]] обмоток.<ref name="Масляное охлаждение">''Савинцев Ю. М'' [http://www.rus-trans.com/index.php?show_aux_page=41 Силовые трансформаторы: основные вехи развития] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20120104053928/http://www.rus-trans.com/index.php?show_aux_page=41 |date=4 січня 2012 }}.</ref>.

Винахід трансформатора був важливим фактором у так званій [[війна струмів|війні струмів]]&nbsp;— конкурентній боротьбі за те, який електричний струм, постійний чи змінний ефективніший для масового користування.

З винайденням трансформатора виник технічний інтерес до змінного струму. Електротехнік польсько-російського походження, випускник одеського [[Реальне училище|реального училища]] (1878 рік) — [[Михайло Доливо-Добровольський|Михайло &nbsp;Доливо-Добровольський]] 1889&nbsp;року розробив для німецької фірми «Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft» перший трифазний трансформатор<ref>{{cite book|last=Neidhöfer|first= Gerhard|coauthors=in collaboration with VDE "History of Electrical Engineering" Committee|location= Berlin | isbn= 978-3-8007-3115-2|url=http://d-nb.info/990964361|title=Michael von Dolivo-Dobrowolsky and Three-Phase: The Beginnings of Modern Drive Technology and Power Supply |language=German|year=2008|publisher=VDE-Verl.|edition=2}}</ref>. На електротехнічній виставці у [[Франкфурт-на-Майні|Франкфурті-на-Майні]] 1891&nbsp;року пан Доливо-Добровольський представляв дослідне високовольтне електропередавання трифазного струму на відстань 175&nbsp;км. Трифазний генератор мав потужність 230 кВт за напруги 95 В.

У 1891 році [[Нікола Тесла]] винайшов резонансний трансформатор для вироблення високої напруги на високій частоті<ref name="PBS">{{cite web|last=Uth|first=Robert|title=Tesla Coil|date=Dec. 12, 2000|work=Tesla: Master of Lightning|publisher=PBS.org|url=http://www.pbs.org/tesla/ins/lab_tescoil.html|accessdate=2008-05-20|archiveurl=https://www.webcitation.org/6HeDbTp26?url=http://www.pbs.org/tesla/ins/lab_tescoil.html|archivedate=2013-06-25|deadurl=no}}</ref><ref>{{cite web|url=http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PALL&p=1&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsrchnum.htm&r=1&f=G&l=50&s1=0454622.PN.&OS=PN/0454622&RS=PN/0454622|last=Tesla|first=Nikola|title=System of Electrical Lighting|publisher=U.S. Patent 454 622, issued June 23, 1891|authorlink=Нікола Тесла|archiveurl=https://www.webcitation.org/6HeDcgIwg?url=http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1|archivedate=2013-06-25|accessdate=2019-05-09|deadurl=no}} {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20190115075850/http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PALL&p=1&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsrchnum.htm&r=1&f=G&l=50&s1=0454622.PN.&OS=PN/0454622&RS=PN/0454622 |date=2019-01-15 }}</ref><ref>Патент США №&nbsp;568 176 від 22 вересня 1896. Apparatus for producing electric currents of high frequency and potential. [http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?patentnumber=568176 Опис патенту] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170614092219/http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?patentnumber=568176 |date=14 червня 2017 }} на сайті Бюро по реєстрації патентів і торгових марок США.</ref>.

[[Файл:Transformer3d col3.svg|thumb|Схематична будова взірцевого трансформатора|ліворуч]]

== Будова й спосіб дії ==
[[Файл:Transformer under load.svg|thumb|Увімкнення трансформатора у [[електрична схема|схемі]]]]

Найпростіший трансформатор складається з двох [[Обвитка|обвиток]] на спільному [[осердя|осерді]]. Одна з обвиток під'єднана до [[джерело живлення|джерела змінного струму]]. Ця обвитка називається '''первинною'''. Інша обвитка, '''вторинна''', служить джерелом струму для [[навантаження]]. Створений струмом у первинній обвитці змінний [[магнітний потік]] викликає появу [[Електрорушійна сила|е.р.с.]] у вторинній обвитці, оскільки обидві обвитки мають спільне осердя. Співвідношення е.р.с. у вторинній обвитці й напруги на первинній залежить від кількості витків у обох обвитках. У зразковому випадку
: <math>
\frac{U_{S}}{U_{P}} = \frac{N_{S}}{N_{P}} = \frac{I_P}{I_S}
</math>,

де індексом P позначені величини, що стосуються первинної обвитки, а індексом S&nbsp;— відповідні величини для вторинної обвитки, U&nbsp;— [[Електрична напруга|напруга]], N&nbsp;— кількість витків, I&nbsp;— [[сила струму]].

Таким чином, перетворення напруги й сили струму в трансформаторі визначається кількістю витків у первинній та вторинній обвитках. Напруга пропорційна кількості витків, тоді як сила струму обернено пропорційна їй.

== Втрати енергії ==
У звичайних трансформаторах енергія передається від первинного кола до вторинного з втратами. Існує низка фізичних причин, що їх зумовлюють.

Однією з причин втрат є [[активний опір]] обвиток. Під час протікання струму крізь трансформатор, він нагрівається і віддає тепло навколишньому середовищу. У разі збільшення [[частота|частоти]] опір обмоток збільшується через [[скін-ефект]] та [[ефект близькості]], які зменшують площу перерізу провідника, крізь який протікає струм.

Ще одна причина втрат&nbsp;— перемагнічування осердя внаслідок [[гістерезис]]у. Ці втрати для відповідної речовини осердя, пропорційні частоті й залежать від пікового значення потоку магнітного поля крізь осердя.

Інша причина втрат&nbsp;— [[Вихрові струми|струми Фуко]]. Змінне магнітне поле в осерді породжує змінне вихрове електричне поле, яке викликає додаткові [[вихрові струми]], що теж призводять до нагрівання. Для зменшення струмів Фуко осердя виготовляють із тонких сталевих пластинок, оскільки втрати, пов'язані зі струмами Фуко, обернено квадратично залежать від товщини матеріалу. На високих частотах для виготовлення осердь використовують [[Феромагнетики|феромагнітні]] матеріали, які завдяки більшому опору, мають значно менші втрати.

Частина енергії втрачається на механічні [[коливання]]. Феромагнітний матеріал осердя розширюється і стискається у змінному магнітному полі завдяки явищу [[магнітострикція|магнітострикції]]. Цим пояснюється гудіння трансформатора, що супроводжує його роботу. Додатково, первинна й вторинна обвитка притягаються й відштовхуються у змінному магнітному полі, змушуючи також коливатися і корпус трансформатора.

[[Магнітний потік]], що виходить за межі осердя, сам по собі не призводить до втрати енергії, але він може призводити до появи вихрових струмів Фуко в металевих деталях корпусу й кріплення, що теж зумовлює невеликі втрати енергії.

Загалом, великі трансформатори мають коефіцієнт корисної дії до 98%<ref>{{Cite book
| last = Kubo
| first = T.
| last2 = Sachs
| first2 = H.
| last3 = Nadel
| first3 = S.
| title = Opportunities for new appliance and equipment efficiency standards
| publisher = [[American Council for an Energy-Efficient Economy]]
| page = 39
| format = PDF
| year = 2001
| url = http://www.aceee.org/pubs/a016full.pdf
| accessdate = June 21, 2009
| archiveurl = https://web.archive.org/web/20090531131104/http://aceee.org/pubs/a016full.pdf
| archivedate = травень 31, 2009
| deadurl = yes
}} {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20090531131104/http://aceee.org/pubs/a016full.pdf |date=2009-05-31 }}</ref>. Трансформатори з [[надпровідність|надпровідних]] матеріалів можуть збільшити цей коефіцієнт до 99,85%<ref>{{Cite journal
 |last        = Riemersma
 |first       = H., ''et al.''
 |title       = Application of Superconducting Technology to Power Transformers
 |journal     = IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems
 |volume      = PAS-100
 |issue       = 7
 |year        = 1981
 |url         = http://md1.csa.com/partners/viewrecord.php?requester=gs&collection=TRD&recid=0043264EA&q=superconducting+transformer&uid=790516502&setcookie=yes
 |doi         = 10.1109/TPAS.1981.316682
 |page        = 3398
 |last2       = Eckels
 |first2      = P.
 |last3       = Barton
 |first3      = M.
 |last4       = Murphy
 |first4      = J.
 |last5       = Litz
 |first5      = D.
 |last6       = Roach
 |first6      = J.
 |accessdate  = 13 лютого 2011
 |archiveurl  = https://web.archive.org/web/20070901220758/http://md1.csa.com/partners/viewrecord.php?requester=gs&collection=TRD&recid=0043264EA&q=superconducting+transformer&uid=790516502&setcookie=yes
 |archivedate = 1 вересня 2007
 |deadurl     = yes
}} {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20130603121351/http://md1.csa.com/partners/viewrecord.php?requester=gs&collection=TRD&recid=0043264EA&q=superconducting+transformer&uid=790516502&setcookie=yes |date= 3 червня 2013 }}</ref>.

Втрати у трансформаторах залежать від навантаження. Втрати без навантаження ([[холостий хід]]) зумовлені здебільшого опором обвиток, тоді як причиною втрат при повному навантаженні зазвичай є гістерезис та вихрові струми. Втрати за відсутності навантаження, можуть бути значними, тому навіть, якщо до вторинної обвитки нічого не увімкнено, трансформатори повинні задовольняти умовам економної роботи. Виготовлення трансформаторів із малими втратами вимагає великого осердя, високоякісної [[електротехнічна сталь|електротехнічної сталі]], грубіших провідників, що збільшує початкові затрати, але окупається впродовж експлуатації<ref name="j&p_p41-42">{{cite book
| last = Heathcote
| first = Martin
| title = J & P Transformer Book, Twelfth edition
| url = https://archive.org/details/jptransformerboo00heat_467
| isbn = 0750611588
| publisher = Newnes
| date = November 3, 1998
| pages = [https://archive.org/details/jptransformerboo00heat_467/page/n52 41]–42}}</ref>.

== Режими роботи трансформатора ==

=== Режим холостого ходу ===
Трансформатор може працювати в ''[[режим холостого ходу (електротехніка)|режимі холостого ходу]]'', коли вторинне коло розімкнене (навантаження відсутнє), тобто <math>Z_S = \infty ; I_S = 0</math>. За допомогою дослідження холостого ходу можна визначити ККД трансформатора, коефіцієнт трансформації, а також втрати в осерді.

У режимі холостого ходу для трансформатора з сердечником з магнітом'якого матеріалу струм холостого ходу визначає величину втрат в осерді (на вихрові струми і на гістерезис) та [[реактивна потужність|реактивну потужність]] перемагнічування магнітопроводу. Потужність втрат можна обчислити, помноживши активну складову струму холостого ходу на напругу, що подається на трансформатор.

Для трансформатора без феромагнітного осердя втрати на перемагнічування відсутні, і струм холостого ходу визначається опором індуктивності первинної обмотки, який пропорційний до частоти змінного струму та величини індуктивності.

=== Режим короткого замикання ===
''[[Режим короткого замикання]]'' можна отримати в результаті [[Коротке замикання|замикання]] вторинної обмотки накоротко. Це аварійний режим, що може призвести до виходу з ладу трансформатора. При цьому струм у вторинній обмотці може бути у 20…30 разів більшим за номінальний. Тому слід відрізняти режим короткого замикання від [[Дослід короткого замикання|досліду короткого замикання]]. За допомогою останнього можна визначити втрати корисної потужності на нагрівання проводів у колі трансформатора.

При дослідженні режиму короткого замикання, на первинну обмотку трансформатора подається змінна напруга невеликої величини, виводи вторинної обмотки закорочують. Величину напруги на вході встановлюють такою, щоб струм короткого замикання дорівнював номінальному (розрахунковому) струму трансформатора. За таких умов величина напруги короткого замикання визначає втрати в обвитках трансформатора, втрати на омічний опір. Потужність втрат можна обчислити помноживши напругу короткого замикання на струм короткого замикання.

Такий режим широко використовують у вимірювальних трансформаторах струму.

=== Режим навантаження ===
Режим роботи трансформатора за якому вторинна обмотка замкнена на опір називається ''режимом роботи трансформатора під [[Навантаження|навантаженням]]''. У такому режимі роботи, вторинною обвиткою протікатиме струм ''I<sub>S</sub>'', який створить власний магнітний потік ''Φ<sub>S</sub>'', який за [[правило Ленца|правилом Ленца]] має зменшити зміни магнітного потоку в осерді. Це призводить до одночасного збільшення сили струму в колі первинної обвитки. Збільшення сили струму в колі первинної обвитки відбувається згідно із [[Закон збереження енергії|законом збереження енергії]]:

: <math>I_P \cdot U_P \approx  I_S \cdot U_S</math> або <math>\frac{U_P}{U_S} \approx \frac{I_S}{I_P}</math>.

Це означає, що підвищуючи за допомогою трансформатора напругу у кілька разів, ми в стільки ж разів зменшуємо силу струму (та навпаки). Отже, трансформатор перетворює змінний струм так, що добуток сили струму на напругу приблизно однаковий у первинній і вторинній обвитках.

== Різновиди ==
<div style="float:right; padding:1em; margin:0em 0em 0em 0em; width:300px; background-color:white">
{|border="1" cellpadding="2" cellspacing="0" width="300"
|+'''Умовні графічні позначення силових трансформаторів'''
| [[Файл:Transformer-iso.svg|100px|circuit symbol]] || Трансформатор з двома обвитками на феромагнітному осерді
|-
| [[Файл:Transformer-2s.svg|100px|circuit symbol]] || Трансформатор з трьома обвитками. Крапками позначені початки обвиток, стосовно напрямку намотування
|-
| [[Файл:Transformer-es.svg|100px|circuit symbol]] || Трансформатор з електростатичним екраном для усунення ємнісного зв'язку між обвитками
|}
</div>

=== Силовий трансформатор ===
{{Main|Силовий трансформатор}}
'''Силовий трансформатор'''&nbsp;— стаціонарний прилад з двома або більше обвитками, який за допомогою електромагнітної індукції перетворює одну систему змінної напруги та струму, на іншу систему змінної напруги та струму, переважно, різних значень з тією ж частотою задля [[передавання електроенергії]] на відстані без зміни її потужності<ref name=IEC60076-1>ДСТУ ГОСТ 30830-2003 (IEC 60076-1-93) Трансформатори силові. Частина 1. Загальні положення (ГОСТ 30830-2002 (IEC 60076-1-93). IDT)</ref><ref name="МЕС">[http://www.electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=421-01-01 «Power transformer»] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20130602074504/http://www.electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=421-01-01 |date=2 червня 2013 }} у [[Міжнародний електротехнічний словник|Міжнародному електротехнічному словнику]] (IEV 421-01-01)</ref>.

Силовий трансформатор використовують для перетворення параметрів електричної енергії в електричних мережах і устаткуванні, що застосовуються для приймання та споживання електричної енергії<ref name=DSTU2790>ДСТУ 2790-94 Системи електропостачальні номінальною напругою понад 1000 В: джерела, мережі, перетворювачі та споживачі електричної енергії. Терміни та визначення.</ref>. Силовий трансформатор застосовується у складі [[Комплектна трансформаторна підстанція|комплектних трансформаторних підстанцій]] для пониження напруги заради подавання електроенергії населеним пунктам.

Термін «силовий» вказує на роботу цього виду трансформаторів з великими потужностями. Необхідність застосування силових трансформаторів зумовлена різною величиною робочих напруг [[Лінія електропередачі|ліній електропередач]] (35…750 кВ), міських електромереж (здебільшого 6…10 кВ), напруги що подається кінцевим споживачам (0,4 кВ, вони ж 380/220 В) та напруги, потрібної для роботи електромашин і електроприладів (у досить широких межах — від одиниць вольт до сотень кіловольт).

Силові трансформатори поділяються на ''сухі'', які найчастіше використовують в електромережах і в джерелах живлення різних приладів, і ''масляні'', які працюють при напругах від 6кВ і вище. Оливні трансформатори відрізняються від сухих тим, що як ізоляційне та охолоджувальне середовище застосовується спеціальна [[трансформаторна олива]]. Силові оливні трансформатори переважно призначаються для пониження напруги електромереж.
[[Файл:Autotransformer.svg|thumb|100px|Умовна графічна познака автотрансформатора з трьома виводами]]

=== Автотрансформатор ===
{{main|Автотрансформатор}}
'''[[Автотрансформатор]]'''&nbsp;— трансформатор, дві або більше обвиток якого мають спільну частину<ref>ДСТУ 3270-95 Трансформатори силові. Терміни та визначення.</ref>. Це є варіант виконання силового трансформатора, в якому первинна і вторинна обвитки сполучені безпосередньо, і мають завдяки цьому не лише електромагнітний зв'язок, а й електричний. Обвитка автотрансформатора має декілька виводів (щонайменше 3), у разі приєднання до яких, можна отримувати різні напруги.

Перевагою автотрансформатора є вищий [[ККД]], оскільки лише частина потужності піддається перетворенню&nbsp;— це особливо суттєво, коли вхідна і вихідна напруги відрізняються незначно. Вадою є відсутність електричної ізоляції ([[Гальванічна розв'язка|гальванічної розв'язки]]) між первинним і вторинним колом. У промислових мережах, де наявність [[заземлення]] нульового проводу обов'язкова, цей чинник значення не має, натомість суттєвою є менша витрата [[сталь|сталі]] для осердя, [[мідь|міді]] для обвиток, менша вага і габарити, і зрештою&nbsp;— менша вартість.

Застосування автотрансформаторів економічно виправдане замість звичайних трансформаторів для сполучення ефективно заземлених мереж з напругою 110 кВ і вище з коефіцієнтами трансформації не більших за 3…4.

{{Main|Автотрансформатор}}

=== Узгоджувальний трансформатор ===
'''[[Узгоджувальний трансформатор]]''' ({{lang-en|matching transformer}})&nbsp;— трансформатор, призначений для вмикання між двома колами з різними імпедансами з метою оптимізації потужності сигналу, що пересилається<ref name=DSTU2815/>. Одночасно узгоджувальний трансформатор забезпечує створення гальванічної розв'язки між ділянками схем.

Узгоджувальні трансформатори за особливостями використання поділяють на вхідні, вихідні та проміжні.
{{Main|Узгоджувальний трансформатор}}

=== Вимірювальний трансформатор ===
[[Файл:CurrentTransformers.jpg|right|thumb|200px|Використання трансформаторів струму у [[Вимірювальне устаткування|вимірювальному устаткуванні]] для вимірювання струму у трифазних лініях живлення зі струмом до 400 А]]

{{Main|Вимірювальний трансформатор}}
'''[[Вимірювальний трансформатор]]''' ({{lang-en|instrument transformer}}<ref>[http://www.electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=321-01-01 «Instrument transformer»] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170428030559/http://www.electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=321-01-01 |date=28 квітня 2017 }} в [[IEV]] ref 321-01-01</ref>)&nbsp;— трансформатор, призначений для пересилання інформаційного сигналу вимірювальним приладам, лічильникам, пристроям захисту і (або) керування<ref name=DSTU2976>ДСТУ 2976-94 Трансформатори струму й напруги. Терміни та визначення.</ref>. Вимірювальні трансформатори поділяються на трансформатори струму і трансформатори напруги.

''[[Трансформатор струму]]''&nbsp;— вимірювальний трансформатор, в якому за [[Нормальні умови|нормальних умов]] роботи вторинний струм майже пропорційний первинному і зсув фаз між ними близький до нуля<ref name=DSTU2976/>.

Вимірювальний трансформатор струму&nbsp;— трансформатор, який призначений для перетворення струму до значення, зручного для виміру. Первинна обмотка трансформатора струму вмикається послідовно у коло зі змінним струмом, що вимірюється. А до вторинної приєднуються вимірювальні прилади. Струм котрий протікає вторинною обвиткою трансформатора струму, пропорційний струму, що протікає у його первинній обвитці.

Трансформатори струму широко використовують для вимірювання електричного струму й у пристроях [[Релейний захист|релейного захисту]] електроенергетичних систем, через що на них накладаються високі вимоги по точності. Трансформатори струму дозволяють дотримуватися безпеки вимірювань, ізолюючи вимірювальні кола від первинного кола з високою напругою, яка часто складає сотні кіловольт.

Зазвичай, трансформатор струму виготовляють з двома і більше групами вторинних обвиток: одну використовують для приєднання пристроїв захисту, іншу, точнішу&nbsp;— для увімкнення засобів обліку і вимірювання (наприклад, [[Лічильник електричної енергії|лічильників електроенергії]]).

''[[Трансформатор напруги]]''&nbsp;— вимірювальний трансформатор, у якому за нормальних умов використання вторинна напруга пропорційна первинній напрузі та за умови правильного вмикання, зміщена відносно неї за фазою на кут, близький до нуля<ref name=DSTU2976/>.

Трансформатор напруги використовують для перетворення високої напруги на низьку в колах [[Релейний захист|релейного захисту]] та контрольно-вимірювальних приладів і [[Автоматизація|автоматики]]. Застосування трансформатора напруги дозволяє ізолювати логічні кола захисту і кола вимірювання від кіл високої напруги.

=== Імпульсний трансформатор ===
[[Файл:Bifilar wound toroidal transformer.jpg|thumb|Тороід трансформатор.]]
'''Імпульсний трансформатор'''&nbsp;— трансформатор з феромагнітним осердям, для перетворення імпульсів електричного струму або напруги з тривалістю імпульсу до десятків мікросекунд з якнайменшим спотворенням форми імпульсу. Імпульсні трансформатори в радіолокації, імпульсному радіозв'язку, автоматиці і обчислювальній техніці служать для узгодження джерела імпульсів з навантаженням, зміни полярності імпульсів, розділення [[Електричне коло|електричних кіл]] по постійному і змінному струму, додавання сигналів, запалювання імпульсних ламп тощо.

Робота імпульсного трансформатора істотно відрізняється під час утворення фронту і вершини імпульсу. Для кращого передавання фронту і спаду імпульсу необхідно, щоб міжвиткова ємність обвиток, [[паразитна ємність|паразитні ємності]] монтажу і [[паразитна індуктивність|індуктивність розсіяння]] імпульсного трансформатора були якнайменшими. Зменшення міжвиткових ємностей досягається використанням осердь малих розмірів, відповідним намотуванням і взаємним розташуванням обвиток, а також зменшенням числа витків (водночас знижується коефіцієнт трансформації). В імпульсних трансформаторах застосовують осердя з [[пермалой|пермалою]], кремнистої трансформаторної сталі, [[Феримагнетики|феритів]] та інших матеріалів з високою магнітною проникністю.

=== Резонансний трансформатор ===
'''Резонансний трансформатор'''&nbsp;— трансформатор, що працює на резонансній частоті коливального контуру утвореного однією або декількома із його обвиток, приєднанням до [[електричний конденсатор|електричного конденсатора]]. У резонансного трансформатора зазвичай вторинна обвитка виконує завдання індуктивності у коливальному контурі, утвореному разом із конденсатором. Коли на первинну обвитку подати періодичний струм у вигляді прямокутних чи пилкоподібних імпульсів на резонансній частоті, кожен імпульс струму дає поштовх коливанням індукованого струму у вторинній котушці. Завдяки резонансу, можуть досягатись великі значення напруги, поки вона не буде обмежена якимось процесом, таким як електричний пробій. Такі пристрої використовують для створення високої змінної напруги, що не може бути досягнутою на таких електростатичних машинах, як [[генератор Ван де Граафа]] чи [[електрофорна машина]].

Приклади:
* [[трансформатор Тесли]];
* [[котушка Удена]];
* [[котушка запалювання]] або індукційна котушка, яку використовують у системі запалювання з бензинового двигуна;
* вихідний [[трансформатор рядкової розгортки]] електронно-променевої трубки [[кінескоп]]а;
* трансформатори пристроїв для випробування ізоляції високовольтного устаткування та кабелів на [[електричний пробій]].

== Застосування трансформаторів ==
[[Файл:Threephasepolemountclose.jpg|thumb|Трифазний розподільний трансформатор.]]
Найчастіше трансформатори застосовуються в [[Мережа живлення|електромережах]] та в [[Джерело живлення|джерелах живлення]] різних приладів.

=== Застосування в електромережах ===
Оскільки втрати на нагрівання дроту [[Закон Джоуля — Ленца|пропорційні квадрату струму, що проходить крізь дріт]], при передаванні електроенергії на великі відстані вигідно використовувати дуже великі напруги і невеликі струми. З міркувань безпеки та для зменшення маси ізоляції в побуті бажано використовувати менші напруги. Тож для найвигіднішого постачання електроенергії в електромережі багаторазово застосовують [[Силовий трансформатор|силові трансформатори]]: спочатку для підвищення напруги [[Електричний генератор|генераторів]] на [[Електростанція|електростанціях]] перед передаванням електроенергії, а потім для зниження напруги [[Лінія електропередачі|лінії електропередач]] до прийнятного для споживачів рівня.

Оскільки в електричній мережі три фази, для перетворення напруги застосовують трифазні трансформатори, або групу з трьох однофазних трансформаторів, з'єднаних за схемою зірки або трикутника. У трифазного трансформатора осердя для всіх трьох фаз загальне.

Попри високий [[ККД]] трансформатора (для трансформаторів великої потужності&nbsp;— понад 99%), у дуже потужних трансформаторах електромереж виділяється велика потужність у вигляді тепла (наприклад, для типової потужності блоку електростанції 1 ГВт на трансформаторі може виділятися потужність до декількох мегават). Через це трансформатори електромереж використовують спеціальну систему охолодження: трансформатор поміщається у вмістище, заповнене [[Трансформаторне масло|трансформаторною оливою]] або спеціальною негорючою рідиною. Олива обертається під дією [[Конвекція|конвекції]] або примусово між баком і потужним радіатором. Іноді оливу охолоджують водою. «Сухі» трансформатори використовують при відносно малій потужності.

=== Застосування в джерелах електроживлення ===
[[Файл:SmallTransformer.JPG|right|thumb|Компактний мережевий трансформатор.]]
Для живлення різних вузлів електроприладів потрібні найрізноманітніші напруги. Блоки електроживлення у пристроях, які потребують кілька напруг різної величини, містять трансформатори з декількома вторинними обмотками або містять у схемі додаткові трансформатори. Наприклад, у [[телевізор]]і за допомогою трансформаторів отримують напруги від 5 вольт (для живлення мікросхем і [[транзистор]]ів) до декількох кіловольт (для живлення анода [[Електронно-променева трубка|кінескопа]] через [[Генератор Кокрофта — Волтона|помножувач напруги]]).

У схемах живлення сучасних радіотехнічних та електронних пристроїв (наприклад в [[Комп'ютерний блок живлення|блоках живлення персональних комп'ютерів]]) широко застосовуються високочастотні імпульсні трансформатори. В імпульсних блоках живлення змінну напругу мережі спершу [[Випрямлення змінного струму|випрямляють]], а потім за допомогою [[інвертор]]а перетворюють на високочастотні імпульси. Система керування за допомогою [[Широтно-імпульсна модуляція|широтно-імпульсної модуляції]] ([[ШІМ]]) дозволяє стабілізувати напругу. Після чого імпульси високої частоти подаються на імпульсний трансформатор, на виході з якого, після випрямлення і фільтрації отримують сталу постійну напругу.

У минулому мережевий трансформатор (на 50-60 Гц) був однією з найважчих деталей багатьох приладів. Річ у тому, що лінійні розміри трансформатора визначаються його потужністю, водночас виявляється, що лінійний розмір мережевого трансформатора приблизно пропорційний потужності в степені 1/4. Розмір трансформатора можна зменшити, якщо збільшити [[Частота|частоту]] змінного струму. Тому сучасні імпульсні блоки живлення при однаковій потужності є значно легшими.

Трансформатори на 50-60 Гц, попри свої вади, продовжують використовувати в схемах живлення, в тих випадках, коли треба забезпечити якнайменший рівень високочастотних перешкод, наприклад для високоякісного звуковідтворення.

== Див. також ==

* [[Магнітопровід]]
* [[Індуктивність розсіювання]]
* [[Силовий трансформатор]]
* [[Трансформатор струму]]
* [[Магнітне коло]]

== Примітки ==
{{reflist|2}}

== Джерела ==

* {{книга
|автор       = Загірняк М. В., Невзлін Б. І.
|заголовок   = Електричні машини : підручник
|рік         = 2009
|видавництво = Знання
|місто       = К.
|сторінок    = 399
|isbn        = 978-966-346-644-6
}}
* {{публікація|книга
|автор=Кучерук І. М., Горбачук І. Т., Луцик П. П.
|назва=Загальний курс фізики
|інфо = навч. посібник у 3-х т
|том назва = Електрика і магнетизм
|том=2
|рік=2006
|видавництво=Техніка
|місце=Київ
}}
* [https://web.archive.org/web/20140301195840/http://eprints.kname.edu.ua/11294/1/МНЕЕконслек2009.pdf Монтаж, наладка і експлуатація електрообладнання. Конспект лекцій (для студентів 5 курсу денної і 6 курсу заочної форм навчання спеціальності 7.0906003&nbsp;— «Електричні системи електроспоживання»)] / А.&nbsp;В.&nbsp;Хитров&nbsp;— Харків&nbsp;: ХНАМГ, 2009.&nbsp;— 328 с.
* Трансформатори. Монтаж, обслуговування та ремонт / М.&nbsp;В.&nbsp;Принц, В.&nbsp;М.&nbsp;Цимбалістий.&nbsp;— Л. : Оріяна-Нова, 2007.&nbsp;— 184 c.&nbsp;— (Професійно-технічна освіта України).&nbsp;— ISBN 978-966-2128-03-1
* {{публікація|книга
|автор=Сивухин Д. В.
|назва=Общий курс физики
|том назва = Электричество
|том=3
|рік=1977
|видавництво=Наука
|місце=Москва
}} {{ref-ru}}

== Література ==
* Захист трансформаторів та автотрансформаторів&nbsp;: Навч. посіб. для студ. напрямів «Системи упр. вир-вом та розподілом електроенергії», «Електр. системи та мережі», «Електр. станції» / В.&nbsp;П.&nbsp;Кідиба, Т.&nbsp;М.&nbsp;Шелепетень&nbsp;; Нац. ун-т «Львів. політехніка».&nbsp;— Л. : Вид-во Нац. ун-ту «Львів. політехніка», 2004.&nbsp;— 177 c.&nbsp;— Бібліогр.: 26 назв.
* {{УСЕ-4|[http://slovopedia.org.ua/29/53410/22226.html Трансформатор]}}

== Посилання ==
{{Commons category|Transformers}}
* [https://web.archive.org/web/20110526051229/http://ukrelektrik.com/index/kapitalnyj_remont_transformatorov/0-139 Капітальний ремонт трансформаторів]
* [https://web.archive.org/web/20110526053617/http://ukrelektrik.com/index/ispytanija_transformatorov_i_reaktorov/0-137 Випробовування трансформаторів і реакторів]
{{Бібліоінформація}}
{{Електроенергетика}}
{{Електронні компоненти}}

[[Категорія:Трансформатори]]
[[Категорія:Електротехніка]]
[[Категорія:Теоретичні основи електротехніки]]