Принцип работы трансформатора основан на законах. Трансформаторы: назначение, классификация, номинальные данные трансформаторов. Параметры и характеристики

М. М. Блинкина

ВОЗРАСТ ГЕРОЕВ В РОМАНЕ "ВОЙНА И МИР"

(Известия АН. Серия литературы и языка. - Т. 57. - № 1. - М., 1998. - С. 18-27)

1. ВВЕДЕНИЕ

Основной целью данной работы является математическое моделирование некоторых аспектов развития сюжета и установление взаимосвязей между реальным и романным временем, а точнее - между реальными и романными возрастами персонажей (причем, в данном случае, связь окажется предсказуемой и линейной).

Само понятие "возраст" имеет, безусловно, несколько аспектов. Во-первых, возраст литературного персонажа определяется романным временем, которое часто не совпадает с временем реальным. Во-вторых, числительные в обозначении возраста помимо своего основного (собственно числового) значения нередко имеют ряд дополнительных, то есть несут самостоятельную смысловую нагрузку. Они могут, например, заключать в себе положительную или отрицательную оценку героя, отражать его индивидуальные особенности или привносить в повествование иронический оттенок.

В разделах 2-6 рассказывается, каким образом Лев Толстой меняет возрастные характеристики героев "Войны и мира" в зависимости от их функции в романе, от того, насколько они молоды, какого они пола, а также от некоторых других индивидуальных особенностей.

В разделе 7 предлагается математическая модель, отражающая особенности "старения" толстовских героев.

2. ВОЗРАСТНЫЕ ПАРАДОКСЫ: АНАЛИЗ ТЕКСТА

Читая роман Льва Николаевича Толстого "Война и мир", нельзя не обратить внимания на некоторые странные несоответствия в возрастных характеристиках его персонажей . Рассмотрим, к примеру, семью Ростовых. На дворе август 1805 г. - и мы впервые встречаемся с Наташей:... в комнату вбежала тринадцатилетняя девочка, запахнув что-то кисейной юбкою ...

В том же самом августе 1805 г. мы знакомимся и со всеми остальными детьми из этой семьи, в частности, со старшей сестрой Верой: Старшая дочь графини была четырьмя годами старше сестры и держала себя уже как большая .

Таким образом, в августе 1805 Вере семнадцать лет . А теперь перенесемся в декабрь 1806 г.: Вера была двадцатилетняя красивая девица... Наташа полубарышня, полудевочка ...

Мы видим, что за прошедшие год и четыре месяца Вера умудрилась вырасти на три года. Ей было семнадцать, а теперь ей не восемнадцать и не девятнадцать; ей сразу двадцать. Возраст Наташи в этом фрагменте задается метафорически, а не цифрой, что тоже, как выяснится, неспроста.

Пройдет еще ровно три года, и мы получим последнее сообщение о возрасте этих двух сестер:

Наташе было шестнадцать лет , и был 1809 год, тот самый, до которого она четыре года тому назад по пальцам считала с Борисом, после того как она с ним поцеловалась .

Итак, за эти четыре года Наташа выросла на три, как, впрочем, и предполагалось. Вместо семнадцати или даже восемнадцати ей теперь шестнадцать. И больше уже не будет. Это последнее упоминание о ее возрасте. А что же тем временем происходит с ее несчастной старшей сестрой?

Вере было двадцать четыре года , она выезжала везде, и, несмотря на то, что она несомненно была хороша и рассудительна, до сих пор никто никогда ей не сделал предложения .

Как мы видим, за три прошедших года Вера выросла на четыре. Если же считать с самого начала, то есть с августа 1805 г., то получается, что за четыре с небольшим года Вера выросла на семь лет. За этот временной промежуток разница в возрасте между Наташей и Верой удвоилась. Вера теперь уже не четырьмя, а восемью годами старше сестры.

Это был пример того, как меняются возрасты двух персонажей друг относительно друга. А теперь посмотрим на героя, который имеет в некоторый момент времени разные возрасты для разных персонажей. Этот герой - Борис Друбецкой. О его возрасте никогда не говорится впрямую, поэтому попытаемся вычислить его косвенным образом. С одной стороны, мы знаем, что Борис - ровесник Николая Ростова: Два молодых человека, студент и офицер, друзья с детства, были одних лет ...

Николаю же в январе 1806 г. было девятнадцать или двадцать лет:

Как странно было графине, что сын ее, который чуть заметно крошечными членами шевелился в ней самой двадцать лет тому назад , теперь мужественный воин.. .

Отсюда следует, что в августе 1805 г. Борису девятнадцать или двадцать лет. А теперь оценим его возраст с позиции Пьера. В начале романа Пьеру двадцать лет: Пьер с десятилетнего возраста был послан с гувернером-аббатом за границу, где пробыл до двадцатилетнего возраста .

С другой стороны, мы знаем, что Пьер оставил Бориса четырнадцатилетним мальчиком и решительно не помнил его .

Таким образом, Борис на четыре года старше Пьера и в начале романа ему двадцать четыре года, то есть ему двадцать четыре года для Пьера, в то время как для Николая ему пока еще только двадцать.

И, наконец, еще один, совсем уже забавный пример: возраст Николеньки Болконского. В июле 1805 г. перед нами предстает его будущая мать: ... маленькая княгиня Волконская, прошлую зиму вышедшая замуж и теперь не выезжавшая в большой свет по причине своей беременности... переваливаясь, маленькими быстрыми шажками обошла стол.. .

Из общечеловеческих соображений понятно, что Николенька должен родиться осенью 1805 г.: но, вопреки житейской логике, этого не происходит, он появляется на свет 19 марта 1806 г. Понятно, что у такого персонажа до конца романной жизни будут проблемы с возрастом. Так в 1811 ему будет шесть лет, а в 1820 - пятнадцать.

Как можно объяснить подобные несоответствия? Может быть, для Толстого не важен точный возраст его персонажей? Напротив, Толстой, питает пристрастие к числам и с поразительной точностью задает возрасты даже самых незначимых героев. Так Марья Дмитриевна Ахросимова у него восклицает: Пятьдесят восемь лет прожила на свете...: Нет, жизнь не кончена в тридцать один год , - говорит князь Андрей.

У Толстого всюду числа, причем числа точные, дробные. Возраст в "Войне и мире", несомненно, функционален. Недаром Долохов, обыгрывая Николая в карты, решил продолжать игру до тех пор, пока запись эта не возрастет до сорока трех тысяч. Число это было им выбрано потому, что сорок три составляло сумму сложенных его годов с годами Сони .

Таким образом, все описанные выше возрастные несовпадения, а всего их в романе около тридцати, являются преднамеренными. Чем же они обусловлены?

Прежде чем приступить к ответу на этот вопрос, замечу, что в среднем, по ходу романного времени, Толстой делает каждого из своих персонажей на год старше, чем им положено быть (это показывают расчеты, о которых будет рассказано позже). Обычно же герою классического романа всегда будет двадцать один год вместо двадцати одного года и одиннадцати месяцев, и в среднем, следовательно, такой герой оказывается на полгода моложе своих лет.

Однако, даже из приведенных выше примеров уже видно, во-первых, что автор "старит" и "молодит" своих героев неодинаково, а во-вторых, что происходит это не случайным, а системным, запрограммированным образом. Как именно?

С самого начала становится очевидным, что положительные и отрицательные герои стареют неодинаково, непропорционально. ("Положительные и отрицательные" - понятие, разумеется, условное, однако у Толстого полярность персонажа в большинстве случаев определяется практически однозначно. Автор "Войны и мира" удивительно откровенен в своих симпатиях и антипатиях). Как показано выше, Наташа взрослеет медленнее, чем положено, а Вера, напротив, быстрее. Борис как приятель Николая и друг семьи Ростовых предстает двадцатилетним; он же в амплуа светского знакомого Пьера и будущего мужа Жюли Карагиной параллельно оказывается значительно старше. На возрастах героев как будто задан некий нестрогий порядок, точнее, антипорядок. Возникает такое ощущение, что герои "штрафуются" прибавкой в возрасте. Толстой как бы наказывает своих героев непропорциональным старением.

Есть, впрочем, в романе персонажи, которые становятся старше строго в соответствии с прожитыми годами. Соня, например, не будучи, по сути дела, ни положительной, ни отрицательной героиней, но совершенно нейтральной и бесцветной, Соня, которая всегда хорошо училась и все помнила , взрослеет исключительно аккуратно. Весь беспорядок возрастов, имеющий место в семье Ростовых, ее совершенно не затрагивает. В 1805 г. она пятнадцатилетняя девочка , а в 1806 - шестнадцатилетняя девушка во всей прелести только что распустившегося цветка . Именно ее возраст расчетливый Долохов выигрывает у Ростова в карты, приплюсовав к своему. Но Соня - скорее исключение.

Вообще же, персонажи "разной полярности" взрослеют по-разному. Более того, предельно насыщенное пространство возраста поделено между положительными и отрицательными героями. В возрасте до шестнадцати лет упоминаются Наташа и Соня. В возрасте после шестнадцати - Вера и Жюли Карагина. Не больше двадцати бывает Пьеру, Николаю и Пете Ростовым, Николеньке Болконскому. Строго больше двадцати Борису, Долохову, "неоднозначному" князю Андрею.

Вопрос не в том, сколько герою лет, вопрос в том, какой именно возраст в романе зафиксирован. Наташе не полагается больше шестнадцати; Марья непозволительно для положительной героини стара, поэтому о ее возрасте не говорится ни слова; Элен, напротив, вызывающе молода для отрицательной героини, следовательно, мы не узнаем, сколько ей лет.

В романе задается граница, после которой уже существуют только отрицательные герои; граница, перешагнув которую, заведомо положительный герой просто перестает существовать в пространстве возраста. Совершенно симметричным образом, отрицательный герой шагает по роману без возраста, пока не минует эту границу. Наташа теряет возраст, достигнув шестнадцати лет. Жюли Карагина, напротив, обретает возраст, будучи уже не первой молодости:

Жюли было двадцать семь лет . После смерти своих братьев она стала очень богата. Она теперь была совершенно некрасива; но думала, что она не только так же хороша, но еще гораздо больше привлекательна теперь, чем была прежде... Мужчина, который десять лет тому назад побоялся бы ездить каждый день в дом, где была семнадцатилетняя барышня , чтобы не компрометировать ее и не связать себя, теперь ездил к ней смело каждый день и общался с ней не как с барышней-невестой, а как с знакомой, не имеющей пола.

Проблема, однако, в том, что Жюли в этом романе никогда не было семнадцати лет. В 1805 г., когда эта круглолицая гостья-барышня появляется в доме Ростовых, о ее возрасте ничего не говорится, ибо если бы тогда Толстой честно дал ей ее семнадцать лет, то теперь, в 1811 г., ей было бы отнюдь не двадцать семь, а только двадцать три, что тоже, конечно, уже не возраст для положительной героини, но все-таки еще не время окончательного перехода в бесполые существа. Вообще же, отрицательным героям, как правило, не полагается детства и отрочества. Отсюда возникают забавные недоразумения:

Ну, что, Леля? - обратился князь Василий к дочери с тем небрежным тоном привычной нежности, который усваивается родителями, с детства ласкающими своих детей, но который был князем Насильем только угадан посредством подражания другим родителям.

А может быть, князь Василий не виноват? Может быть, у его сугубо отрицательных детей детства не было вовсе. И недаром Пьер, перед тем как сделать предложение Элен, убеждает себя, что знал ее ребенком. А была ли она вообще ребенком?

Если же от лирики перейти к цифрам, то выясняется, что в романе встречаются положительные герои в возрасте 5, 6, 7, 9, 13, 15, 16, 20, а также 40, 45, 50, 58. Отрицательным же бывает 17, 20, 24, 25, 27. То есть, положительные герои из ранней юности сразу попадают в почтенную старость. У отрицательных героев старческий возраст тоже, конечно, бывает, но дробность возраста у них на старости лет меньшая, чем у положительных. Так, положительная Марья Дмитриевна Ахросимова говорит: Пятьдесят восемь лет прожила на свете... Отрицательный князь Василий оценивает себя с меньшей точностью: Мне шестой десяток , мой друг...

Вообще же, точные расчеты показывают, что коэффициент старения в пространстве "положительные-отрицательные" равен -2.247, т.е. при прочих равных положительный герой будет на два года и три месяца моложе отрицательного..

Поговорим теперь о двух героинях, которые подчеркнуто не имеют возраста. Эти героини - Элен и княжна Марья, что само по себе не случайно.

Элен символизирует в романе вечную красоту и молодость. Ее правота, ее сила в этой неисчерпаемой молодости. Время как будто не властно над ней: Елена Васильевна, так та и в пятьдесят лет красавицей будет . Пьер, уговаривая самого себя жениться на Элен, как основное ее достоинство также приводит ее возраст. Он вспоминает, что знал ее ребенком. Он говорит себе: Нет, она прекрасная девушка ! Она не дурная женщина !

Элен - вечная невеста. При живом муже она с очаровательной непосредственностью выбирает себе нового жениха, причем один из претендентов молод, а другой - стар. Умирает Элен при загадочных обстоятельствах, предпочтя старого обожателя молодому, то есть: как бы сама выбирает старость и смерть, отказываясь от своей привилегии непреходящей юности, и растворяется в небытии.

Княжна Марья также не имеет возраста, и вычислить его по окончательной версии романа не представляется возможным. В самом деле, в 1811 г., она, старая сухая княжна , завидует красоте и молодости Наташи. В финале же, в 1820 г., Марья - счастливая молодая мать, она ждет четвертого ребенка, и ее жизнь, можно сказать, только начинается, хотя ей в этот момент никак не меньше тридцати пяти лет, возраст мало подходящий для лирической героини; потому она и живет без возраста в этом романе, насквозь пропитанном цифрами.

Любопытно, что в первой редакции "Войны и мира", которая отличается от окончательной версии предельной конкретностью и "последней прямотой", неопределенность в образах Элен и Марьи отчасти снимается. Там в 1805 г. Марье двадцать лет: старый князь сам занимался воспитанием своей дочери и, чтобы развивать в ней обе главные добродетели, до двадцати лет давал ей уроки алгебры и геометрии и распределял всю ее жизнь в беспрерывных занятиях .

И Элен там тоже умирает отнюдь не от избытка молодости...

4. ПЕРВАЯ ЗАВЕРШЕННАЯ ВЕРСИЯ РОМАНА

Первая версия "Войны и мира" помогает разгадывать многие загадки, заданные в окончательном варианте романа. То, что весьма туманно прочитывается в финальном варианте, предстает в ранней версии с поразительной для романного повествования четкостью. Пространство возраста здесь не пропитано еще той романтической недосказанностью, с которой сталкивается современный читатель. Нарочитая точность граничит с банальностью. Не удивительно, что в окончательной редакции романа Толстой от подобной дотошности отказывается. Упоминаний о возрасте становится в полтора раза меньше. За кадром оказывается масса интересных деталей, о которых не лишним будет упомянуть здесь.

Княжне Марье , как это уже отмечалось, в начале романа двадцать лет . Возраст Элен не уточняется, однако он заведомо ограничен сверху возрастом ее старшего брата. Причем в 1811 г. Анатолю было 28 лет . Он был в полном блеске своей силы и красоты .

Таким образом, в начале романа Анатолю двадцать два года, его другу Долохову - двадцать пять, Пьеру - двадцать. Элен не больше двадцати одного. Более того, ей, вероятно, не больше девятнадцати , потому что по неписаным законам того времени она не должна быть старше Пьера. (Тот факт, например, что Жюли старше Бориса, подчеркивается особо.)

Итак, сцена, в которой светская львица Элен пытается свести с пути истинного юную Наташу Ростову, выглядит совершенно комически, если учесть, что Наташе в этот момент двадцать лет, а Элен двадцать четыре, то есть они, на самом деле, принадлежат к одной возрастной категории.

Ранняя версия проясняет нам также и возраст Бориса : Hélène называла его mon hage и обращалась с ним, как с ребенком... Иногда в редкие минуты Pierr"у приходила мысль, что эта покровительственная дружба к мнимому ребенку, которому было 23 года имела что-то неестественное .

Эти соображения относятся к осени 1809 г., то есть в начале романа Борису девятнадцать лет , а его будущей невесте Жюли - двадцать один год , если отсчитывать ее возраст назад от момента их свадьбы. Первоначально Жюли, судя по всему, отводилась в романе роль более симпатичной героини: Высокая, полная с гордым видом дама с миловидною дочкой, шумя платьями, вошли в гостиную .

Эта миловидная дочка - Жюли Карагина, которая мыслилась сначала моложе и привлекательней. Однако в 1811 г. Жюли Ахросимова (так ее первоначально зовут) будет уже тем "бесполым" существом, каким мы ее знаем по окончательной версии.

Долохов в первом варианте романа выигрывает у Николая не сорок три, а только сорок две тысячи.

Возрасты Наташи и Сони даются несколько раз. Так, в начале 1806 года Наташа говорит: Мне пятнадцатый год , уж бабушка в мою пору замуж вышла .

Летом 1807 г. возраст Наташи упоминается дважды: Наташе минуло 15 лет и она очень похорошела в это лето .

- А вы поете, - сказал князь Андрей. Он сказал эти простые слова, прямо глядя в прекрасные глаза этой 15-летней девочки .

Такое количество возрастных вхождений позволяет установить, что Наташа родилась осенью 1791 г. Таким образом, на своем первом балу она блещет в восемнадцать, а отнюдь не в шестнадцать лет.

Чтобы сделать моложе Наташу, Толстой меняет заодно и возраст Сони. Так, в конце 1810 г. Соне был уже двадцатый год . Она уже остановилась хорошеть, ничего не обещала больше того, что в ней было, но и этого было достаточно .

На самом деле, двадцатый год в этот момент Наташе, а Соня, по крайней мере, на полтора года старше.

В отличие от многих других героев, князь Андрей не имеет точного возраста в первой версии романа. Вместо хрестоматийного тридцати одного года ему около тридцати лет .

Разумеется, точность и прямота ранней версии романа не может служить "официальной разгадкой" возрастных сдвигов, поскольку мы не имеем права считать, что Наташа и Пьер первого издания это те же самые герои, что Наташа и Пьер в окончательном варианте романа. Меняя возрастную характеристику героя, автор отчасти меняет и самого героя. Тем не менее ранняя версия романа позволяет нам проверить точность расчетов, сделанных по окончательному тексту, и убедиться, что эти расчеты верны.

5. ВОЗРАСТ КАК ФУНКЦИЯ ВОЗРАСТА (ВОЗРАСТНЫЕ СТЕРЕОТИПЫ)

Жить осталось так недолго -

Мне уже шестнадцать лет!

Ю. Ряшенцев

Традиция старить пожилых персонажей по сравнению с молодыми уходит своими корнями в глубь веков. В этом смысле, ничего нового Толстой не изобрел. Расчеты показывают, что коэффициент "старения от возраста" в романе равен 0.097, что в переводе на человеческий язык означает год романного старения на десять прожитых лет, то есть десятилетнему герою может оказаться одиннадцать лет, двадцатилетнему герою двадцать два, а пятидесятилетнему пятьдесят пять. Результат неудивительный. Гораздо интереснее, как Толстой подает возрасты своих героев, как он их по шкале "молодые - старые" оценивает. Начнем с самого начала.

5.1. До десяти лет

Лев Николаевич Толстой очень любил детей.

Бывало приведут ему полную горницу. Шагу

ступить некуда, а он все кричит: Еще! Еще!

Д. Хармс

Хармс, безусловно, прав. Персонажей младенческого возраста в романе множество. Общим для них является, пожалуй, то, что они не кажутся самостоятельными единицами, наделенными своими проблемами и переживаниями. Возраст до десяти лет является как бы сигналом того, что герой будет, по сути, маленьким рупором для автора. Дети в романе видят мир удивительно тонко и правильно, они занимаются систематическим "остранением" окружающей обстановки. Они, не испорченные бременем цивилизации, успешнее взрослых решают их моральные проблемы и при этом как бы начисто лишены разума. Поэтому столь юные персонажи, число которых к финалу вырастет до невероятных пределов, смотрятся весьма искусственно:

Через пять минут маленькая черноглазая трехлетняя Наташа, любимица отца, узнав от брата, что папенька спит в маленькой диванной, не замеченная матерью, побежала к отцу... Николай обернулся с умиленной улыбкой на лице.

- Наташа, Наташа! - послышался из двери испуганный шепот графини Марьи, - папенька спать хочет.

- Нет, мама, он не хочет спать, - с убедительностью отвечала маленькая Наташа, - он смеется.

Такой вот назидательный маленький персонаж. А вот следующий - немного постарше:

Одна только внучка Андрея, Малаша, шестилетняя девочка , которой светлейший, приласкав ее, дал за чаем кусок сахара, оставалась на печи в большой избе... Малаша... иначе понимала значение этого совета. Ей казалось, что дело было только в личной борьбе между "дедушкой" и "длиннополым", как она называла Бенингсена.

Потрясающая проницательность!

Последний по возрасту персонаж, проявляющий признаки такого же "детски-бессознательного" поведения, как все малолетние персонажи Толстого, - вечно шестнадцатилетняя Наташа Ростова:

В середине сцены сидели девицы в красных корсажах и белых юбках. Все они пели что-то. Когда они кончили свою песню, девица в белом подошла к будочке суфлера, и к ней подошел мужчина в шелковых в обтяжку панталонах на толстых ногах, с пером и кинжалом и стал петь и разводить руками...

После деревни и в том серьезном настроении, в котором находилась Наташа, все это было дико и удивительно ей.

Итак, Наташа видит мир тем же самым детским неразумным образом. Не по возрасту же взрослые дети смотрятся как юные старики. Стремясь к глобальности, автор "Войны и мира" теряет мелочи, индивидуальность младенцев, например, дети у Льва Николаевича идут не штучно, а в комплекте: За столом были мать, жившая при ней старушка Белова, жена, трое детей , гувернантка, гувернер, племянник со своим гувернером, Соня, Денисов, Наташа, ее трое детей , их гувернантка и старичок Михаил Иванович, архитектор князя, живший в Лысых Горах на покое.

Индивидуальность в этом перечислении полагается всем, даже старушке Беловой, которую мы встречаем в первый и в последний раз. Даже гувернер, и гувернантка, и еще гувернер не сливаются в обобщающее понятие "гувернеры". И только дети, бесполые и безликие, идут скопом. Хармсу было что пародировать.

Принцип работы трансформатора связан с принципом электромагнитной индукции. Ток поступающий на первичную обмотку создает в магнитопроводе магнитный поток.

Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции. На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе, сдвинутый по фазе, при синусоидальном токе, на 90° по отношению к току в первичной обмотке. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° по отношению к магнитному потоку. Когда вторичные обмотки ни к чему не подключены (режим холостого хода), ЭДС индукции в первичной обмотке практически полностью компенсирует напряжение источника питания, поэтому ток через первичную обмотку невелик, и определяется в основном её индуктивным сопротивлением. Напряжение индукции на вторичных обмотках в режиме холостого хода определяется отношением числа витков соответствующей обмотки w2 к числу витков первичной обмотки w1: U2=U1w2/w1.

При подключении вторичной обмотки к нагрузке, по ней начинает течь ток. Этот ток также создаёт магнитный поток в магнитопроводе, причём он направлен противоположно магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В результате, в первичной обмотке нарушается компенсация ЭДС индукции и ЭДС источника питания, что приводит к увеличению тока в первичной обмотке, до тех пор, пока магнитный поток не достигнет практически прежнего значения. В этом режиме отношение токов первичной и вторичной обмотки равно обратному отношению числа витков обмоток (I1=I2w2/w1,) отношение напряжений в первом приближении также остаётся прежним.

Схематично, выше сказанное можно изобразить следующим образом:

U1 > I1 > I1w1 > Ф > ε2 > I2.

Магнитный поток в магнитопроводе трансформатора сдвинут по фазе по отношению к току в первичной обмотке на 90°. ЭДС во вторичной обмотке пропорциональна первой производной от магнитного потока. Для синусоидальных сигналов первой производной от синуса является косинус, сдвиг фазы между синусом и косинусом составляет 90°. В результате, при согласном включении обмоток, трансформатор сдвигает фазу приблизительно на 180°. При встречном включении обмоток прибавляется дополнительный сдвиг фазы на 180° и суммарный сдвиг фазы трансформатором составляет приблизительно 360°.

Опыт холостого хода

Для испытания трансформатора служит опыт холостого хода и опыт короткого замыкания.

При опыте холостого хода трансформатора его вторичная обмотка разомкнута и тока в этой обмотке нет (/2-0).

Если первичную обмотку трансформатора включить в сеть источника электрической энергии переменного тока, то в этой обмотке будет протекать ток холостого хода I0, который представляет собой малую величину по сравнению с номинальным током трансформатора. В трансформаторах больших мощностей ток холостого хода может достигать значений порядка 5- 10% номинального тока. В трансформаторах малых мощностей этот ток достигает значения 25-30% номинального тока. Ток холостого хода I0 создает магнитный поток в магнитопроводе трансформатора. Для возбуждения магнитного потока трансформатор потребляет реактивную мощность из сети. Что же касается активной мощности, потребляемой трансформатором при холостом ходе, то она расходуется на покрытие потерь мощности в магнитопроводе, обусловленных гистерезисом и вихревыми токами.

Так как реактивная мощность при холостом ходе трансформатора значительно больше активной мощности, то коэффициент мощности cos φ его весьма мал и обычно равен 0,2-0,3.

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

Трансформаторы широко используют для следующих целей.

Для передачи и распределения электрической энергии. Обычно на электростанциях генераторы переменного тока вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6-24 кВ.

Для питания различных цепей радио- и телевизионной аппаратуры; устройств связи, автоматики в телемеханики, электробытовых приборов; для разделения электрических цепей различных элементов этих устройств; для согласования напряжений

Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов, например реле, в электрические цепи высокого напряжения или в цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопасности. Трансформаторы, применяемые для этой цели, называют измерительными. Они имеют сравнительно небольшую мощность, определяемую мощностью, потребляемой электроизмерительными приборами, реле и др.

Принцип действия трансформатора

Электромагнитная схема однофазного двухобмоточного трансформатора состоит из двух обмоток (рис. 2.1), разме­щенных на замкнутом магнитопроводе, который выполнен из ферромагнитного материала. Применение ферромагнитного магнитопровода позволяет усилить электромагнитную связь между обмотками, т. е. уменьшить магнитное сопротивление контура, по которому проходит магнитный поток машины. Первичную обмотку 1 подключают к источнику переменного тока - электрической сети с напряжением u 1 . Ко вторичной обмотке 2 присоединяют сопротивление нагрузки Z H .

Обмотку более высокого напряжения называют обмоткой высшего напряжения (ВН), а низкого напряжения - обмоткой низшего напряжения (НН). Начала и концы обмотки ВН обозначают буквами А и X; обмотки НН - буквами а и х.

При подключении к сети в первичной обмотке возникает переменный ток i 1 , который создает переменный магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуцирует в обеих обмотках переменные ЭДС - е 1 и е 2 , пропорциональные, согласно закону Максвелла, числам витков w 1 и w 2 соответствующей обмотки и скорости изменения потока d Ф/dt .

Таким образом, мгновенные значения ЭДС, индуцированные в каждой обмотке,

е 1 = - w 1 dФ/dt; е2= -w 2 dФ/dt .

Следовательно, отношение мгновенных и действующих ЭДС в обмотках определяется выражением

Следовательно, подбирая соответствующим образом числа витков обмоток, при заданном напряжении U 1 можно получить желаемое напряжение U 2 . Если необходимо повысить вторичное напряжение, то число витков w 2 берут больше числа w 1 ; такой трансформатор называют повышающим. Если требуется уменьшить напряжение U 2 , то число витков w 2 берут мень­шим w 1 ; такой трансформатор называют понижающим,

Отношение ЭДС Е ВН обмотки высшего напряжения к ЭДС Е НН обмотки низшего напряжения (или отношение их чисел витков) называют коэффициентом трансформации

Коэффициент k всегда больше единицы.

В системах передачи и распределения энергии в ряде слу­чаев применяют трехобмоточные трансформаторы, а в устрой­ствах радиоэлектроники и автоматики - многообмоточные трансформаторы. В таких трансформаторах на магнитопроводе размещают три или большее число изолированных друг от друга обмоток, что дает возможность при питании одной из обмоток получать два или большее число различных напряжений (U 2 , U 3 , U 4 и т.д.) для электроснабжения двух или большего числа групп потребителей. В трехобмоточных силовых трансформаторах различают обмотки высшего, низшего и среднего (СН) напряжений.

В трансформаторе преобразуются только напряжения и токи. Мощность же остается приблизительно постоянной (она несколько уменьшается из-за внутренних потерь энергии в трансформаторе). Следовательно,

При увеличении вторичного напряжения трансформатора в k раз по сравнению с первичным, ток i 2 во вторичной обмотке соответственно уменьшается в k раз.

Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Если первичную обмотку трансформатора под­ключить к источнику постоянного тока, то в его магнито-проводе образуется магнитный поток, постоянный во времени по величине и направлению. Поэтому в первичной и вторичной обмотках в установившемся режиме не индуцируются ЭДС, а следовательно, не передается электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Такой режим опасен для трансформатора, так как из-за отсутствия ЭДС E 1 первич­ной обмотке ток I 1 =U 1 R 1 весьма большой.

Важным свойством трансформатора, используемым в устройствах автоматики и радиоэлектроники, является способность его преобразовывать нагрузочное сопротивление. Если к источнику переменного тока подключить сопротивление R через трансформатор с коэффициентом трансформации к, то для цепи источника

где Р 1 - мощность, потребляемая трансформатором от источ­ника переменного тока, Вт; Р 2 = I 2 2 R ≈ P 1 - мощность, по­требляемая сопротивлением R от трансформатора.

Таким образом, трансформатор изменяет значение сопро­тивления R в k 2 раз. Это свойство широко используют при разработке различных электрических схем для согласования сопротивлений нагрузки с внутренним сопротивлением источ­ников электрической энергии.

Силовые трансформаторы служат для преобразования электрической энергии одного напряжения в энергию другого напряжения. Они являются основным оборудованием электрических подстанций. Электроэнергия, вырабатываемая на электростанциях, при передаче к потребителям претерпевает многократную трансформацию в повышающих и понижающих трансформаторах. Передача электроэнергии на большие расстояния более экономична высоким напряжением. Мощность трансформаторов, установленных в электроэнергетических системах, превышает установленную мощность генераторов в 4-5 раз. Несмотря на относительно высокий КПД трансформаторов стоимость энергии, теряемой ежегодно в них, составляет значительную сумму. Необходимо стремиться к уменьшению числа ступеней трансформации, уменьшению установленной мощности трансформаторов.

Трансформаторы изготовляют однофазными и трехфазными, двух- и трехобмоточными. Преимущественное применение в системах и сетях имеют трехфазные трансформаторы, экономические показатели которых выше показателей групп из однофазных трансформаторов. Группы из однофазных трансформаторов применяют только при самых больших мощностях и напряжениях 500 кВ и выше в целях уменьшения массы для транспортировки от места изготовления до места установки. Однофазные трансформаторы применяются также на тяговых подстанциях при электрификации железных дорог переменным током.

Трансформаторы и автотрансформаторы имеют номинальные мощности десятично кратные следующим значениям: 1; 1,6; 2,5; 4; 6,3 кВ*А.

Для удобства планирования работ, связанных с транспортировкой и ремонтом трансформаторов, их условно делят по габаритам в зависимости от мощности и напряжения обмоток ВН.

На рис. показано устройство и компоновка основных частей силового масляного трансформатора третьего габарита.

Основой конструкции трансформатора служит активная часть, состоящая из магнитопровода 17 с расположенными на нем обмотками 21 высшего напряжения (ВН) и низшего напряжения (НН), расположенными под ВН на стержнях магнитопровода, отводов НН 16 и BH18 и переключающего устройства 6. Магнитопровод, набранный из отдельных тонких листов трансформаторной стали с жаропрочным изоляционным покрытием, стягивается ярмовыми балками 19 и шпильками, пропущенными через сквозные отверстия стержней магнитопровода и ярмовых балок.

Отводами 16 и 18 называются соединительные провода, идущие от концов обмоток НН и ВН к вводам НН 14 и ВН 12.

Переключающее устройство 6 обмоток трансформатора служит для ступенчатого изменения напряжения в определенных пределах, поддержания номинального напряжения на зажимах обмотки НН при его изменении.

С этой целью обмотки ВН трансформаторов снабжают регулировочными ответвлениями 20, которые присоединяют к переключателям 6.

Необходимость регулирования вызвана тем, что в электросистемах возможны различные отклонения от нормального режима электроснабжения, приводящие к неэкономичной работе приемников электроэнергии.

Рис.1

1 - бак; 2 - вентиль; 3 - болт заземления; 4 - термосифонный фильтр; 5 - радиатор; 6 - переключатель; 7 - расширитель; 8 - маслоуказатель; 9 - воздухоосушитель; 10 - выхлопная труба; 11 - газовое реле; 12 - ввод ВН; 13 - привод переключающего устройства; 14 - ввод НН; 15 - подъемный рым; 16 - отвод НН; 17 - остов; 18 - отвод ВН; 19 - ярмовая балка остова (верхняя и нижняя); 20-- регулировочные ответвления обмоток ВН; 21 - обмотка ВН (внутри НН); 22 - каток тележки.

В трансформаторах могут быть два вида переключателей ответвления: регулирование под нагрузкой (РПН) и без нагрузки после отключения трансформатора, т.е. переключение без возбуждения (ПБВ). Переключающее устройство приводится в действие с помощью привода 13, расположенного на крышке бака трансформатора 1.

Бак трансформатора представляет собой стальной резервуар овальной формы, заполненный трансформаторным маслом, с погруженной в него активной частью трансформатора. Масло, являясь охлаждающей средой, отводит тепло, выделяющееся в обмотках и магнитопроводе, и отдает его в окружающую среду через стенки и крышку бака. Кроме охлаждения масло служит для повышения Уровня изоляции между токоведущими частями и заземленным баком. Для увеличения поверхности охлаждения баки делают ребристыми, вваривают в них трубы или снабжают съемными радиаторами 5. В нижней части бака имеется кран для слива масла 2, а в днище - пробка для спуска осадков после слива масла через кран. Ко дну бака трансформатора массой выше 800 кг приваривают тележку с поворотными катками 22, позволяющими изменять направление передвижения трансформатора с поперечного на продольное. Для подъема трансформатора на верхних ярмовых балках крепятся подъемные шпильки с рым-кольцами 15.

Термосифонный фильтр 4 крепится к баку трансформатора двумя патрубками с фланцами и промежуточными плоскими кранами. Фильтр предназначен для поддержания изоляционных свойств масла, а следовательно, продления срока его службы. Он представляет собой цилиндрическое устройства, заполненное активным материалом - сорбентом, который поглощает продукты старения трансформаторного масла. Работа фильтра основана на термосифонном принципе: более нагретое масло верхних слоев попадет в фильтр, охлаждается и опускается вниз, непрерывно при этом очищаясь.

На крышке бака размещены вводы 12 и 14, расширитель 7, выхлопная труба 10, газовое реле 11.

Вводы представляют собой фарфоровые проходные изоляторы, к которым в баке крепятся выводы обмоток трансформатора, а снаружи - токоведущие части распределительных устройств. Вводы внутри бака имеют гладкую поверхность, для наружной установки, работающие в тяжелых условиях (под дождем, снегом, в загрязненном воздухе), отличаются более развитой поверхностью (имеют зонтообразные ребра) для увеличения пути поверхностного электрического разряда по фарфору и электрической прочности ввода.

Расширитель 7 служит для компенсации колебаний уровня масла в трансформаторе при изменении температуры и уменьшения площади соприкосновения с воздухом открытой поверхности масла, защиты его от преждевременного окисления кислородом воздуха и увлажнения. Расширитель представляет собой цилиндрический бак, закрепленный с помощью кронштейна на крышке трансформатора. Расширитель сообщается с баком трансформатора трубой, не выступающей ниже внутренней поверхности крышки трансформатора и заканчивающейся внутри расширителя выше его дна во избежание попадания осадков масла в бак. Объем расширителя должен обеспечивать постоянное наличие в нем масла во всех режимах работы трансформатора как в летних так и в зимних условиях.

Для наблюдения за маслом на боковой стенке расширителя устанавливают маслоуказатель 8, выполненный в виде стеклянной трубки в металлической оправе. Воздухоосушитель 9 предназначен для поглощения влаги из воздуха, поступающего в расширитель.

Воздухоосушитель, устанавливаемый на расширителе трансформатора, имеет металлический корпус, заполненный селикагелем, отбирающим влагу у воздуха, поступающего в расширитель при понижении уровня масла.

Газовое реле 11 встраивают в рассечку трубы, соединяющей бак трансформатора с расширителем. Оно защищает трансформатор при внутренних повреждениях, связанных с выделением газа или утечкой из бака.

Повреждения внутри трансформатора, сопровождаемые электрической дугой, приводит к интенсивному разложению масла с образованием большого количества газа и, как следствие, резкому повышению давления внутри бака, при этом может разорваться бак и возникнуть пожар. Выхлопная труба 10, устанавливаемая на крышке бака трансформатора, закрыта стеклянным диском. При повышении давления внутри бака стекло лопается и газы вместе с маслом выбрасываются наружу раньше, чем произойдет деформация бака.

При сборке схем обмоток трансформаторов большое значение придается не только получению результирующего напряжения на его зажимах, но и направлению векторов напряжений первичной и вторичной обмоток, определяющих группу соединения трансформатора. Стандартом предусмотрены группы соединения обмоток трансформаторов: нулевая (0) и одиннадцатая (11). За единицу группы принят угол смещения вектора линейного напряжения обмотки НН относительно соответствующего вектора линейного напряжения обмотки ВН, равный 30. Смещение отсчитывают от вектора линейного напряжения ВН по часовой стрелке.

Начала фазных обмоток ВН трехфазных трансформаторов обозначают прописными латинскими буквами А, В, С, концы - буквами X, Y, Z. Начала обмоток НН обозначают строчными латинскими буквами а, в, с, концы - буквами х, у, z. Для трехобмоточных трансформаторов начала обмоток среднего напряжения (СН) обозначают буквами А аВа Са концы - буквами Х Y ZM

Фазные обмотки трехфазных трансформаторов могут быть соединены в звезду CD, треугольник (А) или зигзаг (У). Эти схемы в тексте обозначают буквами У, Д и Z.

В схеме соединения обмоток трансформатора ответвление нейтрали, сделанное на внешний зажим, обозначается буквой N.

Рис. 2.

Для отличия по конструкции, назначению, мощности, напряжению и другим признакам трансформаторы подразделяются на типы. Каждому типу присваивают обозначения, состоящие из букв и цифр.

Буквенные обозначения по конструктивному выполнению:

А - автотрансформатор (понижающий - А в начале обозначения, повышающий - А в конце); Т - трехфазный; 0 --однофазный; Р - с расщепленной обмоткой НН;

Т - трехобмоточный (вторая буква Т в обозначении трехфазного трансформатора).

Буквенное обозначение по видам охлаждения:

С - сухой (естественное воздушное);

М - масляный (естественное масляное);

Д - дутьевой (принудительная циркуляция воздуха при охлаждении радиаторов вентиляторами);

ДЦ - дутьевой, с принудительной циркуляцией масла через охладитель с помощью насоса;

МЦ - масляный, с принудительной циркуляцией масла и естественной - воздуха.

Буквенное обозначение при наличии регуляторов напряжения:

Н - с регулированием напряжения под нагрузкой (наличие РПН).

Число в числителе после буквенного обозначения указывает мощность трансформатора в киловольт-амперах, в знаменателе - класс напряжения обмотки ВН в киловольтах.

В условном обозначении указывают также год разработки конструкции, климатическое исполнение и категорию размещения трансформатора (1 - на открытом воздухе, 3 - в закрытом помещении)

Рис. 3. Пример обозначения типа трансформатора и его расшифровка:

Принцип действия трансформатора основан на знаменитом законе взаимной индукции. Если включить в сеть первичную обмотку этой то по этой обмотке начнет течь переменный ток. Этот ток будет создавать в сердечнике переменный магнитный поток. Данный магнитный поток начнет пронизывать витки вторичной обмотки трансформатора. На этой обмотке будет индуцироваться переменная ЭДС (электродвижущая сила). Если подключить (замкнуть) вторичную обмотку к какому-то приемнику электрической энергии (например, к обычной лампе накаливания), то под воздействием индуктируемой электродвижущей силы по вторичной обмотке к приемнику будет течь электрический переменный ток.

Вместе с этим, по первичной обмотке будет протекать ток нагрузки. Это значит, что электроэнергия будет трансформироваться и передаваться из вторичной обмотки в первичную при том напряжении, на который рассчитана нагрузка (то есть приемник электроэнергии, подключенный ко вторичной сети). Принцип действия трансформатора и основан на этом простом взаимодействии.

Для улучшения передачи магнитного потока и усиления магнитной связи намотка трансформатора, как первичная, так и вторичная, помещается на специальный стальной магнитопровод. Обмотки изолированы и от магнитопровода, и друг от друга.

Принцип действия трансформатора различен по напряжению обмоток. Если напряжение вторичной и первичной обмоток будет одинаково, то будет равен единице, и тогда теряется сам смыл трансформатора как преобразователя напряжения в сети. Разделяют понижающие и повышающие трансформаторы. Если первичное напряжение будет меньше, чем вторичное, то такое электрическое устройство будет называться повышающим трансформатором. Если же вторичное меньше - то понижающим. Однако один и тот же трансформатор можно использовать и в качестве повышающего, и в качестве понижающего. Трансформатор повышающий используется для передачи энергии на различные расстояния, для транзита и прочего. Понижающие используют в основном для перераспределения электроэнергии между потребителями. Расчет обычно и производится с учетом его последующего применения в качестве понижающего напряжение или повышающего.

Как уже говорилось выше, принцип действия трансформатора довольно прост. Однако есть некоторые любопытные детали в его конструкции.

В трансформаторах трехобмоточных три изолированные обмотки помещены на магнитопровод. Такой трансформатор может получать два разных напряжения и передавать энергию сразу двум группам приемников электроэнергии. В таком случае говорят, что кроме обмоток низшего и у трехобмоточного трансформатора есть и обмотка среднего напряжения.

Обмотки трансформатора имеют цилиндрическую форму, и полностью изолируются друг от друга. При такой обмотке поперечное сечение стержня будет иметь круглую форму для уменьшения ненамагниченных промежутков. Чем меньше таких промежутков, тем меньше и масса меди, а, следовательно, масса и стоимость трансформатора.