Первичная и вторичная обмотки на магнитопроводе:

а - режим холостого хода; б - режим нагрузки;

1 - первичная обмотка;

2 - вторичная обмотка; 3 - рубильник;

4 - магнитопровод

К первичной обмотке 1 подведено переменное напряжение, а вторичная обмотка 2 разомкнута. Такой режим работы будет у реального трансформатора, если он подключён к сети, а нагрузка, питаемая от его вторичной обмотки, ещё не включена. По первичной обмотке трансформатора проходит ток I_0, в то же время во вторичной обмотке тока нет, так как цепь её разомкнута. Ток I₀ проходя по первичной обмотке, создаёт в магнитопроводе 4 синусоидально изменяющийся поток Ф₀ , который из-за магнитных потерь отстаёт по фазе от тока на угол потерь δ.

Переменный магнитный поток Ф₀ при своём изменении пересекает обе обмотки трансформатора. В них возникают ЭДС: в первичной обмотке - ЭДС самоиндукции е₁,.во вторичной обмотке - ЭДС взаимоиндукции е₂.

Величины ЭДС (В) определяют по формулам:

е₁ = 4,44f ω₁Ф_0макс *10^-8,

е₂ = 4,44f ω₂Ф_0макс *10^-8,

где ω₁ и ω₂- числа витков в обмотках; f - частота, Гц; Ф_0макс - максимальное значение магнитного потока.

Разделив е_l на е₂ , получим:

Следовательно, ЭДС в обмотках трансформатора пропорциональны количеству витков.

Отношение числа витков называют коэффициентом трансформации.

Если необходимо повысить полученное от генератора напряжение в 10 или 1000 раз, то необходимо так подобрать обмотки трансформатора, чтобы число витков вторичной обмотки было больше числа витков , первичной обмотки соответственно в 10 или 1000 раз. В этом случае вторичная обмотка будет обмоткой высшего напряжения (ВН), а первичная - обмоткой низшего напряжения (НН). Если необходимо снизить напряжение, то первичное напряжение подводят к обмотке ВН, а к обмотке НН подключают приёмники электрической энергии.

Если включить вторичную обмотку трансформатора (см. рисунок б) на внешнюю цепь, замкнув рубильник 3, то трансформатор перейдёт из режима холостого хода в режим нагрузки. При включении рубильника в цепи вторичной обмотки появится ток нагрузки I₂ он создаёт свой переменный магнитный поток Ф₂.

Большая часть потока Ф₂ замыкается по магнитопроводу трансформатора, а меньшая часть Ф₂ - по воздуху вокруг витков вторичной обмотки; она составляет магнитный поток рассеяния.

Ток вторичной обмотки по правилу Ленца противодействует причине, его вызвавшей, т. е. имеет направление, противоположное току I₀ поэтому и его магнитный поток Ф₂ направлен навстречу потоку Ф₀.

Если уменьшить поток Ф₀ , то это вызовет уменьшение ЭДС самоиндукции е, в первичной обмотке. ЭДС самоиндукции, как известно, направлена против приложенного напряжения, и её увеличение или уменьшение соответственно уменьшает или увеличивает первичный ток. При неизменном первичном напряжении- ЭДС е также остаётся неизменной, следовательно, и магнитный поток Ф₀ остаётся практически неизменным при любых нагрузках (токах I₁ и I₂) трансформатора.

Итак, в трансформаторе при увеличении вторичного тока от нуля до I₂ происходит автоматическое увеличение первичного тока от I₀ до I₁. Подобные процессы происходят и при уменьшении вторичного тока.

В режиме холостого хода потребляемая трансформатором активная мощность расходуется только на покрытие потерь в стали магнитопровода и в первичной обмотке от тока холостого хода (I²₀*r₁). Потери, возникающие при этом в магнитопроводе, называют магнитными и обозначают Р_м а суммарные потери в режиме холостого хода (при номинальных первичном напряжении и частоте) называют потерями холостого хода и обозначают Р₀:

Р₀= Р_м+ I²₀*r₁

где r₁ - активное сопротивление первичной обмотки.

Особенностью потерь холостого хода является их постоянство и независимость от режима нагрузки трансформатора.

В трансформаторе различают потери активной мощности, не зависящие от нагрузки (Р₀); нагрузочные (Р_нагр) и добавочные (Р_доб) потери, определяемые режимом работы (величиной нагрузки) трансформатора:

Мощность Р₁ получаемая трансформатором из сети, расходуется на полезную мощность Р₂, передаваемую потребителю, и на суммарные потери ƩP:

Отсюда КПД трансформатора определяют так:

Полезную мощность, передаваемую потребителю, определяют как

Р₂ = U₂ I₂COS(φ₂) гдe U₂ и I₂ - вторичные напряжения и ток нагpузки, а COS<j>2 ­ коэффициент мощности, зависящий от xapaK­ '

тера наrpузки (активная, ИНДУКТИвная, смешанная). При чисто aк­

тивной наrpузке (например, осветительная электросеть) yrол сдвиra

векторов вторичных тока и напряжения равен нулю, т. е. COS({J2 == 1 И;

Литература:

1 А.А. Усольцев Электрические машины Учебное пособие ИТМО Санкт-Петербуг 2013г.

2 Л.А. Частоедов Электротехника Учебное пособие «Высшая школа Москва» 1989г.

3 А.С. Касаткин, М.В. Немцов Электротехника Учебное пособие «Академия» 2005г.

4 Ю.Д.Сибикии, М.Ю. Сибикии Техническое обслуживание, ремонт электрооборудования и сетей промышленных предприятий. Учебник «Академия» 2004г

5 Б. М. Ярославский, Справочник по физике — М.,"Наука"1989г

6 Б.И.Панев Электрические измерения: Справочник (в вопросах и ответах) — М.:Агропромиздат, 1987г

7 Электрические измерения.Средства и методы измерений (общий курс).Под ред. Е. Г. Шрамкова — М.:Высшая школа, 1972

8 Справочник по электроизмерительным приборам; Под ред. К. К. Илюнина — Л.:Энергоатомиздат, 1983

9 Атамалян Э. Г. Приборы и методы измерения электрических величин — издательство «ДРОФА», 2005

10 Панфилов В. А. Электрические измерения — издательство «Академия», 2008

11 Полищук Е.С. Электрические измерения электрических и неэлектрических величин

12 Н. Н. Евтихиев Измерение электрических и неэлектрических величин — М.: Энергоатомиздат, 1990

13 Шкурин Г. П. Справочник по электро- и электронноизмерительным приборам — М., 1972

14 Преображенский В. П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергия, 1978, - 704 с.

15 Чистяков С. Ф., Радун Д. В. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Высшая школа, 1972, - 392 с.