5.1. Устройство и принцип действия трансформатора

Режим холостого хода трансформатора. Коэффициент трансфор­мации.

На замкнутом магнитопроводе, выполненном из магнитомягкой листовой стали, расположены две (или более) катушки (обмотки). К одной из обмоток подводится электрическая энергия от источника переменного тока. Эта обмотка называется первичной. От другой, вторичной, обмотки с числом витков W₂ энергия отводится к приемнику. Все величины, относящиеся к этим обмоткам (токи, напряжения, мощности и т.п.) называются соответственно первичными или вторичными.

Под действием переменного напряжения U₁, подведенного к первичной обмотке, в ней возникает ток I₁, а в сердечнике возбуждается соответственно изменяющийся магнитный поток Ф. Этот поток пересекает витки обеих обмоток трансформатора и индуктирует в них ЭДС:

В каждый момент времени отношение этих ЭДС пропорционально отношению количества витков обмоток:

Если цепь вторичной обмотки замкнута, то под действием ЭДС E₂ возникает ток I₂.

Режим холостого хода – такой режим работы электрического трансформатора, при котором его вторичная цепь разомкнута, и ток в ней равен нулю.

Соотношение

равное отношению числа витков n₂ к числу витков n₁ соответствующих обмоток, называется коэффициентом трансформации.

Приближенно можно принять, что ЭДС обмоток равны н апряжениям на их зажимах, т.е.

Полученное равенство характеризует основное назначение трансформатора - преобразование одного напряжения в другое, большее или меньшее.

Если k₁₂>0, то трансформатор – повышающий, если k₁₂<0 – понижающий.

5.2Работа трансформатора под нагрузкой.

Уравнения электрического состояния обмоток.

Когда в цепь вторичной обмотки включается сопротивление нагрузки R_Н, в ней возникает переменный ток I₂. Полный магнитный поток Ф в сердечнике создается обоими токами.

Магнитный поток Ф₂, создаваемый индуцированным во вторичной обмотке током I₂, направлен навстречу потоку Ф₁. Полный магнитный поток:

Ф=Ф₁-Ф₂

Отсюда следует, что токи I₁ и I₂ изменяются в противофазе, т.е. имеют сдвиг на 180°.

Ток I₁ в первичной обмотке в режиме нагрузки значительно больше тока холостого хода. Это следует из того, что полный магнитный поток в сердечнике должен быть в режиме нагрузки таким же, как и в режиме холостого хода, т.к. напряжение U₁ на первичной обмотке в обоих случаях одно и то же.

Это напряжение равно ЭДС источника переменного тока.

Т.к. магнитные потоки, пронизывающие обмотки пропорциональны числу витков n₁ и n₂:

для первичной обмотки:

e₁+e₂^инд=0

u₁=e₁=-e₁^инд=n₁(dФ/dt)

для вторичной обмотки:

u₂=I₂R_H=e₂^инд

u₂=-n₂(dФ/dt); u₂=-(n₂/n₁)u₁

Знак «-» означает, что напряжения U₁ и U₂ находятся в противофазе, как и токи I₁ и I₂ в обмотках.

Поэтому фазовый сдвиг φ₁ между напряжением U₁ и током I₁ в первичной обмотке равен фазовому сдвигу φ₂ между U₂ и I₂ во вторичной обмотке.

Если нагрузкой вторичной обмотки является активное сопротивление R_H, то φ₁=φ₂=0.