Глава VIII трансформаторы

§ 8.1. Принцип действия трансформаторов

Трансформатором называется статический электромагнитный ап­парат переменного тока, посредством которого электрическая энер­гия одного напряжения преобразуется в электрическую энергию другого напряжения.

Трансформаторы имеют огромное значение для передачи и рас­пределения электрической энергии, так как передача этой энергии на большие расстояния возможна лишь при достаточно высоком напряжении и соответственно меньшем токе. В противном случае потери мощности на нагревание проводов () были бы слишком большими.

Трансформаторы, у которых напряжение на выходе выше на­пряжения на входе, называются повышающими, а трансформаторы, у которых напряжение на выходе ниже напряжения на входе,—понижающими. Принцип дей­ствия трансформаторов осно­ван на явлении электромагнит­ной индукции.

Простейший трансформатор (рис. 8.1) представляет собой замкнутый стальной сердечник, на котором размещаются две или несколько обмоток с различным числом витков, сделанных из медной проволоки.

Обмотка, к которой подво­дится ток из сети, называется первичной, а обмотка, в кото­рой наводится э. д. с. взаимо­индукции, — вторичной. Если трансформатор повышающий, то его первичная обмотка

является обмоткой низшего напряжения (НН), а вторичная обмотка — обмоткой высшего напряжения (ВН). У понижающего трансформатора, наоборот, первичная обмотка — высшего напряжения, а вторичная — низшего напряжения.

При прохождении по первичной обмотке переменного тока

создается магнитный поток, который почти полностью замыкается в сердечнике трансформатора; лишь незначительная его часть за­мыкается вокруг первичной обмотки, главным образом в воздухе (это так называемый поток рассеяния). Ввиду его незначительности потоком рассеяния при дальнейших рассуждениях можно прене­бречь.

Основной (намагничивающий) магнитный поток Ф, сцепляю­щийся с витками обеих обмоток, наводит в них э. д. с, мгновен­ные значения которых:

в первичной обмотке

во вторичной обмотке

Так как переменное напряжение, приложенное к первичной обмотке трансформатора, синусоидально, то и магнитный поток Ф, и наводимые им э.д.с. также являются синусоидальной функцией времени, т. е. Ф=Ф_М . Подставляя в (8.1) и (8.2) значения магнитного потока, получаем

Но так как то мгновенные значения э.д.с.

Из уравнений (8.3) и (8.4) следует, что э. д. с. е₁ и е₂ отстают по фазе от намагничивающего потока Ф на угол ^п/_г, Максимальное значение э. д. с. Е_М= . Соответственно действующие значения э. д. с, наводимых в первичной и вторичной обмотках трансфор­матора,

Разделив первое выражение на второе, получаем (8.7)

Это отношение называется коэффициентом трансформации.

Э. д. с, наводимые в первичной и вторичной обмотках трансфор­матора, прямо пропорциональны количеству витков обмоток.