Принцип работы трансформаторов с позиции «пассивного» и «активного» резонанса.

Рассмотрим электромагнитные процессы происходящие в трансформаторе. Трансформатором называется электротехническое устройство (аппарат), преобразующее переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. При разомкнутой цепи вторичной обмотки магнитный поток в сердечнике трансформатора создаётся переменным током холостого хода. Его значение определяется по формуле (в случае малых потерь в первичной обмотке трансформатора падением напряжения на пренебрегаем):

, где соответствует полному внутреннему сопротивлению источника внешнего питания, соответствует активному сопротивлению первичной обмотки трансформатора.

Если бы выполнялось условие равенства действия между электрическими силами внешнего источника питания и ответной реакции на неё в виде электродвижущей силы самоиндукции, то разность всегда равнялось бы нулю. В материальных, реальных средах это условие невыполнимо.

Как уже ранее отмечалось воздействие внешнего источника электрической силы приводит к возбуждению окружающего его пространства. Следствием этого процесса будет излучение. Так как вторичная обмотка разомкнута, то мощность источника питания Ро тратится только на покрытие потерь холостого хода трансформатора, которые состоят из: а) потерь в проводниках первичной обмотки Роп1, б) основных потерь в стали Рсо и в) добавочных потерь холостого хода Рдо. В силовых трансформаторах потерями Роп1 можно пренебречь. С этим видом потерь следует считаться в трансформаторах малой мощности (до100ва ). Таким образом, мощность холостого хода практически расходуется только на покрытие потерь в стали, т.е. Р0 = Рсо + Рдо. Эти потери являются следствием «пассивного резонанса» .

Источник электрической силы воздействует посредством первичной обмотки на металлический сердечник трансформатора. Так как металл обладает большим запасом внутренней, потенциальной энергии, то происходит реакция на внешний источник в виде образования магнитного потока Ф1, который в свою очередь создает противодействующую электродвижущую силу. (Наступает взаимообмен между внешней энергией источника и внутренней энергией вещества). Необходимо при этом учитывать и то обстоятельство, что реакция неизбежно всегда будет отставать во времени и приводить к поглощению внешней энергии источника в интервале между действующей и противодействующей электрической силой. Это поглощение (преобразование внешней энергии во внутреннюю) будет усиливать колебания кристаллической решётки железного сердечника, что приведёт к нагреву вещества. (Любой динамичный процесс как уже отмечалось ранее, в том числе протекание тока в веществе вызван рассогласованием во времени действующих электрических, гравитационных и ядерных сил, что приводит к излучению среды, называемой потерями).

Данные процессы принадлежат к первой фазе цепной реакции пассивного резонанса. Именно несогласованность действующих сил приводит к тому, что ()0. Следовательно и активная составляющая тока холостого хода Iоа так же никогда не будет равна нулю, т. к. .

Намагничивающий ток Iо является эквивалентным реактивным током, отражающим возбуждённое состояние магнитных свойств вещества под действием внешнего источника питания. Активная синусоидальная составляющая тока холостого хода опережает по фазе магнитный поток Ф1, а следовательно, и намагничивающую составляющую тока Iо на угол . Результирующий эквивалентный синусоидальный ток первичной обмотки - равен геометрической сумме токов намагничивания Iо и активной составляющей :

При подключении ко вторичной обмотке трансформатора потребителя обладающего полным сопротивлением Z приведёт к тому, что поток Ф1 образованный как реакция на внешний источник питания сам становится источником возбуждения окружающей среды. В результате в во вторичном контуре будет протекать ток направление которого, создаёт собственный магнитный поток Ф2 в сердечнике трансформатора , направленный на встречу основному магнитному потоку Ф1, создаваемому током первичной обмотки.

Это явление объясняется аналогично предыдущему, всякое внешнее воздействие должно быть компенсировано. Обратная связь во вторичной цепи трансформатора приведёт к ещё большему возбуждению железного сердечника, где реакцией является поток Ф2.

В результате на первичной обмотке трансформатора за счёт вторичного потока Ф2 будет наводится взаимоиндукция . Ток в первичной обмотке будет равен:

; где приведённый ток к первичной обмотке: =.