1.2 Принцип работы трансформатора

Рассмотрим двухобмоточный понижающий трансформатор, предназначенный для работы однофазной цепи (рис.3). На рисунке − число витков первичной обмотки − число витков вторичной обмотки.

Рис. 3. К пояснению устройства и принципа действия трансформатора

Пусть на первичную обмотку подается переменное синусоидальное напряжение:

₍₆₎

_{Тогда по обмотке потечет ток}

(7)

Этот ток создаст в магнитопроводе трансформатора магнитное поле, магнитный поток которого

₍₈₎

Переменный магнитный поток согласно закону электромагнитной индукции наведет по вторичной обмотке трансформатора ЭДС:

(9)

_где:

– потокосцепление обмотки.

Тогда

(10)

Таким образом, на зажимах вторичной обмотки будет индуцироваться синусоидальная ЭДС той же частоты, что и приложенное напряжение, отстающая от магнитного потока на угол π/2.

Действующее значение этой ЭДС

(11)

где

Если теперь к вторичной обмотке подключить нагрузку, то в нее будет поступать синусоидальный ток той же частоты, а напряжение на вторичной обмотке трансформатора сохраняет ту же частоту, что и напряжение и имеет другое действующее значение.

При работе трансформатора под нагрузкой ток вторичной обмотки (i₂) действует также, как и ток первичной, то есть, создает магнитный поток в магнитопроводе ( ), который, в свою очередь, наведет синусоидальную ЭДС в первичной обмотке ( ). В результате в магнитопроводе трансформатора сосредотачивается магнитный поток, который называется основным магнитным потоком ( ) и который складывается из алгебраической суммы магнитных потоков и .

Именно этот магнитный поток индуцирует ЭДС и , поэтому:

Замечание1. Отношение − называется коэффициентом трансформации трансформатора.

Если , т.е. , то трансформатор понижающий, а если , т.е. , то трансформатор повышающий

Замечание 2. Амплитуда магнитного потока в магнитопроводе пропорциональна амплитуде приложенного напряжения и при постоянном значении магнитный поток в трансформаторе практически не изменяется при изменении нагрузки, поэтому можно считать, что при работе трансформатора магнитный поток практически равен магнитному потоку без нагрузки (то есть потоку при холостом ходе трансформатора).

Замечание 3: Конструктивно трансформатор рассчитывается на длительную работу при определенных значениях напряжения, тока и мощности, которые называются номинальными и обозначаются:

и т.д.

Индекс 1 относится к первичной обмотке, индекс 2 – к вторичной.

3. Режимы работы трансформатора

Будем рассматривать трансформатор, включенный в синусоидальную цепь.

Различают три режима работы трансформатора:

• режим холостого хода (ХХ), когда вторичная обмотка трансформатора разомкнута;

• режим короткого замыкания (КЗ), когда вторичная обмотка замкнута накоротко;

• рабочий режим (работа трансформатора под нагрузкой).

Первые два относятся к аварийным режимам.

Рассмотрим их отдельно.