Действие
трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Для усиления
электромагнитной связи между обмотками они размещены на замкнутом
магнитопроводе, причем на каждом стержне размещаются секции как первичной, так
и вторичной обмоток.
Если к зажимам первичной обмотки w1подвести напряжение U1 частоты f1,
то по ее виткам потечет переменный токI10, который
создает в магнитопроводе переменный (пульсирующий) магнитный поток Ф.
Его основная часть Ф0 замыкается по всему
магнитопроводу и сцеплена с витками как первичной обмотки w1, так и с витками вторичной обмотки w2.
В соответствии
с законом электромагнитной индукции потокФ0 индуктирует в обмотках ЭДС, мгновенные значения которых равны
e1 = - W1dФo / dt ; e2 = - W2dФo / dt
В
соответствии с принципом электромагнитной инерции ЭДС E1 стремится противодействовать той
причине, которая ее вызвала, то есть приложенному напряжению U1.
Это значит,
что ЭДС Е1будет находиться практически в противофазе с напряжением U1,
ограничивая величину тока в первичной обмоткеI10. Следовательно, величина тока I10 определяется разностью мгновенных значений
приложенного напряжения U1 и ЭДС Е1.При этом предполагается, что вторичная обмотка w2 разомкнута.
Меньшая часть магнитного потока Ф
замыкается только вокруг витков первичной обмотки и называется потоком
рассеяния первичной обмотки ФS1. Следовательно Ф=Ф0+ ФS1. Поток ФS1 индуктирует в витках первичной
обмотки свою ЭДС — ЭДС рассеяния ЕS1. Поскольку с витками вторичной обмотки
поток ФS1не сцеплен, то он не индуктирует в ней каких-либо ЭДС. ЭДС Е1 и Е2 отличаются друг от друга только за счет
числа витков w1 и w2, следовательно, изменяя
числа витков w1 и w2 можно
изготовить трансформаторы в принципе на любое соотношение ЭДС Е1и Е2. При этом частота ЭДС f1для ЭДСЕ2 не изменяется. Если к выводам вторичной обмотки подключить какое-то
сопротивление нагрузки Zнг, то есть замкнуть цепь
вторичной обмотки (уменьшить сопротивление между выводами), то под
действием ЭДС Е2 по
цепи вторичной обмотки потечет переменный ток I2, а между выводами обмотки
установится напряжение U2, равное падению
напряжения в сопротивлении Zнг от тока I2.
Ток I2, протекая по виткам вторичной обмотки w2, создает в магнитопроводе свой магнитный поток Ф2,
который направлен навстречу магнитному потоку Ф0. Часть потока Ф2 сцеплена
только с витками вторичной обмотки, замыкается в основном по воздуху и может
быть названа потоком рассеяния вторичной обмотки ФS2. Этому потоку соответствует ЭДС ЕS2 вторичной обмотки.
Большая часть
потока Ф2 замыкается
по всему магнитопроводу, из-за чего результирующий магнитный поток в нем
уменьшается. Это приведет к уменьшению ЭДС Е1 и к увеличению разности мгновенных значений ЭДС Е1 и напряжения U1. Что в свою очередь вызовет увеличение тока первичной
обмотки до некоторой величины I1 и увеличению создаваемого им магнитного потока Ф1. Благодаря
этому, результирующий магнитный поток в магнитопроводе, сцепленный с обеими
обмотками достигнет своего исходного значения Ф0, а поток
рассеяния ФS1 несколько
возрастет.
Таким
образом, при появлении (или увеличении) тока в цепи вторичной обмотки и
увеличении отдаваемой в цепь потребителя электроэнергии автоматически
возрастают ток и электроэнергия, поступающие в первичную обмотку из сети
питания.
Поскольку
между первичной и вторичной обмотками нет электрической связи, то это значит,
что энергия передается из одной обмотки в другую только электромагнитным путем.
Магнитопровод при этом
обеспечивает лучшую взаимосвязь
между обмотками, уменьшению тока I10 и потоков рассеяния ФS1и ФS2.
При нагрузке ток первичной
обмотки можно представить в виде суммы:
I=I10+I1доб
где I1доб — добавочный ток, обусловленный размагничивающим
действием тока вторичной обмотки I2. Если разделить почленно формулы ЭДС для е1 и е2, то получим:
e1/e2 = E1/E2 = W1/W2 = k
Здесь W1/W2 = k называют коэффициентом
трансформации трансформатора. Естественно, что трансформатор может работать как
в понижающем (U1>U2), так и в
повышающем (U1<U2) режимах.
Мы будем рассматривать в основном понижающие трансформаторы, у которых к>1.
|