Трансформаторы. Принцип действия трансформаторов применяемых для повышения или понижения напряжения переменного тока

Принцип действия трансформаторов применяемых для повышения или понижения напряжения переменного тока, основан на явлении взаимной индукции. Впервые трансформаторы были сконструированы и введены в практику русским электротехником П.Н.Яблочковым и русским физиком И.Ф.Усагиным.

Принципиальная схема трансформатора показана на рис 4.8.1. Первичная и вторич­ная катушки (обмотки), имеющие соот­ветственно N₁ и N₂ витков_, укреплены на замкнутом железном сердечнике. Так как концы первичной обмотки присоединены к источнику переменного напряжения с э.д.с. ₁, то в ней возникает переменный ток I₁, создающий в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток Ф, который практически полностью локализовал в железном сердечнике и, следовательно почти целиком пронизывает витки вторичной обмотки. Изменение этого потока вызывает во вторичной обмотке появление э.д.с. взаимной индукции, а в первичной - э.д.с. самоиндукции.

Ток I₁ первичной обмотки определяется согласно закону Ома:

где R₁ -сопротивление первичной обмотки Падение напряжения I₁R₁ на сопро­тивление R₁ при быстропеременных полях мало по сравнению с каждой из двух э.д.с., поэтому

(4.8.1)

Э.д.с. взаимной индукции, возникающая во вторичной обмотке,

(4.8.2)

Сравнивая выражения (4.8.1)и (4.8.2), получим, что э.д.с., возникающая во вто­ричной обмотке,

(4.8.3)

где знак минус показывает, что э.д.с. в первичной и вторичной обмотках проти­воположны по фазе.

Отношение числа витков , показывающее, во сколько раз э.д.с во вторичной обмотке трансформатора больше (или меньше), чем в первичной, назы­вается коэффициентом т ране форма ц и и.

Пренебрегая потерями энергии, которые в современных трансформаторах не превышают 2% и связаны в основном с выделением джоулевой теплоты и появлением вихревых токов, и применяя закон сохранения энергии, можем за­писать, что мощность тока в обеих обмотках трансформатора практически оди­накова.

откуда, учитывая соотношение (4.8.3), найдем

Т.е. токи в обмотках обратно пропорциональны числу витков в этих обмотках.

Если <1, то имеем дело с понижающим т р а н с ф о р м а т о р о м, уменьшающим э.д.с. и повышающим ток (применяется, например, при электросварке, т.к для нее требуется большой ток при низком напряжении); если >1, то имеем дело с повышающим трансформатором, учитывающимпеременную э.д.с. и понижающим ток (применяются, например, для передачи электроэнергии на большие расстояния, т.к. в данном случае потери на джоулеву теплоту, пропорциональные квадрату силы тока, снижаются.

Мы рассматривали трансформаторы, имеющие только две обмотки. Однако трансформаторы, используемые в радиоустройствах, имеют 4-5 обмоток, обладаю разными рабочими напряжениями.