4.2.2. Принцип действия трансформатора

Принцип действия трансформа тора основан на явлении электромагнитной индукции. Это явление возникновения ЭДС в проводнике или контуре под действием магнитного поля.

При включении первичной обмотки в цепь с переменным напряжением по ней начнет протекать переменный ток, который создаст вокруг обмотки переменное магнитное поле. Это поле пронизывает витки первичной обмотки и наводит в ней ЭДС самоиндукции . Основная часть созданного магнитного потока будет замыкаться по сердечнику, пронизывать витки вторичной обмотки и создавать в ней ЭДС взаимоиндукции . При подключении нагрузки к вторичной обмотке в ней будет протекать переменный ток.

Действующие значения ЭДС в первичной и вторичной обмотках соответственно будут равны:
Е₁=
Е₂=

Отношение ЭДС первичной обмотки к ЭДС вторичной обмотки называется коэффициентом трансформации:

В режиме холостого хода коэффициент трансформации можно определить, как , т.к. ток во вторичной обмотке отсутствует, следовательно, падения напряжения на обмотке нет, и можно считать, что .

В первичной обмотке протекает небольшой ток холостого хода, поэтому можно считать, что .

Магнитный поток трансформатора в процессе работы трансформатора (в пределах от холостого хода до номинальной нагрузки) остается практически неизменным и его величина определяется т оком холостого хода трансформатора.

Изменения магнитного потока, возникающие при изменении нагрузки, будут скомпенсированы изменением магнитного потока вторичной обмотки, который согласно закону Ленца направлен встречно магнитному потоку первичной обмотки.

Пренебрегая током холостого хода, коэффициент трансформации приблизительно можно определить как .

Зависимость вторичного напряжения U₂ трансформатора от тока нагрузки I₂ называется внешней характеристикой трансформатора.

Вид внешней характеристики зависит от характера нагрузки трансформатора (рис.4.6)

Рис. 4.6

- изменение вторичного напряжения трансформатора

Источники информации:
1. А.С.Касаткин § 6.1
2. А.Я.Шихин § 66, 67
3. Л.В.Усс § 7.2, 7.3
4. В.Е.Китаев § 57, 58

Задачи для самостоятельного решения:
4.1. Определить коэффициент трансформации однофазного трансформатора, если известно, что число витков вторичной обмотки: а) в четыре раза больше, чем в первичной обмотке.; б) в три раза меньше, чем в первичной обмотке.
4.2. Напряжение на первичной обмотке трансформатора равно 6,3 кВ. Определить коэффициент трансформации, если напряжение на выводах вторичной обмотки 400 В. Найти число витков первичной обмотки, если число витков вторичной обмотки равно 150.
4.3. Число витков первичной обмотки трансформатора равно 100, вторичной - 500. Определить напряжение на вторичной обмотке при подключении его к сети переменного напряжения 220 В. Найти ток вторичной обмотки трансформатора, если ток первичной обмотки равен 10 А.
4.4. Однофазный трансформатор с номинальной мощностью S_ном = 1600 кВА включен в сеть с напряжением U = 10000 В. При холостом ходе трансформатора напряжение на зажимах вторичной обмотки U₂ = 400 В. Определить коэффициент трансформации и число витков первичной обмотки, если число витков вторичной обмотки w₂ = 32.
4.5. Как изменится напряжение на вторичной обмотке трансформатора при увеличении мощности нагрузки (характер нагрузки – активный)?
4.6. В каком случае напряжение на вторичной обмотке нагруженного трансформатора может оказаться выше напряжения холостого хода?