Принцип действия трансформаторов

Принцип действия трансформатора можно пояснить на примере однофазного двухобмоточного трансформатора, конструкция которого схематично изображена на рис. 5.1.

 

Рис. 5.1

 

Трансформатор имеет первичную и вторичную обмотки. Количество витков первичной обмотки - . Количество витков вторичной обмотки - .

Под действием напряжения , приложенного к зажимам первичной обмотки, в ней протекает переменный ток . Этот ток, проходя по обмотке, создает в магнитопроводе переменный магнитный поток, пропорциональный току . Изменение магнитного потока сердечника наводит электродвижущие силы в витках первичной и вторичной обмоток

, ,

где и - число витков первичной и вторичной обмоток.

Если магнитный поток изменяется по синусоидальному закону то

,

или ,

.

Действующие значения электродвижущих сил обмоток определяются из уравнений и , так как и .

Так как электродвижущие силы созданы одним и тем же магнитным потоком, то амплитуды электродвижущих сил пропорциональны количеству витков обмоток, а отношение действующих значений ЭДС равно отношению числа витков соответствующих обмоток .

Отношение ЭДС первичной обмотки к ЭДС вторичной обмотки или отношение количества витков первичной обмотки к количеству витков вторичной обмотки называется коэффициентом трансформации . При анализе работы трансформатора иногда удобно использовать другой коэффициент трансформации, равный отношению ЭДС вторичной обмотки к ЭДС первичной обмотки

.

Роль электродвижущей силы первичной обмотки и роль электродвижущей силы вторичной обмотки различны.

Электродвижущая сила , наведенная в первичной обмотке, препятствует изменению тока этой обмотки. Эта ЭДС находится почти в противофазе с подведенным напряжением, поэтому ее иногда называют противоЭДС.

Электродвижущая сила вторичной обмотки создает ток вторичной обмотки и таким образом обеспечивает электрической энергией нагрузку трансформатора. Первичная и вторичная обмотки взаимодействуют между собой через магнитное поле.

Ток , протекая по виткам вторичной обмотки, создает намагничивающую силу, под действием которой создается составляющая основного магнитного потока. По закону Ленца направление этой составляющей противоположно основному магнитному потоку. Другими словами, вторичный ток создает условия для уменьшения магнитного потока, его создавшего. В этом случае ЭДС должна быть меньше, а ток первичной обмотки больше. Увеличение тока первичной обмотки компенсирует уменьшение магнитного потока за счет увеличения тока вторичной обмотки.

Намагничивающая сила первичной обмотки равна произведению мгновенного значения тока первичной обмотки на количество витков . Намагничивающая сила вторичной обмотки определяется произведением тока вторичной обмотки на её количество витков . Результирующая намагничивающая сила равна разности намагничивающих сил первичной и вторичной обмоток.

Основной магнитный поток силовых трансформаторов при изменении тока вторичной обмотки остается практически неизменным из-за размагничивающего действия вторичной обмотки или, другими словами, каждое изменение вторичного тока вызывает соответствующее изменение первичного тока. Максимальное значение магнитного потока можно считать практически неизменным, если напряжение, приложенное к зажимам первичной обмотки, остается постоянным.