Явление взаимоиндукции. ЭДС взаимоиндукции

Явление взаимоиндукции проще всего объяснить на примере радио- или телеприёмника, или даже мобильного телефона.

У всех этих аппаратов передающая станция излучает электромагнитные колебания, а приёмная антенна каждого аппарата улавливает их.

Следовательно, явление взаимоиндукции состоит в том, что изменение тока в одной катушке вызывает появление ЭДС и тока во второй.

Таким образом, если для демонстрации явления самоиндукции достаточно иметь одну катушку, то явление взаимоиндукции требует двух катушек.

Рассмотрим явление взаимоиндукции на примере простейшего трансформатора (рис. 6.44).

Рис. 6.44. Простейший 2-обмоточный трансформатор: устройство (а); принципиальная схема (б)

Он состоит из магнитопровода (сердечника) и двух обмоток, расположенных на стержнях магнитопровода (рис. 6.44, а).

Сердечник набран из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга слоем лакам или окалины для уменьшения потерь на вихревые токи (токи Фуко). Он служит для усиления индуктивной связи между обмотками.

Одна из обмоток присоединена к источнику переменного тока Г на напряжение U₁ и называется первичной.

К другой, вторичной обмотке, присоединен приемник электроэнергии Z_н

Таким образом, первичная и вторичная обмотки не имеют электрической связи друг с другом, и мощность из одной обмотки в другую передается только электромагнитным путем.

Действие трансформатора основано на явлении взаимоиндукции.

При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток i₁, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф.

Замыкаясь в магнитопроводе, этот поток сцепляется с обеими обмотками и индуцирует в них ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции.

При этом в первичной обмотке мгновенное значение ЭДС самоиндукции

, (6.112)

во вторичной обмотке мгновенное значение ЭДС взаимоиндукции

(6.113)

где и – число витков первичной и вторичной обмоток.

Из этих выражений следует, что ЭДС е₁ и е₂ имеют разные значения только за счет разного числа витков, но не за счет скорости изменения магнитного потока.

Витки обеих обмоток пересекает один и тот же магнитный поток.

При подключении нагрузки Zн к выводам вторичной обмотки трансформатора под действием ЭДС е₂ в цепи этой обмотки создается ток i₂, а на выводах вторичной обмотки устанавливается напряжение U₂.

Обмотку трансформатора, подключенную к сети с более высоким напряжением, называют обмоткой высшего напряжения (ВН); обмотку, присоединенную к сети меньше го напряжения, – обмоткой низшего напряжения (НН).

Путем соответствующих преобразований из выражений (8.22) и (8.23) можно получить равнозначные выражения для действующих значений этих ЭДС (напомним, вольтметры и амперметры электромагнитной системы показывают именно действующие значения напряжений и токов, что удобно для их измерения и выполнения практических расчетов):

(6.114)

(6.115),

где f = 50 Гц – промышленная частота переменного тока в странах СНГ;

– максимальное (амплитудное) значение магнитного потока в сердечнике, Вб.

Одним из наиболее важных эксплуатационных параметров трансформатора является коэффициент трансформации

(6.116),

который показывает, во сколько раз ЭДС первичной обмотки больше или меньше

ЭДС вторичной обмотки.

Подставив в (8.26) выражения (8.24) и (8.25), получим второе выражение коэффициента трансформации

= (6.117),

который показывает, во сколько раз число витков первичной обмотки больше или меньше числа витков вторичной обмотки.