Базовые принципы действия трансформатора

Схематическое устройство трансформатора. 1 — первичная обмотка, 2 — вторичная

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

1. Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)
2. Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.

В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.

Определим ЭДС, индуктированную в первичной обмотке трансформатора основным магнитным потоком.

.

Основной магнитный поток изменяется по синусоидальному закону

,

где Ф_m - максимальное или амплитудное значение основного магнит-ного потока;
ω = 2πf - угловая частота;
f - частота переменного напряжения.

Мгновенное значение ЭДС

.

Максимальное значение

.

Действующее значение ЭДС в первичной обмотке

.

Для вторичной обмотки можно получить аналогичную формулу

.

Электродвижущие силы E₁ и E₂, индуктированные в обмотках трансформатора основным магнитным потоком, называются трансформаторными ЭДС. Трансформаторные ЭДС отстают по фазе от основного магнитного потока на 90°.
Магнитный поток рассеяния индуктирует в первичной обмотке ЭДС рассеяния

,

где L_1s - индуктивность рассеяния в первичной обмотке.
Запишем уравнение по второму закону Кирхгофа для первичной обмотки

,

откуда

. (10.1)

Напряжение на первичной катушке имеет три слагаемых: падение напряжения, напряжение, уравновешивающее трансформаторную ЭДС, напряжение, уравновешивающее ЭДС рассеяния.
Запишем уравнение (10.1) в комплексной форме

. (10.2)

где индуктивное сопротивление рассеяния первичной обмотки.

На рис. 10.4 изображена векторная диаграмма трансформатора, работающего в режиме холостого хода.

Векторы трансформаторных ЭДС и отстают на 90° от вектора основного магнитного потока . Вектор напряжения параллелен вектору тока , а вектор опережает вектор тока на 90°. Вектор напряжения на зажимах первичной обмотки трансформатора равен геометрической сумме векторов - , , Рис. 10.4 .

На рис. 10.5 изображена схема замещения трансформатора, соответствующая уравнению (10.2).

X_Э - индуктивное сопротивление, пропорциональное реактивной мощности, затрачиваемой на создание основного магнитного потока.
В режиме холостого хода .
Коэффициент трансформации .

Рис. 10.5

Коэффициент трансформации экспериментально определяется из опыта холостого хода.

Дата добавления: 2015-05-06