Главная Движение носителей электрических зарядов




Рис. 11.1

электрическая энергия от источника питания, называется первичной. Обмотка 3, от которой отводится энфгия к приемнику (нагрузке), называется вторичной.

Величины (напряжение, э. д. с, ток, число витков и т. д.), относящиеся к первичной обмотке, называются первичными, и их буквенные обозначения снабжаются индексом 1 (напримф и, е ii, w), а величины, относящиеся к вторичной обмотке, называются вторичными и имеют индекс 2 {112, е.2, гг, и т. д.).

Рассмотрим принцип работы трансформатора на примере однофазного двухобмоточного трансформатора, так как рабочие процессы, протекающие в нем, характерны и для других типов трансформаторов. Если первичную обмотку трансформатора подключить к источнику переменного напряжения то в ней возникнет ток ii, который возбуждает в ффромагнитном магнитопроводе пфеменный магнитный поток Oj. Магнитный поток, замыкающийся по магнитопроводу, пересекает первичную и вторичную обмотки и индуц1фует в них э. д. с. е и 62 COOT ветственно.

При подключении к зажимам вторичной обмотки нафузки с сопротивлением Zh под воздействием э. д. с. 62 через нее будет протекать переменный ток гг и эифгия из цепи первичной обмотки будет пфедаваться в цепь вторичной обмотки за счет переменного магнитного потока Ф1. Вторичный ток 12 образует в сердечнике трансформатора свой собственный магнитный поток Ф2, который накладывается на поток первичной обмотки. В результате в магнитопроводе создается общий магнитный поток Ф, который сцепляется с витками обеих обмоток. Этот поток называют основным или рабочим потоком трансформатора.

Наряду с основным магнитным потоком в трансформаторе существуют переменные магнитные потоки рассеяния Ф! и Фг, созда- ваемые токами его обмоток и замыкающиеся вофуг витков первичной и вторичной обмоток в основном через воздух. Значения этих потоков прямо пропорциональны токам обмоток.

Переменные э. д. с. Ci и 62 пропорциональны количеству витков Wi и W2 первичной и вторичной обмоток, а также скорости изменения



потока dФdt (закон Максвелла):

Ci = -wid0/dt; €2 = - w2d0/dt. (11.1)

Так как э. д. с. Ci и Сг наводятся одним и тем же магнитным потоком, то, согласно (8.6), при синусоидальном напряжении иу действующие значения этих э. д. с.

£i = 4,44/wiO,,; Е2 = 4,44>2Ф,,. (11.2)

Из (11.1) и (11.2) можно получить выражение для коэффициента трансформации трансформатора:

к 12 = eihi = E1IE2 = W1/W2. (11.3)

Таким образом, коэффициент трансформации трансформатора есть отнощение э. д. с. его обмоток или отношение чисел витков этих обмоток. В паспорте трансформатора обычно указывают отношение номинальных напряжений в режиме холостого хода 1/i„/1/2h> которое практически равно отношению э. д. с, так как при разомкнутой вторичной обмотке напряжение, приложенное к первичной обмотке, почти целиком уравновешивается ее э. д. с. (L/i х Ei), а вторичное напряжение равно вторичной э. д. с. (L/20 = £2)- Поэтому вьфажение для коэффициента трансформации можно переписать в виде

.„ = =i=. . ,„.4)

2 «-20 <j2h

Следовательно, коэффициент трансформации равен отношению напряжений на обмотках при холостом ходе трансформатора.

В процессе работы трансформатора в первичной обмотке электрическая энергия, потребляемая им из сети, преобразуется в энергию магнитного поля, а во вторичной обмотке, наоборот, энергия магнитного поля преобразуется в электрическую, отдаваемую затем (в основном) потребителю (нагрузке). Небольшая часть мощности теряется в самом трансформаторе. При номинальном режиме мощность потерь в обмотках и магнитопроводе трансформатора невелика, поэтому трансформаторы обычно имеют высокий к. п. д., достигающий 98-99%.

Таким образом, в трансформаторе преобразуются только напряжения и токи. Мощность же (из-за малых потерь на нагревание обмоток и магнитопровода трансформатора) практически остается постоянной, т. е. можно считать, что U Ji х 1/2/2- Следовательно,

V1IU2 ~ hlh « EJE2 = WJW2 = fcl2. (11.5)

Итак, токи в обмотках трансформатора обратно пропорциональны их напряжениям.

В радиоэлектронике трансформаторы широко используют для согласования сопротивлений между звеньями различной аппаратуры. Если резистор с сопротивлением R подключить через трансформатор к источнику переменного тока, то для цепи источника значение этого сопротивления будет иным, равным

г = PJI\ x Р2/П «ilR/ii« kJ2R, (11.6)



где Pi - мощность, потребляемая трансформатором от источника переменного тока; Рг = - мощность, потребляемая от трансформатора сопротивлением R. Из (11.6) следует, что трансформатор «изменяет», значение сопротивления в ki2 раз.

§ 11.2. Идеализированный

Для упрощения исследования процессов, наблюдаемых в трансформаторе, рассмотрим идеализированный трансформатор, у которого отсутствует магнитное поле рассеяния и имеется только один рабочий магнитный поток Ф, замыкающийся через магнитопровод. В таком трансформаторе сопротивления обмоток ri и Гг равны нулю. Переменный рабочий магнитный поток Ф наводит в обмотках трансформатора э. д. с. соответственно

Ф Ф ,

Согласно второму закону Кирхгофа, для первичной цепи идеализированного трансформатора имеем

L/i-hei=0, (11.8)

откуда Ui = -ei = Wi -г-.

Таким образом, в идеализированном трансформаторе напряжение, приложенное к первичной обмотке, уравновешивается только индуцированной в этой обмотке э. д. с. Наведенная во вторичной обмотке э. д. с. £2 численно равна напряжению на сопротивлении нагрузки н(2=е2), так как = 0. Поэтому коэффициент трансформации идеализированного трансформатора

е2- \U2\-2-

Итак, в идеализированном трансформаторе первичное напряжение щ отличается от вторичного напряжения 112 в к 12 раз независимо от нагрузки, причем повышение или понижение напряжения происходит без искажения формы кривой, соответствующей первичному напряжению.

Рассмотрим режим холостого хода, когда цепь вторичной обмотки разомкнута и ток 12 = О- Если при холостом ходе первичное напряжение «1 синусоидально, то, как и в идеализированной катушке, изменение магнитного потока в магнитопроводе идеализированного трансформатора также синусоидально и его значение определяется приложенным напряжением Ui, что следует из уравнений (8.8) и (11.7):

Wi Wi

sin (at) dt = Jl" sin (at - n/2) = sin (cof - n/2), 2nfwi

(11.10)

Следовательно, рабочий магнитный поток Ф идеализированного транс-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 [59] 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0252