Принцип действия трансформатора.

 

Работа трансформатора на холостом ходу, рис.20.

Рис. 20. Схема трансформатора на холостом ходу.

 

Первичная и вторичная обмотки не имеют эл. связи и мощность из одной обмотки в другую передаётся электромагнитным путём.  

Железный магнитопровод служит для лучшего проведения магнитного потока Ф.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции.  При изменении величины магнитного потока Ф во времени t в каждом витке обмотки трансформатора наводятся ЭДС

Но, если к первичной обмотке трансформатора подвести постоянное напряжение U₁, то изменения потока Ф во времени не будет и эдс наводится не будет, так как изменения потока во времени не происходит.

Если к первичной обмотке трансформатора подвести переменное напряжение U₁, то в первичной обмотке W₁ возникнет небольшой переменный ток холостого хода   I ₀,  который создаст МДС F ₀ = I ₀ × w ₁. МДС   F ₀  приведёт к возникновению магнитного потока Ф₀ в магнитопроводе трансформатора        

где Rм - магнитное сопротивление магнитопровода.

  

Магнитный поток Ф₀  наведёт в первичной и вторичной обмотках ЭДС: 

в первичной обмотке

во вторичной обмотке

Как видим, значение ЭДС зависит от величины магнитного потока Ф и числа витков обмотки.

Так как нагрузка к вторичной обмотке трансформатора не подключена, то на её концах появится напряжение U ₂ =Е₂.  

В первичной обмотке   U ₁ ≈Е₁.

Э.д.с в обмотках трансформатора находится по формулам:

Е₁ = 4.44×Ф× f × w ₁

Е₂ = 4.44×Ф× f × w ₂

Работа трансформатора в режиме нагрузки, рис.21.

Рис.21. Схема трансформатора под нагрузкой.

Подключим к вторичной обмотке нагрузку с сопротивлением R н. Тогда во вторичной обмотке возникнет ток I ₂, который, протекая по виткам W ₂ вторичной обмотки, создаст МДС F ₂ = I ₂ × w ₂, при этом в магнитопроводе возникнет магнитный поток Ф₂

 

Поток Ф₂ направлен встречно магнитному потоку Ф₀ и будет пытаться его размагнитить. Но магнитный Ф₀ не может изменится, так как прямо зависит от подведённого к первичной обмотке напряжения U ₁. Тогда для компенсации потока Ф₂ первичная обмотка должна создать поток Ф₁ компенсирующий Ф₂. Поэтому в первичной обмотке, в дополнение к току I ₀ появится ток I ₁, который создаст Ф₁.

Т.е. в магнитопроводе действуют поток холостого хода Ф₀ и потоки Ф₁ и Ф₂, направленные навстречу друг другу, в итоге Ф₀= Ф₁+(-Ф₂).

Максимальное значение магнитного потока по закону Ома в магнитной форме:

Тогда, на основании Ф₀= Ф₁+(-Ф₂)

 

 

Выводы:

- значение магнитного потока Ф₀ в магнитопроводе не зависит от нагрузки трансформатора, а зависит от подведённого к трансформатору напряжения U ₁;

- при подключении к трансформатору нагрузки в первичной обмотке возникает ток I ₁, который создаёт поток Ф₁, компенсирующий действие потока Ф₂, таким образом, чтобы поток холостого хода Ф₀ не изменился, т.е.   Ф₀= Ф₁+(-Ф₂).

Е₁ = 4.44×Ф×f×w₁

Е₂ = 4.44×Ф×f×w₂

Задача:

Определить ЭДС  Е₁ и Е₂ трансформатора, если известны числа витков обмоток w₁= 1200 и w₂ = 80, Вст = 1.4 Тл, площадь поперечного сечения стержня магнитопровода Qст = 0.017 м², коэффициент заполнения стержня сталью Кс = 0.93.

Решение:

Ф = Вст×Qст×Кс = 1.4×0.017×0.93 = 0.0221 Вб

Е₁ = 4.44×Ф×f×w₁ = 4.44×0.0221×50×1200 = 5887.44 В

Е₂ = 4.44×Ф×f×w₂ = 4.44×0.0221×50×80 = 392.5 В