Принципы действия трансформатора

Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной индукции. Если на замкнутом стальном сердечнике разместить две электрически не связанные между собой обмотки (рис. 1) и одну из них присоединить к сети переменного тока, то при прохождении переменного тока по первичной обмотке в стальном сердечнике возникает переменный магнитный поток Ф.

Рис. 1 Принципиальная схема трансформатора при холостом ходе.

Магнитный поток Ф, пронизывая первичную и вторичную обмотки, согласно закону электромагнитной индукции, индуктирует в каждом витке первичной и вторичной обмотки одинаковую э. д. с, так как обе обмотки пронизываются одним и тем же магнитным потоком Ф. Если число витков вторичной обмотки меньше числа витков первичной, то и суммарная э. д. с, индуктируемая во вторичной обмотке, во столько же раз меньше э. д. с. первичной обмотки, во сколько раз меньше число витков в ней.

Таким образом, отношение э. д. с, индуктируемых в обмотках, равно отношению чисел их витков:

,

где Е₁ и Е₂ — э. д. с. первичной и вторичной обмоток (в);

w₁ и w₂ - числа витков первичной и вторичной обмоток.

При холостом ходе э. д. с. первичной обмотки Е₁приблизительно равна напряжению на зажимах первичной обмотки U₁, так как падение напряжения в ней при холо­стом ходе мало. Поэтому отношение э. д. с. можно заме­нить отношением напряжений на зажимах обмоток трансформатора U₁и U₂.

(73)

Это отношение k называют коэффициентом трансформации.

Коэффициентом трансформации трансформатора называют отношение напряже-ния на зажимах первичной обмотки трансформатора к напряжению на зажимах его вторичной обмотки при холостом ходе.

Если пренебречь потерями, то можно предположить, что мощность, подведенная к трансформатору, равна мощности, отдаваемой им, т. е.

Откуда

(74)

т. е. токи в обмотках трансформатора обратно пропорциональны индуктируемым в этих обмотках э. д. с.

БИЛЕТ 8

Электромагнитные силы

Будем рассматривать механическую силу P как проявление электрической составляющей кинетической энергии T_e.

(9.33)

Для этого в выражении электрокинетической энергии выделим слагаемые, зависящие от координаты h. Сделаем допущение, что от этой обобщенной координаты h зависят параметры контура с током и параметры индуктивно связанных с ним контуров.

, (9.34)

здесь l,n = 1,2,...,n.

(9.35)

Проявление электромагнитной силы P определяется зависимостью от геометрической координаты h собственной индуктивности (l= n) - L_ll, взаимоиндуктивности L_ln, потокосцепления Y с внешними магнитными полями.

Рис.9.1

Для изолированного контура с током

(9.36)

Для плоского контура индуктивность пропорциональна площади, ограниченной этим контуром, то есть сила направлена на увеличение площади. изнутри наружу. В данном случае роль обобщенной координаты h играет

Рис.9.2

радиус окружности.

В случае двух индуктивно связанных контуров сила определяется

(9.37)

Так как взаимоиндуктивность служит мерой общего для двух контуров потокосцепления, то для контуров, плоскости которых параллельны, электромагнитная сила направлена в сторону сближения кон туров, если направ-ления обтекания контуров токами совпадают, и в сторону

Рис.9-3

удаления, если эти направления противоположны.

Рис.9.4

Если два индуктивно связанных контура находятся в разных плоскостях и если плоскость одного контура может вращаться по отношению к плоскости другого, то величина P имеет смысл вращающего электромагнитного момента, направленного в сторону совмещения плоскостей, при совпадении направленийобтекания контуров токами.

Роль координаты h при этом играет угол g. Сила является следствием изменения потокосцепления с внешним магнитным полем.

Направлена либо в сторону сближения с источником внешнего поля, если направления векторов магнитной индукции внешнего поля и поля, порожденного током i, совпадают, либо в сторону удаления если эти векторы направ-

лены противоположно

рис9.5.

Если плоскость контура с током может вращаться по отношению к внешнему магнитному полю, то P имеет смысл вращающего электромагнитного момента, направленного в сторону совмещения векторов магнитной индукции. Сила направлена в сторону сближе-ния с источником внешнего поля, если вектора магнит-

ной индукции внешнего поля и поля тока совпадают.

Величина силы определяется по формуле

(9.39)

Считаем, что известны зависимости

Направление определяется по известным законам