Трансформатор на холостому ходу

Будова трансформатора.

У найпростішому випадку трансформатор складається з двох котушок (обмоток), надітих на замкнуте осердя. Одна з обмоток — первинна — вмикається до джерела змінної напруги. Друга обмотка, до якої приєднують навантаження, тобто прилади й пристрої, які споживають електроенергію, називається вторинною.

Трансформатор на холостому ходу.

Дія трансформатора заснована на явищі електромагнітної індукції. Змінний струм і, , який проходить у первинній обмотці, створює в осерді змінне магнітне поле B(t). Осердя із трансформаторної сталі концентрує магнітне поле, так що магнітний потік існує практично тільки всередині осердя й є однаковим у всіх його перерізах.

Миттєве значення ЕРС індукції в будь-якому витку первинної чи вто­ринної обмотки є однаковим.

Згідно із законом Фарадея воно визначаєть­ся за формулою: е = - Ф'.

Якщо Ф = Ф_т cosωt , то Ф'= - ωФ_т sinωt .

Отже, e = ωФ_т sinωt, або e = ε_т sinωt, де — амплітуда ЕРС в одному витку.

У первинній обмотці, яка має N₁ витків, повна ЕРС індукції е₁дорів­нює N₁ e₁. У вторинній обмотці повна ЕРС е₂ дорівнює N₂ e₂ (N₂ — кількість витків цієї обмотки). Звідси випливає, що .‌‌‌‌‌

Звичайно активний опір обмоток трансформатора незначний, і ним. можна знехтувати. У цьому випадку ‌_│ и_{1‌│≈ │}е_1│.

За розімкнутої вторинної обмотки трансформатора (цей режим нази­вають холостим ходом трансформатора) струм у ній не проходить та має місце співвідношення _│ и_2│ = _│ е_2│.

Таким чином, для діючих значень напруг можна записати

Коефіцієнт трансформації — величина, що дорівнює відношенню напруг у первинній і вторинній обмотках трансформатора

k = .

Підвищувальним називається трансформатор, який збільшує напругу (U₂ >U₁ ).

У підвищувального трансформатора кількість витків N₂ у вто­ринній обмотці мас бути більшою за кількість витків у первинній обмотці, тобто

k < 1

Знижувальним називається, трансформатор, який зменшує напругу (U₂ < U₁ ) .

У знижувального трансформатора кількість витків у вторин­ній обмотці має бути меншою за кількість витків у первинній обмотці, тобто

k > 1.

4. Робота трансформатора під навантаженням.

Якщо до вторинної обмотки трансформатора приєднати споживач електроенергії, то сила струму у вторинній обмотці вже не буде дорівнювати нулю. Струм, що з'я­вився, створює в осерді свій змінний магнітний потік, який за правилом Ленца має зменшити зміни магнітного потоку в осерді.

Це приводить до автоматичного збільшення сили струму в первинній обмотці.

Збільшення сили струму в колі первинної обмотки відбувається згідно із законом збереження енергії.

Потужність у первинному колі за наванта­ження трансформатора, близького до номінального, приблизно дорівнює потужності у вторинному колі

U₁I₁ = U₂ I₂.

Звідси .

Це означає, що, підвищуючи за допомогою трансформатора напругу в кілька разів, ми в стільки ж разів зменшуємо силу струму (та навпаки).

Отже, трансформатор перетворює змінний електричний струм таким чином, що добуток сили струму на напругу приблизно однаковий у пер­винній і вторинній обмотках.

ККД трансформатора.

ККД трансформатора: , ,

де P₁ — потужність, споживана трансформатором від мережі;

Р₂ — потужність, споживана навантажен­ням;

Р_М — втрати в міді (це втрати на нагрівання обмоток, які є дуже не­значними, якщо правильно підібрати переріз мідних проводів котушок);

Р_от — втрати в сталі на перемагнічування осердя і струми Фуко.

Втрати в сталі є дуже малими, оскільки осердя складається з окремих ізольова­них пластин магнітом'якого матеріалу.

У сучасних потужних трансформаторах сумарні втрати енергії не перевищують 2—3 % , і їх ККД досягає 97—98 % .

Для кіл невеликої потужності іноді вторинною обмоткою трансформатора роб­лять частину первинної обмотки або, навпаки, первинною обмоткою — частину вторинної. В цьому випадку трансформа­тор називають автотрансформатором