Простейший трансформатор

Рассмотрим простейший трансформатор, который состоит из двух катушек, надетых на сердечник из ферромагнетика. Сердечник представляет собой совокупность листов трансформаторной стали с малой коэрцитивной силой (призванной уничтожать остаточную намагниченность ферромагнетика).

На него надеваются две обмотки: первичная, которая состоит из определенного числа витков, равного v и вторичная, число витков которой равно w2. Возможна ситуация, при которой на сердечник трансформатора надевается одна первичная обмотка и несколько вторичных. У трансформатора есть холостой ход — режим работы с разомкнутой вторичной обмоткой. При этом через первичную течет переменный ток малой силы (амплитуды) холостого хода.

Трансформатор потребляет небольшую мощность холостого хода. Она практически совпадает с мощностью, которая необходима на перемагничивание сердечника. При подключении концов первичной обмотки к источнику переменного напряжения в ней возникает переменный ток. В случае если напряжение изменяется по гармоническому закону, ток будет изменяться по такому же закону.

Это приводит к тому, что магнитный поток, создаваемый этим током, изменяется по закону косинуса или синуса. Электродвижущая сила, изменяющаяся во времени по гармоническому закону. возникает в каждом витке первичной обмотки.

Она определяется как производная по времени от изменяющегося во времени магнитного потока с обратным знаком. Когда число витков в обмотке равно a/v, а ЭДС самоиндукции в каждом из них равна е, то мгновенное значение самоиндукции в первичной катушке равно произведению числа витков на ЭДС самоиндукции одного витка.

Возникающий в первичной обмотке магнитный поток пронизывает и вторичную обмотку. Для вторичной обмотки можно получить такое же выражение для мгновенного значения ЭДС самоиндукции.

При нахождении отношения ЭДС самоиндукции, возникающей в первичной обмотке, к ЭДС самоиндукции, возникающей во вторичной обмотке, оказывается, что это отношение равно отношению соответствующего количества витков. В силу того что активное сопротивление первичной обмотки пренебрежимо мало по сравнению с ее индуктивным сопротивлением, напряжение на ее концах в любой момент времени практически совпадает с ЭДС индукции первичной обмотки. При разомкнутой цепи, когда трансформатор работает в режиме холостого хода, и, = -е2. Для этого случая можно записать, что коэффициент трансформации равен К = u/ и2 = / <у2.

Поэтому возможны два варианта коэффициента трансформации — больше единицы и меньше единицы. В первом случае трансформатор называют понижающим, во втором — повышающим.

Для перевода работы трансформатора в режим нагрузки пользуются следующим методом. К концам вторичной обмотки подключают нагрузку. Возникающие в обмотке колебания возбуждают в сердечнике переменный магнитный поток некоторой амплитуды Ф2т.

Магнитный поток, создаваемый током во вторичной катушке, уменьшает амплитуду колебаний полного магнитного потока в сердечнике, что приводит к уменьшению ЭДС самоиндукции в первичной катушке. Из-за этого в ней нарастает амплитуда колебаний силы тока, до тех пор пока не будет достигнуто равенство амплитуд приложенного напряжения и ЭДС самоиндукции. Амплитуда силы тока в первичной катушке увеличивается.

Коэффициент полезного действия трансформатора можно определить через отношение энергий, затрачиваемой и получаемой. Обозначим через Р, мощность, потребляемую из сети первичной обмоткой, через Р2 — мощность, потребляемую во вторичной цепи, через Рм — «потери в меди», т. е. мощность потерь, связанную с нагреванием обмоток, и через Рст — «потери в стали», т. е. потери на перемагничивание сердечника. Тогда коэффициент полезного действия трансформатора равен h = P2/P, = P2/(P2 + PM + POT).

При нагрузках, близких к номинальной, КПД трансформаторов составляет порядка 90-95%, сдвиги фаз близки к нулю, напряжения на зажимах мало отличаются от ЭДС, т. к. активные сопротивления обмоток сравнительно невелики.

Еще по разделу:

Предохранители

Предохранитель — простейший аппарат, защищающий электрическую цепь от коротких замыканий и значительных перегрузок. Предохранители широко применяют при использовании электрооборудования как в бытовой, так и в промышленной сфере. Предохранители могут встраиваться в комплектные устройства.

Штепсельные вилки и розетки

Штепсельные вилки и розетки предназначены для соединения/разъединения электрических цепей. Они зависят от характеристик подключаемого оборудования. При расчете мощности электрического удлинителя следует помнить, что она определяется прежде всего штепсельной вилкой, являющейся начальным элементом каждого удлинителя.

Интересное на сайте:

Переменный ток

Электрическая цепь — это набор устройств, которые образуют путь для движения электрического тока. Происходящие электромагнитные процессы описываются с помощью понятий ЭДС (электродвижущей силы), силы тока, напряжения. В электрической цепи могут действовать постоянные и переменные токи.

Учет электроэнергии

Использованная электрическая энергия подлежит строгому учету, для чего каждый потребитель должен иметь счетчик. Для бытовых потребителей промышленность выпускает однофазные и трехфазные счетчики, которые устанавливают в зависимости от того, какой ввод подведен к дому.

Их размещают в сухих помещениях на специальных щитках в местах, доступных для обслуживания и контроля за показаниями.

Theme provided by comm-sys