Коефіцієнт трансформації трансформатора

Основу роботи трансформатора визначає явищеелектромагнітної індукції. Сердечник трансформатора складається з окремих сталевих пластин, зібраних в замкнуту раму тієї чи іншої форми. На осерді поміщені дві обмотки S₁ і S₂ з числом витків w₁ і w₂. Обмотки мають незначний опір і велику індуктивність.

Докладемо до обох кінців обмотки S₁, якуназвемо первинної, змінна напруга U₁. За обмотці пройде змінний струм I, який Намагнітити сталь сердечника, створивши в ньому магнітний змінний потік. Намагнічує дію струму пропорційно числу ампер-витків (Iw₁).

У міру наростання струму буде рости магнітнийпотік і в осерді, зміна якого порушить в витках котушки електрорушійну силу самоіндукції. Як тільки вона досягне величини прикладеної напруги, зростання струму в первинної ланцюга припиниться. Таким чином, в ланцюзі первинної обмотки трансформатора будуть діяти прикладена напруга U₁ і електрорушійна сила самоіндукції Е₁. При цьому напруга U₁ більше Е₁ на величину падіння напруги в обмотці, яке дуже мало. Отже, приблизно можна написати:

U₁ = E₁.

Магнітний змінний потік, що виникає восерді трансформатора, проходить також по витків його вторинної обмотки, збуджуючи в кожному витку цієї обмотки таку ж по величині електрорушійну силу, як і в кожному витку первинної обмотки.

Виходячи з того, що число витків первинної обмотки дорівнює w₁, а вторинної - w₂, то индуктироваться в них сили будуть, відповідно, рівні:

E₁ = w₁e,

E₂ = w₂e,

де е - електрорушійна сила, що виникає в одному витку.

Напруга ж U₂ на кінцях розімкнутої обмотки одно електрорушійної силі в ній, тобто .:

U₂ = E₂.

Отже, можна зробити висновок, що величинанапруги на обох кінцях первинної обмотки трансформатора відноситься так до величини напруги на кінцях другої обмотки, як число витків первинної обмотки відноситься до кількості витків вторинної обмотки:

(U₁ / U₂) = (w₁ / w₂) = k.

Постійна величина k - коефіцієнт трансформації трансформатора струму.

У тому випадку, якщо потрібно підвищити напруга,влаштовують вторинну обмотку зі збільшеним числом витків (т.зв. підвищувальний трансформатор); в разі ж, коли треба знизити напругу, вторинну обмотку трансформатора беруть з меншим числом витків (понижуючий трансформатор). Один трансформатор може діяти і як підвищувальний коефіцієнт трансформації, і як знижуючий, в залежності від того, яка обмотка застосовується як первинна.

Вторинна обмотка поки розімкнути (струму в нійнемає). Трансформатор працює вхолосту. При цьому він споживає невелику енергію, так як струм, що намагнічує сталевий сердечник, внаслідок великої індуктивності котушки дуже малий. Передача енергії у вторинну ланцюг з первинної при цьому відсутня. Даний досвід дає можливість дізнатися коефіцієнт трансформації, опір холостого ходу і струм трансформатора.

Навантажимо трансформатор, замкнувши через реостатланцюг вторинної обмотки. За нею тепер піде індукційний струм, позначимо його буквою I₂. Цей струм, відповідно до закону Ленца, викличе зменшення магнітного потоку в осерді. Але ослаблення магнітного потоку в осерді призведе до зменшення електрорушійної сили самоіндукції в первинній обмотці і до порушення рівноваги між цією силою Е₁ і напругою U₁, які даються генератором на первинну обмотку. В результаті цього в первинній обмотці струм збільшиться на якусь величину I₁ і стане рівним I + I₁. Внаслідок збільшення струму магнітний потік в сердечнику трансформатора зросте до колишньої величини, і порушену рівновагу між U₁ і E₁ знову відновиться. Таким чином, поява вторинного струму I₂ викликає збільшення струму в первинній обмотці на величину I₁, яка визначить навантаження струм первинної обмотки трансформатора.

При навантаженні трансформатора відбуваєтьсябезперервна передача енергії у вторинну ланцюг з первинної. Згідно із законом збереження і перетворення енергії, потужність струму в первинної ланцюга дорівнює потужності струму у вторинному ланцюзі; отже, має діяти рівність:

I₁ U₁ = I₂U₂.

Насправді ж це рівність не дотримується, так як при роботі трансформатора є втрати, хоч і невеликі. Коефіцієнт трансформації становить близько 94-99%.