Коефіцієнт трансформації трансформатора

Основу роботи трансформатора визначає явище електромагнітної індукції. Сердечник трансформатора складається з окремих сталевих пластин, зібраних в замкнуту раму тієї чи іншої форми. На осерді поміщені дві обмотки S? і S? з числом витків w? і w ?. Обмотки мають незначний опір і велику індуктивність.

Докладемо до обох кінців обмотки S ?, яку назвемо первинної, змінна напруга U ?. По обмотці пройде змінний струм I, який Намагнітити сталь сердечника, створивши в ньому магнітний змінний потік. Намагнічує дію струму пропорційно числу ампер-витків (Iw?).

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

U? = E ?.

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

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

E? = W? E,

E? = W? E,

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

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

U? = E ?.

Отже, можна зробити висновок, що величина напруги 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:

(U? / U?) = (W? / W?) = K.

Постійна величина k - коефіцієнт трансформації трансформатора струму.

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

Вторинна обмотка поки розімкнути (струму в ній немає). Трансформатор працює вхолосту. При цьому він споживає невелику енергію, тому що 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 реостат ланцюг вторинної обмотки. По ній тепер піде індукційний струм, позначимо його буквою I ?. 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 Е? і напругою U ?, даються генератором на первинну обмотку. У результаті цього в первинній обмотці струм збільшиться на якусь величину I? і стане рівним I + I ?. Внаслідок збільшення струму магнітний потік в осерді трансформатора зросте до колишньої величини, і порушену рівновагу між U? і E? знову відновиться. Таким чином, поява вторинного струму I? викликає збільшення струму в первинній обмотці на величину I ?, яка визначить навантажувальний струм первинної обмотки трансформатора.

При навантаженні трансформатора відбувається безперервна передача енергії у вторинну ланцюг з первинної. За законом збереження і перетворення енергії, потужність струму в первинному колі дорівнює потужності струму у вторинній ланцюги-отже, має діяти рівність:

I? U? = I? U ?.

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