Трансформаторы. Устройство и принцип действия.

Трансформатор – устройство, применяемое для повышения или понижения на-пряжения переменного тока. В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества.

Схематичное изображение будущего трансформатора впервые появилось в 1831 году в работах Фарадея и Генри. Однако ни тот, ни другой не отмечали в своем приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока.

В 1848 году французский механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку. Она явилась прообразом трансформатора.

Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции.

Принцип действия:

Трансформатор представляет собой статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

Рисунок 1. Принцип действия трансформатора

Г – генератор переменного тока; Zнг – сопротивление нагрузки

В простейшем случае (рисунок 1) трансформатор имеет одну первичную обмотку 1, к которой подводится электрическая энергия, и одну вторичную обмотку 2, от которой энергия отводится к потребителю (нагрузке). Передача энергии из одной обмотки в другую производится путем электромагнитной индукции. Для усиления электромагнитной связи между обмотками последние обычно располагаются на замкнутом ферромагнитном магнитопроводе 3. При частоте f < 50 Гц магнитопровод изготавливается из листов электротехнической стали толщиной 0,35 – 0,50 мм. При более высоких частотах применяется более тонкая листовая сталь. При частоте порядка 100 кГц и выше потери на гистерезис и вихревые токи в подобном магнитопроводе становятся чрезвычайно большими, и в этом случае применяются трансформаторы без ферромагнитного магнитопровода (так называемые воздушные трансформаторы). Высокочастотные трансформаторы весьма малой мощности для радиотехнических, счетно-решающих и других устройств изготавливаются также с магнитопроводами из ферритов, которые представляют собой особый вид магнтодиэлектриков с малыми магнитными потерями.

При подключении первичной обмотки трансформатора (рисунок 1) к сети с синусоидальным напряжением U1 в обмотке возникает ток I1, который создает синусоидально изменяющийся магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуктирует электродвижущую силу (э. д. с.) как в первичной, так и во вторичной обмотке. При подключении к вторичной обмотке нагрузки в этой обмотке возникает вторичный ток I2 и на ее зажимах устанавливается некоторое напряжение U2. Результирующий магнитный поток магнитопровода Фс создается током обеих обмоток.

Трансформатор это (устройство трансформатора):

 - две изолированных друг от друга катушки с разным количеством витков;

 - общий сердечник, не проводящий ток.

По одной из обмоток (первичная обмотка) пропускается переменный ток, другая (вторичная обмотка) соединяется с потребителем.

Ток в первичной обмотке создает ЭДС самоиндукции  в каждом витке первичной катушки (вывод формул на доске):

                                                                                          = - N  

Этот же магнитный поток пронизывает вторичную обмотку и создает в каждом ее витке ЭДС самоиндукции :

                                                                                         = - N

Проанализировав полученные формулы, увидим, что возникающие в обмотках ЭДС самоиндукции пропорциональны числу витков в них:

Характеристики трансформатора

U1, U2 – электрическое напряжение на концах первичной и вторичной обмоток.

I1, I2 – сила тока в первичной и вторичной обмотках.

N1, N2 – число витков первичной и вторичной обмоток.

k – коэффициент трансформации.