Трансформаторы и их применение

Трансформатором называется устройство, которое служит для повышения или же понижения напряжения в цепи переменного тока.

Трансформатор представляет собой электромагнитное устройство. Он действует на основании явления электромагнитной индукции. О том, что это такое смотрите наглядно и в картинках здесь: Явление электромагнитной индукции 

Самый простой по устройству трансформатор состоит из стального сердечника и двух обмоток, которые помещены на этом сердечнике. Обмотки делаются из изолированного медного провода. Та обмотка, которая соединяется с зажимами источника тока, называется первичной. В другую обмотку включается потребитель электрической энергии. Эта обмотка называется вторичной.

Когда первичная обмотка присоединена к источнику э. д. с, переменный ток проходит по ее виткам и при этом в стальном сердечнике появляется переменное магнитное поле. Силовые линии этого поля пересекают витки вторичной обмотки. Благодаря этому во вторичной обмотке индуктируется электродвижущая сила.

Таким образом, передача энергии от первичной обмотки ко вторичной осуществляется переменным магнитным потоком. Это значит, что трансформатор преобразовывает энергию переменного тока электромагнитным путем.

Увеличение магнитного потока в трансформаторе достигается при помощи стального сердечника, однако и без этого сердечника трансформатор может выполнять свои функции. 

Если трансформатор применяется для преобразования переменного тока высокой частоты, то в нем стального сердечника может и не быть. 

Индуктируемая во вторичной обмотке электродвижущая сила зависит от величины магнитного потока, скорости, с которой он изменяется, и от числа витков этой обмотки. Напряжение на зажимах вторичной обмотки будет больше или меньше напряжения на зажимах первичной обмотки в зависимости от того, в каком соотношении находится количество витков этих обмоток.

О соотношении между первичным и вторичным напряжениями можно судить по коэффициенту трансформации.

Коэффициентом трансформации называют отношение напряжения первичной обмотки к напряжению на зажимах вторичной обмотки. Таким образом, коэффициент трансформации равен: к = U1/U2 = ω1/ω2

Здесь ω1 — число витков первичной обмотки, ω2 — число витков вторичной обмотки.

Принцип работы трансформатора:

Трансформатор может служить как для повышения напряжения, так и для понижения его. В первом случае он называется повышающим, а во втором — понижающим.

В повышающем трансформаторе число витков вторичной обмотки больше, чем в первичной, а в понижающем — меньше.

Из сказанного выше следует, что трансформатор только преобразовывает электрическую энергию и не может служить ее источником.

Если пренебречь потерями мощности в трансформаторе, то мощность, затрачиваемая в первичной обмотке, должна равняться мощности, получаемой во вторичной обмотке. Следовательно, обозначив ток и напряжение первичной обмотки через U1 и I1, а во вторичной обмотке — U2 и I2 получим:

U1хI1 = U2хI2

Если из этого выражения найти отношение напряжений первичной и вторичной обмотки, то получится: U2/U1 = I1/I2

Отсюда следует такой вывод: если в первичной обмотке напряжение больше, чем во вторичной, то ток в первичной обмотке должен быть меньше, чем во вторичной. 

Напряжения в обмотках трансформатора всегда обратно пропорциональны величинам токов в этих обмотках.

Обмотки трансформаторов рассчитываются на определенную силу тока, поэтому они должны всегда включаться только на то напряжение, которое на них указано.

Подробнее о трансформаторах смотрите здесь: Принцип действия и устройство однофазного трансформатора

Лекция про устройство и принцип действия трансформатора: