§ 26.5. Преобразование переменного тока. Трансформатор.
Одно из важных преимуществ переменного тока перед постоянным заключается в том, что напряжение переменного тока относительно легко поддается изменению с помощью электромагнитной индукции, а способы преобразования постоянного тока сложны.
Прибор для преобразования напряжения и силы переменного тока при неизменной частоте называют трансформатором (рис. 26.7, а). Он был изобретен П. Н. Яблочковым в
Трансформатор состоит из замкнутого сердечника, сделанного из мягкой стали или феррита, на котором имеются две изолированные друг от друга катушки (их называют обмотками) с разным числом витков. Первичная обмотка включается в сеть переменного тока, а вторичная — соединяется с потребителем.
Рис. 26.7.
Ток в первичной обмотке создает в сердечнике переменный магнитный поток (рис. 26.7, б), который наводит одинаковую э. д. с. индукции в каждом витке обеих обмоток. Если первичная обмотка имеет
витков, а вторичная до», то э. д. с. индукции в обмотках прямо пропорциональны числу витков в них:
При разомкнутой цепи вторичной обмотки (холостой ход трансформатора) напряжение
на ее зажимах равно
. В первичной обмотке при этом течет слабый ток
который называют током холостого хода. Так как падение напряжения на сопротивлении обмотки очень мало, то напряжение
немного больше э. д. с.
, но практически
Таким образом, при холостом ходе трансформатора напряжения на обмоттх прямо пропорциональны числу витков обмоток:
Если число витков во вторичной обмотке
больше, чем в первичной
то трансформатор называют повышающим, а если
меньше, чем
— понижающим. Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки называют
коэффициентом трансформации
Итак, у понижающего трансформатора
больше единицы, а у повышающего — меньше единицы.
Когда цепь вторичной обмотки замыкается (к трансформатору подключается нагрузка), ток вторичной обмотки 12 создает в сердечнике магнитный поток, направленный навстречу потоку первичной обмотки. Ослабление потока в сердечнике уменьшает э. д. с.
в первичной обмотке. Поэтому ток в ней возрастает до такого значения
при котором ее магнитный поток скомпенсирует встречный поток вторичной катушки и результирующий поток в сердечнике останется прежним.
Поскольку магнитный поток катушки пропорционален числу ее витков и току, то можно приближенно считать, что (на самом деле
немного больше
Отсюда
т. е. сила тот в обмотках обратно пропорциональна числу витков.
Падения напряжения на сопротивлениях обмоток невелики, поэтому можно считать
, т. е. выражение (26.17). приближенно справедливо и для трансформатора под нагрузкой.
Из (26.17) и (26.19) следует, что
Это означает, что мощности тока в первичной цепи
и во вторичной цепи
приближенно равны. (На рис. 26.7 б справа — условное изображение трансформатора.)