Принцип действия трансформатора

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции (рис. 6.1).

При подаче от источника электрической энергии напряжения u₁ на первичную обмотку электрического трансформатора в ней возникает ток i₁, возбуждающий в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф₁, который, пронизывая витки первичной обмотки, создает в ней напряжение w₁ в результате явления самоиндукции.

Согласно закону электромагнитной индукции, это напряжение определяется по формуле

(6.1)

где – производная магнитного потока по времени.

Если ,то

Следовательно

(6.2)

где – амплитуда напряжения самоиндукции в первичной обмотке электрического трансформатора.

Действующее значение напряжения равно

(6.3)

Во вторичной обмотке в результате явления взаимной индукции магнитный поток создает напряжение , действующее значение которого равно

(6.4)

Если к концам вторичной обмотки присоединен приемник электрической энергии (рис. 6.1), то под действием напряжения во вторичной обмотке потечет ток i₂, который в свою очередь возбуждает магнитный поток , направленный, согласно закону Ленца, противоположно магнитному потоку .

В итоге результирующий магнитный поток в магнитопроводе

(6.5)

уменьшится, что приведет к уменьшению напряжения .

Однако напряжение не может быть меньше определенного значения, определяемого в соответствии со II законом Кирхгофа:

(6.6)

где – напряжения в первичной обмотке, возникающие в результате наличия резистивного сопротивления и магнитного потока рассеяния в этой обмотке.

Таким образом, ток в первичной обмотке возрастает до такого уровня, при котором результирующий магнитный поток индуцирует необходимое значение , соответствующее уравнению (6.6) и заданной на грузке .

В установившемся режиме работы электрического трансформатора имеет место соотношение

, (6.7)

где – намагничивающая сила первичной обмотки;

– намагничивающая сила вторичной обмотки;

– ток холостого хода.

Ток также называют намагничивающим, так как он определяет значение результирующего магнитного потока .

В связи с вышеизложенным следует, что результирующий (суммарный) магнитный поток в магнитопроводе электрического трансформатора в режиме нагрузки равен магнитному потоку первичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода.