Что такое коэффициент трансформации

В электротехнике и радиотехнике часто возникает необходимость преобразовать переменное напряжение одной величины в переменное напряжение другой ве­личины. В этих случаях пользуются устройством, ко­торое называется трансформатором.

Обмотка трансформатора.

Трансформатор представляет собой систему из двух или более обмоток, размещенных на одном об­щем железном стержне (сердечнике). Одна из этих обмоток подключается к внешнему источнику пере­менной э. д. с. и называется первичной обмот­кой. Все остальные обмотки носят название вто­ричных
обмоток, и к ним подключаются соот­ветствующие потребители энергии (рис. 1).

Принцип работы трансформатора основан на явле­нии взаимоиндукции.

Рис. 1 Схема трансформатора.

При включении источника пе­ременной э. д. с. в первичной обмотке протекает переменный ток, а в сердечнике трансформатора соз­дается переменный магнитный поток. Этот поток про­низывает витки первичной и вторичной обмоток и на каждом отдельном витке, согласно закону электро­магнитной индукции, наводит индуктированную э. д. с. Так как витки каждой обмотки наматываются в одну сторону, то э. д. с., действующая на концах данной об­мотки, будет равна сумме э. д. с. ее отдельных витков.

Если число витков вторичной обмотки W₂ меньше числа витков первичной обмотки W₁, то и напряжение на концах вторичной обмотки U₂ будет меньше напря­жения, действующего на концах первичной обмотки, т. е. U1. В этом случае трансформатор понижает напряжение внешнего источника, поэтому он назы­вается понижающим. Если число витков вторич­ной обмотки W₂ больше числа витков первичной обмотки W₁, то напряжение U₂ будет больше напря­жения U₁. В таком случае трансформатор повы­шает напряжение, создаваемое внешним источником, и называется повышающим.

Разделив амплитуду напряжения на вторичной об­мотке U₂ на амплитуду напряжения, действующего на первичной обмотке U₁ получим величину, которая ха­рактеризует степень преобразования величины напря­жения и называется коэффициентом транс­формации:

n = U₂ : U₁

Так как магнитный поток является общим для обоих обмоток, то отношение напряжения на вторич­ной обмотке к напряжению на первичной обмотке можно заменить отношением чисел витков этих об­моток:

n = U₂ : U₁ = W₂ : W₁

Если n> 1, то трансформатор повышающий, если n< 1, то — понижающий.

Из этого выражения можно определить величины U₂ и W₂

U₂ = U₁n,   W₂ = W₁n

Схема измерения коэффициента трансформации силовых трансформаторов.

При работе трансформатора на концах нагрузоч­ного сопротивления R_н действует напряжение U2 и во вторичной обмотке протекает ток I₂. Следовательно, во вторичной обмотке развивается некоторая мощ­ность Р₂. Эта мощность во вторичной обмотке суще­ствует за счет того, что электрическая энергия, по­требляемая первичной обмоткой из питающей сети, передается во вторичную обмотку. Если считать ко­эффициент полезного действия трансформатора близ­ким к единице (— 100%), то мощность, потребляемая первичной обмоткой из питающей сети, должна быть равна мощности, созданной во вторичной обмотке:

P₁ = P₂

Мощности в обеих обмотках можно выразить через напряжение и ток данной обмотки:

P₁ = U₁I₁,   P₂ = U₂I₂

Подставив выражения для мощностей в формулу, получим:

U₁I₁ = U₂I₂

Разделим обе части полученного равенства на одну и ту же величину I₁U₂:

U₁I₁ : I₁U₂ = U₂I₂ : I₁U₂,

Произведя сокращение, окончательно получим:

U₁U₂ = I₂I₁

Из формулы видно, что напряжения на обмотках обратно пропорциональны токам, протекающим в этих обмотках. Чем больше напряжение на обмотке, тем меньше должен быть ток в этой обмотке и тем меньше сечение провода обмотки. Поэтому вторичная обмотка в понижающем трансформаторе наматывается, как правило, проводом с большим сечением, т. е. прово­дом, сечение которого намного больше сечения про­вода первичной обмотки.

Из формулы определим I₂

I₂ = I₁ (U₁ : U₂),

Но выражение (U₁ : U₂) представляет собой величину, обратную коэффициенту трансформации, т. е.

U₁ : U₂ = 1 : n, тогда I₂ = I₁ : n,

Данные формулы справедливы для случая, когда у трансформатора имеются всего лишь две обмотки — первичная и вторичная. В более общем случае у трансформатора может быть большее количество вторичных обмоток, и тогда соотношения между токами и напряжениями в отдельных обмотках будут выглядеть иначе. Однако и в этих случаях остается справедли­вым равенство мощностей первичной и всех вторич­ных обмоток.

Читайте также: доставка сборных грузов на сайте tengizcargo.ru