Т-87. Трансформатор увеличивает напряжение (ток), ни в коем случае, однако, не увеличивая мощность. Используя явление взаимоиндукции, можно передавать электрическую энергию из одной цепи в другую без непосредственного контакта между ними. Устройство, которое осуществляет такую передачу, это и есть трансформатор, в переводе — преобразователь.
В простейшем случае трансформатор — это две обмотки, связанные общим магнитным потоком Ф (Р-60). В некоторых трансформаторах магнитный поток замыкается по воздуху (Р-60; 1), в других — через ферромагнитный сердечник стержневой (Р-60; 2), замкнутый кольцевой (Р-60; 3,4,5) и «ш-образный» (Р-60; 6). В трансформаторах часто бывает несколько обмоток (Р-60; 7).
Коротко о сердечниках. Сердечники делают из стали, а иногда из пермаллоя, ферромагнитного материала, более дорогого, но зато со значительно большей магнитной проницаемостью (С-6). Сердечники, как правило, собраны из пластин или свиты из тонкой ленты. Это связано с тем, что в самом сердечнике тоже наводится ток, и, если не принять мер, он окажется весьма большим: сердечник — это, по сути дела, короткозамкнутый виток, обмотка с малым сопротивлением. В итоге сердечник будет греться, отбирать значительную мощность. А вот в пластинчатом сердечнике токи в соседних пластинах создают магнитные поля, которые действуют друг против друга (Р-60; 8). И в итоге общая мощность, пожираемая сердечником, резко уменьшается.
Потери в сердечнике увеличиваются с частотой, и для высокочастотных трансформаторов и катушек уже недостаточно пластинчатых сердечников. Ферромагнитный материал измельчают, а затем крупинки спрессовывают с помощью изолирующих смол (Р-60; 9), создают так называемые магнитодиэлектрики (С-10). И опять токи в отдельных крупинках порождают враждующие магнитные поля, потери в сердечнике уменьшаются. При этом, правда, уменьшается результатирующая магнитная проницаемость, но что поделаешь, иначе сердечник для высокочастотных катушек вообще не получишь.
 Если подвести к первичной обмотке I переменное напряжение от генератора, то в этой обмотке пойдет переменный ток I1 (Р-61; 1). Он создаст переменное магнитное поле F1-2, под действием которого наведется напряжение U2 во вторичной обмотке II, и если подключить к ней нагрузку Rн, то в этой нагрузке пойдет ток I2 (Точнее было бы говорить о наведенной э.д.с, но мы сразу же введем напряжение U2 , полагая, что какая-то часть э.д.с, теряется на сопротивлении самой вторичной обмотки.) Если U1 синусоидальное напряжение, то и U2 тоже будет синусоидальным: наведенное напряжение зависит от скорости изменения тока (Т-60), а скорость изменения синусоиды — тоже синусоида (Т-74).
Величина наведенного напряжения U2 зависит от нескольких факторов. Например, от того, насколько магнитный поток первичной обмотки пронизывает

P-60

P-61

вторичную: чем большая часть этого потока рассеивается, тем, при прочих равных условиях, наведенное напряжение будет меньше. Вот почему обмотки трансформатора во многих случаях располагают на замкнутом ферромагнитном сердечнике, по этому сердечнику замыкается практически весь поток, и все магнитное поле первичной катушки пронизывает витки вторичной. В трансформаторе с такой стопроцентной магнитной связью напряжение на вторичной обмотке определяется отношением числа витков w2 в обмотке II к числу витков W1 в обмотке I (P-61; 2). Это соотношение называется коэффициентом трансформации п.
Если во вторичной обмотке II витков больше, чем в первичной I, то есть если w2 больше, чем w1 то коэффициент трансформации больше единицы и трансформатор называют повышающим. А если w2 меньше, чем w1 то п меньше единицы и трансформатор называют понижающим. Эти названия вполне объяснимы. Мы знаем, что напряжение, которое наводится на катушке, тем больше, чем больше ее индуктивность. А индуктивность катушки в свою очередь пропорциональна числу витков. Поэтому напряжение, наведенное на вторичной обмотке, будет тем больше, чем больше w2. В трансформаторе со стопроцентной магнитной связью при одинаковом числе витков в обмотках I и II, то есть при коэффициенте трансформации n =1, напряжение U2 равно напряжению U1. А если w2 больше, чем w1, то и U2 больше, чем U1. Причем больше именно в n раз. Таким образом, повышающий трансформатор повышает напряжение в п раз, понижающий понижает напряжение в n раз.
Теперь о токах. Когда во вторичную обмотку включена нагрузка, то в этой обмотке идет ток I2. Конечно же, вторичная обмотка сама никакой мощности не дает, а получает ее из первичной, то есть в конечном итоге от генератора. И в идеальном случае мощность Р2, потребляемая во вторичной цепи, равна мощности Р1 поступающей от генератора в первичную цепь (оговорка «в идеальном случае» понадобилась потому, что реально какая-то мощность теряется в самом трансформаторе, и нагрузке достается несколько меньшая мощность, чем дает генератор). Из условия равенства мощностей Р1 = P2 можно найти соотношение токов I1 и I2 в обмотках I и II. Соотношение между I1 и I2 также определяется коэффициентом трансформации n, но только на этот коэффициент n действует «в. обратную сторону»; во сколько раз трансформатор повышает напряжение, во столько же раз он понижает ток. Если, например, U2 в десять раз больше, чем U1, то в те же десять раз I2 меньше, чем I1 (Р-61; 5). Согласитесь, только при этом условии мощности P1 и Р2 в обеих обмотках могут быть одинаковыми.
Важная особенность трансформатора — напряжение U2 на вторичной обмотке определяется самим устройством трансформатора, его коэффициентом трансформации. А вот что касается токов I2 и I1 то они зависят еще и от сопротивления нагрузки: чем меньше Rн, тем больше ток I2 (и вместе с ним Р2) и соответственно больше ток I1 (и вместе с ним P1). Что же касается коэффициента трансформации, то он лишь показывает, во сколько раз I2 больше или меньше, чем I1.
Знакомством с трансформатором мы завершаем путешествие по территориям Основ Электротехники, занимающим первые этажи огромного здания Электроники. Мы поднимаемся выше, на следующие этажи, от которых уже совсем недалеко до действующих электронных приборов и аппаратов.
 

Читать следующую теорию
Вернуться на предыдущую

значёк