Эрл Гейтс - Введение в электронику

Величина взаимоиндукции определяется коэффициентом связи . Коэффициент связи — это число от 0 до 1, где 1 соответствует такому случаю, когда все линии магнитного потока первичной обмотки пересекают вторичную обмотку, а 0 — соответствует случаю, когда ни одна линия магнитного потока первичной обмотки не пересекает вторичную обмотку.

При расчете трансформатора учитывается частота, на которой он должен работать, а также мощность и напряжение, на которые он должен быть рассчитан. Например, область применения трансформатора определяет выбор материала сердечника, на который наматываются обмотки. Для применения на низких частотах используются железные сердечники, а для применения на высоких частотах — воздушные сердечники. Воздушные сердечники — это неметаллические сердечники, используемые для уменьшения потерь на высоких частотах.

Мощность трансформаторов измеряется в вольт-амперах(ВА), а не в ваттах (Вт). Это обусловлено тем, что нагрузка является реактивной и, следовательно, мощность также будет реактивной. Если нагрузка является чисто емкостной, то малое реактивное сопротивление может быть причиной большого тока. Мощность в ваттах при этом будет небольшой, тогда как мощность в вольт-амперах будет отражать реальный ток, текущий в обмотках.

На рис. 18-1 показано схематическое обозначение трансформатора.

Рис. 18-1. Схематическое обозначение трансформатора, показывающее сдвиг фаз.

Направление первичной и вторичной обмоток на сердечнике определяет полярность индуцированного напряжения во вторичной обмотке. Приложенное переменное напряжение может быть либо в фазе с индуцированным напряжением, либо сдвинуто относительно него на 180 градусов. Точки на схематическом обозначении трансформатора используются для указания полярности.

Трансформаторы иногда наматывают с отводом на вторичной обмотке (рис. 18-2).

Рис. 18-2. Трансформатор с отводом от центра вторичной обмотки.

Вторичная обмотка с отводом посредине эквивалентна двум вторичным обмоткам, каждая из которых имеет по половине от общего числа витков.

Центральный вывод используется в блоках питания для преобразования переменного напряжения в постоянное.

Трансформатор может также иметь отводы на первичной обмотке для компенсации сетевого напряжения, которое может быть слишком низким или слишком высоким.

18-1. Вопросы

1. Как работает трансформатор?

2. Что учитывается при расчете трансформатора?

3. Приведите пример того, как применение трансформатора определяет его конструкцию.

4. В каких единицах измеряется мощность трансформатора?

5. Нарисуйте схематическое обозначение трансформатора.

Когда трансформатор работает без нагрузки (рис. 18-3), по вторичной обмотке не течет ток.

Рис. 18-3. Трансформатор без нагрузки во вторичной обмотке.

Ток течет только по первичной обмотке, так как трансформатор подсоединен к источнику тока. Величина тока в первичной обмотке зависит от числа витков в ней. Первичная обмотка действует подобно катушке индуктивности. Небольшой ток, который течет по ней, называется током намагничивания (или током холостого хода ). Ток намагничивания компенсирует активное сопротивление первичной обмотки переменному току и поддерживает магнитное поле сердечника. Так как первичная обмотка имеет индуктивное реактивное сопротивление, ток намагничивания отстает по фазе от приложенного напряжения. Эти условия меняются при подключении нагрузки ко вторичной обмотке.

Когда ко вторичной обмотке подсоединяется нагрузка (рис. 18-4), в ней индуцируется ток. Обычно на трансформаторах вторичная обмотка намотана поверх первичной.

Рис. 18-4. Трансформатор с нагрузкой во вторичной обмотке.

Магнитное поле, созданное первичной обмоткой, пересекает витки вторичной обмотки. Ток во вторичной обмотке создает свое магнитное поле. Магнитное поле вторичной обмотки пересекает витки первичной обмотки, индуцируя в ней напряжение, направленное противоположно приложенному. Это магнитное поле помогает увеличению тока в первичной обмотке с помощью эффекта, называемого взаимоиндукцией. Первичная обмотка индуцирует напряжение во вторичной обмотке, а вторичная обмотка индуцирует направленное противоположно напряжение в первичной.

18-2. Вопросы

1. Как нагрузка влияет на работу трансформатора?

2. Дайте определение взаимоиндукции .

3. Опишите, как трансформатор индуцирует напряжение во вторичной обмотке.

Коэффициент трансформации определяет, является ли трансформатор повышающим, понижающим или пропускает напряжение неизменным. Коэффициент трансформации— это отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки:

Коэффициент трансформации = N S/ N P

где N S— число витков во вторичной обмотке, a N p— в первичной.

Трансформатор, у которого напряжение во вторичной обмотке больше, чем в первичной, называется повышающим трансформатором. Степень повышения напряжения зависит от коэффициента трансформации. Отношение напряжения вторичной обмотки к напряжению первичной обмотки равно отношению чисел витков этих обмоток:

E S/ E P = N S/ N P

Следовательно, коэффициент трансформации повышающего трансформатора всегда больше единицы.

ПРИМЕР: Трансформатор имеет 400 витков первичной обмотки и 1200 витков вторичной. Если к первичной обмотке приложить переменное напряжение 120 вольт, то какое напряжение индуцируется во вторичной?

Дано:

Ер = 120 Вольт; Ns = 1200 витков; Np = 400 витков.

Еs =?

Решение:

Es/ EP = Ns/ Np

Es/120 = 1200/400

Es = 360 В

Трансформатор, у которого напряжение во вторичной обмотке меньше, чем в первичной, называется понижающим трансформатором. Степень понижения напряжения определяется коэффициентом трансформации. Коэффициент трансформации понижающего трансформатора всегда меньше единицы.

ПРИМЕР: Трансформатор имеет 500 витков первичной обмотки и 100 витков вторичной. Если к первичной обмотке приложить переменное напряжение 120 вольт, то какое напряжение индуцируется во вторичной?

Дано:

Ер = 120 Вольт; Ns = 100 витков; Np = 500 витков.

Еs =?

Решение:

Es/ EP = Ns/ Np

Es/120 = 100/500

Es = 24 В