Трансформатор - устройство, служащее для преобразования переменного тока при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности.
1878 г. – русский ученый П. Н. Яблочков впервые использовал трансформатор для питания «электрических свечей» - нового источника света.
1882 г. – русский ученый И. Ф. Усагин усовершенствовал трансформатор.
Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной индукции.
Трансформатор на холостом ходу.
Ф = Ф0
cos ω t, e = E
0
sin ω t,
E 1 ≈ U1 E 2 ≈ U2 где Ф и е сдвинуты по фазе на π / 2 и E 0 = ω Ф,
N1 N2
Δ Ф
N1 ——
Δ Ф Δ Ф e1 Δ t
e1 = - N1 ——— , e 2 = - N2 ———, —— = —————,
Δ t Δ t e2 Δ Ф
N2 ——
Δ t
e1 U1 E 1 N1
—— = —— ≈ —— = —— = K,
e 2 U2 E 2 N2
U1 E 1 U1
Т. к. —— ≈ —— , то ———— = K
U2 E 2 U2 + I2 r
где е – мгновенное значение ЭДС,
E – амплитудное значение ЭДС,
U – напряжение обмотки,
N – число витков обмотки,
Δ Ф – изменение магнитного потока в обмотке,
Δt – промежуток времени, за который изменился магнитный поток,
I2 – сила тока вторичной цепи,
r – внутренне сопротивление,
К – коэффициент трансформации.
При К < 1 – трансформатор повышает U, при К > 1 – трансформатор понижает U.
При холостом ходе трансформатор потребляет из сети небольшую энергию, которая идет на перемагничивание его сердечника.
Работа трансформатора в режиме нагрузки
Если к концам вторичной обмотки присоединить цепь, потребляющую электроэнергию, то сила тока во вторичной обмотке будет отлична от нуля и автоматически увеличивается сила тока в первичной обмотке.
Увеличение силы тока в цепи первичной обмотки происходит в соответствии с законом сохранения энергии: отдача электроэнергии в цепь, присоединенную ко вторичной обмотке трансформатора, сопровождается потреблением от сети такой же энергии первичной обмоткой. При этом:
U1 I2
P1 ≈ P2, U1 I1 ≈ U2 I2, —— ≈ ——.
U2 I1
Чем больше мощность трансформатора, тем больше его КПД.
P 2 I 2 U 2 I 2 E 2 – I 2 r 2
η = —— ∙ 100% ≈ ——— ∙ 100% = ———————.
P 1 I 1 U 1 I1 U 1
КПД трансформатора 97 – 99 %.