Історія трансформатора. Частина 2

Принцип дії трансформатора

У трансформаторі обмотка з витків дроту, підключена до джерела живлення і породжує магнітне поле, називається первинною. Інша обмотка, в якій під дією цього поля виникає електрорушійна сила (ЕРС), називається вторинною.

Індукція між первинною і вторинною обмоткою взаємна, т. Е. Струм, що протікає у вторинній обмотці, індукує ЕРС в первинної точно так же, як первинна обмотка індукує ЕРС у вторинній. Більш того, оскільки витки первинної обмотки охоплюють власні силові лінії, в них самих виникає ЕРС. Це явище, зване самоіндукцією, спостерігається також і у вторинній обмотці.

На явищі взаємної індукції і самоіндукції заснована дія трансформатора. Для ефективної роботи цього пристрою необхідно, щоб між його обмотками існувала зв'язок і кожна з них мала високу самоіндукцією. Цим умовам можна задовольнити, намотавши первинну і вторинну обмотки на залізний сердечник так, як це зробив Фарадей в своїх перших експериментах.

Залізо збільшує кількість силових ліній магнітного поля приблизно в 10 000 разів. Про матеріали, що володіють такою властивістю, кажуть, що вони мають високу магнітну проникність. Крім того, залізний сердечник локалізує потік магнітної індукції, завдяки чому обмотки трансформатора можуть бути просторово розділені і все ж залишатися індуктивно зв'язаними.

В ідеальному трансформаторі всі силові лінії проходять через всі витки обох обмоток, і оскільки змінюється магнітне поле породжує одну і ту ж ЕРС в кожному витку, сумарна ЕРС, індукована в обмотці, пропорційна повного числа її витків.

Якщо в трансформаторі не відбувається втрати енергії, потужність в колі вторинної обмотки повинна бути дорівнює потужності, що підводиться до первинної обмотці. Іншими словами, твір напруги на силу струму у вторинній обмотці повинно бути дорівнює добутку напруги і струму в первинної.

Таким чином, струми виявляються обернено пропорційними відношенню напруг в двох обмотках і, отже, ставлення струмів обернено пропорційно відношенню числа витків в обмотках. Такий підрахунок потужності справедливий лише в тому випадку, якщо струми і напруги співпадають по фазі; умова високої самоіндукції забезпечує дуже малу величину струмів, що не збігаються за фазою.

ідеальний трансформатор

Ідеальний трансформатор являє для інженерів-електриків інструмент, аналогічний важелю в механіці, але замість перетворень сили і переміщення трансформатор перетворює напругу і струм. Замість відносини плечей сили кількісної характеристикою трансформатора є ставлення між числом витків в його обмотках.

Звичайно, ідеального трансформатора не існує, але практично реалізовані пристрої дуже близькі до ідеальних. Залізний сердечник є неодмінною складовою частиною всіх сучасних силових трансформаторів, а мідь завдяки своєму низькому електричному опору була і залишається основним матеріалом, з якого виготовляють дріт для обмоток.

Експеременти з "індукторами"

Після свого відкриття Фарадей не став детально дослідити відкрите явище, вважаючи, що його роботу продовжать інші. Однак насправді виявилося, що протягом кількох наступних десятиліть пристрої, подібні трансформаторів, не знайшли широкого практичного застосування.

Особливий інтерес представляли перші експерименти з "індукторами", що складаються з дроту, намотаного на залізний сердечник, зокрема, вивчення здатності цих пристроїв породжувати іскри, коли струм в обмотці переривався.

Серед відомих вчених, що займалися цим явищем, був американець Джозеф Генрі , перший секретар і директор Смітсонівського інституту. Згодом його ім'ям була названа одиниця індуктивності.

У цих експериментах з'ясувалося, що струми, що циркулюють в суцільних металевих сердечниках, розсіювали енергію. Щоб звести до мінімуму ці так звані вихрові струми, сердечники стали робити непроводящими в напрямку, перпендикулярному магнітних силових ліній трансформатора. Тепер сердечники представляли собою "зв'язку" ізольованих залізних дротів.

<< Попередня [1] 2 [3] [4] Наступна >>