Принцип действия трансформатора

Трансформатор состоит из стального магнитопровода, на который намотаны обмотки. Обмоток может быть две (двухобмоточный трансформатор), три (трехобмоточный) и т. д. К одной из обмоток подводят напряжение от источника питания. Эта обмотка называется первичной и имеет w₁ витков. Другая обмотка, имеющая w₂ витков, называется вторичной. Начала обмоток обозначают А и а, концы – Х и х.

Под действием переменного напряжения u₁ по виткам первичной обмотки протекает переменный ток i, создающий переменную магнитодвижущую силу iw₁, которая в свою очередь, создает переменный основной магнитный поток Ф, замыкающийся по стальному магнитопроводу. Замыкаясь, магнитный поток Ф оказывается сцепленным как с первичной, так и со вторичной обмотками.

 

При синусоидальном первичном напряжении магнитный поток также синусоидальным: . Магнитный поток индуцирует в первичной обмотке ЭДС самоиндукции, пропорциональную числу витков обмотки и скорости изменения магнитного потока:

,

где - амплитуда первичной ЭДС.

Отсюда видно, что ЭДС первичной обмотки отстает по фазе от магнитного потока на угол π/2.

Синусоидальный магнитный поток, сцепленный со вторичной обмоткой, индуцирует в ней ЭДС взаимоиндукции

,

где - амплитуда вторичной ЭДС.

Отсюда видно, что вторичная ЭДС совпадает по фазе с первичной ЭДС, то есть также отстает по фазе от магнитного потока на угол π/2.

Действующие значения первичной и вторичной ЭДС:

;

.

Так как частота ЭДС одинаково и индуцируются они одним и тем же магнитным потоком, то первичная ЭДС отличается от вторичной только в том случае, если число витков w₁ и w₂ обмоток неодинаково. Чем больше число витков обмотки, тем большая ЭДС в ней индуцируется.

Отношение первичной ЭДС к вторичной называется коэффициентом трансформации трансформатора

и равно отношению числа обмоток. Коэффициент трансформации может быть как больше, так и меньше единицы.

Если необходимо повысить напряжение источника питания, то число витков вторичной обмотки делают больше числа витков первичной обмотки (w₂>w₁). Такой трансформатор называется повышающим. если это напряжение нужно понизить, то w₂<w₁. В этом случае трансформатор будет понижающим. Если требуется несколько различных значений вторичного напряжения, то на тот же магнитопровод наматывают несколько вторичных обмоток с различным числом витков.

Таким образом, при подключении первичной обмотки трансформатора к источнику переменного тока на зажимах вторичной обмотки индуцируется переменная ЭДС Е₂ и вторичная обмотка становится источником питания, к которой можно присоединить какой-либо электроприемник.