Почему с увеличением вторичного тока трансформатора растет первичный ток

Обновлено: 04.05.2024

Научный форум dxdy

Почему меняется ток во вторичной обмотке трансформатора?

27.11.2016, 08:53 Это общеизвестный факт, из учебника. А парадоксальным он топикстартеру он показался оттого, что он, ТС, не учёл реактивного сопротивления. Которое для большинства устройств неприятная особенность, которую стараются уменьшить сколь возможно (компенсаторы косинуса Фи, кстати, известный анекдот про "косинус в военное время достигает 4", по одной версии, именно с ними связан), и которое, реактивное сопротивление, составляет единицы, максимум десятки процентов от активного. Но в трансформаторе оно основа его работы, а активное сопротивление обмоток, намотанных толстым проводом, низко. При этом каждый виток соленоида индуцирует Э.Д.С. во всех прочих, так что зависимость индуктивности от числа витков квадратична. А реактивное сопротивление катушки - произведение частоты (в радианах) на индуктивность. 27.11.2016, 10:15

Последний раз редактировалось AAA1111 27.11.2016, 10:16, всего редактировалось 1 раз.

. Напряжение на выходе - уменьшается, при этом напряжение на виток не изменяется. Ток на нагрузке тоже уменьшается, а вовсе не увеличивается. .

Вот в этом и была моя ошибка. Спасибо огромное, теперь вроде бы всё понятно.

А с чего вы вообще взяли что он вырастает? По ошибке, из формулы сохранения мощности:


Думал мощность не изменяется, и если напряжение уменьшается, значит ток должен повышаться.
А оказывается с уменьшением количества витков происходит падение мощности в обоих обмотках, и за счёт этого во вторичной обмотке становится возможно одновременное падение не только напряжения, но и тока. 27.11.2016, 10:21

Последний раз редактировалось AnatolyBa 27.11.2016, 10:54, всего редактировалось 1 раз.

А с чего вы вообще взяли что он вырастает?
Частично недоразумение связано с тем, что ТС упомянул режим короткого замыкания.
Этот режим здесь не к месту и далее я его обсуждать не буду (если вообще дискуссия продолжится).
Но в последний раз. Напишу формулу для тока вторичной обмотки в режиме кз.
Пусть паразитные сопротивление и индуктивность в первичной обмотке и .
Во вторичной обмотке представим их в виде N_2 ^2$" />
и N_2$" />
.
Тогда искомый ток будет (пренебрегаем током холостого хода, конечно).
>=\frac <\sqrt<(R_1+\frac)^2>+\omega^2 (L_1+L_ N_1^2)^2>$" />

Смотрите на формулу и делайте выводы 27.11.2016, 10:29

Последний раз редактировалось AAA1111 27.11.2016, 10:31, всего редактировалось 1 раз.

Это общеизвестный факт, из учебника.

Кстати да, вот цитата из учебника:
"При повышении напряжения с помощью трансформатора во столько же раз уменьшается сила тока и наоборот." © Физика. 11 кл. Профильный уровень. В. А. Касьянов. 2013г.

Согласно этой цитате, получается, что при понижении напряжения с помощью трансформатора, во столько же раз увеличивается сила тока?
Так она уменьшается или увеличивается?

27.11.2016, 10:40

$U_1 I_1 = U_2 I_2$

Здесь ничего не сказано про изменение числа витков. Говорится об отношении между токами в первичной и вторичной обмотках.
И таки да, в идеальном трансформаторе . Но что конкретно происходит при изменении числа витков во вторичной обмотке - по-моему вам уже разъяснили. Время обдумать 27.11.2016, 11:53

Последний раз редактировалось AAA1111 27.11.2016, 11:58, всего редактировалось 5 раз(а).

$U_1 I_1 = U_2 I_2$

И таки да, в идеальном трансформаторе .

Это я понимаю. Имелось ввиду то, что я не подумал, что мощность может измениться (в обоих обмотках). И поэтому станет возможным понижение во вторичной обмотке и напряжения и силы тока. Т.е. думал мощность фиксированная, а значит со снижением напряжения во вторичной, должна возрастать сила тока во вторичной.

Но что конкретно происходит при изменении числа витков во вторичной обмотке - по-моему вам уже разъяснили. Время обдумать

Обдумал. Похоже в учебнике имеется ввиду изменение силы тока во вторичной обмотке, по отношению к новой силе тока в первичной обмотке трансформатора (т.е. той, которая установилась уже после изменения числа витков). А не по отношению к той силе тока, которая была во вторичной до изменения количества витков. Т.е., например, если число витков изначально было одинаково, то имеем какую-то силу тока, например 20 А, напряжение 20В, нагрузка 1Ом, число витков по 10. Уменьшив на вторичной обмотке число витков в 2 раза получаем на вторичной напряжение 10В и силу тока 10А. Падение в 2 раза относительно состояния до изменения числа витков. А на первичной напряжение сохраняется прежнее 20В, но сила тока падает ещё больше и становится равной 5А.

Итого, имеем увеличение силы тока во вторичной по сравнению с первичной.
И при этом же имеем и уменьшение силы тока по сравнению с изначальной ситуацией когда число витков ещё было равное.
Поэтому противоречий с учебником нет.
Правильно?

Почему при росте нагрузки во вторичной обмотке трансформаторе, растет и ток на первичной обмотке?

Доброго времени.
Задам вопрос, на который уже отвечали раз 5 тут. Но это все не то!
Нужен полный физический процесс. Что происходит с эдс, с магнитным потоком и т. д. Полное описание физического процесса.
Спасибо.

Лучший ответ

Увеличение нагрузки во вторичной цепи означает, что растёт потребляемый ток при неизменном напряжении вторичной цепи. Сопротивление нагрузки уменьшаем, уменьшаем, уменьшаем. . вплоть до К. З. Ток в нагрузке растёт, растёт, растёт и увеличивается одновременно ток самоиндукции в первичной цепи, что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления первичной обмотки. Меньше сопротивление- больше ток при неизменном напряжении в первичной обмотки.

Антон СмирныхЗнаток (331) 5 лет назад

Зачем нам уменьшать сопротивление да еще и вплоть до короткого замыкания?
Кто его уменьшает? Что происходит с магнитным потоком?

Кто его уменьшает? Тот, кто увеличивает нагрузку. "Полное описание физического процесса" Жди.

Остальные ответы

Нагружаешь вторичную обмотку, растет мощность прямопропорционально потребляемая от сети, соответственно ток первичной растет.

1.Почему при увеличении нагрузки трансформатора увеличивается ток первичной обмотки, и в каком соотношении?

В трансформатере выполняется соотношение: Р1=Р2 то есть можности практически передаются без потерь. ( У транса высокий КПД) Ну вот. И смотрите I1*U1=I2*U2. То есть при увеличении нагрузки ток во вторичной бмотке растет, соответственно возрастает ток в первичной, а отношение обратно пропорционально напряжениям на обмотках

Остальные ответы

почему растет - понятно. , а вот на счёт линейной зависимости не соглашусь!
когда нагрузки нет, реактивный ток в первичной тоже не маленький, он, конечно, работу не совершает, но подключи амперметр - покажет.
и реактивная составляющая тока первичной обмотки всегда есть. , ну теоретически он станет равным 0 при полной загрузке, т. е. при достижении магнитного насыщения сердечника, но в итоге то линейной зависимости не получится. .
P.S. Вы оставляйте возможность для комментариев, так проще бюудет

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Увеличение нагрузки трансформатора сопровождается увеличением токов / 2 и / j, что приводит к увеличению падения напряжения в обмотках трансформатора. Поэтому с увеличением нагрузки вторичное напряжение изменяется. В зависимости от характера нагрузки трансформатора изменение вторичного напряжения может быть различным.  [2]

Увеличение нагрузки трансформатора сопровождается увеличением токов / 2 и / 1 ( что приводит к увеличению падения напряжения в обмотках трансформатора. Поэтому с увеличением нагрузки вторичное напряжение изменяется. В зависимости от характера нагрузки трансформатора изменение вторичного напряжения может быть различным.  [3]

С увеличением нагрузки трансформатора увеличиваются токи / 2 и / ь а значит, растет и мощность, поступающая из сети. При уменьшении нагрузки уменьшается вторичный ток, следовательно, и первичный ток также должен уменьшиться. В этом сказывается общий принцип саморегулирования, который действителен для всех электрических машин.  [4]

С увеличением нагрузки трансформатора растет вторичный ток.  [5]

При увеличении нагрузки трансформатора на соответствующую величину возрастает и ток первичной обмотки.  [6]

По мере увеличения нагрузки трансформатора вторичный ток увеличивается, а вторичное напряжение падает.  [7]

Почему при увеличении нагрузки трансформатора увеличивается ток первичной обмотки.  [8]

Почему при увеличении нагрузки трансформатора увеличивается ток в первичной обмотке.  [9]

При этом вследствие увеличения нагрузки трансформаторов тока их вторичные токи могут снизиться настолько, что реле тока, а следовательно, и реле времени вернутся в исходное состояние прежде, чем произойдет отключение выключателя.  [10]

Погрешности возрастают с увеличением нагрузки трансформатора . На точность показаний вольтметров влияет только погрешность в коэффициенте трансформации.  [11]

При этом, вследствие увеличения нагрузки трансформаторов тока , ток от них может снизиться настолько, что реле тока IT и 2Т, а следовательно, и реле времени В вернутся в исходное положение прежде, чем произойдет отключение выключателя.  [12]

Из векторной диаграммы видно, что увеличение нагрузки трансформатора приводит к увеличению тока П, а это вызывает в свою очередь увеличение тока It, потребляемого трансформатором из сети.  [14]

Процентное понижение вторичного напряжения показывает меру его уменьшения при увеличении нагрузки трансформатора .  [15]

Как же все таки работает трансформатор? Или немного о мифах и парадоксах.

Если кратко, автор той статьи утверждал, что магнитный поток не принимает участия в передаче энергии через трансформатор, поскольку теория говорит, что он постоянен. Общий магнитный поток в трансформаторе, идеальном, действительно не зависит от тока нагрузки. В реальном трансформаторе общий магнитный поток имеет некоторую зависимость от тока нагрузки. Поэтому говорят, что он почти не зависит. Тем не менее, магнитный поток принимает самое непосредственного участие в работе трансформатора.

О том, как работает трансформатор, написано много статей. Но чаще всего трансформатор описывается с точки зрения электротехники. Я же опишу его работу с точки зрения и электротехники, и физики. Начнем с самого начала, хоть оно и кажется элементарным.

Электрический ток в направленное движение заряженных частиц. Это могут быть, например, электроны или ионы. А движение заряженных частиц порождает магнитное поле. Магнитное поле характеризуется двумя величинами, вектором напряженности магнитного поля Н и вектором магнитной индукции В. Эти величины связаны между собой

J это магнитный момент, или вектор намагниченности среды в данной точке Мы не будем принимать во внимание какие либо внешние магнитные поля и эффекты, поэтому J=0. μ это относительная магнитная проницаемость среды, а μ0 это магнитная постоянная. Для вакуума μ=1. Если μ не зависит от напряженности магнитного поля, то такую среду называют изотропной. Мы будем рассматривать именно такую среду, а про анизотропность поговорим позднее. Число в скобках это номер формулы, что бы было удобнее ссылаться на них в тексте.

Теперь переходим к рассмотрению катушки с током. Начнем с одного витка, или контура. Текущий по контуру ϒ электрический ток создает в каждой точке пространства r0 магнитное поле с индукцией (для вакуума)

Это закон Био-Савара-Лапласа. Здесь r это положение точек самого контура. Для примера, магнитная индукция поля катушки, длина которой намного больше ее диаметра, намотанная проводом, диаметр которого много меньше диаметра катушки, через которую течет постоянный ток хорошо известна и вовсе не столь устрашающая (с учетом магнитной проницаемости среды)

Обратите внимание на те условия, для которых эта формула применима. Именно эти ограничения позволяют формуле быть такой простой. Теперь введем понятие магнитного потока Ф, который является потоком вектора индукции В через через поверхность S.

При изменении магнитного потока, пронизывающего какой либо контур, в контуре наводится ЭДС. Эта ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения потокосцепления контура ψ

Потокосцепление равно алгебраической сумме всех пронизывающих контур потоков. Если все витки обмотки w пронизываются потоком Ф, то ψ=wФ. Нужно отметить, что ψ это полное (результирующее) потокосцепление контура (обмотки). Оно создается не только внешним, по отношению к данному контуру потоком, но и собственным потоком пронизывающим контур при протекании по нему электрического тока.

Наведение ЭДС в контуре при изменении тока протекающего через этот контур называют самоиндукцией. Наведенную ЭДС называют ЭДС самоиндукции.

Формулу (4), с учетом того, что поверхность S у нас не изменяется, и заменив поток на потокосцепление, можно выразить как ψ=Li. Здесь L это коэффициент пропорциональности между ψ и i, который называют индуктивностью. Подставив это в формулу (5) получим

Следовательно, ЭДС самоиндукции в катушке пропорциональна скорости изменения тока в этой катушке. Если ток не меняется, то ЭДС самоиндукции равна 0. Минус означает, что ЭДС самоиндукции препятствует изменению тока в катушке.

Теперь возьмем вторую катушку и расположим ее так, что бы их магнитные потоки частично пересекались. Такие катушки называются магнитно связанными. Теперь у нас изменяющийся магнитный поток первой катушки, при изменении тока в ней, будет наводить ЭДС во второй. А изменяющийся магнитный поток второй катушки, при изменении тока в ней, будет наводить ЭДС в первой. Наведение ЭДС в каком либо контуре при изменении тока в другом контуре называют взаимоиндукцией. А наведенную ЭДС называют ЭДС взаимоиндукции.

Поток Ф1, создаваемый током первой катушки, частично замыкается (Ф11) не проходя через вторую, частично проходит через нее (Ф12). При этом Ф1=Ф11+Ф12. Аналогично для потока второй катушки Ф2=Ф22+Ф21. Полное потокосцепление катушек будет

Если поток взаимоиндукции для катушки направлен согласно потоку самоиндукции, то в формулах (7) ставят знак плюс. При встречном направлении, знак минус. При этом ψ21 пропорционально току i2, а ψ12 пропорционально току i1.

Коэффициенты пропорциональности численно равны друг другу М12=М21=М. Коэффициент М называют взаимной индуктивностью катушек. Полная ЭДС, индуцируемая в катушках будет суммой ЭДС самоиндукции и ЭДС взаимоиндукции.

Взаимная индуктивность М зависит только от взаимного расположения катушек, числа их витков, геометрических размеров и магнитной проницаемости среды.

Я назвал катушки магнитно связанными. Введем понятие коэффициента связи k

Коэффициент связи равен 1 только в том случае, когда весь поток создаваемый первой катушкой, сцепляется со второй, и наоборот.

Собственно говоря, две магнитно связанные катушки это и есть трансформатор. И мы получили все формулы, которые описывают его работу. А теперь рассмотрим частный случай использования трансформатора для передачи энергии из первичной цепи во вторичную. Да, это именно частный случай, но, обычно, трансформатор так и используется.

Мы рассматривали две катушки без сердечника, это так называемый воздушный трансформатор. Но большинство трансформаторов имеют сердечник. Мы, для упрощения, будем рассматривать сердечник магнитная проницаемость которого не зависит от напряженности магнитного поля. Фактически, в нашем случае, сердечник просто концентрирует магнитное поле внутри себя позволяя считать коэффициент связи, формула (10), равным 1.

К первой катушке, называемой первичной обмоткой, прикладывается напряжение u1, а вторичная обмотка (вторая катушка) подключается к нагрузке Z2 с, в общем случае, комплексным сопротивлением. Работа трансформатора описывается уже знакомыми нам формулами (9). При этом обмотки (катушки) включены встречно, то есть, в формулах будет стоять знак минус. Кроме того, вспомним второй закон Кирхгофа. Получим систему уравнений описывающих работу трансформатора

Приложенное к первичной обмотке напряжение вызывает в ней протекание тока i1, который вызывает сцепленный с ней поток Ф1 Этот поток индуцирует в ней ЭДС самоиндукции, а во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции. ЭДС взаимоиндукции вторичной вызывает протекание в ней тока нагрузки i2. Протекающий по вторичной обмотке ток вызывает сцепленный с ней поток Ф2, который наводит в ней ЭДС самоиндукции, а в первичной обмотке ЭДС взаимоиндукции. Уравнения (11) отражают именно это. Суммарная ЭДС в каждой обмотке является алгебраической суммой ЭДС самоиндукции и ЭДС взаимоиндукции. То есть именно так, как мы ранее и видели. Однако, вместо двух потоков, Ф1 и Ф2, мы можем рассматривать суммарный поток, или общий, магнитный поток Ф равный алгебраической сумме потоков Ф1 и Ф2. С учетом их встречного направления Ф=Ф1-Ф2.

В трансформаторе работающем в установившемся режиме под нагрузкой ЭДС в обмотках индуцируются именно этим общим потоком.

Теперь посмотрим, что будет, если у нас изменится сопротивление нагрузки, например, уменьшится. При этом у нас увеличится ток i2, что вызовет увеличение магнитного потока Ф2 сцепленного с вторичной обмоткой. Это вызовет увеличение ЭДС взаимоиндукции для первичной обмотки, что приведет к увеличению тока i1 в первичной обмотке. Увеличение тока i1 в первичной обмотке вызовет увеличение сцепленного с ней потока Ф1. Если внимательно посмотреть на уравнения (11) и формулу (6), то будет видно, что увеличение потока Ф1 будет равно увеличению потока Ф2. То есть, общий поток у нас не изменится. Это одно из основных свойств трансформатора. Однако, обратите внимание, что не изменится именно общий, суммарный поток. Само изменение тока в цепи первичной обмотки было вызвано взаимоиндукцией, через изменение сцепленных с обмотками потоков. То есть, оба потока, и Ф1, и Ф2, увеличились, а вот их алгебраическая сумма осталась прежней. Нельзя считать, что общий поток это и есть сцепленный с каждой из обмоток поток, которые не меняются. Общий поток это лишь абстракция позволяющая описать установивший режим работы трансформатора, когда напряжение, подаваемое на первичную обмотку, когда неизменно сопротивление подключенной к вторичной обмотке нагрузки. То есть, только для случая постоянства протекающих по обмоткам токов. Это очень важный момент. И именно в этом допустил ошибку автор критикуемой мной статьи.

Чему же равен этот общий поток? Давайте рассмотрим работу трансформатора с не подключенной к вторичной обмотке нагрузке. Это называется режимом холостого хода. В этом случае вторичная обмотка не оказывает влияния на ток первичной обмотки, так как ток в ней отсутствует. Ток холостого хода первичной обмотки будет определяться формулой (6). Общий магнитный поток идеального трансформатора будет равен магнитному потоку холостого хода. И, для установившегося режима, не будет зависеть от тока нагрузки.

Принцип действия понижающего трансформатора

Большинство электрических инструментов, приборов, оборудования работает от сетевого напряжения переменного тока, равного 220 В. Но для низковольтных электропотребителей – галогенных осветительных приборов, низковольтных обогревателей, светодиодных светильников и других – его значение снижают до определенной величины. Для решения этой задачи применяются аппараты без подвижных компонентов – понижающие трансформаторы , которые понижают величину напряжения до нужного значения, оставляя частоту неизменной. Различные модели этих аппаратов могут использоваться в энергетической отрасли, промышленности, а также в быту для получения значения напряжения, безопасного для пользователя.

Устройство и принцип работы понижающего трансформатора

В состав аппарата входит ферромагнитный сердечник с двумя обмотками – первичной и вторичной. На обмотки наматываются проводники, каждый слой которых изолируется кабельной бумагой. Поперечное сечение проводника может быть круглым или прямоугольным (шина).

Первичная и вторичная обмотки между собой электрически не контактируют. Отсутствие электроконтакта обеспечивают изоляционные прокладки, изготовленные из электрокартона или других изоляторов. Большинство аппаратов со всеми компонентами заключается в защитный корпус.

  • На первичную обмотку, имеющую большее количество витков по сравнению с вторичной, поступает сетевой ток. Он образует магнитное поле, пересекающее вторичную обмотку.
  • Во вторичной обмотке образуется ЭДС, под воздействием которой генерируется выходное напряжение со значением, необходимым для электропитания электронных приборов. Отношение входного (высокого, ВН) напряжения к выходному (низкому, НН) равно отношению количества витков первичной обмотки к числу витков вторичной. Конструкция понижающего трансформатора может предусматривать одновременное подключение нескольких низковольтных потребителей.
  • В ходе трансформации происходят потери мощности, равные примерно 3 %.

Понижающие трансформаторы не меняют частоту тока. Для ее изменения, в том числе для получения постоянного тока, в схему включают выпрямители. Чаще всего они представляют собой диодные мосты. Современные приборы могут дополняться другими полупроводниковыми и интегральными схемами, которые улучшают эксплуатационные характеристики аппаратов.

Чтобы определить, какой перед вами трансформатор – понижающий или повышающий, необходимо посмотреть маркировки обмоток. В понижающем аппарате первичной является высоковольтная обмотка, которая маркируется буквой «Н», вторичной – низковольтная обмотка, обозначаемая буквой «Х». В повышающем устройстве первичной является низковольтная обмотка «Х», вторичной – высоковольтная «Н».

Виды понижающих трансформаторов

В зависимости от конструктивных особенностей и принципа действия выделяют следующие типы устройств:

Многие даже и не знают, но трансформатор работает именно так!

Человек без инженерного образования, на вопрос о том, что такое электрическая сеть, сходу назовет несколько характерных ее составных частей, среди которых практически обязательно будет упомянут трансформатор. Если с проводами и розетками такой человек постоянно сталкивается дома, то о трансформаторе он знает по трансформаторной будке и по тому характерному гудению, которое раздается из-за закрытых дверей.

Так почему же этот компонент электрической сети так популярен и как он работает? Вторая часть вопроса далеко не лишняя т.к. трансформатор не имеет интуитивно понятных и привычных движущихся деталей.

Основные физические процессы в трансформаторе

В основе электрической сети любого назначение лежит использование электрической энергии для совершения механической работы (силовая электротехника) и передачи информации (электросвязь). Данная энергия может существовать в виде двух полей: электрического и магнитного.

Электрическое и магнитное поле тесно связаны между собой. Известно, что в металле имеется большое количество свободных электронов, которые определяют его высокую проводимость. Если металлический предмет провести через магнитное поле, что вместе с ним перемещаются электроны, что означает возникновения электрического тока. Важно при этом то, что данный процесс является обратимым, т.е. электрический ток создает вокруг проводника магнитное поле.

Увеличение тока вторичной и первичной обмотки

Увеличение нагрузки во вторичной цепи означает, что растёт потребляемый ток при неизменном напряжении вторичной цепи. Сопротивление нагрузки уменьшаем, уменьшаем, уменьшаем.. . вплоть до К. З. Ток в нагрузке растёт, растёт, растёт и увеличивается одновременно ток самоиндукции в первичной цепи, что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления первичной обмотки. Меньше сопротивление- больше ток при неизменном напряжении в первичной обмотки.
Практически это выглядит так: Трансформатор 220-12 вольт. По 12 вольтам я делаю К. З. , а вылетает предохранитель в цепи 220 вольт. Вот такое объяснение на пальцах.

4. формулы действующиx значений эдстр-ра. В каком случае эдс в первичной и вторичной равны.



5. Принцип работы в режиме холостого хода. Режимом холостого хода называется режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке (рис. 2.5). При питании первичной обмотки от источника синусоидального напряжения U1 ток первичной обмотки i1x (МДС ) вызывает в магнитопроводе синусоидальный магнитный поток Ф, который, пронизывая обмотки с числами витков и , наводит в них согласно закону электромагнитной индукции ЭДС е1 и e2.

Действующие значения этих ЭДС т. е. ЭДС в обмотках пропорциональны числам витков.

Коэффициент трансформации. Коэффициентом трансформации называется отношение номинального высшего напряжения трансформатора к номинальному низшему напряжению:

(2.2) причем под номинальными на­пряжениями понимаются номинальные напряжения в режиме холостого хода. Так как в этом режиме (падение напряжения в обмотке мало, так как ток холостого хода I1x много меньше номинального), a E2=U2, то для понижающего трансформатора (U1>U2)

, а для повышающего ( ) , т. е. всегда и (2.3)

По формулам (2.1),(2.2),(2.3) можно рассчитать основные параметры трансформатора: коэффициент трансформации, действующие ЭДС, витки и магнитный поток.

Уравнение электрического состояния первичной обмотки. Будем рассматривать первичную обмотку трансформатора как приемник электрической энергии. При такой трактовке функции обмотки выберем положительное направление ЭДС против положительного направления тока i, показанного на рис. 2.5. Изменение направления ЭДС на схеме равнозначно изменению фазы ЭДС на 180° или изменению знака в законе электромагнитной индукции, который в этом случае принимает вид: или для ЭДС самоиндукции , и ЭДС опережает по фазе магнитный поток на 90°.

Уравнение, записанное для контура первичной обмотки по второму закону Кирхгофа (рис. 2.5):

где — падение напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки; падение напряжения на сопротивлении рассеяния первичной обмотки. То же уравнение в комплексной форме:

Векторная диаграмма трансформатора.

Векторная диаграмма работающего в режиме холостого хода трансформатора (рис. 2.6) построена на основании уравнения (1.4). С нулевой начальной фазой выбран магнитный поток, т.е. . Ток опережает по фазе магнитный поток на угол потерь .

Относительно вектора с опережением на угол 90° построены векторы ЭДС и ,так как в комплексной форме ЭДС и поток при выбранном направлении ЭДС связаны соотношением .

Вектор на основании уравнения (2.4) равен сумме векторов (последний совпадает по фазе с вектором ) и (опережает вектор тока на угол 90°).

Схема замещения трансформатора


Схема замещения трансформатора для режима холостого хода (а — последовательная, б — параллельная)

В эквивалентной схеме трансформатора, приведенной на рисунке :

r1 — активное сопротивление первичной обмотки
LS1 — индуктивность, характеризующая поток рассеяния первичной обмотки
r0 — сопротивление активных потерь в магнитопроводе
L0 — основная индуктивность первичной обмотки

Ia – ток активных потерь в сердечнике

Научный форум dxdy

Почему меняется ток во вторичной обмотке трансформатора?

Почему меняется ток во вторичной обмотке трансформатора? 25.11.2016, 18:03

Последний раз редактировалось AAA1111 25.11.2016, 18:05, всего редактировалось 2 раз(а).

$\frac <U_2></p>
<p>Почему с изменением числа витков, меняется действующее значение силы тока во вторичной обмотке трансформатора (например, в режиме короткого замыкания)?<br />Понимаю, что это обычно объясняют формулой: <br />  = \frac  = \frac $

Но не понимаю, например, что непосредственно ускоряет электроны во вторичной обмотке при уменьшении количества витков?
Сопротивление уменьшается с уменьшением количества витков пропорционально уменьшению ЭДС, поэтому уменьшением сопротивления это объяснить нельзя.

$I_i = \frac <\mathcal<E></p>
<p>И согласно формуле: <br />_i> $
,
получается, что действующее значение силы тока во вторичной обмотке не должно меняться с изменением числа витков.
Почему эта формула в данном случае не работает?

25.11.2016, 18:25

Последний раз редактировалось arseniiv 25.11.2016, 18:25, всего редактировалось 1 раз.

Почему эта формула в данном случае не работает? Потому что ЭДС индукции катушки зависит от того, сколько витков. Допустим, для всех витков одинаково — тогда в каждом витке наводится ЭДС, с точностью до знака равная , а витки соединены последовательно, так что общая ЭДС в (число витков) раз больше. 25.11.2016, 18:34

Последний раз редактировалось wrest 25.11.2016, 18:39, всего редактировалось 1 раз.

Но не понимаю, например, что непосредственно ускоряет электроны во вторичной обмотке при уменьшении количества витков?
Если мы говорим о рабочем режиме трансформатора, когда ничего не насыщается и трансформируется почти идеально, то при уменьшении количества витков на вторичной обмотке, действующий ток при неизменной омической нагрузке на вторичной обмотке будет уменьшаться по закону Ома, в соответствии с уменьшением действующего напряжения на ней.
Естественно, если при этом мы пренебрегаем омическими сопротивлениями обмоток и считаем сами обмотки чисто реактивными. 25.11.2016, 18:37 Это справедливо для режима короткого замыкания. Ток создает противомдс, ток каждого витка вторички складывается.
Грубо говоря, повтиково-суммарные токи вторичной и первичной обмоток равны, но поделены на число витков, а из вне мы видим ток только от одного витка. 25.11.2016, 18:54

Последний раз редактировалось rustot 25.11.2016, 18:55, всего редактировалось 2 раз(а).

Почему с изменением числа витков, меняется действующее значение силы тока во вторичной обмотке трансформатора (например, в режиме короткого замыкания)?

Потому-что меньшее количество витков вторичной обмотки при том же токе в ней создает меньшее противополе в магнитопроводе, то в свою очередь меньшую противоэдс в первичной обмотке, меньшее ее сопротивление, рост тока в ней, а значит и во вторичной обмотке. обратная связь

26.11.2016, 11:10

Последний раз редактировалось AAA1111 26.11.2016, 11:19, всего редактировалось 1 раз.

так что общая ЭДС в (число витков) раз больше.

Но и сопротивление во столько же раз изменится. Если больше витков, значит больше не только ЭДС, но и во столько же раз сопротивления. А если меньше витков, то меньше не только сопротивления, но и во столько же раз ЭДС. Так? Чем тогда сила тока увеличивается? Например, есть трансформатор с 10 витками во вторичной и первичной обмотках. И есть такой же трансформатор, только количество витков во вторичной обмотке у него меньше в два раза, т.е. 5. Во сколько раз ЭДС во вторичной обмотке второго трансформатора будет меньше, чем ЭДС во вторичной обмотке первого? В 2 раза? (если идеальный трансформатор рассматривать, т.е. без учета потерей мощности)

. при неизменной омической нагрузке .

А если рассмотреть режим короткого замыкания? Т.е. когда на вторичной обмотке есть только провод замкнутый в цепь.

Это справедливо для режима короткого замыкания. Ток создает противомдс, ток каждого витка вторички складывается. .

ЭДС складываются, или токи? На ток же ещё суммарное сопротивление витков влияет.

Потому-что меньшее количество витков вторичной обмотки при том же токе в ней создает меньшее противополе в магнитопроводе, то в свою очередь меньшую противоэдс в первичной обмотке, меньшее ее сопротивление, рост тока в ней, а значит и во вторичной обмотке. . Тогда получается ЭДС во вторичной тоже вырастет. А должно уменьшится во столько же раз во сколько количество витков, ведь трансформатор понижающий. В моём примере в 2 раза должно уменьшится. Так? 26.11.2016, 13:30

Последний раз редактировалось rustot 26.11.2016, 13:35, всего редактировалось 1 раз.

Тогда получается ЭДС во вторичной тоже вырастет. А должно уменьшится во столько же раз во сколько количество витков, ведь трансформатор понижающий. В моём примере в 2 раза должно уменьшится. Так?

Не понял причин этого "тогда". Рост тока во вторичной обмотке как раз к обратному приводит, к росту противоэдс

Эдс во вторичной обмотке пропорциональна магнитному полю, причем рост тока во вторичной обмотке уменьшает это поле.

26.11.2016, 13:56 Почему с изменением числа витков, меняется действующее значение силы тока во вторичной обмотке трансформатора (например, в режиме короткого замыкания)?

1. При меньшем числе витков в меньший магнитопровод влазит более толстый провод.
2. Меньшим может оказаться ток первичной обмотки и, соответственно, меньше падение напряжение на сопротивлении первичной обмотки и внутреннем сопротивлении источника.

Сравнивать только ЭДС во вторичной обмотке без анализа системы в целом некорректно. Ток во вторичной обмотке в конечном итоге определяется параметрами всех участков цепи начиная от источника.

26.11.2016, 15:18 AAA1111
Трансформатор штука не самая сложная, но и не такая простая, как может показаться.
На популярном или школьном уровне его обычно рассматривают упрощенно (идеальный трансформатор), но когда вы написали "режим короткого замыкания" вы создали себе трудности. Режим короткого замыкания для идеального трансформатора смысла не имеет. Если вы хотите что-то понять именно для режима короткого замыкания, то надо учесть паразитные сопротивления и индуктивности, причем в обеих обмотках. Прикинуть, как изменение числа витков влияет на паразитные параметры и как первичная цепь "видит" эти изменения. Причем при каких-то предположениях ( не очень, впрочем, реалистичных) ваше изначальное утверждение может оказаться просто не верным 26.11.2016, 15:42

$I=\frac E R$

Попытка решения.

Формула правильная, но не типична для трансформатора.
Возьмем достаточно мощный трансформатор, снимем с него вторичную
обмотку и вместо нее намотаем два витка тонкого провода, тонкого
настолько, чтоб при замыкании этой вторичной обмотки трансформатор оставался
линейным (без насыщения железа), а входное напряжение на первичной обмотке
стабильно. Измерим ток короткого замыкания. Затем оставим только один виток,
замкнем его и измерим ток. Формула сработает.
Обычно трансформаторы не работают на короткое замыкание (кроме трансформаторов
тока). У трансформатора есть окно, которое стараются плотнее заполнить медью для
снижения потерь, - провод взять потолще. Пусть наш трансформатор имеет две
одинаковые секции втоиичной обмотки, которые можно включать и параллельно,
и последовательно. При параллельном включении ЭДС в два раза меньше, но
сопротивление меньше в 4 раза при том же заполнении окна. Ток короткого замыкания
будет больше. 26.11.2016, 15:52 26.11.2016, 17:14 Потому, что сопротивление вторичной обмотки трансформатора в основном реактивное (индуктивное). Активным сопротивлением можно для обычных условий работы пренебречь. А индуктивность соленоида пропорциональна квадрату числа витков, реактивное сопротивление же пропорционально индуктивности. То есть при уменьшении числа витков сопротивление падает, как квадрат числа витков, а Э.Д.С. как число витков, так что ток возрастает. Этот эффект проявляется, пока число витков не уменьшится настолько, что активное сопротивление, убывающее, как число витков, не станет сравнимо с реактивным (и оттого трансформатор с нулём витков не даст бесконечного тока, а так хотелось. ) 26.11.2016, 21:01 . но когда вы написали "режим короткого замыкания" вы создали себе трудности. А я думал наоборот проще будет. Хотел максимально упростить рассматриваемую систему.
Если вы хотите что-то понять именно для режима короткого замыкания, .

Да нет, вопрос у меня возник из недоумения по поводу того как это напряжение понижается, а ток вдруг вырастает. Может на продвинутом уровне это нормально воспринимается, но на школьном уровне, типа моего, это лично у меня вызывает удивление. Даже если с нагрузкой рассматривать, то на поверхностный взгляд, после уменьшения числа витков на вторичной, получается, что сопротивление (активное. Теперь знаю, что бывает ещё и реактивное ) осталось прежним, напряжение уменьшилось вдвое (согласно школьной формуле), а ток вдруг непонятно с чего вырос. Непривычно.

В общем, всем спасибо за помощь. Пойду пока переваривать.

26.11.2016, 22:58 ток вдруг непонятно с чего вырос
Так, давайте сначала. На этот раз возьмем идеальный трансформатор, паразитными сопротивлениями и индуктивностями пренебрегаем. На входе напряжение . К выходу подключим активную нагрузку . Коэффициент трансформации .
Изменяем (уменьшаем) смотрим, что происходит. Напряжение на выходе - уменьшается, при этом напряжение на виток не изменяется. Ток на нагрузке тоже уменьшается, а вовсе не увеличивается. Ток в первичной обмотке уменьшается, причем значительно сильнее, так что отношение увеличивается.

Читайте также: