Преобразование переменного тока. Трансформатор
Работа многих электрических приборов расчитана на различные напряжения. Разные напряжения нередко требуются даже для работы различных частей одного и того же прибора. Поэтому, очевидно, необходимо приспособление, которое позволяло бы повышать или понижать подведенное к прибору напряжение сети. Оказывается, что напряжение переменного тока можно изменять с помощью явления электромагнитной индукции, тогда как способы преобразования напряжения постоянного тока весьма сложны. Этим в основном и обьясняется широкое использование на практике именно переменного тока.
Прибор для преобразования напряжения и силы переменного тока при неизменной частоте называется трансформатором. Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника, сделанного для ослабления вихревых токов из отдельных изолированных друг от друга листов, на который надеты катушки с различным числом витков. Обмотки катушек покрыты изоляцией и не соединяются друг с другом. Та катушка, обмотка которой включается в сеть переменного тока, называется первичной, а та, которая соединяется с потребителем — вторичной. Поступающий в первичную катушку переменный ток создает в сердечнике трансформатора переменное магнитное поле, которое возбуждает э. д. с. индукции во вторичной катушке, так как проходящий внутри нее магнитный поток непрерывно меняется. При отсутствии сердечника магнитные силовые линии загибались бы за края первичной катушки во все стороны и большинство их не попало бы во вторичную катушку. Такое явление называется рассеянием магнитного потока. При незамкнутом сердечнике магнитный поток тоже рассеивается. Рассеяние очень сильно снизило бы э. д. с. индукции во вторичной катушке и тем самым к. п. д. всей установки. Если же сердечник замкнут, то практически весь магнитный поток тока первичной катушки проходит внутри сердечника и пронизывает вторичную катушку.
Материалом сердечника может служить только ферромагнитное вещество. Но далеко не всякий ферромагнетик годен для изготовления сердечника трансформатора. Материал сердечника должен быть таким, чтобы на его непрерывное перемагничивание переменным магнитным полем расходовалось как можно меньше энергии, иначе трансформатор будет сильно нагреваться. Поэтому в качестве материала для сердечника используется специальная трансформаторная сталь.
Если цепь вторичной катушки трансформатора разомкнута, то в замкнутой цепи первичной катушки ток весьма мал. Обьясняется это тем, что трансформатор обладает очень большой самоиндукцией; э. д. с. самоиндукции возникающая в первичной катушке, почти точно равна напряжению на ее концах и действует навстречу напряжению. В обмотке первичной катушки при этом проходит очень слабый переменный ток, называемый током холостой работы, поддерживающий изменение магнитного поля в сердечнике, необходимое для создания достаточной э. д. с. самоиндукции. Если число витков вторичной катушки больше, чем первичной, то трансформатор называется повышающим, так как напряжение на вторичной обмотке выше, чем на первичной. Если число витков вторичной катушки меньше, чем первичной, то трансформатор называется понижающим. Отношение числа витков первичной катушки к числу витков вторичной называется коэффициентом трансформации и обозначается буквой n.
n=w1 / w2 , где w1 — первичная катушка, w2 — вторичная.