Взаимная индукция, трансформатор

Цель работы. Измерить индуктивность магнитосвязанных соленоидов. Изучить явление взаимной индукции, определить коэффициент трансформации трансформатора.

Краткое теоретическое введение

1.Магнитосвязанные соленоиды.

Рассмотрим два соленоида с индуктивностями и . Поставим вопрос, чему равна индуктивность системы, состоящей из этих последовательно соединенных соленоидов, если они расположены так, что магнитные поля перекрываются.

Индуктивность системы определяется потокосцеплением, т.е. общим потоком через все витки:

,

где I – сила тока в соленоидах.

Суммарный магнитный поток равен алгебраической сумме потоков, пронизывающих все витки соленоида. Все витки первого соленоида пронизываются собственным потоком и потоком , созданным вторым соленоидом. Второй соленоид пронизывается также собственным потоком и потоком , созданным первым соленоидом. Таким образом,

.

Собственные потоки всегда положительны:

, .

«Чужие» потоки могут быть как положительными, так и отрицательными в зависимости от направления вектора магнитной индукции поля, созданного одним соленоидом в витках другого. При этом знаки магнитных потоков и всегда совпадают. Так как соленоиды соединены последовательно, то

,

где коэффициент пропорциональности, L₂₁ называется взаимной индуктивностью второго и первого контуров.

Смысл знаков определяется характером соединения и расположения соленоидов. Если магнитные поля соленоидов сонаправлены, то «чужие» потоки положительны: если поля направлены навстречу друг другу, то – отрицательны: .

Учитывая сказанное, для индуктивности системы двух соленоидов получим:

,

где знак плюс соответствует случаю сонаправленных полей, а минус – полям, направленным навстречу друг другу.

2. Взаимная индукция. Трансформатор

Явление взаимной индукции заключается в наведении ЭДС индукции в проводнике, находящемся вблизи цепи переменного тока.

Из закона электромагнитной индукции Фарадея следует, что ЭДС взаимной индукции равна

(1)

где — магнитный поток через поверхность, ограниченную вторым контуром, обусловленный магнитным полем тока , протекающего в первом контуре (Рис. 1).

Рис. 1.

Чем больше сила тока в первом контуре, тем больше магнитный поток , обусловленный этим током. Поэтому, так же как и при самоиндукции, этот магнитный поток пропорционален силе тока:

(2)

где, как говорилось выше, коэффициент пропорциональности называется взаимной индуктивностью (статической взаимной индуктивностью) второго и первого контуров. Этот коэффициент зависит от геометрических размеров, формы, количества витков, взаимного расположения первого и второго контура, от магнитной проницаемости среды, в которой они находятся.

Если источник тока отключить от первого контура и подключить ко второму, создав ток , то для магнитного потока через площадь первого контура можно записать аналогичную формулу:

.

Пусть контуры находятся в неферромагнитной среде, тогда, как можно показать, для них выполняется, так называемая, теорема взаимности, согласно которой коэффициенты взаимной индуктивности равны друг другу численно и имеют одинаковые знаки:

Если же среда ферромагнитная, причем режим перемагничивания среды выходит за пределы обратимого процесса, то и зависят не только от вышеперечисленных параметров, но и от величины токов в контурах. В этом случае теорема взаимности не выполняется.

Заменив в законе Фарадея (1) магнитный поток его выражением (2) и полагая , получим

(3)

Если первый и второй контуры находятся в ферромагнитной среде, то можно пользоваться формулой, по форме аналогичной формуле (3):

(4)

где — так называемая динамическая взаимная индуктивность второго и первого контуров.

На явлении взаимной индукции основано действие трансформаторов, которые применяются для повышения или понижения напряжения переменного электрического тока.

Трансформатор (Рис. 2) состоит из двух или нескольких соленоидальных обмоток, расположенных близко друг от друга и, чаще всего, закрепленных на общем ферромагнитном сердечнике. Концы первичной обмотки присоединены к источнику переменного тока, а концы вторичной обмотки включены в цепь потребителя электрической энергии.

Переменное магнитное поле тока , протекающего в первичной обмотке трансформатора, вызывает появление ЭДС взаимной индукции во вторичной обмотке. Магнитное поле первичной обмотки практически полностью локализовано в ферромагнитном сердечнике, играющем роль магнитной цепи. Поэтому применение в трансформаторе такого замкнутого сердечника, общего для обеих обмоток, позволяет резко увеличить магнитный поток взаимной индукции и взаимную индуктивность.

Определим статическую и динамическую взаимные индуктивности обмоток трансформатора.

Рис. 4

Пусть — магнитный поток в сердечнике. Тогда магнитный поток через витков вторичной обмотки равен

Следовательно, из формул (2) и (4) получим

. (5)

Статическая и динамическая индуктивности первичной обмотки трансформатора в режиме «холостого хода», соответствующего разомкнутому состоянию вторичной цепи ,равны

. (6)

ЭДС самоиндукции в первичной обмотке можно выразить формулой

Найдем отношение абсолютных значений напряжений и на концах вторичной и первичной обмоток при холостом ходе, называемое коэффициентом трансформации.

При разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход) .

В этом случае напряжение на ее концах численно равно ЭДС взаимной индукции :

(7)

На концах первичной обмотки напряжение , как можно показать с помощью закона Ома, равно

(8)

где — ЭДС источника тока, — внутреннее сопротивление источника тока, подключенного к первичной обмотке трансформатора.

Сила тока в первичной обмотке согласно закону Ома для замкнутой цепи, определяется формулой

где — ЭДС самоиндукции в первичной обмотке, — сопротивление первичной обмотки.

Выражая и подставляя в (8), получаем

Как правило, для трансформаторов первый член в правой части пренебрежимо мал по сравнению со вторым. Поэтому приближенно можно считать, что

(9)

Зная и используя формулы (5),(6),(7),(9), найдем коэффициент трансформации:

. (10)

§ 16.3 Взаимная индукция. Трансформатор

Взаимной индукцией называют возникновение ЭДС индукции в одном из контуров (1) при изменении силы тока в другом (2), находящемся вблизи нег

о (рис.16.8).

Явление взаимной индукции рассмотрим на примере трансформатора. Если на общий сердечник намотано две катушки, то изменение силы тока в одной из них (1) будет индуцировать в другой катушке (2) ЭДС, которую можно определить по закону Фарадея. Если по первой катушке пропустить ток I₁, то он создаст магнитное поле, магнитный поток которого пронижет катушку 2. Очевидно, что поток Ф₂, пронизывающий катушку 2, зависит от индукции магнитного поля в тех местах, где она находится. Индукция магнитного поля зависит от силы тока I₁, протекающего по катушке 1, формы, размеров и взаимного расположения катушек, а также магнитных свойств окружающей среды. Эту зависимость учитывает коэффициент М

21 , называемый взаимной индуктивностью. Тогда

Ф₂=М₂₁I₁ (16.15)

По закону электромагнитной индукции Фарадея, ЭДС, возбуждаемая в катушке 2 переменным магнитным полем катушки 1, равна

(16.16)

Проводя аналогичные рассуждения для катушки 2, получаем, что магнитный поток Ф₁ и электродвижущая сила ε

1, вызываемая в первом контуре переменным током I₂ второго контура, равны

Ф₂=М₂₁I₁

(коэффициенты М₂₁ = М₁₂ = М являются характеристикой двух контуров).

В большинстве трансформаторов первичная и вторичная обмотки наматываются одна поверх другой так, что магнитный поток, пронизывающий их, одинаков, т.е. отношение dФ/dt одинаково для обеих обмоток. Если число витков первичной катушки N₁, а вторичной — N₂ , то в первичной и вторичной катушках индуцируются ЭДС

Отношение этих ЭДС равно

(16. 17)

Таким образом, система из двух катушек, соединённых ферромагнитным сердечником, представляет собой трансформатор, с помощью которого можно повышать или понижать напряжение переменного тока в зависимости от числа первичной и вторичной обмоток.

В современной технике нашли широкое применение трансформаторы различных конструкций. В радиотехнических устройствах используются небольшие, маломощные трансформаторы, имеющие обычно несколько обмоток (понижающих или повышающих напряжение источника переменного тока). В электротехнике часто применяются так называемые трехфазные трансформаторы, предназначенные для одновременного повышения или понижения трех напряжений, сдвинутых по фазе относительно друг друга на углы 120°.

Мощные трехфазные трансформаторы используются в линиях передач электроэнергии на большие расстояния. Передача электрической энергии от электростанций до больших городов или промышленных центров на расстояния тысяч километров является сложной научно-технической проблемой.

Для уменьшения потерь на нагревание проводов необходимо уменьшить силу тока в линии передачи, и, следовательно, увеличить напряжение. Обычно линии электропередачи строятся в расчете на напряжение 400–500 кВ, при этом в линиях используется трехфазный ток частотой 50 Гц. На рис. 2.5.2 представлена схема линии передачи электроэнергии от электростанции до потребителя. Схема дает представление об использовании трансформаторов при передаче электроэнергии.

Следует отметить, что при повышении напряжения в линиях передач увеличиваются утечки энергии через воздух. В сырую погоду вблизи проводов линии может возникнуть так называемый коронный разряд, который можно обнаружить по характерному потрескиванию. Коэффициент полезного действия линий передач не превышает 90 %.

B19: Индукторы, трансформаторы и генераторы

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

5961

• Джеффри В. Шник
• Колледж Святого Ансельма

В этой главе мы приводим примеры, выбранные для дальнейшего ознакомления вас с законом индукции Фарадея и законом Ленца. Последний пример — генератор, устройство, используемое на электростанциях мира для преобразования механической энергии в электрическую.

По прямому проводу течет ток на север. К востоку от прямого провода, на той же высоте, что и прямой провод, находится горизонтальная петля из провода. Ток в прямом проводе увеличивается. В какую сторону направлен ток, индуцируемый в петле изменяющимся магнитным полем прямого провода, по петле?

Решение

Я собираюсь нарисовать данную ситуацию с нескольких разных точек зрения, просто чтобы помочь вам привыкнуть к визуализации такой ситуации. Если смотреть сверху и на юго-восток, конфигурация (кроме того факта, что силовые линии магнитного поля невидимы) выглядит так:

, где я включил лист бумаги в схему, чтобы помочь вам визуализировать вещи.

Вот вид на ту же конфигурацию с юга, если смотреть строго на север:

Обе диаграммы ясно показывают, что мы имеем увеличивающееся число силовых линий магнитного поля, направленных вниз через петлю. Важно помнить, что полевая диаграмма — это схематический способ передачи информации о бесконечном наборе векторов. Нет такой вещи, как изогнутый вектор. Вектор всегда направлен по прямой. Вектор магнитного поля касается силовых линий магнитного поля, характеризующих этот вектор. В месте расположения петли каждый вектор магнитного поля, изображенный на диаграмме выше, направлен строго вниз. Хотя можно сказать, что у нас есть увеличивающееся число силовых линий магнитного поля, направленных вниз через петлю, имейте в виду, что силовые линии характеризуют векторы.

Представляя свое решение примерного вопроса: «Каково направление тока, индуцируемого в горизонтальной петле, которая проходит строго на восток от прямого провода, по которому течет нарастающий ток строго на север?» Я бы не стал рисовать ни одну из диаграмм выше. Первое рисуется слишком долго, а во втором нет хорошего способа показать направление тока в петле. Наиболее удобен вид сверху:

В этом виде (в котором направление вниз направлено внутрь страницы) легко увидеть, что мы имеем увеличивающееся число силовых линий магнитного поля, направленных вниз. через петлю (точнее, через область, ограниченную петлей). В своей тщетной попытке сохранить количество силовых линий магнитного поля, направленных вниз через петлю, таким же, как и было, \(\vec{B}_{PIN}\) должен быть направлен вверх, чтобы нейтрализовать вновь появляющиеся направленные вниз силовые линии магнитного поля. [Вспомните последовательность: изменение числа силовых линий магнитного поля индуцирует (по закону Фарадея) ток в контуре. Этот ток создает (по закону Ампера) собственное магнитное поле (\(\vec{B}_{PIN}\)). Закон Ленца связывает конечный продукт (\(\vec{B}_{PIN}\)) с первоначальным изменением (увеличением числа силовых линий магнитного поля, проходящих вниз по контуру). ]

Интересно. Мы знаем направление магнитного поля, создаваемого индуцированным током, еще до того, как узнали направление самого индуцированного тока. Итак, каким должно быть направление индуцированного тока, чтобы создать направленное вверх магнитное поле (\(\vec{B}_{PIN}\))? Ну, по правилу правой руки для чего-то фигурного чего-то прямого ток должен идти против часовой стрелки, если смотреть сверху.

Привет. Это ответ на вопрос. Мы закончили с этим примером. Вот еще:

Человек перемещает стержневой магнит, ориентированный северным полюсом вверх, из-под катушки провода, как

изображено ниже. Каково направление тока в резисторе?

Магнитное поле стержневого магнита распространяется вверх через катушку.

Когда магнит выходит из-под катушки, он уносит с собой свое магнитное поле. Итак, что касается катушки, то мы имеем уменьшение количества направленных вверх силовых линий магнитного поля через катушку. По закону Фарадея это индуцирует ток в катушке. По закону Ампера ток создает магнитное поле \(\vec{B}_{PIN}\). По закону Ленца \(\vec{B}_{PIN}\) направлен вверх, чтобы компенсировать уход направленных вверх силовых линий магнитного поля через катушку.

Итак, каково направление тока, вызывающего \(\vec{B}_{PIN}\)? Об этом нам расскажет правило правой руки. Направьте большой палец правой руки, сложенной чашечкой, в направлении \(\vec{B}_{PIN}\). Затем ваши пальцы будут согнуты (против часовой стрелки, если смотреть сверху) в направлении тока.

Из-за способа намотки катушки такой ток будет направлен из верхней части катушки вниз через резистор.

Это ответ на вопрос, поставленный в примере. (Каково направление тока в резисторе?)

Когда вы помещаете две катушки провода рядом друг с другом, так что, когда вы создаете магнитное поле, используя источник ЭДС, чтобы вызвать ток в одной катушке, это магнитное поле распространяется через область, окруженную другой катушкой, вы создаете трансформатор.

Давайте назовем катушку, в которой вы сначала вызываете ток, первичной катушкой, а другую — вторичной катушкой.

Если вы вызываете изменение тока в первичной обмотке, то меняется и магнитное поле, создаваемое этой обмоткой. Таким образом, поток через вторичную обмотку изменяется, и по закону индукции Фарадея во вторичной обмотке будет индуцироваться ток. Одним из способов вызвать изменение тока в первичной обмотке было бы поместить переключатель в первичную цепь (цепь, в которой подключена первичная обмотка) и неоднократно открывать и закрывать ее.

Хорошо, достаточно преамбулы, вот вопрос: каково направление переходного тока, индуцируемого в приведенной выше цепи, когда переключатель замкнут?

Решение примера 19-3:

При замыкании ключа ток в первичной цепи очень быстро возрастает до \(\varepsilon/r\). Хотя время, необходимое для того, чтобы ток нарастал до \(\varepsilon/r\), очень короткое, именно в течение этого интервала времени ток меняется. Следовательно, именно на этом интервале времени мы должны сосредоточить свое внимание, чтобы ответить на вопрос о направлении переходного тока в резисторе \(R\) во вторичной цепи. Ток в первичной обмотке создает магнитное поле. Поскольку ток увеличивается, вектор магнитного поля в каждой точке пространства увеличивается по величине.

Возрастающее магнитное поле вызывает направленные вверх силовые линии магнитного поля в области, окруженной вторичной катушкой. Не было силовых линий магнитного поля через эту катушку до того, как переключатель был замкнут, поэтому ясно, что здесь мы имеем возрастающее количество направленных вверх силовых линий магнитного поля через вторичную катушку. По закону Фарадея это индуцирует ток в катушке. По закону Ампера ток, индуцируемый во вторичной обмотке, будет создавать собственное магнитное поле, которое мне нравится называть \(\vec{B}_{PIN}\) для «Магнитного поля 9».0107 P , созданный In , созданный Current. Согласно закону Ленца, \(\vec{B}_{PIN}\) должен быть направлен вниз, чтобы компенсировать некоторые вновь появляющиеся направленные вверх силовые линии магнитного поля через вторичную обмотку. (Надеюсь, понятно, что то, что я называю линиями магнитного поля, проходящими через вторичную обмотку, — это линии магнитного поля, проходящие через область, окруженную вторичной обмоткой.)

Хорошо. Теперь вопрос в том, каким образом ток должен быть направлен вокруг катушки, чтобы создать направленное вниз магнитное поле \(\vec{B}_{PIN}\), которое, как мы пришли к выводу, оно создает. Как обычно, правило правой руки для чего-то фигурного и прямого дает ответ. Мы указываем большим пальцем правой руки, сложенной чашечкой, в направлении \(\vec{B}_{PIN}\) и не можем не отметить, что пальцы загибаются в направлении, которое лучше всего можно описать как «по часовой стрелке, если смотреть со стороны». выше.»

Из-за того, как намотана вторичная катушка, такой ток будет направлен из вторичной обмотки вверху катушки и вниз через резистор \(R\). Это ответ на вопрос
, поставленный в примере.

Электрический генератор

Рассмотрим магнит, который вращается вблизи катушки с проволокой, как показано ниже.

В результате вращения магнита количество и направление линий магнитного поля через
катушка постоянно меняется. Это индуцирует ток в катушке, который, как оказывается, тоже изменяется. Проверьте это на примере магнита, который, с нашей точки зрения, вращается по часовой стрелке. В
ориентация вращающегося магнита изображена здесь:

по мере вращения магнита количество линий его магнитного поля, проходящих вниз через катушку, уменьшается. В соответствии с законом Фарадея это индуцирует в катушке ток, который, в соответствии с законом Ампера, создает собственное магнитное поле. По закону Ленца поле (\(\vec{B}_{PIN}\)) создаваемое индуцированным током должно быть направлено вниз, чтобы компенсировать потери направленных вниз силовых линий магнитного поля через катушку. Чтобы произвести \(\vec{B}_{PIN}\) вниз, индуцированный ток должен быть направлен по часовой стрелке, если смотреть сверху. В зависимости от того, как проволока намотана и катушка подключена к цепи, ток, который течет по часовой стрелке, если смотреть сверху, в катушке, направлен из катушки в верхней части катушки и вниз через резистор.

На следующих диаграммах мы показываем магнит в каждой из нескольких последовательных ориентаций. Имейте в виду, что кто-то или что-то крутит магнит механическими средствами. Вы можете предположить, например, что человек крутит магнит рукой. По мере вращения магнита количество силовых линий магнитного поля изменяется определенным образом для каждой из изображенных ориентаций. Вам, читателю, предлагается применить закон Ленца и правило правой руки для чего-то завитого, чего-то прямого, чтобы убедиться, что ток (вызванный вращающимся магнитом) через резистор проходит в указанном направлении:0032

Поскольку магнит продолжает вращаться по часовой стрелке, следующая ориентация, которую он достигает, является нашей отправной точкой, и процесс повторяется снова и снова.

Суммируя и экстраполируя, ток через резистор в серии диаграмм выше:

вниз, вниз, вверх, вверх, вниз, вниз, вверх, вверх, …

Для половины каждого оборота ток равен вниз, а для другой половины каждого оборота ток направлен вверх. При количественной оценке этого поведения основное внимание уделяется ЭДС, индуцируемой в катушке:

ЭДС на катушке изменяется синусоидально со временем как:

\(\varepsilon\), что означает ЭДС, представляет собой изменяющуюся во времени разность электрических потенциалов между клеммами катушки в непосредственной близости от магнита, который вращается относительно катушки, как показано на диаграммах выше. Возникновение этой разности потенциалов и ее изменение обусловлено изменением магнитного потока, проходящего через катушку.

\(\varepsilon_{MAX}\) — максимальное значение ЭДС катушки.

\(f\) — частота колебаний ЭДС на катушке. Она точно равна скорости вращения магнита, выраженной в оборотах в секунду, что эквивалентно герцу.

Устройство, которое мы обсуждали (катушка плюс вращающийся магнит), называется генератором, точнее, электрическим генератором. Генератор представляет собой место действия ЭДС, из-за которой между его выводами возникает разность потенциалов, синусоидально меняющаяся со временем. Схематическое изображение такого изменяющегося во времени очага ЭДС:

Чтобы раскрутить магнит, требуется работа. Магнитное поле, вызванное током, индуцированным в катушке, оказывает на магнит крутящий момент, который всегда стремится замедлить его. Таким образом, чтобы магнит продолжал вращаться, необходимо постоянно прикладывать к магниту крутящий момент в том же направлении, в котором он вращается. Генератор является основным компонентом любой электростанции. Он преобразует механическую энергию в электрическую. Тип электростанции, с которой вы имеете дело, определяется тем, что ваша энергетическая компания использует для вращения магнита. Если движущаяся вода используется для вращения магнита, мы называем электростанцию ​​гидроэлектростанцией. Если для вращения магнита используется паровая турбина, то электростанция обозначается способом нагрева и испарения воды. Например, если кто-то нагревает и испаряет воду посредством сжигания угля, электростанцию ​​называют электростанцией, работающей на угле. Если кто-то нагревает и испаряет воду с помощью ядерного реактора, он называет электростанцию ​​атомной электростанцией.

Рассмотрим «устройство, которое создает разность потенциалов между его клеммами, которая изменяется синусоидально со временем» в простой цепи: , в любой момент времени, к напряжению на переменном во времени очаге ЭДС. В результате в резисторе возникает ток. Ток определяется как \(I=\frac{V}{R}\), наше определяющее уравнение для сопротивления, решенное для тока \(I\). Поскольку алгебраический знак разности потенциалов на резисторе постоянно меняется, направление тока в резисторе постоянно меняется. Такой ток называется переменным током (\(AC\)). Стало традиционным использовать аббревиатуру \(AC\)) в той мере, в какой мы делаем это избыточно, часто ссылаясь на переменный ток как на \(AC\) ток. (Когда нам нужно отличить его от \(AC\), мы называем «однонаправленный» вид тока, который, скажем, батарея вызывает в цепи, постоянным током, сокращенно \(DC\).) 92р\). «Устройство, которое создает разность потенциалов между его клеммами, которая меняется синусоидально со временем», то, что я называл «изменяющимся во времени очагом ЭДС», обычно называют источником питания \(переменного тока\). Источник питания \(переменного тока\) обычно называют с точки зрения частоты колебаний и напряжения, которое источник питания \(постоянного тока\), обычный источник ЭДС, должен поддерживать на своих клеммах, чтобы вызвать такая же средняя мощность в любом резисторе, который может быть подключен к клеммам источника питания \(AC\). Рассматриваемое напряжение обычно обозначается как \(\varepsilon_{RMS}\) или \(V_{RMS}\), где вскоре станет очевидным обоснование названия индекса.

Поскольку мощность, выдаваемая обычным креслом ЭМП, является постоянной величиной, его средняя мощность всегда имеет значение.

Вот вымышленная цепь

, которая вызовет ту же мощность резистора, что и рассматриваемый источник питания \(переменного тока\). Средняя мощность (которая является просто мощностью в случае цепи \(DC\)) определяется выражением \(P_{AVG}=I \varepsilon_{RMS}\), которое с помощью нашего определяющего уравнения сопротивления решено для \(I\), \(I=V/R\), (где напряжение на резисторе при проверке равно \(\varepsilon_{RMS}\)) можно записать \(P_{AVG}= \ гидроразрыва {\ varepsilon ^ 2_ {RMS} {R} \). Пока это старый материал с необъяснимым названием напряжения ЭДС. Теперь рассмотрим схему \(AC\): 92_{MAX}}{2}\), то есть имеем квадратный корень из среднего значения квадрата ЭДС \(\varepsilon\). И действительно, индекс «RMS» означает «среднеквадратичное значение». Значения среднеквадратичного значения удобны для цепей, состоящих из резисторов и источников питания переменного тока, поскольку такие цепи можно анализировать с использованием среднеквадратичных значений так же, как анализируют цепи постоянного тока.

Дополнительная информация о трансформаторе

Когда первичная обмотка трансформатора приводится в действие источником переменного тока, он создает магнитное поле, которое изменяется синусоидально таким образом, что вызывает синусоидальную ЭДС той же частоты, что и источник, индуцируется во вторичной обмотке. Среднеквадратичное значение ЭДС, индуцированной во вторичной обмотке, прямо пропорционально среднеквадратичному значению синусоидальной разности потенциалов, наложенной на первичную обмотку. Константа пропорциональности – это отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки.

\[ \varepsilon_{ВТОРИЧНАЯ}=\frac{N_{ВТОРИЧНАЯ}}{N_{ПЕРВИЧНАЯ}} V_{ПЕРВИЧНАЯ} \label{19-3}\]

При числе витков вторичной обмотки больше числа витков в первичной обмотке, трансформатор называется повышающим, а вторичное напряжение больше первичного. Когда число витков вторичной обмотки меньше количества витков первичной обмотки, говорят, что трансформатор является понижающим трансформатором, а вторичное напряжение меньше первичного напряжения.

Электричество в вашем доме

Когда вы включаете тостер в розетку, штыри вилки соприкасаются с двумя проводниками, между которыми существует изменяющаяся во времени разность потенциалов, характеризуемая как \(115\) вольт. \(60\) Гц переменного тока. \(60\) Гц — это частота колебаний разности потенциалов, возникающих из-за того, что магнит совершает 60 оборотов в секунду, возвращаясь к силовой установке. Рядом с электростанцией используется повышающий трансформатор для повышения выходного напряжения электростанции до высокого напряжения. Линии электропередачи с очень высоким потенциалом по отношению друг к другу обеспечивают токопроводящий путь к трансформатору рядом с вашим домом, где напряжение понижается. Линии электропередач с гораздо более низким потенциалом обеспечивают токопроводящий путь к проводам в вашем доме. \(115\) вольт — это среднеквадратичное значение разности потенциалов между двумя проводниками в каждой паре разъемов в розетках. Поскольку \(\varepsilon_{RMS}=\frac{1}{\sqrt{2}}\varepsilon_{MAX}\), мы имеем \(\varepsilon_{MAX}=\sqrt{2}\space \varepsilon_{RMS }\), поэтому \(\varepsilon_{MAX}=\sqrt{2} (115 \, \mbox{volts})\) или \(\varepsilon_{MAX}=163 \, \mbox{volts}\) . Таким образом,

\[\varepsilon=(163\space \mbox{volts})\sin[2\pi(60Hz)t]\]

, что можно записать как

\[\varepsilon=(163\space \ mbox{volts})\sin[(377 \, \frac{\mbox{rad}}{s}t]\]

---

Эта страница под названием B19: Induction, Transformers, and Generators распространяется под лицензией CC BY-SA 2. 5 и была создана, изменена и/или курирована Джеффри В. Шником посредством исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами платформа LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   Джеффри В. Шник

   Лицензия

   CC BY-SA

   Версия лицензии

   2,5

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. источник@http://www. cbphysics.org

Разница между трансформатором и асинхронным двигателем

Асинхронный двигатель по своей сути представляет собой трансформатор , в котором статор является первичным, а ротор — вторично замкнутым. Это очевидно, особенно когда ротор неподвижен. Ток ротора создает поток, который противодействует потоку статора и, следовательно, имеет тенденцию ослаблять его. Это приводит к тому, что в обмотке статора протекает больший ток, точно так же, как увеличение вторичного тока в трансформаторе вызывает соответствующее увеличение первичного тока. Очень часто анализ асинхронного двигателя проводится по той же схеме, что и трансформатор с той модификацией, что короткозамкнутая вторичная обмотка рассматривает вращение.

Обратите внимание, что принцип работы трансформатора и асинхронного двигателя одинаков, т. е. действует закон Фарадея об электромагнитной индукции или взаимной индукции.

Так в чем же разница между трансформатором и асинхронным двигателем, хотя принцип работы обоих машин одинаков?

• Связанный пост: Разница между автоматическими выключателями MCB, MCCB, ELCB и RCB, RCD или RCCB

Разница между асинхронным двигателем и трансформатором

1. Трансформатор представляет собой статическое устройство , тогда как двигатель представляет собой динамическую машину, содержит движущиеся части.
2. Трансформатор передает электрическую мощность из одной цепи в другую без изменения частоты питания, то есть он только повышает или понижает уровень напряжения и тока, тогда как асинхронный двигатель преобразует электрическую мощность в механическую .
3. В трансформаторе частота ЭДС индукции и тока во вторичной обмотке совпадают как частота питания, т.е. первичная и вторичная частота постоянны, в то время как в асинхронном двигателе частота тока и ЭДС на статоре остаются неизменными, тогда как частота ротора является переменной которая зависит от скольжения, а скольжение дополнительно зависит от двигателя нагрузки. Частота ЭДС индукции на роторе равна произведению скольжения на частоту статора.
4. В трансформаторе как входная, так и выходная энергия (первичная и вторичная) представлены в виде электрической энергии , тогда как в двигателе энергия питания ротора находится в электрической форме, а энергия статора преобразуется в механическую форму энергии .
5. Трансформатор — это машина с переменным потоком , а асинхронный двигатель — это машина с вращающимся потоком .
6. В трансформаторе в качестве среды для прохождения потока от первичной обмотки к вторичной используется сердечник из ферромагнитного железа , тогда как в асинхронном двигателе воздушный зазор используется между ротором и статором .
7. Трансформатор может работать с любым коэффициентом мощности зависит от нагрузки, в то время как асинхронный двигатель работает с отстающим коэффициентом мощности , потому что он потребляет отстающий ток для намагничивания ротора при пуске и работе из-за воздушного зазора.