Перейти к содержанию

Коэффициент трансформации

Трансформатор меняет напряжение во столько раз, во сколько отличаются числа витков его обмоток. Это отношение называют коэффициентом трансформации: по нему считают напряжения, токи и то, каким сопротивлением нагрузка видится со стороны первичной обмотки.

Обновлено Редакция GAW

Коэффициент трансформации — отношение чисел витков вторичной и первичной обмоток трансформатора. Для идеального трансформатора, у которого весь магнитный поток проходит через витки обеих обмоток (OpenStax, раздел 15.6):

U2U1=N2N1,I2I1=N1N2,R1=(N1N2)2⋅R2.\frac{U_2}{U_1} = \frac{N_2}{N_1}, \qquad \frac{I_2}{I_1} = \frac{N_1}{N_2}, \qquad R_1 = \left(\frac{N_1}{N_2}\right)^2 \cdot R_2.

Соотношения верны и для амплитудных, и для действующих значений. Хороший трансформатор теряет около 1 % мощности, поэтому для оценок его считают идеальным.

Пример: понижающий трансформатор

ВеличинаПервичная обмоткаВторичная обмотка
Напряжение12 кВ240 В
Отношение витков501
Ток2,0 А100 А

Пример из учебника OpenStax: если бы ту же мощность передавали по линии сопротивлением 200 Ом при 240 В, потери были бы 2 МВт вместо 800 Вт при 12 кВ. Поэтому электроэнергию передают на высоком напряжении и понижают трансформатором у потребителя.

Где пригодится

Обмотки под нужные напряжения и токи рассчитывает калькулятор трансформатора. Связь обмоток через общий магнитный поток описывает взаимная индуктивность, а то, что обмотки не соединены электрически, даёт гальваническую развязку сети и низковольтной части.

Частые вопросы

Как найти коэффициент трансформации, если число витков неизвестно?

Подать на первичную обмотку известное переменное напряжение и измерить напряжение вторичной без нагрузки: их отношение и есть отношение витков. Под нагрузкой напряжение реального трансформатора немного проседает из-за потерь.

Почему понижающий трансформатор отдаёт больший ток?

Мощность на входе и выходе идеального трансформатора одинакова, поэтому токи обмоток относятся обратно числам витков: во сколько раз понижено напряжение, во столько повышен ток. В примере OpenStax 12 кВ превращаются в 240 В, а ток 2 А — в 100 А.

Что значит, что трансформатор пересчитывает сопротивление?

Со стороны первичной обмотки нагрузка RS выглядит как сопротивление (N1/N2)²·RS. Это свойство используют, чтобы согласовать сопротивление нагрузки с источником.

Источники

  1. OpenStax. University Physics Volume 2, section 15.6: Transformers — идеальный трансформатор: весь поток проходит через витки обеих обмоток, потерями пренебрегают; хороший трансформатор теряет около 1 % передаваемой мощности; VS/VP = NS/NP; IS = (NP/NS)·IP; первичная цепь видит нагрузку как RP = (NP/NS)²·RS; соотношения верны и для амплитудных, и для действующих значений; пример 15.6: 12 кВ → 240 В, NS/NP = 1/50, ток 2,0 А в первичной цепи — 100 А во вторичной; потери в линии 200 Ом — 800 Вт против 2 МВт без трансформатора
  2. OpenStax. University Physics Volume 2, section 14.1: Mutual Inductance — трансформатору нужна большая взаимная индуктивность обмоток

Нашли ошибку?