Лекция №9. Трансформаторы
Цель: ознакомиться с устройством, принципом действия, характеристиками, классификацией и применением трансформаторов
Принцип действия
Трансформаторами называются устройства для передачи электрической энергии переменного тока из одной цепи в другую, при помощи электромагнитной индукции. В основу устройства трансформаторов положен тот факт, что при наличии индуктивной связи между электрическими цепями всякое изменение тока в одной из них вызывает ЭДС индукции в другой.
Трансформатор состоит из железного сердечника и двух или больше обмоток из изолированного провода. Обмотка, присоединяемая к источнику переменного тока, называется первичной. Обмотка же, в которой наводится ЭДС индукции, называется вторичной. К вторичной обмотке присоединяется нагрузка. Вторичных обмоток может быть не одна, а несколько. На рисунке приведено схематическое изображение трансформатора с двумя обмотками одной первичной и одной вторичной.
При протекании переменного тока по виткам первичной обмотки в железном сердечнике трансформатора создается переменное магнитное поле. Силовые линии этого поля, пересекая витки вторичной обмотки, наводят в них ЭДС индукции. Железный сердечник втрансформаторе служит для увеличения магнитного потока, благодаря чему увеличивается индуктивная связь между обмотками.
Коэффициент трансформации
Рассмотрим теперь, как связаны между собой входное напряжение U 1 и выходное напряжение U 2. Пусть Ф – магнитный поток в сердечнике. В случае переменного тока, изменяющегося по закону синуса, и намагничивания сердечника, далекого от насыщения, этот магнитный поток будет также изменяться приблизительно по синусоидальному закону: 
где w – угловая частота переменного тока, а Ф0 – максимальное значение потока (его амплитуда). В реальных трансформаторах часть линий индукции, создаваемых первичной обмоткой, выходит из сердечника и замыкается вне вторичной обмотки, образуя так называемый поток рассеяния (см. рис.). Однако в хороших трансформаторах поток рассеяния мал по сравнению с потоком внутри сердечника, и поэтому мы будем считать, что один и тот же поток Ф пронизывает обе обмотки. ЭДС, возникающая в первичной обмотке (ЭДС самоиндукции), равна
,
а ЭДС во вторичной обмотке
,
где w 1 и w 2 – число витков в первичной и во вторичной обмотках. Поделим данные выражения друг на друга:
.
Отношение чисел витков обмоток трансформатора 
называют коэффициентом трансформации. показывает, как относятся значения ЭДС вторичной и первичной обмоток.
Если цепь вторичной обмотки трансформатора разомкнута (режим холостого хода), то напряжение на зажимах обмотки равно ее ЭДС: 
, а напряжение источника питания почти полностью уравновешивается ЭДС первичной обмотки 
. Следовательно, можно написать, что
.
Т. е., коэффициент трансформации показывает, во сколько раз вторичное напряжение больше первичного напряжения в режиме холостого хода (при разомкнутой вторичной обмотке).
Учитывая высокий КПД трансформатора, можно полагать, что 
, где 
– мощность, потребляемая из сети; 
– мощность, отдаваемая в нагрузку.
Таким образом. 
, откуда
.
Отношение токов первичной и вторичной обмоток приближенно равно коэффициенту трансформации, поэтому ток I 2 во столько раз увеличивается (уменьшается), во сколько раз уменьшается (увеличивается) U 2.