Физика для поступающих в вузы - Бутиков Е.И.
Скачать (прямая ссылка):
Напряжение на индуктивности UL в каждый момент времени компенсирует возникающую в первичной обмотке э. д. с. самоиндукции <^1, поэтому-
UL = -&. (14 ;7)
Если весь магнитный поток, создаваемый током первичной обмотки, целиком, т.~е. без рассеяния, пронизывает вторич-
§ 14. ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ. ТРАНСФОРМАТОР 297
ную обмотку, то индуцируемая в каждом витке вторичной обмотки э. д. с. будет такой же, как и в каждом витке первичной обмотки. Поэтому отношение электродвижущих сил в первичной и вторичной обмотках равно отношению чисел витков:
¦fr-t* (14'8)
На выходе разомкнутой вторичной обмотки существует напряжение, равное индуцируемой в ней э. д. с.:
?/, = «?,. > (14.9)
,Подставляя сюда <§2 из (14.8) и учитывая (14.7), получим У.—= (НЛО)
Таким образом, величина напряжения на разомкнутой вторичной обмотке трансформатора пропорциональна не подаваемому на первичную обмотку напряжению Uit а лишь напряжению на индуктивном сопротивлении первичной обмотки UL. Отсюда сразу становится ясна роль сердечника трансформатора. В самом деле, из формулы (14.6) следует, что напряжение на индуктивности UL будет тем ближе к подаваемому на вход трансформатора напряжению , чем больше будет индуктивное сопротивление первичной обмотки wZ, по сравнению с ее активным сопротивлением R. Наличие сердечника иЗ* материала с высокой магнитной проницаемостью приводит к многократному увеличению индуктивности L. У такого трансформатора на холостом ходу U2 ж—Знак минус означает, что эти
напряжения находятся в противофазе. Благодаря большому индуктивному сопротивлению первичной обмотки ток в ней при разомкнутой вторичной цепи мал.
При замыкании вторичной цепи трансформатора на некоторую нагрузку во вторичной обмотке появляется ток. Создаваемый этим током магнитный поток направлен так, что, согласно правилу Ленца, препятствует изменению магнитного потока, создаваемого током в первичной обмотке. Если бы при этом ток в первичной обмотке_остался неизмен-'ным, то это привело бы к уменьшению магнитного потока. Значит, включение нагрузки во вторичную цепь эквивалент-
298
ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
но уменьшению индуктивности первичной цепи. Но уменьшение индуктивного сопротивления немедленно приводит к увеличению тока в первичной обмотке, к уменьшению сдвига по фазе между напряжением и током и, следовательно, к увеличению потребляемой от внешней цепи мощности. Таким образом, если на холостом ходу трансформатор представляет собой почти чисто индуктивное сопротивление, то по мере увеличения нагрузки трансформатора, т. е. тока во вторичной цепи, характер сопротивления трансформатора становится все ближе к активному.
Если потери энергии в самом трансформаторе малы, то на основании закона сохранения энергии потребляемая трансформатором мощность целиком передается нагрузке. Тогда с помощью (14.1) можно написать
~2 ^01?oi COS фг- = ~2 Uо%102 COS ф2, (14.11)
где ф? и ф2— сдвиги фаз между током и напряжением в первичной и вторичной цепях.
Приведенное выше рассмотрение работы трансформатора относится к идеализированному случаю трансформатора без потерь. В реальном трансформаторе всегда имеются потери, связанные с выделением джоулева тепла в обмотках, с токами Фуко, с работой перемагничивания, обусловленной гистерезисом в сердечнике, и с рассеянием магнитного потока. Но в современных трансформаторах суммарные потери не превышают нескольких процентов от передаваемой мощности. Коэффициент полезного действия трансформаторов очень высок и лежит в пределах 95—99,5%.
§ 15. Трехфазный ток. Электрические' машины переменного тока
Наряду с простым синусоидальным переменным током в технике широко используется так называемый трехфазный ток.
Представим себе прямоугольную проволочную рамку с несколькими витками, равномерно вращающуюся в однородном магнитном поле. Возникающая в этой рамке э. д. с. индукции меняется по синусоидальному закону. Если же вокруг общей оси вращается не одна, а три одинаковые рамки, плоскости которых повернуты друг относительно друга
§ 15. ТРЕХФАЗНЫЙ TOR
299
на 120°, то возникающие в них синусоидальные э. д. с. будут сдвинуты по фазе на 120° (рис. 15.1):
<?t = <?>0 sin at,
tf, = tf„sin(<»f—у), (15.1)
<?„ = <?0 sin ( at —у-) .
Обмотку каждой из этих рамок можно замкнуть на свое
Рис. 15.2. Три независимые линии соединения генератора с потребителями.
нагрузочное сопротивление (рис. 15.2) и получить три синусоидальных переменных тока, между которыми будет строго постоянная разность фаз. Такие три согласованных переменных тока называют трехфазным током. Так к,ак для явлений в электрических цепях важны только разности ло-тенциалов, то можно объединить в один провод по одному
300
ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК