§ 2. ПЕРВИЧНАЯ И ВТОРИЧНАЯ ЦЕПИ, ЭЛЕКТРОДВИЖУЩИЕ СИЛЫ И МАГНИТОПРОВОД ТРАНСФОРМАТОРА
Работа трансформатора основана на явлении взаимоиндукции. Электродвижущая сила взаимоиндукции возникает в одной из двух катушек (рис. 1), например в катушке 2, когда в другой (1) протекает ток, создающий переменный магнитный поток Фо.
Рис. 1. Магнитная связь двух катушек, обтекаемых переменным током: 1 — катушка (обмотка) первичной цепи, 2 — катушка вторичной цепи, 3 — реостат для изменения тока в первичной цепи
При изменении магнитного потока силовые линии магнитного поля, возникающие вокруг катушки 1, проникают в другую катушку и пересекают ее витки. В результате этого в катушке 2 создается электродвижущая сила (ЭДС). Эта ЭДС и является электродвижущей силой взаимоиндукции.
Рис. 2. Первичная и вторичная обмотки на стальном магнитопроводе:
а — режим холостого хода, б — режим нагрузки; 1 — первичная обмотка, 2 — вторичная обмотка, 3 — магнитопровод, 4 — рубильник
Если концы катушки 2 соединить с каким-нибудь приемником г электрической энергии, то ЭДС взаимоиндукции создаст в нем ток, т. е. передаст ему некоторую энергию. Эту энергию катушка 2 получает через посредство магнитного поля, созданного током (первой катушки, причем источник тока тотчас же пополняет эту энергию. Так на основе магнитной связи происходит переход энергии источника из одной катушки в другую.
Ток, протекающий в первой катушке и создающий вокруг нее магнитное поле, называют возбуждающим, или первичным током. Его обозначают буквой /1. Электрическую цепь, составленную из источника тока, соединительных проводов и катушки 1, называют первичной цепью.
Магнитное поле пересекает витки W2 не только катушки 2, но и витки W\ катушки 1. Поэтому ЭДС возникает и в первичной катушке; ее называют ЭДС самоиндукции и обозначают буквой Ей
Электродвижущую силу взаимоиндукции, возникающую в катушке 2, называют вторичной и обозначают буквой £2, а электрическую цепь, соединенную с этой катушкой, называют вторичной цепью.
Ток, протекающий во вторичной цепи, называется вторичным и обозначается буквой /2.
Магнитный поток, пересекая любой замкнутый контур (например, виток обмотки), создает в нем ЭДС и ток. По правилу Ленца этот ток (например, вторичный ток /2) направлен так, что своим магнитным действием (препятствует причине, его вызвавшей. Иными словами, магнитное поле, созданное вторичным током, направлено против потока Ф0, ослабляя его действие.
Для усиления магнитного толя, созданного первичным током, катушки 1 и 2 (их называют обычно обмотками) помещают на стальной сердечник. Стальной сердечник (его называют маг- нитопроводом) усиливает магнитное поле тока, увеличивает магнитный поток Фо, а следовательно, и ЭДС £2 (рис. 2, а). Причем магнитный поток Фо, созданный первичным током /ь благодаря высокой магнитной проницаемости стали почти целиком проходит по магнитопроводу (рис. 3, а).
Магнитопровод всегда можно представить себе состоящим из большого числа цилиндрических слоев, которые в сечении образуют замкнутые контуры. Можно также представить себе, что в каждом из этих замкнутых контуров, пронизываемых какой-то частью магнитного потока, создаются ЭДС и ток.
Этот ток называют вихревым; совокупность всех таких токов образует вихревые, или паразитные, токи магнитопровода. Вихревые токи замыкаются по кривым линиям подобно вихрям, образуемым частицами воздуха. Такие токи, протекая по магнитопроводу, нагревают его, вызывая непроизводительный расход энергии источника, питающего первичную обмотку; поэтому их и называют паразитными токами.
Сплошные магнитопроводы имеют, как правило, большое сечение, их сопротивление невелико, и паразитные токи могут достигать в них больших значений. С вихревыми токами приходится вести постоянную борьбу. Полностью устранить их не удается, но можно уменьшить так, что нагрев магнитопровода окажется незначительным.
Рис. 3. Вихревые токи в магнитопроводе:
а — сплошном, б — подразделенном; 1 — магнитопровод, 2 — вихревые токи, 3 — слои (пластины) магнитопровода
Чтобы уменьшить вихревые токи в трансформаторе, надо уменьшить возникающую в магнитопроводе э. д. с. и увеличить
сопротивление стали, так как / = —. Для уменьшения э. д. с. магнитопровод делают не сплошным толщиной I, а наборным (шихтованным) из тонких пластин стали толщиной Л1, разделенных слоем изоляции (лак, бумага, стекло). Пластины располагают параллельно силовым линиям магнитного поля (рис. 3, б). Длина замкнутых контуров, в которых создаются э. д. с. и ток, резко уменьшается. Как видно из рисунка, возникающие в контурах вихревые токи 2 замыкаются только в каждой отдельной пластине, а не по всему магнитопроводу.
Вследствие небольшой величины э. д. е., а также увеличения сопротивления контура, сечение которого стало значительно меньше, чем у сплошного магнитопровода, вихревые токи оказываются небольшими. Чтобы сделать их еще меньше, в сталь, 14.
применяемую для изготовления магнитопровода, добавляют кремний, который существенно, повышает удельное сопротивление, не ухудшая в то же время ее магнитных свойств.
Однако вихревые токи — не единственная причина нагревания магнитопровода. Другой причиной является перемагничивание стали вследствие непрерывного изменения величины и направления переменного тока, создающего магнитное поле. Потери энергии на нагревание магнитопровода, вызванные его перемагничиванием, называют потерями на гистерезис.
