Что такое идеальный трансформатор?
В мире электротехники существует множество типов трансформаторов, но особый интерес представляет концепция так называемого идеального трансформатора. Это теоретическая модель, которая служит эталоном для оценки реальных устройств.
Идеальным считается трансформатор, в котором полностью отсутствуют любые потери энергии. Это означает, что всё поступающее на вход электричество без изменений передаётся на выход. Коэффициент полезного действия (КПД) такого гипотетического устройства составляет 100%. Для сравнения с реальными конструкциями вы можете ознакомиться с информацией о тороидальных трансформаторах.
Модель и принцип работы
Модель идеального трансформатора построена на допущении, что в его работе не возникает никаких потерь. Это подразумевает, что обмотки устройства обладают чисто индуктивным характером, а сердечник функционирует без выделения тепла (потерь на гистерезис и вихревые токи). Реактивное сопротивление в такой модели равно нулю.
Если представить сердечник с бесконечно малым магнитным сопротивлением внутри обмоток, то через него будет проходить весь создаваемый магнитный поток. В реальных устройствах часть потока замыкается по воздуху, не участвуя в передаче энергии — это явление называют «потоком рассеяния». В идеальном трансформаторе поток рассеяния также равен нулю, то есть весь магнитный поток сосредоточен внутри сердечника и полностью связывает обе обмотки.
Первичная и вторичная обмотки в этой модели считаются идеальными индуктивностями. Это означает, что их активное сопротивление (вызывающее падение напряжения и нагрев) равно нулю.
Электрические процессы в идеальном трансформаторе
При подключении источника переменного напряжения к первичной обмотке, наводимая в ней электродвижущая сила (ЭДС) будет находиться в противофазе (сдвиг на 180 градусов) к приложенному напряжению. Это фундаментальное правило электромагнитной индукции.
Ток, протекающий через первичную обмотку, создаёт намагничивающий поток. Поскольку обмотка чисто индуктивная, этот ток будет отставать от приложенного напряжения на 90 градусов. Этот компонент тока и называют «током намагничивания».
Переменный ток намагничивания создаёт в сердечнике переменный магнитный поток, который прямо пропорционален току и совпадает с ним по фазе. Этот поток, пронизывая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней вторичную ЭДС. Таким образом, энергия из первичной цепи передаётся во вторичную исключительно через магнитное поле, без прямого электрического контакта.
Надеемся, этот обзор поможет лучше понять принципы работы трансформаторов. Для создания высокоэффективных устройств инженеры стремятся максимально приблизить их параметры к описанным идеальным условиям. Также рекомендуем изучить информацию о понижающих трансформаторах.
Обзор концепции «Идеальный трансформатор» завершён.