В основу работы трансформатора положен принцип электромагнитного взаимодействия двух или, в общем случае, любого числа контуров (обмоток), неподвижных друг относительно друга. Количественно это взаимодействие определяется уравнением
где e — мгновенное значение индуктируемой в контуре ЭДС; ψ- потокосцепление; w — число витков контура; Φ — магнитный поток взаимной индукции.
Рис. 1 — Принципиальная схема простейшего трансформатора
Принципиальная схема простейшего однофазного двухобмоточного трансформатора приведена на рис.1. Работает он следующим образом. При подключении первичной обмотки с числом витков w1 к сети переменного тока с синусоидальным напряжением u1 в обмотке возникает ток i0, называемый током холостого хода и создающий магнитодвижущую силу (МДС) F0 = i0w1, под действием которой по сердечнику замыкается синусоидально изменяющийся во времени магнитный поток Φ0. Этот поток называют основным магнитным потоком, или магнитным потоком взаимоиндукции.
Поток Φ0 пронизывает обе обмотки и индуктирует в них ЭДC e10 и e20 соответственно. Этот процесс может быть представлен логической цепочкой взаимодействий. Применение сердечника из электротехнической стали уменьшает магнитное сопротивление Rμ магнитному потоку Φ0 и служит для усиления электромагнитной связи между обмотками. В соответствии с законом Ома для магнитной цепи
где μ0 и μr — магнитная постоянная и относительная магнитная проницаемость стали; ℓ и s — длина и поперечное сечение магнитопровода.
Таким образом, для создания определенного магнитного потока Φ0 требуется тем меньшая МДС и тем меньший ток i0, чем меньше сопротивление Rμ, т.е. чем больше магнитная проницаемость сердечника μr. Величина тока холостого хода в трансформаторе обычно составляет 3…5% от номинального тока нагрузки.
