а. Почему опасно замыкание хотя бы одного витка вторичной обмотки трансформатора?
б. Замыкание витка вторичной обмотки приводит иногда к выходу из строя первичной обмотки трансформатора. Почему это происходит?
▶Посмотреть решениеСкрыть решение
а. На каждом витке сердечника наводится одна и та же ЭДС \(\mathcal{E}_1/N_1=V_1/N_1\). У сетевого трансформатора это обычно \(1\)–\(2\) В на виток. Сопротивление одного витка — доли ома (толстый провод, короткий путь вокруг стержня). Ток в замкнутом витке
\[ I_{\text{вит}}\sim\frac{V_1/N_1}{R_{\text{вит}}} \]может составлять десятки и сотни ампер. Мощность \(I^2 R\) идёт в нагрев именно этого витка: он мгновенно раскаляется, изоляция горит, виток может расплавиться и замкнуть соседние. Поэтому даже один замкнутый виток (оборвавшаяся и замкнувшаяся на себя жила, забытое кольцо на стержне, замкнутый болт сквозь окно магнитопровода) для трансформатора губителен.
б. Замкнутый виток — тяжёлая нагрузка. По задаче 11.3.18 ампер-витки почти компенсируются: \(N_1 I_1\approx 1\cdot I_{\text{вит}}\), то есть ток первичной
\[ I_1\approx\frac{I_{\text{вит}}}{N_1} \]вырастает во много раз по сравнению с холостым ходом (где \(I_1\) — лишь небольшой ток намагничивания). Обмотка рассчитана на номинальный ток нагрузки, а не на режим короткого замыкания: она греется как \(I_1^2 R_1\), изоляция первичной пробивается, и трансформатор «сгорает со стороны сети», хотя повреждение было во вторичной.