Transformator jednofazowy w stanie jałowym (bez obciążenia) spełnia w przybliżeniu zależność:
n = U₁/U₂ = N₁/N₂, gdzie U₁ i U₂ to napięcia skuteczne, a N₁ i N₂ to liczby zwojów (czynnych) uzwojeń.
W zadaniu podano, że transformator jest obniżający oraz ma przekładnię znamionową n=5. Przy napięciu 230 V na uzwojeniu pierwotnym spodziewane napięcie wtórne byłoby rzędu 230/5 ≈ 46 V.
Jednak pomiar jałowy dał: U₁=230 V oraz U₂=460 V. Najpierw wyznaczamy przekładnię z pomiaru:
n_zmierzone = U₁/U₂ = 230/460 = 0,5.
To oznacza, że układ zachowuje się tak, jakby miał mniej zwojów czynnych po stronie pierwotnej niż po stronie wtórnej (czyli jak transformator podwyższający). Taką sytuację może spowodować zwarcie międzyzwojowe w uzwojeniu pierwotnym: część zwojów zostaje "ominięta" elektrycznie, więc skuteczna liczba zwojów pierwotnych N₁(czynne) maleje. W konsekwencji maleje też n=N₁/N₂, a przy stałym U₁ napięcie U₂ rośnie.
Dlaczego pozostałe odpowiedzi są niepoprawne?
- "Przerwa w uzwojeniu wtórnym." Przerwa po stronie wtórnej oznacza otwarty obwód wtórny; w stanie jałowym i tak nie ma obciążenia, więc sam fakt "braku obciążenia" nie tłumaczy nagłego wzrostu U₂ do 460 V. Kluczowe jest odwrócenie przekładni wynikające ze zmiany N₁(czynne), a nie samo rozłączenie wtórnego.
- "Zwarcie w uzwojeniu wtórnym." Zwarcie wtórne powoduje bardzo duży prąd wtórny (i odpowiednio duży prąd pierwotny), spadek napięcia na uzwojeniach i silne nagrzewanie. Typowym skutkiem nie jest wzrost U₂ w pomiarze, lecz obniżenie napięcia i szybkie przeciążenie.
- "Przerwa w uzwojeniu pierwotnym." Przerwa w pierwotnym uniemożliwia wytworzenie strumienia w rdzeniu, więc w uzwojeniu wtórnym nie indukuje się prawidłowe napięcie (w praktyce U₂≈0 V). To jest sprzeczne z odczytem 460 V.
Wniosek: jedyne wyjaśnienie zgodne z relacją napięć w stanie jałowym to zwarcie w uzwojeniu pierwotnym (zwarcie części zwojów, czyli zwarcie międzyzwojowe), które zmienia efektywną przekładnię.
