Vsebina
- Izračun razmerja obratov transformatorja
- Konstrukcija transformatorja
- Vrste učinkov transformatorjev
- Transformatorji v praksi
- Enačba transformatorja v medsebojni induktivnosti
Izmenični tok (izmenični tok) v večini naprav v vašem domu lahko prihaja samo iz električnih vodov, ki usmerjajo tok (DC) z uporabo transformatorja. Z različnimi vrstami toka, ki lahko teče skozi tokokrog, pomaga imeti moč za nadzor nad temi električnimi pojavi. Transformatorji se pri svoji uporabi pri spreminjanju napetosti vezij močno zanašajo na svoje razmerje obratov.
Izračun razmerja obratov transformatorja
Razmerje obratov transformatorjev je delitev števila obratov v primarnem navitju s številom obratov v sekundarnem navitju po enačbi TR = Nstr/ Ns. To razmerje mora biti enako napetosti primarnega navitja, deljeno z napetostjo sekundarnega navitja, kot je navedeno v Vstr/ Vs. Primarno navijanje se nanaša na induktor, ki deluje na napajanje, element vezja, ki povzroči magnetno polje kot odgovor na tok naboja, transformatorja, sekundarni pa je brezpogonski induktor.
Ta razmerja veljajo ob predpostavki, da je fazni kot primarnega navitja enak faznim kotom sekundarnega z enačbo enačba ΦP = ΦS. Ta primarni in sekundarni fazni kot opisuje, kako tok, ki se izmenično spreminja naprej in nazaj v primarnem in sekundarnem navitju transformatorja, med seboj sinhronizira.
Pri virih izmenične napetosti, kot se uporablja pri transformatorjih, je dohodna valovna oblika sinusna, oblika sinusnega vala. Razmerje obratov transformatorjev vam pove, koliko napetosti se spremeni skozi transformator, ko tok prehaja iz primarnih navitij v sekundarna navitja.
Upoštevajte tudi, da se beseda "razmerje" v tej formuli nanaša na a ulomek, ne dejansko razmerje. Frakcija 1/4 se razlikuje od razmerja 1: 4. Medtem ko je 1/4 en del iz celote, ki je razdeljen na štiri enake dele, razmerje 1: 4 pomeni, da je za nekaj nečesa nekaj drugega. "Razmerje" v razmerju obratov transformatorjev je del, ne razmerje, v formuli razmerja transformatorjev.
Razmerje obratov transformatorjev razkriva delno razliko napetosti glede na število tuljav, navitih okoli primarnega in sekundarnega dela transformatorja. Transformator s petimi primarnimi navitjnimi navitji in 10 sekundarnimi navitjimi navitji bo vir napetosti prerezal na polovico, kot je navedeno s 5/10 ali 1/2.
Ali se napetost poveča ali zmanjša zaradi teh tuljav, določa njen povečevalni transformator ali padajoči transformator po formuli razmerja transformatorjev. Transformator, ki ne povečuje niti ne zmanjša napetosti, je "impedančni transformator", ki lahko meri impedanco, tokokrog, ki je nasproten toku, ali preprosto nakazuje prelome med različnimi električnimi vezji.
Konstrukcija transformatorja
Glavni sestavni deli transformatorja sta dve navitji, primarna in sekundarna, ki se ovijata okoli železnega jedra. Feromagnetno jedro ali jedro iz trajnega magneta transformatorja uporablja tudi tanke električno izolirane rezine, tako da lahko te površine zmanjšajo upor toka, ki prehaja iz primarnih tuljav v sekundarne tuljave transformatorja.
Konstrukcija transformatorja bo na splošno zasnovana tako, da izgubi čim manj energije. Ker ves magnetni tok iz primarnih tuljav ne prehaja v sekundarni, bo v praksi prišlo do nekaterih izgub. Zaradi tega bodo tudi transformatorji izgubili energijo vrtložni tokovi, lokaliziran električni tok, ki ga povzročajo spremembe magnetnega polja v električnih vezjih.
Transformatorji dobijo svoje ime, ker to nastavitev magnetizirajočega jedra z navitji na dveh njegovih delih pretvorijo električno energijo v magnetno energijo s pomočjo magnetiziranja jedra iz toka skozi primarna navitja.
Nato magnetno jedro sproži tok v sekundarnih navitjih, ki pretvori magnetno energijo nazaj v električno. To pomeni, da transformatorji vedno delujejo na dohodnem viru izmenične napetosti, ki se v rednih intervalih preklaplja med smermi naprej in nazaj v toku.
Vrste učinkov transformatorjev
Poleg formule napetosti ali števila tuljav lahko preučite transformatorje, če želite izvedeti več o naravi različnih vrst napetosti, elektromagnetni indukciji, magnetnih poljih, magnetnem toku in drugih lastnostih, ki so posledica gradnje transformatorja.
V nasprotju z napetostnim virom, ki je tok v eni smeri, an Vir izmenične napetosti poslana skozi primarno tuljavo bo ustvarila svoje magnetno polje. Ta pojav je znan kot medsebojna induktivnost.
Jakost magnetnega polja bi se povečala na njegovo največjo vrednost, ki je enaka razliki magnetnega toka, deljena s časovnim obdobjem, dΦ / dt. V tem primeru upoštevajte, Φ se uporablja za označevanje magnetnega toka, ne faznega kota. Te črte magnetnega polja so izvlečene od elektromagneta. Inženirji, ki gradijo transformatorje, upoštevajo tudi povezavo toka, ki je produkt magnetnega pretoka Φ in število tuljav v žici N ki ga povzroča magnetno polje, ki prehaja iz ene tuljave v drugo.
Splošna enačba za magnetni tok je Φ = BAcosθ za površino, skozi katero gre polje A v m2, magnetno polje B v Teslasu in θ kot kot med pravokotnim vektorjem glede na območje in magnetnim poljem. Za preprost primer ovitih tuljav okrog magneta je tok podan s Φ = NBA za število tuljav N, magnetno polje B in nad določenim območjem A površine, ki je vzporedna z magnetom. Toda pri transformatorju je zaradi pretočne povezave magnetni tok v primarnem navitju enak kot pri sekundarnem navitju.
Po navedbah Zakon Faradays, lahko napetost, inducirano v primarnem ali sekundarnem navitju transformatorja, izračunate z izračunom N x dΦ / dt. To tudi pojasnjuje, zakaj je razmerje med obračanjem transformatorja in napetostjo enega dela transformatorja na drugega enako številu tuljav enega v drugega.
Če bi primerjali N x dΦ / dt od enega dela do drugega, dΦ / dt bi se prekinila, ker bi imela oba dela enak magnetni tok. Končno lahko izračunate amper-obrate transformatorjev kot zmnožek trenutnega števila tuljav kot metodo merjenja sile magnetiranja tuljave
Transformatorji v praksi
Električna omrežja distribuirajo elektriko iz elektrarn na zgradbe in hiše. Ti daljnovodi se začnejo v elektrarni, kjer električni generator ustvari električno energijo iz nekega vira. To je lahko hidroelektrarn, ki izkorišča moč vode ali plinsko turbino, ki uporablja zgorevanje za ustvarjanje mehanske energije iz zemeljskega plina in jo pretvori v električno energijo. Žal se ta električna energija proizvaja kot Enosmerna napetost ki jo je treba pretvoriti v izmenično napetost za večino gospodinjskih aparatov.
Transformatorji to električno energijo uporabijo z ustvarjanjem enofaznih enosmernih napajalnikov za gospodinjstva in zgradbe iz prihajajoče nihajne izmenične napetosti. Transformatorji vzdolž elektroenergetskih omrežij zagotavljajo tudi, da je napetost primerna za hišno elektroniko in elektroenergetske sisteme. Za distribucijsko omrežje se uporabljajo tudi "vodila", ki ločujejo distribucijo v več smeri poleg odklopnikov, da se ločene distribucije ne ločijo med seboj.
Inženirji pogosto upoštevajo učinkovitost transformatorjev, ki uporabljajo preprosto enačbo za učinkovitost kot _η = PO/ Pjaz _fali izhodna moč P__O in vhodna moč Pjaz. Na osnovi konstrukcije transformatorjev ti sistemi ne izgubljajo energije zaradi trenja ali zračnega upora, ker transformatorji ne vključujejo gibljivih delov.
Magnetni tok, količina toka, potrebnega za namagniranje jedra transformatorja, je na splošno zelo majhna v primerjavi s tokom, ki ga povzroča primarni del transformatorja. Ti dejavniki pomenijo, da so transformatorji ponavadi zelo učinkoviti z učinkovitostjo 95 odstotkov in večjo za večino sodobnih modelov.
Če bi na primarno navijanje transformatorja uporabili vir izmenične napetosti, bo magnetni tok, ki se sproži v magnetnem jedru, še naprej induciral izmenično napetost v sekundarnem navitju v isti fazi kot napetost vira. Magnetni tok v jedru pa ostane za 90 ° za faznim kotom napetosti vira. To pomeni, da tok primarnih navitij, magnetizirajoči tok, zaostaja tudi za vira izmenične napetosti.
Enačba transformatorja v medsebojni induktivnosti
Poleg polja, pretoka in napetosti transformatorji ponazarjajo elektromagnetne pojave medsebojne induktivnosti, ki dajejo večjo moč primarnim navitjem transformatorja, če so priključeni na električno omrežje.
To se zgodi kot reakcija primarnih navitij na povečanje obremenitve, ki porabi moč, na sekundarnih navitjih. Če bi sekundarnim navitjem dodali obremenitev na način, kot je povečanje upora njegovih žic, bi se primarni navitji odzvali tako, da bi izravnali več toka iz vira energije, da bi nadomestili to zmanjšanje. Medsebojna induktivnost je obremenitev sekundarne sile, ki jo lahko uporabite za izračun povečanja toka skozi primarne navitja.
Če bi napisali ločeno enačbo napetosti tako za primarni kot sekundarni navitij, bi lahko opisali te pojave medsebojne induktivnosti. Za primarno navijanje oz. VP = JazPR1 + L1ΔIP/ Δt - M ΔIS/ Δt, za tok skozi primarno navijanje jazP, odpornost obremenitve primarnega navitja R1, medsebojna induktivnost M, induktivnost primarnega navijanja Ljaz, sekundarno navijanje jazS in se spremeniti v času Δt. Negativni znak pred medsebojno induktivnostjo M kaže, da izvorni tok takoj doživi padec napetosti zaradi obremenitve sekundarnega navitja, vendar kot odgovor primarno navijanje dvigne svojo napetost.
Ta enačba sledi pravilom pisanja enačb, ki opisujejo, kako se tok in napetost razlikujeta med elementi vezja. Za zaprto električno zanko lahko vsoto napetosti v vsaki komponenti napišete kot nič, da prikažete, kako napetost pade na vsak element v vezju.
Za primarna navitja napišete to enačbo in upoštevate napetost v samih primarnih navitjih (jazPR1), napetost zaradi induciranega toka magnetnega polja L1ΔIP/ Δt in napetost zaradi vpliva medsebojne induktivnosti iz sekundarnih navitij M ΔIS/ Δt.
Podobno lahko napišete enačbo, ki opisuje padce napetosti v sekundarnih navitjih kot M ΔI__P/ Δt = ISR2 + L2ΔIS/ Δt. Ta enačba vključuje tok sekundarnega navitja jazS, induktivnost sekundarnega navijanja L2 in upornost obremenitve sekundarnega navitja R2. Odpornost in induktivnost sta označeni z naročnikom 1 ali 2 namesto P ali S, saj so upori in induktorji pogosto oštevilčeni in niso označeni s črkami. Končno lahko iz induktorjev neposredno izračunate medsebojno induktivnost kot M = √L1L2.