Tartalom
- A transzformátor fordulási arányának kiszámítása
- Transzformátor építése
- A transzformátor effektusok típusai
- Transzformátorok a gyakorlatban
- A transzformátor egyenlete a kölcsönös induktivitásban
A váltakozó áram (AC) az otthoni készülékek többségében csak olyan áramvezetékektől származhat, amelyek egy transzformátor használatával egyenáramot (DC) vezetnek. Az áramkörön átfolyó különféle típusú áramokon keresztül elősegíti az elektromos jelenségek irányítását. Az áramkörök feszültségének megváltoztatása során a transzformátorok nagymértékben támaszkodnak a fordulási arányukra.
A transzformátor fordulási arányának kiszámítása
A transzformátor fordulási aránya az elsődleges tekercsben a fordulások számának és a másodlagos tekercsben a fordulások számának az egyenlettel való elosztása TR = Np/ Ns. Ennek az aránynak meg kell egyeznie a primer tekercs feszültségével és a másodlagos tekercs feszültségével, a Vp/ Vs. Az elsődleges tekercs a meghajtott induktorra vonatkozik, egy áramköri elemre, amely mágneses teret indukál a transzformátor töltésáramára reagálva, a másodlagos pedig a nem hajtott induktor.
Ezek az arányok fennállnak azzal a feltételezéssel, hogy az elsődleges tekercs fázisszöge megegyezik a szekunder fázisszögeivel a egyenlet ΦP = ΦS. Ez az elsődleges és szekunder fázisszög leírja, hogy a transzformátor primer és szekunder tekercseiben az előre és hátra irányban váltakozó áram szinkronban van-e egymással.
A transzformátorokkal használt váltakozó feszültségű források esetén a bejövő hullámforma szinuszos, az a szinuszhullám alakja. A transzformátor fordulási aránya megmutatja, hogy a transzformátoron mennyi feszültség változik, amikor az áram az elsődleges tekercsekről a másodlagos tekercsekre halad.
Felhívjuk figyelmét, hogy a képletben az "arány" szó a töredék, nem tényleges arány. Az 1/4 hányadosa különbözik az 1: 4 aránytól. Míg az 1/4 az egész egy része, amely négy egyenlő részre oszlik, addig az 1: 4 arány azt jelzi, hogy valamelyiknek valamelyikéhez négynek van valami más. A transzformátor fordulási arányában az "arány" egy frakció, nem pedig egy arány a transzformátor arányának képletében.
A transzformátor fordulási aránya azt mutatja, hogy a feszültségnek a frakcionált különbség a transzformátor primer és szekunder részei körüli tekercsek száma alapján történik. Egy öt primer sebtekerccsel és 10 másodlagos sebtekercsel ellátott transzformátor felére csökkenti a feszültségforrást, az 5/10-es vagy az 1/2-es érték szerint.
Az, hogy a feszültség ezeknek a tekercseknek köszönhetően növekszik vagy csökken, meghatározza a fokozatos transzformátort vagy a feszültségcsökkentő transzformátort a transzformátor hányadosának képlete alapján. Az a transzformátor, amely sem a feszültséget nem növeli, sem nem csökkenti, egy "impedancia transzformátor", amely mérheti az impedanciát, az árammal szembeni áramköröket, vagy egyszerűen csak jelzi a különféle elektromos áramkörök közötti szakadásokat.
Transzformátor építése
A transzformátor fő alkotóelemei a két tekercs, elsődleges és másodlagos, amelyek egy vasmagot körültekernek. A transzformátor ferromágneses magja vagy egy állandó mágnesből készült mag szintén vékony, elektromosan szigetelt szeleteket használ, így ezek a felületek csökkenthetik az áram ellenállását, amely az elsődleges tekercsekből a transzformátor másodlagos tekercseibe továbbad.
A transzformátor konstrukcióját általában úgy tervezik, hogy a lehető legkevesebb energiát veszítse el. Mivel az elsődleges tekercsekből az összes mágneses fluxus nem továbbad a másodlagoshoz, a gyakorlatban némi veszteség lesz. A transzformátorok energiát veszítenek a következők miatt légörvény, lokalizált elektromos áram, amelyet az áramkörök mágneses mezőjének változásai okoznak.
A transzformátorok azért kapják a nevüket, mert használják a mágnesezõ mag e szerkezetét, amelynek tekercsei vannak annak két külön részén, hogy az elektromos energiát mágneses energiává alakítsák a mag mágnesezése révén az áramtól a primer tekercsekön keresztül.
Ezután a mágneses mag áramot indukál a másodlagos tekercsekben, amely a mágneses energiát visszaveszi elektromos energiává. Ez azt jelenti, hogy a transzformátorok mindig egy bejövő váltóáramú feszültségforrással működnek, amely rendszeres időközönként vált az áram előre és hátra irányba.
A transzformátor effektusok típusai
A feszültség vagy a tekercsek számának képlete mellett tanulmányozhatja a transzformátorokat, hogy többet megtudjon a különféle típusú feszültségek természetéről, elektromágneses indukciójáról, mágneses tereiről, mágneses fluxusáról és más tulajdonságokról, amelyek a transzformátor felépítéséből származnak.
Ellentétben egy olyan feszültségforrással, amely egy irányban áramlik, AC feszültségforrás Az elsődleges tekercsen keresztül továbbítva saját mágneses mezőt hoz létre. Ezt a jelenséget kölcsönös induktivitásnak nevezik.
A mágneses mező erőssége a maximális értékére növekszik, amely megegyezik a mágneses fluxus különbségével, osztva egy időtartammal, dΦ / dt. Ne feledje, ebben az esetben Φ A mágneses fluxust jelzi, nem pedig a fázisszöget. Ezeket a mágneses mező vonalakat az elektromágnesről kifelé húzzák. A transzformátorokat építő mérnökök figyelembe veszik a fluxuskötést is, amely a mágneses fluxus eredménye Φ és a huzalban levő tekercsek száma N az egyik tekercsről a másikra áthaladó mágneses mező okozza.
A mágneses fluxus általános egyenlete: Φ = BAcosθ egy olyan felületre, amelyen a mező átmegy A m-ben2, mágneses mező B Teslasban és θ a területre merőleges vektor és a mágneses mező közötti szög. A mágnes köré tekercselt tekercsek egyszerű esetben a fluxust a következő adja meg Φ = NBA a tekercsek számához N, mágneses mező B és egy bizonyos területen A egy olyan felület, amely párhuzamos a mágnessel. Ugyanakkor egy transzformátor esetében a fluxuskötés miatt a primer tekercs mágneses fluxusa megegyezik a másodlagos tekercsével.
Alapján Faradays törvény, kiszámíthatja a transzformátor primer vagy szekunder tekercseiben indukált feszültséget Nx dΦ / dt. Ez megmagyarázza azt is, hogy a transzformátor egyik része és a másik közötti feszültség fordítási aránya megegyezik az egyik tekercs számával.
Ha összehasonlítanád a Nx dΦ / dt egyik oldalról a másikra, a dΦ / dt kikapcsol, mivel mindkét rész azonos mágneses fluxussal rendelkezik. Végül kiszámíthatja a transzformátorok amper-fordulatait a tekercsek számának szorzata és a tekercs mágnesezési erejének mérése céljából.
Transzformátorok a gyakorlatban
Az energiaelosztás az erőművektől az épületekig és a házakig termeli a villamos energiát. Ezek az elektromos vezetékek az erőműnél kezdődnek, ahol egy villamos generátor valamilyen forrásból áramot termel. Ez lehet egy vízenergia-gát, amely kihasználja a víz erejét, vagy egy olyan gázturbina, amely égést használ a földgáz mechanikai energiájának előállításához és elektromosá történő átalakításához. Ezt az elektromosságot sajnos a következő módon állítják elő DC feszültség amelyet a legtöbb háztartási készülék esetében váltakozó feszültségre kell átalakítani.
A transzformátorok ezt a villamos energiát felhasználhatóvá teszik, ha a bejövő oszcilláló váltakozó feszültségből egyfázisú egyenáramú tápegységeket hoznak létre háztartások és épületek számára. Az energiaelosztó hálózatokon levő transzformátorok biztosítják a megfelelő feszültséget a ház elektronikájához és az elektromos rendszerekhez. Az elosztóhálózatok olyan "buszokat" is használnak, amelyek elosztják a megszakítókat és az irányokat több irányba, hogy az eloszlások megkülönböztethetők legyenek egymástól.
A mérnökök gyakran számolnak a transzformátorok hatékonyságáról az egyszerű hatékonysági egyenlet segítségével _η = PO/ Pén _Fvagy kimeneti teljesítmény P__O és bemeneti teljesítmény Pén. A transzformátor terveinek felépítése alapján ezek a rendszerek nem veszítik el energiát súrlódás vagy levegő ellenállás szempontjából, mivel a transzformátorok nem tartalmaznak mozgó alkatrészeket.
A mágnesezõ áram, azaz a transzformátor magjának mágneseztetéséhez szükséges árammennyiség általában nagyon kicsi ahhoz az áramhoz képest, amelyet a transzformátor primer része indukál. Ezek a tényezők azt jelzik, hogy a transzformátorok jellemzően nagyon hatékonyak, a legmodernebb kivitelnél 95% -os vagy annál nagyobb hatékonysággal.
Ha váltakozó áramú feszültségforrást kellene alkalmazni egy transzformátor primer tekercsére, akkor a mágneses magban indukált mágneses fluxus indukálja a másodlagos tekercsben az AC feszültséget ugyanabban a fázisban, mint a forrás feszültsége. A magban lévő mágneses fluxus azonban 90 ° -kal marad a forrás feszültségének fázisszöge mögött. Ez azt jelenti, hogy a primer tekercsek árama, a mágnesezõ áram szintén elmarad a váltakozó feszültség forrásától.
A transzformátor egyenlete a kölcsönös induktivitásban
A transzformátorok a mező, a fluxus és a feszültség mellett a kölcsönös induktivitás elektromágneses jelenségeit szemléltetik, amelyek nagyobb energiát adnak a transzformátor primer tekercseinek, amikor az elektromos tápellátáshoz kapcsolódnak.
Ez akkor fordul elő, amikor az elsődleges tekercsek reagálnak a terhelés növekedésére, ami energiát fogyaszt a másodlagos tekercsekre. Ha a szekunder tekercsekhez terhelést ad hozzá olyan módon, mint például a vezetékek ellenállásának növelése, akkor az elsődleges tekercsek úgy reagálnak, hogy több áramot vonnak be az energiaforrásból a csökkenés kompenzálására. Kölcsönös induktivitás az a terhelés, amelyet a szekunderre tettek, és amelynek segítségével kiszámíthatja az elsődleges tekercseknél fellépő áram növekedését.
Ha külön feszültség egyenletet írna elő mind a primer, mind a másodlagos tekercshez, akkor leírhatja a kölcsönös induktivitás jelenségeit. Az elsődleges tekercshez VP = ÉnPR1 + L1AjP/ Δt - M ΔIS/ At, az elsődleges tekercsen átmenő áramhoz énP, primer tekercselési ellenállás R1, kölcsönös induktivitás M, primer tekercs induktivitása Lén, másodlagos tekercs énS és az idő változása At. A negatív jel a kölcsönös induktivitás előtt M azt mutatja, hogy a forrásáram a másodlagos tekercs terhelése miatt azonnal feszültségcsökkenést tapasztal, de ennek hatására az elsődleges tekercs növeli feszültségét.
Ez az egyenlet az egyenletek írásának szabályait követi, amelyek leírják, hogy az áram és a feszültség hogyan különböznek az áramköri elemek között. Zárt elektromos hurok esetén az egyes alkotóelemek közötti feszültség összegét nullával egyenlővé teheti, hogy megmutatja, hogy a feszültség hogyan csökken az áramkör egyes elemein.
Az elsődleges tekercseknél ezt az egyenletet írja ki, hogy figyelembe vegye a maguk az elsődleges tekercsek feszültségét (énPR1), a mágneses mező indukált áramából adódó feszültség L1AjP/ At és a szekunder tekercsek kölcsönös induktivitása által okozott feszültség M ΔIS/ At.
Hasonlóképpen írhat egy olyan egyenletet, amely a másodlagos tekercsek feletti feszültségcsökkenéseket írja le M ΔI__P/ Δt = ISR2 + L2AjS/ At. Ez az egyenlet magában foglalja a másodlagos tekercsáramot énS, másodlagos tekercs induktivitása L2 és a másodlagos tekercselési ellenállás R2. Az ellenállást és az induktivitást P vagy S helyett 1 vagy 2 alindexek jelölik, mivel az ellenállásokat és az induktorokat gyakran számozzák, és nem betűkkel jelölik. Végül kiszámíthatja a kölcsönös induktanciát közvetlenül a induktoroktól M = √L1L2.