Sadržaj
- Izračunavanje broja okretaja transformatora
- Izgradnja transformatora
- Vrste efekata transformatora
- Transformatori u praksi
- Jednadžba transformatora u međusobnoj induktivnosti
Izmjenična struja (AC) u većini uređaja u vašem domu može doći samo iz dalekovoda koji usmjeravaju struju (DC) upotrebom transformatora. Pomoću svih različitih vrsta struje koja može proticati u nekom krugu pomaže se imati moć upravljanja tim električnim pojavama. Transformatori se u velikoj mjeri oslanjaju na omjer okretaja za sve svoje primjene u promjeni napona strujnih krugova.
Izračunavanje broja okretaja transformatora
Omjer okretaja transformatora je podjela broja zavoja u primarnom namotu prema broju okretaja u sekundarnom namotu prema jednadžbi TR = Np/ Na. Taj omjer također bi trebao biti jednak naponu primarnog namota podijeljenom s naponom sekundarnog namota, danim u Vp/ Va, Primarno namotavanje odnosi se na pogon induktor, element kruga koji indukuje magnetsko polje kao odgovor na protok naboja, transformatora, a sekundarni je induktor bez napajanja.
Ovi omjeri vrijede pod pretpostavkom da je fazni kut primarnog namota jednak faznim kutovima sekundarnog prema jednadžba ΦP = ΦS. Ovaj kut primarne i sekundarne faze opisuje kako se struja, koja se izmjenjuje između smjera naprijed i obrnuto u primarnom i sekundarnom namotu transformatora, međusobno sinkroniziraju.
Za izvore izmjeničnog napona, kao što se koristi kod transformatora, dolazni valni oblik je sinusoidan oblik sinusnog vala. Omjer okretaja transformatora govori o tome koliko se napon mijenja kroz transformator, kako struja prolazi iz primarnih i sekundarnih namotaja.
Također, imajte na umu da se riječ "omjer" u ovoj formuli odnosi na a frakcija, a ne stvarni omjer. Udio 1/4 je različit od omjera 1: 4. Dok je 1/4 jedan dio iz cjeline koji je podijeljen na četiri jednaka dijela, omjer 1: 4 predstavlja da, za jedno od nečega, postoje četiri od nečeg drugog. "Omjer" u omjeru okretaja transformatora je frakcija, a ne omjer, u formuli omjera transformatora.
Omjer okretaja transformatora otkriva da je frakcijska razlika koju napon uzima na temelju broja zavojnica namotanih oko primarnog i sekundarnog dijela transformatora. Transformator s pet primarnih zavojnih namotaja i 10 sekundarnih namotaja će prerezati naponski izvor na pola kao što je dato sa 5/10 ili 1/2.
Da li se napon povećava ili smanjuje kao rezultat ovih namotaja, određuje se o njegovom povećanju transformatora ili padajućem transformatoru po formuli omjera transformatora. Transformator koji niti povećava niti smanjuje napon je "transformator impedance" koji može mjeriti impedansu, sklop koji je opozicija struji ili jednostavno pokazuje prekide između različitih električnih krugova.
Izgradnja transformatora
Osnovne komponente transformatora su dvije zavojnice, primarna i sekundarna, koje se omotavaju oko željezne jezgre. Feromagnetska jezgra ili jezgra napravljena od trajnog magneta transformatora također koristi tanke električno izolirane kriške tako da ove površine mogu umanjiti otpor struje koja iz primarnih zavojnica prelazi u sekundarne zavojnice transformatora.
Konstrukcija transformatora će općenito biti dizajnirana tako da izgubi što manje energije. Kako ne prolaze svi magnetski tokovi iz primarnih zavojnica u sekundarni, u praksi će doći do određenog gubitka. Transformatori će također izgubiti energiju zbog vrtložne struje, lokalizirana električna struja uzrokovana promjenama magnetskog polja u električnim krugovima.
Transformatori dobivaju svoje ime jer koriste ovo postavljanje magnetizirajuće jezgre s namotima na dva odvojena dijela za pretvaranje električne energije u magnetsku energiju magnetiziranjem jezgre iz struje kroz primarne namote.
Zatim, magnetska jezgra inducira struju u sekundarnim namotima, koja pretvara magnetsku energiju u električnu. To znači da transformatori uvijek rade na dolaznom izvoru izmjeničnog napona, onom koji se u redovitim intervalima prebacuje između smjera struje prema naprijed i obrnuto.
Vrste efekata transformatora
Osim formule napona ili broja zavojnica, možete proučavati transformatore da biste saznali više o prirodi različitih vrsta napona, elektromagnetskoj indukciji, magnetskim poljima, magnetskom toku i drugim svojstvima koja proizlaze iz konstrukcije transformatora.
Za razliku od izvora napona koji je struja u jednom smjeru, an Izvor izmjeničnog napona poslana kroz primarni svitak stvorit će vlastito magnetsko polje. Ova pojava je poznata kao međusobna induktivnost.
Jačina magnetskog polja povećala bi se na njegovu maksimalnu vrijednost koja je jednaka razlici magnetskog toka podijeljenoj s vremenskim razdobljem, dΦ / dt, Imajte na umu u ovom slučaju, Φ koristi se za označavanje magnetskog toka, a ne faznog kuta. Ove magnetske linije povučene su van od elektromagneta. Inženjeri koji grade građevinske transformatore također uzimaju u obzir vezu fluksa, koja je proizvod magnetskog fluksa Φ i broj zavojnica u žici N uzrokovano magnetskim poljem koje prolazi iz jedne zavojnice u drugu.
Opća jednadžba magnetskog toka je Φ = BAcosθ za površinu kroz koju polje prolazi u M2, magnetsko polje B u Teslasu i θ kao kut između okomitog vektora na područje i magnetskog polja. Za jednostavni slučaj omotanih zavojnica oko magneta, protok je dan sa Φ = NBA za broj zavojnica N, magnetsko polje B i nad određenim područjem površine koja je paralelna s magnetom. Međutim, za transformator, veza fluksa uzrokuje da magnetski tok u primarnom namotu jednak onome u sekundarnom namotu.
Prema Faradayev zakon, možete izračunati napon induciran u primarnom ili sekundarnom namotu transformatora računanjem N x dΦ / dt, To također objašnjava zašto je omjer okretaja transformatora na napon jednog dijela transformatora u drugi jednak broju zavojnica jednog prema drugom.
Ako biste usporedili N x dΦ / dt od jednog dijela do drugog, dΦ / dt otkazao bi se jer oba dijela imaju isti magnetski tok. Konačno, možete izračunati amper-okrete transformatora kao rezultat trenutnog vremena broja zavojnica kao metodu mjerenja sile magnetiziranja zavojnice
Transformatori u praksi
Električna mreža distribuira električnu energiju od elektrana do zgrada i kuća. Ovi vodovi započinju u elektrani gdje električni generator stvara električnu energiju iz nekog izvora. To bi mogla biti hidroelektrana koja brani snagu vode ili plinska turbina koja koristi izgaranje za stvaranje mehaničke energije iz prirodnog plina i pretvara je u električnu energiju. Na žalost, ta se električna energija proizvodi kao Jednosmerni napon koji se za većinu kućanskih uređaja mora pretvoriti u izmjenični napon.
Transformatori čine ovu električnu energiju uporabom stvarajući jednofazno jednosmerno napajanje za kućanstva i zgrade iz dolaznog oscilirajućeg izmjeničnog napona. Transformatori duž distribucijskih mreža mreže također osiguravaju da je napon odgovarajući iznos za kućnu elektroniku i elektroenergetske sustave. Mreže distribucije također koriste "sabirnice" koje razdvajaju distribuciju u više smjerova, zajedno s prekidačima kako bi se razdvojene distribucije razlikovale jedna od druge.
Inženjeri često vode računanje učinkovitosti transformatora koristeći jednostavnu jednadžbu učinkovitosti _η = PO/ Pja _fili izlazne snage P__O i ulazna snaga Pja, Na temelju konstrukcije dizajna transformatora, ovi sustavi ne gube energiju trenja ili otpora zraka, jer transformatori ne uključuju pokretne dijelove.
Struja magnetiziranja, količina struje potrebna za magnetiziranje jezgre transformatora, općenito je vrlo mala u odnosu na struju koju primarni dio transformatora inducira. Ti čimbenici znače da su transformatori obično vrlo efikasni s učinkovitostima od 95 posto i višim za većinu modernih dizajna.
Ako biste primijenili izvor izmjeničnog napona na primarno navijanje transformatora, magnetski tok koji se inducira u magnetskoj jezgri nastavit će inducirati izmjenični napon u sekundarnom namotu u istoj fazi kao i napon izvora. No magnetski tok u jezgri ostaje 90 ° iza faznog kuta izvornog napona. To znači da struja primarnog namotaja, magnetizirajuća struja, također zaostaje za izvorom izmjeničnog napona.
Jednadžba transformatora u međusobnoj induktivnosti
Osim polja, protoka i napona, transformatori ilustriraju elektromagnetske pojave međusobne induktivnosti koji daju više snage primarnim namotima transformatora kada su spojeni na električno napajanje.
To se događa kao reakcija primarnih namotaja na povećanje opterećenja, nešto što troši snagu, na sekundarnim namotima. Ako dodate opterećenje sekundarnim namotima metodom poput povećanja otpora njegovih žica, primarni namoti bi reagirali izvlačenjem više struje iz izvora napajanja kako bi nadoknadili ovo smanjenje. Uzajamna induktivnost je opterećenje koje stavljate na sekundarno sredstvo koje možete koristiti za izračunavanje porasta struje kroz primarne namote.
Ako biste napisali zasebnu jednadžbu napona i za primarni i za sekundarni namot, mogli biste opisati ovu pojavu uzajamne induktivnosti. Za primarno navijanje, VP = JaPR1 + L1DIiP/ Δt - M ΔIS/ At, za struju kroz primarno navijanje jaP, otpor primarnog opterećenja navijanja R1, obostrana induktivnost M, primarna induktivnost namotaja Lja, sekundarno navijanje jaS i mijenjati se u vremenu Dt, Negativni znak ispred međusobne induktivnosti M pokazuje da izvor struje odmah doživljava pad napona zbog opterećenja sekundarnog namota, ali, kao odgovor, primarno navijanje podiže svoj napon.
Ova jednadžba slijedi pravila pisanja jednadžbi koja opisuju kako se struja i napon razlikuju između elemenata kruga. Za zatvorenu električnu petlju možete napisati zbroj napona na svakoj komponenti jednak nuli da biste pokazali kako napon opada preko svakog elementa u krugu.
Za primarne namote napišete ovu jednadžbu da biste računali napon na samim primarnim namotima (jaPR1), napon zbog inducirane struje magnetskog polja L1DIiP/ At a napon zbog učinka međusobne induktivnosti iz sekundarnih namota M ΔIS/ At.
Slično tome, možete napisati jednadžbu koja opisuje pad napona preko sekundarnih namotaja kao M ΔI__P/ Δt = ISR2 + L2DIiS/ At, Ova jednadžba uključuje struju sekundarnog namota jaS, induktivnost sekundarnog namotaja L2 i otpor opterećenja sekundarnog namotaja R2, Otpor i induktivnost označeni su s pretplatnicima 1 ili 2 umjesto P ili S, jer su otpornici i induktori često numerirani, a ne označeni slovima. Konačno, možete izračunati međusobnu induktivnost izravno iz induktora kao M = √L1L2.