Зміст
- Обчислення коефіцієнта обертів трансформатора
- Побудова трансформатора
- Типи ефектів трансформаторів
- Трансформатори на практиці
- Рівняння трансформатора у взаємній індуктивності
Перемінний струм (змінного струму) в більшості приладів у вашому будинку може надходити тільки від силових ліній, які направляють струм (постійний струм) за допомогою трансформатора. Завдяки всім різним типам струму, який може протікати по ланцюгу, це допомагає мати потужність контролювати ці електричні явища. При всій їх застосуванні при зміні напруги ланцюгів трансформатори сильно покладаються на їх коефіцієнт оборотів.
Обчислення коефіцієнта обертів трансформатора
Коефіцієнт обертів трансформатора це ділення кількості витків у первинній обмотці на кількість витків у вторинній обмотці за рівнянням ТR = Np/ Нс. Це співвідношення також повинно дорівнювати напрузі первинної обмотки, поділеній на напругу вторинної обмотки, як задано Vp/ Vс. Первинна обмотка відноситься до силового індуктора, ланцюгового елемента, який індукує магнітне поле у відповідь на потік заряду, трансформатора, а вторинна - невідключеного індуктора.
Ці співвідношення справедливі при припущенні, що фазовий кут первинної обмотки дорівнює фазовим кутам вторинної на рівняння ΦП = ΦS. Цей кут первинної та вторинної фази описує, як струм, який чергується в напрямку прямого і зворотного напрямків в первинному і вторинному обмотках трансформатора, синхронізуються між собою.
Для джерел напруги змінного струму, використовуваних для трансформаторів, форма вхідної хвилі є синусоїдальною, форму, яку утворює синусоїда. Коефіцієнт обертів трансформатора говорить про те, наскільки напруга змінюється через трансформатор, як струм проходить від первинних обмоток до вторинних обмоток.
Також зверніть увагу, що слово "співвідношення" у цій формулі посилається на a фракція, не фактичне співвідношення. Частка 1/4 відрізняється від співвідношення 1: 4. У той час як 1/4 - це одна частина з цілого, яка ділиться на чотири рівні частини, співвідношення 1: 4 означає, що для одного чогось є чотири чогось іншого. Коефіцієнт "коефіцієнт" у співвідношенні витків трансформатора - це частка, а не відношення у формулі коефіцієнта трансформаторів.
Коефіцієнт обертів трансформатора виявляє, що дробова різниця, яку приймає напруга, залежить від кількості котушок, намотаних навколо первинної та вторинної частин трансформатора. Трансформатор з п'ятьма первинними намотаними котушками та 10 вторинними намотуваними котушками розріже джерело напруги навпіл, як задано 5/10 або 1/2.
Підвищується чи зменшується напруга в результаті цих котушок, визначає його поступовий трансформатор або понижуючий трансформатор за формулою коефіцієнта трансформатора. Трансформатор, який не збільшує і не зменшує напругу, є "трансформатором імпедансу", який може вимірювати опір, ланцюги, протилежні струму, або просто вказувати на розриви між різними електричними ланцюгами.
Побудова трансформатора
Основними компонентами трансформатора є дві котушки, первинна і вторинна, які обмотуються навколо залізного сердечника. У феромагнітному сердечнику або сердечнику, виготовленому з постійного магніту, трансформатора також використовуються тонкі електроізольовані зрізи, щоб ці поверхні могли знизити опір струму, який проходить від первинних котушок до вторинних котушок трансформатора.
Конструкція трансформатора, як правило, розрахована на те, щоб втратити якомога менше енергії. Оскільки не весь магнітний потік з первинних котушок переходить у вторинний, на практиці буде певна втрата. Трансформатори також втратять енергію через вихрові струми, локалізований електричний струм, викликаний змінами магнітного поля в електричних колах.
Трансформатори отримали свою назву, оскільки вони використовують цю установку намагнічувального сердечника з обмотками на двох його окремих частинах для перетворення електричної енергії в магнітну енергію через намагнічування серцевини від струму через первинні обмотки.
Потім магнітне ядро індукує струм у вторинних обмотках, який перетворює магнітну енергію назад в електричну. Це означає, що трансформатори завжди працюють на вхідному джерелі змінного струму, який перемикається між прямим і зворотним напрямами струму через регулярні інтервали.
Типи ефектів трансформаторів
Окрім формули напруги чи кількості котушок, ви можете вивчити трансформатори, щоб дізнатися більше про природу різних типів напруг, електромагнітну індукцію, магнітні поля, магнітний потік та інші властивості, що виникають в результаті побудови трансформатора.
На відміну від джерела напруги, який струм в одному напрямку, а Джерело змінного струму послана через первинну котушку створить власне магнітне поле. Це явище відоме як взаємна індуктивність.
Сила магнітного поля зростає до максимального значення, яке дорівнює різниці магнітного потоку, поділеному на проміжок часу, дΦ / дт. Майте на увазі, у цьому випадку Φ використовується для позначення магнітного потоку, а не фазового кута. Ці лінії магнітного поля виведені назовні від електромагніту. Інженери, що будують трансформатори, також враховують флюсовий шар, який є продуктом магнітного потоку Φ і кількість котушок в дроті N викликане магнітним полем, що проходить від однієї котушки до іншої.
Загальне рівняння для магнітного потоку - Φ = BAcosθ для поверхні, через яку проходить поле А в м2, магнітне поле Б в Тесласі та θ як кут між перпендикулярним вектором до області та магнітним полем. Для простого випадку обмотаних котушок навколо магніту флюс задається Φ = НБА за кількістю котушок N, магнітне поле Б і над певною територією А поверхні, паралельної магніту. Однак для трансформатора флюсовий зв’язок призводить до того, що магнітний потік у первинній обмотці дорівнює рівню вторинної обмотки.
Згідно з Закон Фарадея, можна обчислити напругу, індуковану в первинній або вторинній обмотках трансформатора шляхом обчислення N x dΦ / дт. Це також пояснює, чому відношення повороту трансформатора напругою однієї частини трансформатора до іншої дорівнює кількості котушок однієї до іншої.
Якби ви порівнювали N x dΦ / дт однієї частини до іншої, дΦ / дт скасовується через те, що обидві частини мають однаковий магнітний потік. Нарешті, ви можете обчислити трансформатори ампер-оборотів як добуток поточного часу кількості котушок як метод вимірювання сили намагнічування котушки
Трансформатори на практиці
Електромережі розподіляють електроенергію від електростанцій до будинків та будинків. Ці лінії електропередач починаються на електростанції, де електричний генератор створює електричну енергію з якогось джерела. Це може бути гідроелектрична гребля, яка використовує енергію води або газову турбіну, яка використовує горіння для створення механічної енергії з природного газу і перетворює її в електрику. На жаль, ця електроенергія виробляється як Напруга постійного струму який потрібно перетворити на змінну напругу для більшості побутових приладів.
Трансформатори роблять цю електроенергію корисною, створюючи однофазні джерела постійного струму для домогосподарств та будівель від вхідного коливального змінного струму. Трансформатори вздовж сіток розподілу електроенергії також забезпечують, що напруга є відповідною кількістю для домашньої електроніки та електроенергетичних систем. Сітки розподілу також використовують "шини", які розділяють розподіл на кілька напрямків поряд з вимикачами, щоб окремі розподіли не відрізнялися один від одного.
Інженери часто враховують ефективність трансформаторів, використовуючи просте рівняння для ефективності як _η = РО/ ПЯ _fабо вихідна потужність P__О і вхідна потужність ПЯ. На основі конструкції трансформаторів, ці системи не втрачають енергію на тертя чи опір повітря, оскільки трансформатори не включають рухомі частини.
Струм намагнічування, кількість струму, необхідного для намагнічування серцевини трансформатора, як правило, дуже мала порівняно з струмом, який викликає первинна частина трансформатора. Ці фактори означають, що трансформатори, як правило, дуже ефективні з ефективністю 95 відсотків і більшості сучасних конструкцій.
Якщо ви застосували джерело напруги змінного струму до первинної обмотки трансформатора, магнітний потік, що індукується в магнітному сердечнику, буде продовжувати індукувати змінна напруга у вторинній обмотці в тій же фазі, що і напруга джерела. Однак магнітний потік в ядрі залишається на 90 ° поза фазовим кутом напруги джерела. Це означає, що струм первинної обмотки, струм намагнічування, також відстає від джерела змінного струму.
Рівняння трансформатора у взаємній індуктивності
На додаток до польових, потокових і напружених, трансформатори ілюструють електромагнітні явища взаємної індуктивності, які дають більше енергії первинним обмоткам трансформатора при підключенні до електромережі.
Це відбувається як реакція первинних обмоток на збільшення навантаження, що споживає енергію, на вторинні обмотки. Якщо ви додали навантаження до вторинних обмоток за допомогою такого способу, як підвищення опору його проводів, первинна обмотка відповіла б, відтягнувши більше джерела струму від джерела живлення, щоб компенсувати це зменшення. Взаємна індуктивність це навантаження, яку ви поклали на вторинну, яку можна використовувати для обчислення збільшення струму через первинні обмотки.
Якби ви писали окреме рівняння напруги як для первинної, так і для вторинної обмоток, ви могли б описати це явища взаємної індуктивності. Для первинної обмотки, VП = ЯПR1 + L1ΔIП/ Δt - M ΔIS/ Δt, для струму через первинну обмотку ЯП, опір первинного намотування первинної обмотки R1, взаємна індуктивність М, індуктивність первинної обмотки LЯ, вторинна обмотка ЯS і змінюватися в часі Δt. Негативний знак перед взаємною індуктивністю М показує, що струм джерела негайно відчуває падіння напруги через навантаження на вторинну обмотку, але, у відповідь, первинна обмотка підвищує свою напругу.
Це рівняння дотримується правил написання рівнянь, які описують, як різняться струм і напруга між елементами ланцюга. Для замкнутого електричного циклу ви можете записати суму напруги на кожен компонент, рівну нулю, щоб показати, як падає напруга на кожен елемент ланцюга.
Для первинних обмоток ви пишете це рівняння для обліку напруги на самих первинних обмотках (ЯПR1), напруга внаслідок індукованого струму магнітного поля L1ΔIП/ Δt і напруга внаслідок ефекту взаємної індуктивності від вторинних обмоток М ΔIS/ Δt.
Так само ви можете написати рівняння, яке описує падіння напруги в вторинних обмотках як M ΔI__П/ Δt = ISR2 + L2ΔIS/ Δt. Це рівняння включає струм вторинної обмотки ЯS, індуктивність вторинної обмотки L2 і опору навантаження вторинної обмотки R2. Опір та індуктивність позначаються індексами 1 або 2 замість P або S відповідно, оскільки резистори та індуктори часто нумеруються, а не позначаються літерами. Нарешті, ви можете обчислити взаємну індуктивність від індукторів безпосередньо як M = √L1L2.