Как да се изчисли съотношението на оборотите на трансформатора

Променливият ток (AC) в повечето уреди във вашия дом може да идва само от електропроводи, които изпращат постоянен ток (DC) чрез използване на трансформатор. Чрез всички различни видове ток, който може да протича през верига, това помага да има силата да контролира тези електрически явления. За цялото си използване при промяна на напрежението на веригите, трансформаторите разчитат в голяма степен на съотношението им на завъртания.

​Съотношение на оборотите на трансформаторае разделянето на броя на навивките в първичната намотка на броя на завоите във вторичната намотка по уравнението

Това съотношение трябва също да е равно на напрежението на първичната намотка, разделено на напрежението на вторичната намотка, както е дадено отV_стр/ V_с. Първичната намотка се отнася до захранващ индуктор, елемент на веригата, който индуцира магнитно поле в отговор на потока от заряд, на трансформатора, а вторичният е незахранваният индуктор.

Тези съотношения са верни при предположението, че фазовият ъгъл на първичната намотка е равен на фазовите ъгли на вторичния отуравнениеΦ_P = Φ_С​.Този първичен и вторичен фазов ъгъл описва как токът, който се редува между напред и обратните посоки в първичната и вторичната намотки на трансформатора, са в синхрон с една друг.

За източници на променливо напрежение, както се използва с трансформатори, входящата форма на вълната е синусоидална, формата, която синусоидната вълна произвежда. Съотношението на оборотите на трансформатора ви показва колко се променя напрежението през трансформатора, докато токът преминава от първичните намотки към вторичните намотки.

Също така, моля, обърнете внимание, че думата "съотношение" в тези формули се отнася до aфракция,не е действително съотношение. Частта от 1/4 е различна от съотношението 1: 4. Докато 1/4 е една част от едно цяло, което е разделено на четири равни части, съотношението 1: 4 представлява, че за едно от нещо има четири от нещо друго. "Съотношението" в съотношението на оборотите на трансформатора е част, а не съотношение във формулата на съотношението на трансформатора.

Съотношението на оборотите на трансформатора разкрива, че частичната разлика, която напрежението отнема въз основа на броя намотки, навити около първичната и вторичната части на трансформатора. Трансформатор с пет намотки с първична намотка и 10 намотки с вторична намотка ще намали източника на напрежение наполовина, както е дадено от 5/10 или 1/2.

Дали напрежението се увеличава или намалява в резултат на тези намотки, определя дали това е повишаващ трансформатор или понижаващ трансформатор по формулата на съотношението на трансформатора. Трансформатор, който нито увеличава, нито намалява напрежението, е "импедансен трансформатор", който може да бъде измервайте импеданса, противопоставянето на веригата на тока или просто посочете прекъсвания между различни електрически вериги.

Основните компоненти на трансформатора са двете намотки, първична и вторична, които се увиват около желязна сърцевина. Феромагнитната сърцевина или сърцевината, направена от постоянен магнит, на трансформатор също използва тънки електрически изолирани резени, така че че тези повърхности могат да намалят съпротивлението на тока, който преминава от първичните намотки към вторичните намотки на трансформатор.

Изграждането на трансформатор обикновено ще бъде проектирано да губи възможно най-малко енергия. Тъй като не целият магнитен поток от първичните намотки преминава към вторичния, на практика ще има известни загуби. Трансформаторите също ще загубят енергия порадивихрови течения, локализиран електрически ток, причинен от промени в магнитното поле в електрическите вериги.

Трансформаторите получават името си, защото използват тази настройка на магнетизиращо ядро ​​с намотки на две отделни части от него трансформират електрическата енергия в магнитна чрез намагнитване на сърцевината от тока през първичната намотки.

След това магнитното ядро ​​индуцира ток във вторичните намотки, който преобразува магнитната енергия обратно в електрическа енергия. Това означава, че трансформаторите винаги работят на входящ източник на променливо напрежение, такъв, който превключва между посоките на тока напред и назад на равни интервали.

Освен формулата за напрежение или брой намотки, можете да изучите трансформатори, за да научите повече за същността на различните видове напрежения, електромагнитна индукция, магнитни полета, магнитен поток и други свойства, които са резултат от изграждането на a трансформатор.

За разлика от източник на напрежение, който изпраща ток в една посока, anИзточник на променливо напрежениеизпратена през първичната намотка ще създаде свое собствено магнитно поле. Това явление е известно като взаимна индуктивност.

Силата на магнитното поле ще се увеличи до максималната си стойност, която е равна на разликата в магнитния поток, разделена на период от време,dΦ / dt. Имайте предвид, в този случай,Φсе използва за обозначаване на магнитен поток, а не на фазов ъгъл. Тези линии на магнитното поле са изтеглени навън от електромагнита. Инженерите, изграждащи трансформатори, също вземат предвид поточната връзка, която е продукт на магнитния потокΦи броя на намотките в жицатанпричинени от магнитното поле, преминаващо от едната бобина към другата.

Общото уравнение за магнитния поток е

за повърхност, през която преминава полетоAв м², магнитно полеБ.в Тесла иθкато ъгъл между перпендикулярен вектор на площта и магнитното поле. За простия случай на увити намотки около магнит потокът се дава от

за брой намоткин, магнитно полеБ.и над определена областAна повърхност, която е успоредна на магнита. Въпреки това, за трансформатор, поточната връзка причинява магнитния поток в първичната намотка равен на този на вторичната намотка.

СпоредЗаконът на Фарадей,можете да изчислите напрежението, индуцирано в първичната или вторичната намотка на трансформатора, като изчислитеN x dΦ / dt. Това също обяснява защо трансформаторът превръща съотношението на напрежението на едната част на трансформатора към другата е равно на броя намотки на едната към другата.

Ако трябваше да сравнитеN x dΦ / dtот едната част към другата,dΦ / dtще се отмени поради двете части с еднакъв магнитен поток. И накрая, можете да изчислите ампер-оборотите на трансформатора като произведение на тока по броя на бобините като метод за измерване на силата на намагнитване на намотката

Електрическите разпределителни мрежи изпращат електричество от електроцентралите към сгради и къщи. Тези електропроводи започват от електроцентралата, където електрически генератор създава електрическа енергия от някакъв източник. Това може да бъде водноелектрически язовир, който използва силата на водата или газова турбина, която използва изгаряне, за да създаде механична енергия от природен газ и да я преобразува в електричество. За съжаление това електричество се произвежда катоDC напрежениекоето трябва да се преобразува в променливо напрежение за повечето домакински уреди.

Трансформаторите правят това електричество използваемо, като създават еднофазни постояннотокови захранвания за домакинствата и сградите от входящото трептящо променливо напрежение. Трансформаторите по електроразпределителните мрежи също така гарантират, че напрежението е подходящо за битовата електроника и електрическите системи. Разпределителните мрежи също използват "шини", които разделят разпределението в множество посоки заедно с прекъсвачи, за да запазят отделни разпределения, различни един от друг.

Инженерите често отчитат ефективността на трансформаторите, като използват простото уравнение за ефективност като

​еили изходна мощностP​​_Ои входна мощностP​_Аз. Въз основа на конструкцията на трансформаторни конструкции, тези системи не губят енергия от триене или въздушно съпротивление, тъй като трансформаторите не включват движещи се части.

Токът на магнетизиране, количеството на тока, необходимо за намагнитване на сърцевината на трансформатора, обикновено е много малко в сравнение с тока, който индуцира първичната част на трансформатора. Тези фактори означават, че трансформаторите обикновено са много ефективни с ефективност от 95 процента и повече за повечето съвременни проекти.

Ако трябва да приложите източник на променливо напрежение към първичната намотка на трансформатора, магнитният поток, който се индуцира магнитното ядро ​​ще продължи да индуцира променливо напрежение във вторичната намотка в същата фаза като източника волтаж. Магнитният поток в сърцевината обаче остава на 90 ° зад фазовия ъгъл на напрежението на източника. Това означава, че токът на първичната намотка, магнетизиращият ток, също изостава от източника на променливо напрежение.

В допълнение към полето, потока и напрежението, трансформаторите илюстрират взаимно електромагнитните явления индуктивност, която дава повече мощност на първичните намотки на трансформатор, когато е закачен към електрическа доставка.

Това се случва като реакция на първичната намотка на увеличаване на товара, нещо, което консумира енергия, на вторичните намотки. Ако сте добавили товар към вторичните намотки чрез метод като увеличаване на съпротивлението на проводниците му, първичните намотки ще реагират чрез изтегляне на повече ток от източника на енергия, за да компенсират това намаляване.Взаимна индуктивносте натоварването, което поставяте върху вторичната, можете да използвате за изчисляване на нарастването на тока през първичните намотки.

Ако трябваше да напишете отделно уравнение на напрежението както за първичната, така и за вторичната намотка, бихте могли да опишете това явление на взаимна индуктивност. За първичната намотка,

за ток през първичната намоткаАз_P, съпротивление на натоварване на първичната намоткаR₁, взаимна индуктивностМ, индуктивност на първичната намоткаL_Аз, вторична намоткаАз_Си промяна във времетоΔt. Отрицателният знак пред взаимната индуктивностМпоказва, че токът на източника веднага изпитва спад в напрежението поради натоварването на вторичната намотка, но в отговор първичната намотка повишава напрежението си.

Това уравнение следва правилата за писане на уравнения, които описват как токът и напрежението се различават между елементите на веригата. За затворен електрически контур можете да запишете сумата от напрежението на всеки компонент като равна на нула, за да покажете как напрежението пада във всеки елемент във веригата.

За първичните намотки пишете това уравнение, за да отчетете напрежението на самите първични намотки (Аз​_P​R​₁), напрежението поради индуцирания ток на магнитното полеL₁ΔI_P/Δtи напрежението поради ефекта на взаимната индуктивност от вторичните намоткиM ΔI_С/Δt.​

По същия начин можете да напишете уравнение, което описва спада на напрежението във вторичните намотки като

Това уравнение включва тока на вторичната намоткаАз​_С, индуктивност на вторичната намоткаL₂и съпротивлението на натоварването на вторичната намоткаR₂. Съпротивлението и индуктивността са обозначени с индекси 1 или 2 вместо P или S, съответно, тъй като резисторите и индукторите често са номерирани, а не обозначени с букви. И накрая, можете да изчислите взаимната индуктивност от индукторите директно като