Jak vypočítat poměr transformátoru a otáček

Střídavý proud (AC) ve většině domácích spotřebičů může pocházet pouze z elektrických vedení, která vysílají stejnosměrný proud (DC) pomocí transformátoru. Prostřednictvím všech různých typů proudu, které mohou protékat obvodem, pomáhá mít sílu k ovládání těchto elektrických jevů. Pro všechna jejich použití při změně napětí obvodů se transformátory velmi spoléhají na jejich poměr otáček.

​Poměr otáček transformátoruje dělení počtu závitů v primárním vinutí počtem závitů v sekundárním vinutí rovnicí

Tento poměr by se měl rovnat napětí primárního vinutí děleno napětím sekundárního vinutí, jak je dánoPROTI_p/PROTI_s. Primární vinutí se týká napájeného induktoru, prvku obvodu, který indukuje magnetické pole v reakci na tok náboje transformátoru a sekundární je bez napájení induktor.

Tyto poměry platí za předpokladu, že fázový úhel primárního vinutí se rovná fázovým úhlům sekundárního vinutírovniceΦ_P = Φ_S​.Tento primární a sekundární fázový úhel popisuje, jak proud, který se střídá mezi dopředným a opačné směry v primárním a sekundárním vinutí transformátoru jsou synchronizovány s jedním další.

U zdrojů střídavého napětí, jak se používají u transformátorů, je vstupní křivka sinusová, což je tvar, který vytváří sinusová vlna. Poměr otáček transformátoru vám říká, kolik se napětí mění transformátorem při průchodu proudu z primárního vinutí do sekundárního vinutí.

Upozorňujeme také, že slovo „poměr“ v tomto vzorci odkazuje na azlomek,není skutečný poměr. Frakce 1/4 se liší od poměru 1: 4. Zatímco 1/4 je jedna část z celku, který je rozdělen na čtyři stejné části, poměr 1: 4 představuje, že pro jednu něco jsou čtyři něco jiného. „Poměr“ v poměru otáček transformátoru je zlomek, nikoli poměr, ve vzorci poměru transformátoru.

Poměr otáček transformátoru ukazuje, že zlomkový rozdíl, který napětí odebírá, na základě počtu cívek navinutých kolem primární a sekundární části transformátoru. Transformátor s pěti primárními vinutými cívkami a 10 sekundárními vinutými cívkami sníží zdroj napětí na polovinu, jak je dáno 5/10 nebo 1/2.

Zda se napětí zvyšuje nebo snižuje v důsledku těchto cívek, je to vzorec transformátoru zesílení nebo zeslabení podle vzorce poměru transformátorů. Transformátor, který nezvyšuje ani nesnižuje napětí, je „impedanční transformátor“, který může buď změřte impedanci, odpor obvodu vůči proudu nebo jednoduše označte přerušení mezi různými elektrickými obvodů.

Komponenty jádra transformátoru jsou dvě cívky, primární a sekundární, které obklopují železné jádro. Feromagnetické jádro nebo jádro vyrobené z permanentního magnetu transformátoru také používá tenké elektricky izolované plátky, takže že tyto povrchy mohou snížit odpor proudu, který prochází z primárních cívek na sekundární cívky transformátor.

Konstrukce transformátoru bude obecně navržena tak, aby ztrácela co nejméně energie. Protože ne veškerý magnetický tok z primárních cívek prochází do sekundárních, v praxi dojde k určité ztrátě. Transformátory také ztratí energii kvůlivířivé proudy, lokalizovaný elektrický proud způsobený změnami magnetického pole v elektrických obvodech.

Transformátory dostávají své jméno, protože používají toto nastavení magnetizačního jádra s vinutími na dvou samostatných částech transformovat elektrickou energii na magnetickou energii magnetizací jádra z proudu primárním vinutí.

Poté magnetické jádro indukuje proud v sekundárních vinutích, který převádí magnetickou energii zpět na elektrickou energii. To znamená, že transformátory vždy pracují na příchozím zdroji střídavého napětí, který přepíná mezi dopředným a zpětným směrem proudu v pravidelných intervalech.

Kromě vzorce napětí nebo počtu cívek můžete studovat transformátory a dozvědět se více o povaze různých typů napětí, elektromagnetická indukce, magnetické pole, magnetický tok a další vlastnosti, které jsou výsledkem konstrukce a transformátor.

Na rozdíl od zdroje napětí, který vysílá proud v jednom směru, anZdroj střídavého napětívysílané přes primární cívku vytvoří vlastní magnetické pole. Tento jev je znám jako vzájemná indukčnost.

Intenzita magnetického pole by vzrostla na maximální hodnotu, která se rovná rozdílu v magnetickém toku dělenému časovým obdobím,dΦ / dt. Pamatujte, že v tomto případěΦse používá k označení magnetického toku, nikoli fázového úhlu. Tyto čáry magnetického pole jsou vytaženy směrem ven z elektromagnetu. Inženýři vyrábějící transformátory také berou v úvahu vazbu toku, která je produktem magnetického tokuΦa počet cívek v drátuNzpůsobené magnetickým polem procházejícím z jedné cívky na druhou.

Obecná rovnice pro magnetický tok je

pro povrchovou plochu, kterou pole procházíAv m², magnetické poleBv Teslas aθjako úhel mezi kolmým vektorem k ploše a magnetickým polem. Pro jednoduchý případ omotaných cívek kolem magnetu je tok dán vztahem

pro počet cívekN, magnetické poleBa přes určitou oblastApovrchu, který je rovnoběžný s magnetem. U transformátoru však vazba toku způsobí, že se magnetický tok v primárním vinutí rovná toku sekundárního vinutí.

PodleFaradayův zákon,můžete vypočítat napětí indukované v primárním nebo sekundárním vinutí transformátoru výpočtemN x dΦ / dt. To také vysvětluje, proč poměr otáček transformátoru napětí jedné části transformátoru k druhé se rovná počtu cívek jedné k druhé.

Pokud byste měli porovnatN x dΦ / dtjedné části do druhé,dΦ / dtby se zrušil kvůli oběma částem, které mají stejný magnetický tok. Nakonec můžete vypočítat ampér-otáčky transformátoru jako produkt aktuálních časů počtu cívek jako metodu měření magnetizační síly cívky

Rozvodné sítě distribuují elektřinu z elektráren do budov a domů. Tato elektrická vedení začínají v elektrárně, kde elektrický generátor vytváří elektrickou energii z nějakého zdroje. Může to být vodní přehrada využívající energii vody nebo plynová turbína, která pomocí spalování vytváří mechanickou energii ze zemního plynu a přeměňuje ji na elektřinu. Tato elektřina se bohužel vyrábí jakoDC napětíkteré je třeba převést na střídavé napětí pro většinu domácích spotřebičů.

Díky transformátorům je tato elektřina použitelná vytvořením jednofázových stejnosměrných napájecích zdrojů pro domácnosti a budovy z přicházejícího oscilačního střídavého napětí. Transformátory podél rozvodných sítí také zajišťují, aby napětí bylo vhodné pro domácí elektroniku a elektrické systémy. Distribuční mřížky také používají „sběrnice“, které oddělují distribuci do více směrů podél jističů, aby oddělené distribuce byly navzájem odlišné.

Inženýři často vysvětlují účinnost transformátorů pomocí jednoduché rovnice pro účinnost jako

​Fnebo výstupní výkonP​​_Óa příkonP​_Já. Na základě konstrukce návrhů transformátorů tyto systémy neztrácejí energii třením ani odporem vzduchu, protože transformátory nezahrnují pohyblivé části.

Magnetizační proud, množství proudu potřebného k magnetizaci jádra transformátoru, je obecně velmi malé ve srovnání s proudem, který indukuje primární část transformátoru. Tyto faktory znamenají, že transformátory jsou obvykle velmi efektivní s účinností 95 procent a vyšší pro většinu moderních návrhů.

Pokud byste použili zdroj střídavého napětí na primární vinutí transformátoru, magnetický tok, který je indukován magnetické jádro bude i nadále indukovat střídavé napětí v sekundárním vinutí ve stejné fázi jako zdroj Napětí. Magnetický tok v jádře však zůstává 90 ° za fázovým úhlem zdrojového napětí. To znamená, že proud primárního vinutí, magnetizační proud, také zaostává za zdrojem střídavého napětí.

Kromě pole, toku a napětí transformátory ilustrují elektromagnetické jevy vzájemného indukčnost, která poskytuje více energie primárním vinutím transformátoru, když je připojena k elektrickému zásobování.

K tomu dochází jako reakce primárního vinutí na zvýšení zatížení, něco, co spotřebovává energii, na sekundárních vinutích. Pokud jste do sekundárních vinutí přidali zátěž pomocí metody, jako je zvýšení odporu jejích vodičů, primární vinutí by reagovalo čerpáním více proudu ze zdroje energie, aby to kompenzovalo pokles.Vzájemná indukčnostje zátěž, kterou vložíte na sekundární jednotku, kterou můžete použít k výpočtu zvýšení proudu v primárních vinutích.

Pokud byste chtěli napsat samostatnou napěťovou rovnici pro primární i sekundární vinutí, můžete popsat tento jev vzájemné indukčnosti. U primárního vinutí

pro proud primárním vinutímJá_P, odpor zatížení primárního vinutíR₁vzájemná indukčnostM, indukčnost primárního vinutíL_Já, sekundární vinutíJá_Sa změna v časeΔt. Záporné znaménko před vzájemnou indukčnostíMukazuje, že zdrojový proud okamžitě zažívá pokles napětí v důsledku zatížení sekundárního vinutí, ale v reakci primární vinutí zvyšuje jeho napětí.

Tato rovnice se řídí pravidly psaní rovnic, které popisují, jak se proud a napětí liší mezi prvky obvodu. Pro uzavřenou elektrickou smyčku můžete napsat součet napětí napříč každou komponentou rovnou nule a ukázat, jak poklesne napětí napříč každým prvkem v obvodu.

Pro primární vinutí napíšete tuto rovnici, abyste zohlednili napětí na samotných primárních vinutích (Já​_P​R​₁), napětí způsobené indukovaným proudem magnetického poleL₁ΔI_P/Δta napětí v důsledku působení vzájemné indukčnosti ze sekundárních vinutíM ΔI_S/Δt.​

Podobně můžete napsat rovnici, která popisuje poklesy napětí na sekundárních vinutích jako

Tato rovnice zahrnuje proud sekundárního vinutíJá​_S, indukčnost sekundárního vinutíL₂a odpor zátěže sekundárního vinutíR₂. Odpor a indukčnost jsou označeny indexem 1 nebo 2 místo P nebo S, protože rezistory a induktory jsou často očíslovány, neoznačeny písmeny. Nakonec můžete vypočítat vzájemnou indukčnost z induktorů přímo jako