Wenn Sie sich schon immer gefragt haben, wie Häuser und Gebäude den Strom aus Kraftwerken nutzen, sollten Sie sich über die Transformatoren in Stromnetzverteilungen, die Hochspannungsströme in diejenigen umwandeln, die Sie im Haushalt verwenden Haushaltsgeräte. Diese Transformatoren verwenden einfache Designs für die meisten Transformatortypen, können jedoch je nach Bauart stark variieren, wie stark sie die Eingangsspannung ändern.
Transformator-Wicklungsformel
Die Transformatoren, die von Stromnetzverteilungssystemen verwendet werden, folgen einfachen Konstruktionen, bei denen in verschiedenen Bereichen Spulen um einen Magnetkern gewickelt sind.
Diese Drahtspulen nehmen den eingehenden Strom auf und ändern die Spannung entsprechend derÜbersetzungsverhältnis des Transformators, welches ist
\frac{N_P}{N_S}=\frac{V_P}{V_S}
für die Anzahl Windungen der Primärspule und SekundärspuleNeinpundNeinso, bzw. die Spannung der Primärspule und der SekundärspuleVpundVso, beziehungsweise.
DieseTransformatorwicklungsformel
Denken Sie daran, dass diese Formel, obwohl sie als "Verhältnis" bezeichnet wird, tatsächlich ein Bruch und kein Verhältnis ist. Wenn Sie beispielsweise eine Wicklung in der Primärspule und vier Wicklungen in der Sekundärspule von a Transformator, dies entspräche einem Bruchteil von 1/4, d.h. der Transformator schneidet die Spannung um a Wert von 1/4. Aber das Verhältnis 1:4 bedeutet, dass aus einem von etwas vier von etwas anderem kommen, was nicht immer dasselbe bedeutet wie ein Bruch.
Transformatoren können die Spannung erhöhen oder verringern und werden alsaufsteigenoderSchritt nach untenTransformatoren, je nachdem, welche Aktion sie ausführen. Das bedeutet, dass das Übersetzungsverhältnis des Transformators immer positiv ist, aber zwischen größer als eins für Aufwärtstransformatoren oder kleiner als eins für Abwärtstransformatoren variieren kann.
Die Formel der Transformatorwicklung gilt nur, wenn die Winkel von Primär- und Sekundärwicklung phasengleich sind. Dies bedeutet, dass bei einer gegebenen Wechselstrom-(AC)-Stromversorgung, die zwischen Vorwärts- und Rückstrom, der Strom in der Primär- und Sekundärwicklung ist während dieser Dynamik synchron Prozess.
Es kann einige Transformatoren mit einem Transformator-Windungsverhältnis von 1 geben, die die Spannung nicht ändern, aber stattdessen werden verwendet, um verschiedene Stromkreise voneinander zu trennen oder den Widerstand von a. geringfügig zu ändern Schaltkreis.
Transformator-Design-Rechner
Sie können die Eigenschaften von Transformatoren verstehen, um zu bestimmen, was ein Transformatorentwurfsrechner als Methode zur Bestimmung der Konstruktion von Transformatoren selbst berücksichtigen würde.
Obwohl die Primär- und Sekundärwicklungen eines Transformators voneinander getrennt sind, induziert die Primärwicklung einen Strom in den Sekundärwicklungen durch ein Induktivitätsverfahren. Wenn eine Wechselstromversorgung durch die Primärwicklungen gesendet wird, fließt Strom durch die Windungen und erzeugt ein Magnetfeld durch eine Methode, die als Gegeninduktivität bezeichnet wird.
Transformatorwicklungsformel und Magnetismus
Magnetfeldbeschreibt, in welche Richtung und wie stark Magnetismus auf ein sich bewegendes geladenes Teilchen wirken würde. Der Maximalwert dieses Feldes istdΦ/dt, die Änderungsrate vonmagnetischer Fluss Φüber einen kleinen Zeitraum.
Der Fluss ist ein Maß dafür, wie viel Magnetfeld durch einen bestimmten Oberflächenbereich, beispielsweise einen rechteckigen Bereich, fließt. In einem Transformator werden die magnetischen Feldlinien von der Magnetspule, um die die Drähte gewickelt sind, nach außen gesendet.
Der magnetische Fluss verbindet beide Wicklungen miteinander und die Stärke des magnetischen Feldes hängt von der Stromstärke und der Anzahl der Wicklungen ab. Dies kann uns einTransformator-Design-Rechnerdie diese Eigenschaften berücksichtigt.
Das Faradaysche Induktivitätsgesetz, das beschreibt, wie Magnetfelder in Materialien induziert werden, schreibt vor, dass die Spannung durch eine der beiden Wicklungen induzierte
entweder für Primärwicklungen oder Sekundärwicklungen. Dies wird normalerweise als die induzierte elektromotorische Kraft bezeichnet (emf).
Wenn Sie die Änderung des magnetischen Flusses über einen kurzen Zeitraum messen, erhalten Sie einen Wert vondΦ/dtund berechne damit dieemf. Die allgemeine Formel für den magnetischen Fluss lautet
\Phi = BA|cos{\theta}
für MagnetfeldB, Fläche der Ebene im FeldEINund der Winkel zwischen den magnetischen Feldlinien und der Richtung senkrecht zur Flächeθ.
Sie können die Geometrie der Wicklungen um den Magnetkern des Transformators berücksichtigen, um den Fluss zu messen
für eine Wechselstromversorgung, bei derωist die Kreisfrequenz (2πffür Frequenzf) undΦmax ist der maximale Fluss. In diesem Fall ist die Frequenzfbezieht sich auf die Anzahl der Wellen, die pro Sekunde einen bestimmten Ort passieren. Ingenieure bezeichnen das Produkt aus Strom mal Windungszahl auch als "Ampere-Windungen," ein Maß für die Magnetisierungskraft der Spule.
Beispiele für Transformatorwicklungsrechner
Wenn Sie die experimentellen Ergebnisse vergleichen wollten, wie sich die Wicklungen von Transformatoren auf ihre verwenden, können Sie die beobachteten experimentellen Eigenschaften mit denen einer Transformatorwicklung vergleichen Taschenrechner.
Das Softwareunternehmen Micro Digital bietet ein Online-Rechner für Transformatorwicklungen zur Berechnung von Standard Wire Gauge (SWG) oder American Wire Gauge (AWG). Auf diese Weise können Ingenieure Drähte mit der entsprechenden Dicke herstellen, damit sie die für ihre Zwecke erforderlichen Drahtladungen tragen können. Der Transformator-Rechnerumdrehungen gibt Ihnen die individuelle Spannung durch jede Windung der Wicklung an.
Andere Rechner wie der von der Herstellerfirma Flex-Core lassen Sie sich die Drahtstärke für verschiedene praktische Anwendungen berechnen, wenn Sie die Belastungsbewertung eingeben, die Nennsekundärstrom, die Leitungslänge zwischen Stromwandler und Zähler und die Eingangsbürde des Meter.
Der Stromwandler erzeugt in seiner Sekundärwicklung eine Wechselspannungsversorgung, die proportional zum Strom in der Primärwicklung ist. Diese Transformatoren reduzieren Hochspannungsströme mit einer einfachen Methode zur Überwachung des tatsächlichen elektrischen Stroms auf niedrigere Werte. Die Bürde ist der Widerstand des Messgerätes selbst gegenüber dem durch es geleiteten Strom.
Hyperphysics bietet eine Online- Berechnung der Transformatorleistung Schnittstelle, die Sie als Transformator-Design-Rechner oder als Transformator-Widerstands-Rechner verwenden können. Um es zu verwenden, müssen Sie eine Versorgungsspannungsfrequenz, eine Primärwicklungsinduktivität, Sekundärwicklungsinduktivität, Primärwicklungsanzahl der Spulen, Sekundärwicklung Anzahl der Spulen, Sekundärspannung, Primärwicklungswiderstand, Sekundärwicklungswiderstand, Sekundärwicklungslastwiderstand und gegenseitiger Induktivität.
Die GegeninduktivitätMberücksichtigt den Effekt, den eine Laständerung der Sekundärspule auf den Strom durch die Primärspule mit einer EMK ausüben kann:
emf=-M\frac{\Delta I_1}{\Delta t}
für Stromänderung durch die PrimärspuleIch1und Zeitumstellungt.
Jeder Online-Rechner für Transformatorwicklungen macht Annahmen über den Transformator selbst. Stellen Sie sicher, dass Sie wissen, wie jede Website die Werte berechnet, die sie vorgibt, damit Sie die Theorie und die Prinzipien von Transformatoren im Allgemeinen verstehen. Von diesen Eigenschaften hängt ab, wie nah sie an der aus der Physik eines Transformators folgenden Transformatorwicklungsformel sind.