Τρόπος υπολογισμού της αναλογίας στροφών μετασχηματιστή

Το εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) στις περισσότερες συσκευές στο σπίτι σας μπορεί να προέρχεται μόνο από ηλεκτροφόρα καλώδια που στέλνουν συνεχές ρεύμα (DC) μέσω της χρήσης ενός μετασχηματιστή. Μέσω όλων των διαφορετικών τύπων ρεύματος που μπορεί να ρέουν μέσω ενός κυκλώματος, βοηθά να έχουμε τη δύναμη να ελέγξουμε αυτά τα ηλεκτρικά φαινόμενα. Για όλες τις χρήσεις τους στην αλλαγή της τάσης των κυκλωμάτων, οι μετασχηματιστές βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στην αναλογία στροφών τους.

​Ένας μετασχηματιστής στροφών αναλογίαείναι η διαίρεση του αριθμού στροφών στην πρωτεύουσα περιέλιξη με τον αριθμό στροφών στη δευτερεύουσα περιέλιξη από την εξίσωση

Αυτή η αναλογία θα πρέπει επίσης να ισούται με την τάση της πρωτεύουσας περιέλιξης διαιρούμενη με την τάση της δευτερεύουσας περιέλιξης, όπως δίνεται απόΒ_Π/ V._μικρό. Η κύρια περιέλιξη αναφέρεται στον ηλεκτρικό επαγωγέα, ένα στοιχείο κυκλώματος που προκαλεί μαγνητικό πεδίο σε απόκριση στη ροή φορτίου, του μετασχηματιστή, και του δευτερεύοντος είναι η μη τροφοδοτημένη επαγωγέας.

Αυτές οι αναλογίες ισχύουν υπό την προϋπόθεση ότι η γωνία φάσης της πρωτεύουσας περιέλιξης ισούται με τις γωνίες φάσης του δευτερεύοντος από τοεξίσωσηΦ_Π = Φ_μικρό​.Αυτή η κύρια και δευτερεύουσα γωνία φάσης περιγράφει πώς το ρεύμα, το οποίο εναλλάσσεται μεταξύ εμπρός και αντίστροφες κατευθύνσεις στις πρωτεύουσες και δευτερεύουσες περιελίξεις του μετασχηματιστή, είναι συγχρονισμένες με μία αλλο.

Για πηγές τάσης AC, όπως χρησιμοποιείται με μετασχηματιστές, η εισερχόμενη κυματομορφή είναι ημιτονοειδής, το σχήμα που παράγει ένα ημιτονοειδές κύμα. Ο λόγος στροφών μετασχηματιστή σας λέει πόσο αλλάζει η τάση μέσω του μετασχηματιστή καθώς το ρεύμα περνά από τις πρωτεύουσες περιελίξεις στις δευτερεύουσες περιελίξεις.

Επίσης, λάβετε υπόψη ότι η λέξη "ratio" σε αυτόν τον τύπο αναφέρεται στο aκλάσμα,όχι μια πραγματική αναλογία. Το κλάσμα του 1/4 διαφέρει από το λόγο 1: 4. Ενώ το 1/4 είναι ένα μέρος του συνόλου που χωρίζεται σε τέσσερα ίσα μέρη, η αναλογία 1: 4 αντιπροσωπεύει ότι, για ένα από τα πράγματα, υπάρχουν τέσσερα από κάτι άλλο. Η «αναλογία» στην αναλογία μεταστροφών μετασχηματιστή είναι ένα κλάσμα, όχι ένας λόγος, στον τύπο αναλογίας μετασχηματιστή.

Ο λόγος στροφών μετασχηματιστή αποκαλύπτει ότι η κλασματική διαφορά που παίρνει η τάση βασίζεται στον αριθμό των πηνίων που τυλίγονται γύρω από τα πρωτεύοντα και δευτερεύοντα μέρη του μετασχηματιστή. Ένας μετασχηματιστής με πέντε πρωτεύοντα πηνία τραύματος και 10 δευτερεύοντα πηνία τραύματος θα κόψει μια πηγή τάσης στο μισό όπως δίνεται από το 5/10 ή το 1/2.

Το αν η τάση αυξάνεται ή μειώνεται ως αποτέλεσμα αυτών των πηνίων, καθορίζει ότι είναι ένας μετασχηματιστής βηματοδότησης ή ένας μετασχηματιστής βηματισμού από τον τύπο αναλογίας μετασχηματιστή. Ένας μετασχηματιστής που ούτε αυξάνει ούτε μειώνει την τάση είναι ένας "μετασχηματιστής σύνθετης αντίστασης" που μπορεί είτε μετρήστε την σύνθετη αντίσταση, την αντίθεση ενός κυκλώματος στο ρεύμα, ή απλά υποδηλώνετε διαλείμματα μεταξύ διαφορετικών ηλεκτρικών κυκλώματα.

Τα βασικά συστατικά ενός μετασχηματιστή είναι τα δύο πηνία, πρωτεύοντα και δευτερεύοντα, που τυλίγονται γύρω από έναν σίδηρο πυρήνα. Ο σιδηρομαγνητικός πυρήνας, ή ένας πυρήνας κατασκευασμένος από μόνιμο μαγνήτη, ενός μετασχηματιστή χρησιμοποιεί επίσης λεπτές ηλεκτρικά μονωμένες φέτες έτσι ότι αυτές οι επιφάνειες μπορούν να μειώσουν την αντίσταση για το ρεύμα που περνά από τα πρωτεύοντα πηνία στα δευτερεύοντα πηνία του μετασχηματιστής.

Η κατασκευή ενός μετασχηματιστή γενικά θα σχεδιαστεί για να χάσει όσο το δυνατόν λιγότερη ενέργεια. Επειδή δεν περνούν όλες οι μαγνητικές ροές από τα πρωτεύοντα πηνία στο δευτερεύον, θα υπάρξει κάποια απώλεια στην πράξη. Οι μετασχηματιστές θα χάσουν επίσης ενέργεια λόγωEddy ρεύματα, εντοπισμένο ηλεκτρικό ρεύμα που προκαλείται από αλλαγές στο μαγνητικό πεδίο στα ηλεκτρικά κυκλώματα.

Οι μετασχηματιστές παίρνουν το όνομά τους επειδή χρησιμοποιούν αυτήν τη ρύθμιση ενός μαγνητιστικού πυρήνα με περιελίξεις σε δύο ξεχωριστά μέρη του μετατρέψτε την ηλεκτρική ενέργεια σε μαγνητική ενέργεια μέσω του μαγνητισμού του πυρήνα από το ρεύμα μέσω του πρωτογενούς περιελίξεις.

Στη συνέχεια, ο μαγνητικός πυρήνας προκαλεί ρεύμα στις δευτερεύουσες περιελίξεις, οι οποίες μετατρέπουν τη μαγνητική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτό σημαίνει ότι οι μετασχηματιστές λειτουργούν πάντα σε μια εισερχόμενη πηγή τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος, η οποία εναλλάσσεται μεταξύ εμπρός και αντίστροφης κατεύθυνσης ρεύματος σε κανονικά διαστήματα.

Εκτός από τον τύπο τάσης ή αριθμού πηνίων, μπορείτε να μελετήσετε μετασχηματιστές για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τη φύση των διαφόρων τύπων τάσεις, ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, μαγνητικά πεδία, μαγνητική ροή και άλλες ιδιότητες που προκύπτουν από την κατασκευή ενός α μετασχηματιστής.

Σε αντίθεση με μια πηγή τάσης που στέλνει ρεύμα σε μία κατεύθυνση, έναΠηγή τάσης ACπου αποστέλλεται μέσω του πρωτογενούς πηνίου θα δημιουργήσει το δικό του μαγνητικό πεδίο. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως αμοιβαία αυτεπαγωγή.

Η ισχύς του μαγνητικού πεδίου θα αυξηθεί στη μέγιστη τιμή της, η οποία είναι ίση με τη διαφορά στη μαγνητική ροή διαιρεμένη με μια χρονική περίοδο,dΦ / dt. Λάβετε υπόψη, σε αυτήν την περίπτωση,Φχρησιμοποιείται για να δείξει μαγνητική ροή, όχι γωνία φάσης. Αυτές οι γραμμές μαγνητικού πεδίου σχεδιάζονται προς τα έξω από τον ηλεκτρομαγνήτη. Οι μηχανικοί μετασχηματιστές κτιρίων λαμβάνουν επίσης υπόψη τη σύνδεση ροής, η οποία είναι προϊόν της μαγνητικής ροήςΦκαι τον αριθμό των πηνίων στο σύρμαΝπροκαλείται από το μαγνητικό πεδίο που περνά από το ένα πηνίο στο άλλο.

Η γενική εξίσωση για μαγνητική ροή είναι

για μια επιφάνεια που περνά το πεδίοΕΝΑσε μ², μαγνητικό πεδίοσιστο Teslas καιθως η γωνία μεταξύ ενός κάθετου διανύσματος προς την περιοχή και του μαγνητικού πεδίου. Για την απλή περίπτωση τυλιγμένων πηνίων γύρω από έναν μαγνήτη, η ροή δίνεται από

για αριθμό σπειρώνΝ, μαγνητικό πεδίοσικαι πάνω από μια συγκεκριμένη περιοχήΕΝΑμιας επιφάνειας που είναι παράλληλος του μαγνήτη. Ωστόσο, για έναν μετασχηματιστή, η σύνδεση ροής προκαλεί τη μαγνητική ροή στην πρωτεύουσα περιέλιξη ίση με εκείνη της δευτερεύουσας περιέλιξης.

Σύμφωνα μεΟ νόμος του Faraday,Μπορείτε να υπολογίσετε την τάση που προκαλείται στις πρωτεύουσες ή δευτερεύουσες περιελίξεις του μετασχηματιστή υπολογίζονταςΝ x dΦ / dt. Αυτό εξηγεί επίσης γιατί ο λόγος στροφών του μετασχηματιστή της τάσης του ενός μέρους του μετασχηματιστή προς το άλλο είναι ίσος με τον αριθμό των πηνίων του ενός προς το άλλο.

Εάν επρόκειτο να συγκρίνετε τοΝ x dΦ / dtαπό το ένα μέρος στο άλλο, τοdΦ / dtθα ακυρωθεί λόγω του ότι τα δύο μέρη έχουν την ίδια μαγνητική ροή. Τέλος, μπορείτε να υπολογίσετε τις στροφές του αμπέρ ενός μετασχηματιστή ως το προϊόν των τρέχοντων χρόνων τον αριθμό των πηνίων ως μέθοδο μέτρησης της μαγνητικής δύναμης του πηνίου

Τα δίκτυα διανομής ενέργειας στέλνουν ηλεκτρισμό από σταθμούς παραγωγής ενέργειας σε κτίρια και σπίτια. Αυτές οι γραμμές τροφοδοσίας ξεκινούν από το εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας όπου μια ηλεκτρική γεννήτρια δημιουργεί ηλεκτρική ενέργεια από κάποια πηγή. Αυτό θα μπορούσε να είναι ένα υδροηλεκτρικό φράγμα που αξιοποιεί τη δύναμη του νερού ή ενός αεριοστρόβιλου που χρησιμοποιεί την καύση για να δημιουργήσει μηχανική ενέργεια από το φυσικό αέριο και να τη μετατρέψει σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτή η ηλεκτρική ενέργεια, δυστυχώς, παράγεται ωςΤάση DCπου πρέπει να μετατραπεί σε τάση AC για τις περισσότερες οικιακές συσκευές.

Οι μετασχηματιστές κάνουν αυτό το ηλεκτρικό ρεύμα χρησιμοποιήσιμο δημιουργώντας μονοφασικά τροφοδοτικά DC για νοικοκυριά και κτίρια από την εισερχόμενη τάση εναλλασσόμενου ρεύματος. Οι μετασχηματιστές κατά μήκος των δικτύων διανομής ισχύος διασφαλίζουν επίσης ότι η τάση είναι η κατάλληλη ποσότητα για οικιακά ηλεκτρονικά και ηλεκτρικά συστήματα. Τα πλέγματα διανομών χρησιμοποιούν επίσης "λεωφορεία" που διαχωρίζουν τη διανομή σε πολλαπλές κατευθύνσεις παράλληλα με διακόπτες για να διατηρούν ξεχωριστές διανομές ξεχωριστές μεταξύ τους.

Οι μηχανικοί συχνά λαμβάνουν υπόψη την αποτελεσματικότητα των μετασχηματιστών χρησιμοποιώντας την απλή εξίσωση ως προς την απόδοση

​φάή ισχύ εξόδουΠ​​_Οκαι ισχύ εισόδουΠ​_Εγώ. Με βάση την κατασκευή σχεδίων μετασχηματιστών, αυτά τα συστήματα δεν χάνουν ενέργεια λόγω τριβής ή αντίστασης στον αέρα, επειδή οι μετασχηματιστές δεν περιλαμβάνουν κινούμενα μέρη.

Το μαγνητικό ρεύμα, η ποσότητα ρεύματος που απαιτείται για μαγνητισμό του πυρήνα του μετασχηματιστή, είναι γενικά πολύ μικρή σε σύγκριση με το ρεύμα που προκαλεί το πρωτεύον μέρος ενός μετασχηματιστή. Αυτοί οι παράγοντες σημαίνουν ότι οι μετασχηματιστές είναι συνήθως πολύ αποδοτικοί με απόδοση 95% και άνω για τα περισσότερα μοντέρνα σχέδια.

Εάν επρόκειτο να εφαρμόσετε μια πηγή τάσης AC στην πρωτεύουσα περιέλιξη ενός μετασχηματιστή, τη μαγνητική ροή που προκαλείται ο μαγνητικός πυρήνας θα συνεχίσει να προκαλεί τάση AC στη δευτερεύουσα περιέλιξη στην ίδια φάση με την πηγή Τάση. Η μαγνητική ροή στον πυρήνα, ωστόσο, παραμένει 90 ° πίσω από τη γωνία φάσης της τάσης πηγής. Αυτό σημαίνει ότι το πρωτεύον ρεύμα περιέλιξης, το μαγνητικό ρεύμα, υστερεί επίσης από την πηγή τάσης AC.

Εκτός από το πεδίο, τη ροή και την τάση, οι μετασχηματιστές απεικονίζουν τα ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα του αμοιβαίου επαγωγή που δίνει περισσότερη ισχύ στις πρωτεύουσες περιελίξεις ενός μετασχηματιστή όταν συνδέεται με ένα ηλεκτρικό Προμήθεια.

Αυτό συμβαίνει ως αντίδραση του κύριου περιέλιξης σε αύξηση του φορτίου, κάτι που καταναλώνει ισχύ, στις δευτερεύουσες περιελίξεις. Εάν προσθέσατε ένα φορτίο στις δευτερεύουσες περιελίξεις μέσω μιας μεθόδου όπως η αύξηση της αντίστασης των καλωδίων του, οι κύριες περιελίξεις θα ανταποκρίνονταν αντλώντας περισσότερο ρεύμα από την πηγή ισχύος για να αντισταθμίσουν αυτό μείωση.Αμοιβαία επαγωγήείναι το φορτίο που βάζετε στο δευτερεύον που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για να υπολογίσετε την αύξηση του ρεύματος μέσω των κύριων περιελίξεων.

Εάν επρόκειτο να γράψετε μια ξεχωριστή εξίσωση τάσης τόσο για την πρωτεύουσα όσο και για τη δευτερεύουσα περιέλιξη, θα μπορούσατε να περιγράψετε αυτά τα φαινόμενα αμοιβαίας επαγωγής. Για την πρωτεύουσα περιέλιξη,

για ρεύμα μέσω της πρωτεύουσας περιέλιξηςΕγώ_Π, πρωτεύουσα αντίσταση φορτίου περιέλιξηςΡ₁, αμοιβαία αυτεπαγωγήΜ, πρωταρχική αυλάκωση περιέλιξηςμεγάλο_Εγώ, δευτερεύουσα περιέλιξηΕγώ_μικρόκαι αλλαγή χρόνουΔt. Το αρνητικό σημάδι μπροστά από την αμοιβαία αυτεπαγωγήΜδείχνει ότι το ρεύμα πηγής βιώνει αμέσως πτώση της τάσης λόγω του φορτίου στη δευτερεύουσα περιέλιξη, αλλά, σε απάντηση, η πρωτεύουσα περιέλιξη αυξάνει την τάση της.

Αυτή η εξίσωση ακολουθεί τους κανόνες σύνταξης εξισώσεων που περιγράφουν πώς διαφέρουν το ρεύμα και η τάση μεταξύ των στοιχείων κυκλώματος. Για έναν κλειστό ηλεκτρικό βρόχο, μπορείτε να γράψετε το άθροισμα της τάσης σε κάθε στοιχείο ως ίσο με το μηδέν για να δείξετε πώς μειώνεται η τάση σε κάθε στοιχείο του κυκλώματος.

Για τις πρωτεύουσες περιελίξεις, γράφετε αυτήν την εξίσωση για να λάβετε υπόψη την τάση στις ίδιες τις πρωτεύουσες περιελίξεις (Εγώ​_Π​Ρ​₁), η τάση λόγω του επαγόμενου ρεύματος του μαγνητικού πεδίουμεγάλο₁ΔΙ_Π/Δtκαι την τάση λόγω της επίδρασης της αμοιβαίας επαγωγής από τις δευτερεύουσες περιελίξειςΜ ΔΙ_μικρό/Δt.​

Ομοίως, μπορείτε να γράψετε μια εξίσωση που περιγράφει τις πτώσεις τάσης στις δευτερεύουσες περιελίξεις ως

Αυτή η εξίσωση περιλαμβάνει το δευτερεύον ρεύμα περιέλιξηςΕγώ​_μικρό, δευτερεύουσα αυτεπαγωγήμεγάλο₂και τη δευτερεύουσα αντίσταση φορτίου περιέλιξηςΡ₂. Η αντίσταση και η αυτεπαγωγή επισημαίνονται με τους συνδρομητές 1 ή 2 αντί για P ή S, αντίστοιχα, καθώς οι αντιστάσεις και οι επαγωγείς συχνά αριθμούνται, δεν υποδηλώνονται με γράμματα. Τέλος, μπορείτε να υπολογίσετε την αμοιβαία επαγωγή από τους επαγωγείς απευθείας ως