Vahelduvvool (vahelduvvool) enamikus teie kodus olevatest seadmetest võib tulla ainult elektriliinidest, mis saadavad alalisvoolu (DC) trafo abil. Kõigi eri tüüpi voolude kaudu, mis võivad vooluringi kaudu voolata, aitab see omada jõudu nende elektriliste nähtuste juhtimiseks. Kõigi nende kasutusviiside korral ahelate pinge muutmisel sõltuvad trafod suuresti nende pöörete suhtest.
Trafo pöörete suhte arvutamine
Trafo pöörete suheon primaarmähise pöörete arvu jagamine sekundaarmähise pöörete arvuga võrrandiga
T_R = \ frac {N_P} {N_S}
See suhe peaks võrduma ka primaarmähise pingega jagatuna sekundaarmähise pingega, nagu on antudVlk/ Vs. Primaarmähis viitab elektrimootorile, vooluahela elemendile, mis indutseerib magnetvälja vastusena trafo laenguvoolule ja sekundaarsele on vooluta induktor.
Need suhted kehtivad eeldusel, et primaarmähise faasinurk võrdub sekundaarse faasinurgagavõrrandΦP = ΦS.See primaar- ja sekundaarfaasinurk kirjeldab, kuidas vool, mis vaheldub ettepoole ja trafo primaar- ja sekundaarmähistes vastupidised suunad on ühega sünkroonitud teine.
Trafode puhul kasutatavate vahelduvvoolu pingeallikate puhul on sissetulev lainekuju sinusoidaalne, siinuslaine tekitatava kuju. Trafo pöörete suhe ütleb teile, kui palju pinget trafo kaudu muutub, kui vool läheb primaarmähistest sekundaarmähistele.
Pange tähele ka seda, et sõna "suhe" nendes valemites viitab amurdosa,mitte tegelik suhe. Murdosa 1/4 erineb suhtest 1: 4. Kui 1/4 on üks osa tervikust, mis on jagatud neljaks võrdseks osaks, siis suhe 1: 4 tähistab seda, et ühe millegi jaoks on neli midagi muud. Trafo pöörete suhte "suhe" on trafo suhte valemis murdosa, mitte suhe.
Trafo pöörete suhe näitab, et murdarvude erinevus, mille pinge võtab, põhineb trafo primaarse ja sekundaarse osa ümber keritud mähiste arvul. Trafo, millel on viis primaarmähist ja 10 sekundaarset mähist, poolitab pingeallika pooleks vastavalt 5/10 või 1/2.
See, kas pinge nende mähiste tagajärjel suureneb või väheneb, määrab trafo suhte valemi järgi, kas see on astmelist trafot või vähendavat trafot. Trafo, mis ei suurenda ega vähenda pinget, on impedantstrafo, mis võib ka seda teha mõõta takistust, vooluahela vastuseisu voolule või lihtsalt näidata katkestusi erinevate elektriliste vahel vooluringid.
Trafo ehitus
Trafo südamikukomponendid on kaks esmast ja sekundaarset mähist, mis ümbritsevad rauast südamikku. Trafo ferromagnetiline südamik või püsimagnetist südamik kasutab ka õhukesi elektriliselt isoleeritud viile et need pinnad võivad vähendada vastupanu voolule, mis liigub primaarmähistest sekundaarmähistesse trafo.
Trafo konstruktsioon kavandatakse üldiselt nii vähe energiat kui võimalik. Kuna kogu primaarmähiste magnetvoog ei liigu sekundaarsesse, on praktikas teatud kadu. Trafod kaotavad ka energia tõttupöörisvoolud, elektriskeemide magnetvälja muutustest põhjustatud lokaliseeritud elektrivool.
Trafod saavad oma nime, kuna nad kasutavad seda magnetiseeriva südamiku seadistust mähistega selle kahes eraldi osas muundada elektrienergia magnetenergiaks südamiku magnetiseerimise kaudu voolust primaarse kaudu mähised.
Seejärel indutseerib magnettuum sekundaarmähistes voolu, mis muudab magnetenergia tagasi elektrienergiaks. See tähendab, et trafod töötavad alati sissetuleva vahelduvvoolu pingeallika peal, mis lülitub korrapäraste vahedega voolu edasi- ja tagasisuunas.
Trafo efektide tüübid
Peale pingete või rullide arvu valemi saate uurida trafosid, et saada lisateavet erinevat tüüpi rullide olemuse kohta pinged, elektromagnetiline induktsioon, magnetväljad, magnetvoo ja muud omadused, mis tulenevad a trafo.
Erinevalt pingeallikast, mis saadab voolu ühes suunas, on anVahelduvpinge allikasprimaarmähise kaudu saadetud loob oma magnetvälja. Seda nähtust tuntakse vastastikuse induktsioonina.
Magnetvälja tugevus suureneb maksimaalse väärtuseni, mis on võrdne magnetvoo erinevusega jagatud ajavahemikuga,dΦ / dt. Pidage meeles, et sel juhulΦkasutatakse magnetvoo, mitte faasinurga tähistamiseks. Need magnetvälja jooned tõmmatakse elektromagnetist väljapoole. Trafosid ehitavad insenerid võtavad arvesse ka voo sidumist, mis on magnetvoo korrutisΦja traadis olevate mähiste arvNpõhjustatud magnetväljast, mis läheb ühest mähisest teise.
Magnetvoo üldvõrrand on
\ Phi = BA \ cos {\ theta}
pinna jaoks, mille väli läbibAaastal m2, magnetväliBaastal Teslas jaθkui ala suhtes risti asuva vektori ja magnetvälja vaheline nurk. Magnetiga ümbritsetud mähiste lihtsa juhtumi korral annab voo väärtus
\ Phi = NBA
mähiste arvu jaoksN, magnetväliBja teatud piirkonnasAmagnetiga paralleelse pinna. Trafo jaoks põhjustab vooühendus aga primaarmähise magnetvoo sekundaarmähisega võrdseks.
VastavaltFaraday seadus,arvutamise abil saate arvutada trafo primaar- või sekundaarmähistes indutseeritud pingeN x dΦ / dt. See seletab ka seda, miks trafo pöörleb trafo ühe osa pinge suhte võrdselt ühe ja teise mähiste arvuga.
Kui peaksite võrdlemaN x dΦ / dtühest osast teise,dΦ / dttühistatakse, kuna mõlemal osal on sama magnetvoo. Lõpuks saate arvutada trafo ampripöörde voolude korrutiste arvu mähiste arvuna kui meetodi spiraali magnetiseeriva jõu mõõtmiseks
Trafod praktikas
Elektrijaotusvõrgud saadavad elektrijaamadest elektrit hoonetesse ja majadesse. Need elektriliinid algavad elektrijaamast, kus elektrigeneraator loob mõnest allikast elektrienergiat. See võib olla hüdroelektrijaam, mis kasutab ära vee jõudu, või gaasiturbiin, mis kasutab põlemisel maagaasist mehaanilist energiat ja muundab selle elektriks. Seda elektrit toodetakse kahjuksAlalisvoolu pingemis tuleb enamiku kodumasinate puhul muuta vahelduvpingeks.
Trafod muudavad selle elektrienergia kasutatavaks, luues majapidamistele ja hoonetele ühefaasilise alalisvoolu toiteallikad sissetulevast võnkuvast vahelduvpingest. Trafod piki elektrivõrke tagavad ka majaelektroonika ja elektrisüsteemide jaoks sobiva pinge. Jaotusvõrgud kasutavad ka "busse", mis eraldavad jaoturid mitmesuunaliselt kaitselülitite kõrval, et hoida eraldi jaotused üksteisest eraldatuna.
Insenerid arvestavad trafode efektiivsust sageli, kasutades efektiivsuse lihtsat võrrandit
\ eta = \ frac {P_O} {P_I}
fvõi väljundvõimsusPOja sisendvõimsusPMina. Trafo konstruktsiooni põhjal ei kaota need süsteemid energiat hõõrdumise või õhutakistuse tõttu, kuna trafod ei hõlma liikuvaid osi.
Magnetvool, trafo südamiku magnetiseerimiseks vajalik vooluhulk, on trafo põhiosa indutseeritud vooluga võrreldes üldiselt väga väike. Need tegurid tähendavad, et trafod on enamiku kaasaegsete disainide puhul tavaliselt väga tõhusad, efektiivsusega 95 protsenti ja rohkem.
Kui peaksite trafo primaarmähisele rakendama vahelduvpinge allikat, siis indutseeritud magnetvoo magnetiline südamik jätkab sekundaarmähises vahelduvpinge indutseerimist allikaga samas faasis Pinge. Magnetvoog jääb südamikus aga 90 ° allikapinge faasinurga taha. See tähendab, et primaarmähise vool, magnetiseeriv vool, jääb ka vahelduvpinge allikast maha.
Trafo võrrand vastastikuses induktiivsuses
Lisaks väljale, voogule ja pingele illustreerivad trafod vastastikuse elektromagnetilisi nähtusi induktiivsus, mis annab trafo primaarmähistele elektri külge haakimisel suurema jõu pakkumine.
See juhtub esmase mähise reaktsioonina sekundaarmähistel koormuse suurenemisele, mis tarbib energiat. Kui lisasite sekundaarmähistele koormuse sellise meetodi abil nagu selle juhtmete takistuse suurendamine, primaarmähised reageeriksid selle kompenseerimiseks vooluallikast suurema vooluga vähenemine.Vastastikune induktiivsuson sekundaarsele koormusele, mida saate kasutada primaarmähiste kaudu voolu suurenemise arvutamiseks.
Kui kirjutaksite eraldi pingevõrrandi nii primaarmähise kui ka sekundaarmähise kohta, võiksite kirjeldada seda vastastikuse induktiivsuse nähtust. Esmase mähise jaoks
V_P = I_PR_1 + L_1 \ frac {\ Delta I_P} {\ Delta t} -M \ frac {\ Delta I_S} {\ Delta t}
voolu jaoks primaarmähise kauduMinaP, primaarmähise koormustakistusR1, vastastikune induktiivsusM, esmane mähise induktiivsusLMina, sekundaarmähisMinaSja ajas muutudaΔt. Negatiivne märk vastastikuse induktiivsuse eesMnäitab, et allikavool kogeb sekundaarmähise koormuse tõttu kohe pingelangust, kuid vastuseks tõstab primaarmähis selle pinget.
See võrrand järgib võrrandite kirjutamise reegleid, mis kirjeldavad, kuidas vool ja pinge erinevad vooluahela elementide vahel. Suletud elektriahela jaoks võite kirjutada iga komponendi pinge summa võrdseks nulliga, et näidata, kuidas pinge vooluahela igas elemendis langeb.
Primaarmähiste jaoks kirjutate selle võrrandi, et võtta arvesse primaarmähiste endi pinget (MinaPR1), magnetvälja indutseeritud voolust tingitud pingeL1ΔIP/Δtja sekundaarmähiste vastastikuse induktiivsuse mõjul tekkiv pingeMΔIS/Δt.
Samamoodi võite kirjutada võrrandi, mis kirjeldab sekundaarmähiste pingelangusi järgmiselt
M \ frac {\ Delta I_P} {\ Delta t} = I_SR_2 + L_2 \ frac {\ Delta I_S} {\ Delta t}
See võrrand hõlmab sekundaarmähise vooluMinaS, sekundaarmähise induktiivsusL2ja sekundaarmähise koormustakistusR2. Takistus ja induktiivsus on tähistatud vastavalt P või S asemel alapunktidega 1 või 2, kuna takistid ja induktiivpoolid on sageli nummerdatud, mitte tähistatud tähtedega. Lõpuks saate arvutada induktiivpooli vastastikuse induktiivsuse otse kui
M = \ sqrt {L_1L_2}
