Si vous vous êtes déjà demandé comment les maisons et les bâtiments utilisent l'électricité des centrales électriques, vous devriez vous renseigner sur les transformateurs dans les distributions du réseau électrique qui convertissent les courants haute tension en ceux que vous utilisez dans le ménage appareils électroménagers. Ces transformateurs utilisent des conceptions simples pour la plupart des types de transformateurs, mais peuvent varier considérablement dans la mesure où ils changent la tension d'entrée en fonction de la façon dont ils sont construits.
Formule d'enroulement de transformateur
Les transformateurs utilisés par les systèmes de distribution du réseau électrique suivent des conceptions simples qui utilisent une bobine enroulée autour d'un noyau magnétique dans différentes zones.
Ces bobines de fil prennent le courant entrant et changent la tension en fonction de larapport de transformation du transformateur, lequel est
\frac{N_P}{N_S}=\frac{V_P}{V_S}
pour le nombre d'enroulements de la bobine primaire et de la bobine secondaire
NpetNs, respectivement, et la tension de la bobine primaire et de la bobine secondaireVpetVs, respectivement.Cetteformule d'enroulement de transformateurvous indique la fraction par laquelle un transformateur modifie la tension d'entrée et que la tension des enroulements d'une bobine est directement proportionnelle au nombre d'enroulements des bobines elles-mêmes.
Gardez à l'esprit que, bien que cette formule soit appelée "rapport", il s'agit en fait d'une fraction, pas d'un rapport. Par exemple, si vous aviez un enroulement dans la bobine primaire et quatre enroulements dans la bobine secondaire d'un transformateur, cela correspondrait à une fraction de 1/4, ce qui signifie que le transformateur coupe la tension d'un valeur de 1/4. Mais le rapport 1:4 signifie que, pour un de quelque chose, il y a quatre de quelque chose d'autre, ce qui ne veut pas toujours dire la même chose qu'une fraction.
Les transformateurs peuvent augmenter ou diminuer la tension et sont appelésintensifierou alorsabaissertransformateurs en fonction de l'action qu'ils effectuent. Cela signifie que le rapport de transformation du transformateur sera toujours positif, mais peut varier entre être supérieur à un pour les transformateurs élévateurs ou inférieur à un pour les transformateurs abaisseurs.
La formule d'enroulement du transformateur n'est vraie que lorsque les angles des enroulements primaire et secondaire sont en phase les uns avec les autres. Cela signifie que, pour une alimentation en courant alternatif (CA) donnée qui alterne entre direct et courant inverse, le courant dans les enroulements primaire et secondaire sont synchronisés pendant cette dynamique traiter.
Il peut y avoir des transformateurs avec un rapport de tours de transformateur de 1 qui ne changent pas la tension, mais, au lieu de cela, sont utilisés pour séparer différents circuits les uns des autres ou pour modifier légèrement la résistance d'un circuit.
Calculatrice de conception de transformateur
Vous pouvez comprendre les propriétés des transformateurs pour déterminer ce qu'un calculateur de conception de transformateur prendrait en compte comme méthode pour déterminer comment construire les transformateurs eux-mêmes.
Bien que les enroulements primaire et secondaire d'un transformateur soient séparés l'un de l'autre, l'enroulement primaire induit un courant dans les enroulements secondaires via une méthode d'inductance. Lorsqu'une alimentation CA est envoyée à travers les enroulements primaires, le courant circule dans les spires et crée un champ magnétique grâce à une méthode appelée inductance mutuelle.
Formule d'enroulement du transformateur et magnétisme
Champ magnétiquedécrit dans quelle direction et à quel point le magnétisme agirait sur une particule chargée en mouvement. La valeur maximale de ce champ estdΦ/dt, le taux de variation deFlux magnétique Φsur une petite période de temps.
Le flux est une mesure de la quantité de champ magnétique qui traverse une surface spécifique telle qu'une zone rectangulaire. Dans un transformateur, les lignes de champ magnétique sont envoyées vers l'extérieur depuis la bobine magnétique autour de laquelle les fils sont enroulés.
Le flux magnétique relie les deux enroulements ensemble, et la force du champ magnétique dépend de la quantité de courant et du nombre d'enroulements. Cela peut nous donner uncalculateur de conception de transformateurqui prend en compte ces propriétés.
La loi d'inductance de Faraday qui décrit comment les champs magnétiques sont induits dans les matériaux dicte que la tension par l'un ou l'autre des enroulements induit
pour les enroulements primaires ou les enroulements secondaires. C'est ce qu'on appelle généralement la force électromotrice induite (fem).
Si vous deviez mesurer le changement de flux magnétique sur une courte période de temps, vous pourriez obtenir une valeur dedΦ/dtet l'utiliser pour calculer lefem. La formule générale du flux magnétique est
\Phi = BA|cos{\theta}
pour champ magnétiqueB, surface de l'avion dans le champUNEet l'angle entre les lignes de champ magnétique et la direction perpendiculaire à la zoneθ.
Vous pouvez tenir compte de la géométrie des enroulements autour du noyau magnétique du transformateur pour mesurer le flux askat
pour une alimentation CA oùωest la fréquence angulaire (2πfpour la fréquenceF) etΦmax est le flux maximal. Dans ce cas, la fréquenceFfait référence au nombre d'ondes qui passent à un endroit donné chaque seconde. Les ingénieurs se réfèrent également au produit du courant multiplié par le nombre de tours d'enroulements comme "ampères-tours," une mesure de la force de magnétisation de la bobine.
Exemples de calculatrice d'enroulement de transformateur
Si vous vouliez comparer les résultats expérimentaux de la façon dont les enroulements des transformateurs affectent leur utilisation, vous pouvez comparer les propriétés expérimentales observées à celles d'un enroulement de transformateur calculatrice.
L'éditeur de logiciels Micro Digital propose une Calculateur d'enroulement de transformateur en ligne pour calculer le calibre de fil standard (SWG) ou le calibre de fil américain (AWG). Cela permet aux ingénieurs de fabriquer des fils avec l'épaisseur appropriée afin qu'ils puissent transporter les charges de fil nécessaires à leurs fins. Le calculateur de transformateur de tours vous indique la tension individuelle à chaque tour de l'enroulement.
D'autres calculatrices comme celui de la société manufacturière Flex-Core vous permettent de calculer la taille du fil pour différentes applications pratiques si vous entrez dans la charge nominale, le courant secondaire nominal, la longueur de fil entre le transformateur de courant et le compteur et la charge d'entrée du mètre.
Le transformateur de courant crée une alimentation en tension alternative dans son enroulement secondaire qui est proportionnelle au courant dans l'enroulement primaire. Ces transformateurs réduisent les courants haute tension à des valeurs inférieures en utilisant une méthode simple de surveillance du courant électrique réel. La charge est la résistance de l'instrument de mesure lui-même au courant qui le traverse.
Hyperphysics propose une Calcul de la puissance du transformateur interface qui vous permet d'utiliser comme calculateur de conception de transformateur ou comme calculateur de résistance de transformateur. Pour l'utiliser, vous devez entrer une fréquence de tension d'alimentation, une inductance d'enroulement primaire, une inductance d'enroulement secondaire, un nombre de bobines d'enroulement primaire, nombre de bobines d'enroulement secondaire, tension secondaire, résistance d'enroulement primaire, résistance d'enroulement secondaire, résistance de charge d'enroulement secondaire et mutuelle inductance.
L'inductance mutuelleMtient compte de l'effet que le changement de charge sur la bobine secondaire peut exercer sur le courant traversant le primaire avec une force électromotrice :
emf=-M\frac{\Delta I_1}{\Delta t}
pour le changement de courant à travers la bobine primaireJe1et changer dans le tempsc'est.
Tout calculateur d'enroulement de transformateur en ligne fait des hypothèses sur le transformateur lui-même. Assurez-vous de savoir comment chaque site Web calcule les valeurs qu'il prétend faire afin que vous puissiez comprendre la théorie et les principes derrière les transformateurs en général. Leur proximité avec la formule d'enroulement du transformateur qui découle de la physique d'un transformateur dépend de ces propriétés.
