Izmjenična struja (AC) u većini uređaja u vašem domu može dolaziti samo iz dalekovoda koji šalju istosmjernu struju (DC) korištenjem transformatora. Kroz sve različite vrste struje koja može proći kroz krug, pomaže imati moć upravljanja tim električnim pojavama. Za svu svoju upotrebu u promjeni napona krugova, transformatori se uvelike oslanjaju na omjer okretaja.
Izračunavanje omjera zavoja transformatora
Omjer okretaja transformatoraje dijeljenje broja zavoja u primarnom namotu s brojem zavoja u sekundarnom namotu jednadžbom
T_R = \ frak {N_P} {N_S}
Ovaj omjer bi također trebao biti jednak naponu primarnog namota podijeljenom s naponom sekundarnog namota, kako je dato sVstr/ Vs. Primarni namot odnosi se na induktivitet s pogonom, element kruga koji inducira magnetsko polje kao odgovor na protok naboja, transformatora, a sekundarni je bez napajanja induktor.
Ovi omjeri vrijede pod pretpostavkom da je fazni kut primarnog namota jednak faznim kutovima sekundarnog sjednadžbaΦStr = ΦS.Ovaj primarni i sekundarni fazni kut opisuje kako struja koja se izmjenjuje između naprijed i obrnuti smjerovi u primarnom i sekundarnom namotu transformatora, sinkronizirani su s jednim još.
Za izvore izmjeničnog napona, kao što se koristi s transformatorima, dolazni valni oblik je sinusni, oblika sinusnog vala. Omjer okretaja transformatora govori vam koliko se napon mijenja kroz transformator dok struja prolazi od primarnih namota do sekundarnih namota.
Također, imajte na umu da se riječ "omjer" u ovim formulama odnosi na afrakcija,a ne stvarni omjer. Razlomak 1/4 razlikuje se od omjera 1: 4. Dok je 1/4 jedan dio cjeline koji je podijeljen na četiri jednaka dijela, omjer 1: 4 predstavlja da za jedno nešto postoje četiri nečega drugoga. "Omjer" u omjeru okretaja transformatora udio je, a ne omjer, u formuli omjera transformatora.
Omjer okretaja transformatora otkriva da razlomljena razlika napona traje na temelju broja zavojnica namotanih oko primarnog i sekundarnog dijela transformatora. Transformator s pet zavojnica s primarnom namotajom i 10 zavojnica s sekundarnom namotajom prepolovit će izvor napona prema zadanom 5/10 ili 1/2.
Hoće li se napon povećavati ili smanjivati kao rezultat ovih zavojnica, određuje li to pojačavajući transformator ili silazni transformator prema formuli omjera transformatora. Transformator koji niti povećava niti smanjuje napon je "impedancijski transformator" koji to može izmjerite impedansu, suprotnost kruga struji ili jednostavno naznačite prekide između različitih električnih sklopovi.
Izgradnja transformatora
Jezgrovite komponente transformatora su dvije zavojnice, primarna i sekundarna, koje se omotavaju oko željezne jezgre. Feromagnetska jezgra, ili jezgra izrađena od trajnog magneta, transformatora također koristi tanke električno izolirane kriške, tako da da ove površine mogu smanjiti otpor struje koja prolazi od primarnih zavojnica do sekundarnih zavojnica transformator.
Konstrukcija transformatora uglavnom će biti dizajnirana tako da izgubi što manje energije. Budući da ne prolazi sav magnetski tok iz primarnih zavojnica u sekundarni, u praksi će doći do određenih gubitaka. Transformatori će također izgubiti energiju zbogvrtložne struje, lokalizirana električna struja uzrokovana promjenama magnetskog polja u električnim krugovima.
Transformatori su dobili svoje ime jer koriste ovu postavku jezgre za namazanje s namotima na dva odvojena dijela transformirati električnu energiju u magnetsku energijom magnetiziranjem jezgre iz struje kroz primarnu namota.
Zatim magnetska jezgra inducira struju u sekundarnim namotima koja magnetnu energiju pretvara natrag u električnu. To znači da transformatori uvijek rade na ulaznom izvoru izmjeničnog napona, onom koji se redovito prebacuje između smjera struje prema naprijed i unatrag.
Vrste efekata transformatora
Osim formule napona ili broja zavojnica, možete proučiti transformatore kako biste saznali više o prirodi različitih vrsta naponi, elektromagnetska indukcija, magnetska polja, magnetski tok i druga svojstva koja proizlaze iz konstrukcije a transformator.
Za razliku od izvora napona koji struju šalje u jednom smjeru, anIzvor izmjeničnog naponaposlana kroz primarni zavoj stvorit će vlastito magnetsko polje. Ova pojava poznata je pod nazivom međusobna induktivnost.
Jačina magnetskog polja povećala bi se do svoje maksimalne vrijednosti, koja je jednaka razlici magnetskog toka podijeljenoj s vremenskim razdobljem,dΦ / dt. Imajte na umu, u ovom slučaju,Φkoristi se za označavanje magnetskog toka, a ne faznog kuta. Te se linije magnetskog polja izvlače prema van od elektromagneta. Inženjeri koji grade transformatore također uzimaju u obzir vezu fluksa, koja je proizvod magnetskog fluksaΦi broj zavojnica u žiciNuzrokovano magnetskim poljem koje prelazi iz jedne zavojnice u drugu.
Općenita jednadžba za magnetski tok je
\ Phi = BA \ cos {\ theta}
za površinu kroz koju polje prolaziAu M2, magnetsko poljeBu Tesli iθkao kut između okomitog vektora na područje i magnetskog polja. Za jednostavni slučaj omotanih zavojnica oko magneta, tok je dan
\ Phi = NBA
za broj zavojnicaN, magnetsko poljeBi na određenom područjuApovršine koja je paralelna magnetu. Međutim, za transformator, veza fluksa uzrokuje magnetski tok u primarnom namotu jednak onom sekundarnog namota.
PremaFaradayev zakon,izračunavanjem možete izračunati napon induciran u primarnom ili sekundarnom namotu transformatoraN x dΦ / dt. To također objašnjava zašto je omjer napona jednog dijela transformatora na drugom transformatoru jednak broju zavoja jednog na drugi.
Ako biste usporediliN x dΦ / dtjednog dijela drugom,dΦ / dtbi se poništio zbog oba dijela koja imaju isti magnetski tok. Konačno, možete izračunati amperske zavojnice transformatora kao umnožak trenutne puta na broj zavojnica kao metodu mjerenja sile magnetiziranja zavojnice
Transformatori u praksi
Mreže za distribuciju električne energije šalju električnu energiju iz elektrana u zgrade i kuće. Ti dalekovodi započinju u elektrani gdje električni generator stvara električnu energiju iz nekog izvora. To bi mogla biti hidroelektrana koja iskorištava snagu vode ili plinska turbina koja koristi izgaranje kako bi stvorila mehaničku energiju od prirodnog plina i pretvara je u električnu. Ova se električna energija, nažalost, proizvodi kaoIstosmjerni naponkoji za većinu kućanskih aparata treba pretvoriti u izmjenični napon.
Transformatori čine ovu električnu energiju upotrebljivom stvaranjem jednofaznih istosmjernih napajanja za kućanstva i zgrade od dolaznog oscilirajućeg izmjeničnog napona. Transformatori duž distribucijskih mreža također osiguravaju da je napon odgovarajući iznos za kućnu elektroniku i električne sustave. Distribucijske mreže također koriste "sabirnice" koje razdvajaju distribuciju u više pravaca zajedno s prekidačima kako bi se zasebne distribucije međusobno razlikovale.
Inženjeri često računaju na učinkovitost transformatora koristeći jednostavnu jednadžbu učinkovitosti kao
\ eta = \ frac {P_O} {P_I}
fili izlazna snagaStrOi ulazna snagaStrJa. Na temelju konstrukcije izvedbe transformatora, ovi sustavi ne gube energiju trenjem ili otporom zraka jer transformatori ne uključuju pokretne dijelove.
Struja magnetiziranja, količina struje potrebna za magnetiziranje jezgre transformatora, obično je vrlo mala u usporedbi sa strujom koju primarni dio transformatora inducira. Ti čimbenici znače da su transformatori obično vrlo učinkoviti s učinkovitošću od 95 posto i većom za većinu modernih dizajna.
Ako biste primijenili izvor izmjeničnog napona na primarni namot transformatora, magnetski tok koji se inducira magnetska jezgra nastavit će inducirati izmjenični napon u sekundarnom namotu u istoj fazi kao i izvor napon. Magnetski tok u jezgri, međutim, ostaje 90 ° iza faznog kuta napona izvora. To znači da struja primarnog namota, struja magnetiziranja, također zaostaje za izvorom izmjeničnog napona.
Jednadžba transformatora u međusobnoj induktivnosti
Pored polja, fluksa i napona, transformatori ilustriraju međusobne elektromagnetske pojave induktivitet koji daje veću snagu primarnim namotima transformatora kada su spojeni na električni Opskrba.
To se događa kao reakcija primarnog namota na povećanje opterećenja, nešto što troši snagu, na sekundarnim namotima. Ako ste sekundarnim namotima dodali opterećenje metodom poput povećanja otpora njegovih žica, primarni namoti reagirali bi povlačenjem više struje iz izvora napajanja kako bi to nadoknadili smanjenje.Međusobna induktivnostje opterećenje koje stavite na sekundarnu mrežu pomoću koje možete izračunati porast struje kroz primarne namote.
Ako biste napisali zasebnu jednadžbu napona i za primarni i za sekundarni namot, mogli biste opisati ove pojave međusobne induktivnosti. Za primarni namot,
V_P = I_PR_1 + L_1 \ frac {\ Delta I_P} {\ Delta t} -M \ frac {\ Delta I_S} {\ Delta t}
za struju kroz primarni namotJaStr, otpor opterećenja primarnog namotaR1, međusobna induktivnostM, induktivnost primarnog namotaLJa, sekundarni namotJaSi promjena u vremenuΔt. Negativni predznak ispred međusobne induktivnostiMpokazuje da izvorna struja odmah doživljava pad napona zbog opterećenja na sekundarnom namotu, ali kao odgovor primarni namot podiže svoj napon.
Ova jednadžba slijedi pravila pisanja jednadžbi koja opisuju kako se struja i napon razlikuju među elementima kruga. Za zatvorenu električnu petlju zbroj napona na svakoj komponenti možete zapisati jednakim nuli kako biste pokazali kako napon pada na svakom elementu u krugu.
Za primarne namote ovu jednadžbu pišete kako biste uzeli u obzir napon na samim primarnim namotima (JaStrR1), napon uslijed inducirane struje magnetskog poljaL1ΔIStr/Δta napon zbog učinka međusobne induktivnosti od sekundarnih namotaM ΔIS/Δt.
Slično tome, možete napisati jednadžbu koja opisuje pad napona na sekundarnim namotima kao
M \ frac {\ Delta I_P} {\ Delta t} = I_SR_2 + L_2 \ frac {\ Delta I_S} {\ Delta t}
Ova jednadžba uključuje struju sekundarnog namotaJaS, induktivitet sekundarnog namotaL2i otpor opterećenja sekundarnog namotaR2. Otpor i induktivnost označeni su indeksima 1 ili 2 umjesto P ili S, budući da su otpornici i prigušnice često numerirani, a ne označeni slovima. Konačno, možete izračunati međusobnu induktivitet iz induktora izravno kao
M = \ sqrt {L_1L_2}