Se ti sei mai chiesto come le case e gli edifici utilizzano l'elettricità delle centrali elettriche, dovresti conoscere il trasformatori nelle distribuzioni della rete elettrica che convertono le correnti ad alta tensione in quelle utilizzate in casa elettrodomestici. Questi trasformatori utilizzano design semplici nella maggior parte dei tipi di trasformatori, ma possono variare notevolmente in quanto cambiano la tensione di ingresso in base a come sono costruiti.
Formula di avvolgimento del trasformatore
I trasformatori utilizzati dai sistemi di distribuzione della rete elettrica seguono progetti semplici che utilizzano bobine avvolte attorno a un nucleo magnetico in aree diverse.
Queste bobine di filo prendono corrente in ingresso e cambiano la tensione in base alrapporto spire del trasformatore, che è
\frac{N_P}{N_S}=\frac{V_P}{V_S}
per il numero di avvolgimenti del primario e del secondario secondarynopenoS, rispettivamente, e la tensione della bobina primaria e della bobina secondariaVpeVS, rispettivamente.
Questoformula di avvolgimento del trasformatoreti dice la frazione con cui un trasformatore cambia la tensione in ingresso e che la tensione degli avvolgimenti di una bobina è direttamente proporzionale al numero di avvolgimenti delle bobine stesse.
Tieni presente che, sebbene questa formula sia denominata "rapporto", in realtà è una frazione, non un rapporto. Ad esempio, se avessi un avvolgimento nella bobina primaria e quattro avvolgimenti nella bobina secondaria di a trasformatore, questo corrisponderebbe a una frazione di 1/4, il che significa che il trasformatore taglia la tensione di a valore di 1/4. Ma il rapporto 1:4 significa che, per uno di qualcosa, ci sono quattro di qualcos'altro, il che non significa sempre la stessa cosa di una frazione.
I trasformatori possono aumentare o diminuire la tensione e sono noti comestep-upostep-downtrasformatori a seconda dell'azione che eseguono. Ciò significa che il rapporto di spire del trasformatore sarà sempre positivo, ma può variare tra essere maggiore di uno per i trasformatori step-up o inferiore a uno per i trasformatori step-down.
La formula dell'avvolgimento del trasformatore è vera solo quando gli angoli degli avvolgimenti primari e secondari sono in fase tra loro. Ciò significa che, per un dato alimentatore in corrente alternata (AC) che commuta avanti e indietro tra avanti e corrente inversa, la corrente in entrambi gli avvolgimenti primario e secondario sono sincronizzati tra loro durante questa dinamica processi.
Potrebbero esserci alcuni trasformatori con un rapporto di spire del trasformatore di 1 che non cambiano la tensione, ma, servono invece per dividere circuiti diversi tra loro o per variare leggermente la resistenza di a circuito.
Calcolatrice del progetto di trasformatore
È possibile comprendere le proprietà dei trasformatori per determinare ciò che un calcolatore di progettazione del trasformatore prenderebbe in considerazione come metodo per determinare come costruire i trasformatori stessi.
Sebbene gli avvolgimenti primario e secondario su un trasformatore siano separati l'uno dall'altro, l'avvolgimento primario induce una corrente negli avvolgimenti secondari attraverso un metodo di induttanza. Quando un alimentatore CA viene inviato attraverso gli avvolgimenti primari, la corrente scorre attraverso le spire e crea un campo magnetico attraverso un metodo chiamato mutua induttanza.
Formula di avvolgimento del trasformatore e magnetismo
Campo magneticodescrive in quale direzione e quanto forte il magnetismo agirebbe su una particella carica in movimento. Il valore massimo di questo campo èdΦ/dt, il tasso di variazione diflusso magnetico Φin un breve periodo di tempo.
Il flusso è una misura di quanto campo magnetico scorre attraverso una superficie specifica come un'area rettangolare. In un trasformatore, le linee del campo magnetico vengono inviate verso l'esterno dalla bobina magnetica attorno alla quale sono avvolti i fili.
Il flusso magnetico collega entrambi gli avvolgimenti e la forza del campo magnetico dipende dalla quantità di corrente e dal numero di avvolgimenti. Questo può darci uncalcolatrice del progetto del trasformatoreche tenga conto di queste proprietà.
La legge dell'induttanza di Faraday che descrive come i campi magnetici sono indotti nei materiali impone che la tensione da entrambi gli avvolgimenti indotta
per avvolgimenti primari o secondari. Questo è solitamente indicato come la forza elettromotrice indotta (emf).
Se dovessi misurare la variazione del flusso magnetico in un breve periodo di tempo, potresti ottenere un valore didΦ/dte usalo per calcolare ilemf. La formula generale per il flusso magnetico è
\Phi = BA|cos{\theta}
per campo magnetico magneticB, superficie del piano nel campoUNe l'angolo tra le linee del campo magnetico e la direzione perpendicolare all'areaθ.
Puoi tenere conto della geometria degli avvolgimenti attorno al nucleo magnetico del trasformatore per misurare il flusso askat
per un alimentatore CA doveωè la frequenza angolare (2πfper frequenzaf) eΦmax è il flusso massimo. In questo caso, frequenzafsi riferisce al numero di onde che passano ogni secondo in una determinata posizione. Gli ingegneri si riferiscono anche al prodotto delle correnti per il numero di spire degli avvolgimenti come "ampere-giri," una misura della forza di magnetizzazione della bobina.
Esempi di calcolatori di avvolgimento del trasformatore
Se volessi confrontare i risultati sperimentali di come gli avvolgimenti dei trasformatori influenzano il loro utilizzare, è possibile confrontare le proprietà sperimentali osservate con quelle di un avvolgimento di trasformatore calcolatrice.
La società di software Micro Digital offre un Calcolatore di avvolgimento del trasformatore online per calcolare Standard Wire Gauge (SWG) o American Wire Gauge (AWG). Ciò consente agli ingegneri di produrre fili con lo spessore appropriato in modo che possano trasportare le spese di filo necessarie per i loro scopi. Il calcolatore del trasformatore indica la tensione individuale attraverso ogni giro dell'avvolgimento.
Altri calcolatori come quello dell'azienda produttrice Flex-Core consente di calcolare la dimensione del filo per diverse applicazioni pratiche se si inserisce la valutazione del carico, il corrente secondaria nominale, la lunghezza del cavo tra il trasformatore di corrente e il contatore e il carico di ingresso del metro.
Il trasformatore di corrente crea un'alimentazione di tensione CA nel suo avvolgimento secondario che è proporzionale alla corrente nell'avvolgimento primario. Questi trasformatori riducono le correnti ad alta tensione a valori inferiori utilizzando un metodo semplice per monitorare la corrente elettrica effettiva. L'onere è la resistenza dello strumento di misura stesso alla corrente che lo attraversa.
L'iperfisica offre un servizio online Calcolo della potenza del trasformatore interfaccia che consente di utilizzare come calcolatore di progettazione del trasformatore o come calcolatore di resistenza del trasformatore. Per utilizzarlo, è necessario immettere una frequenza della tensione di alimentazione, un'induttanza dell'avvolgimento primario, un'induttanza dell'avvolgimento secondario, il numero di bobine dell'avvolgimento primario, avvolgimento secondario numero di bobine, tensione secondaria, resistenza dell'avvolgimento primario, resistenza dell'avvolgimento secondario, resistenza di carico dell'avvolgimento secondario e reciproco induttanza.
La mutua induttanzaMtiene conto dell'effetto che la variazione di carico sulla bobina secondaria può esercitare sulla corrente attraverso il primario con una fem:
emf=-M\frac{\Delta I_1}{\Delta t}
per variazione di corrente attraverso la bobina primariaio1e cambia nel tempot.
Qualsiasi calcolatore di avvolgimento del trasformatore online fa ipotesi sul trasformatore stesso. Assicurati di sapere come ogni sito Web calcola i valori che dichiara di fare in modo da poter comprendere la teoria e i principi alla base dei trasformatori in generale. Quanto sono vicini alla formula di avvolgimento del trasformatore che segue dalla fisica di un trasformatore dipende da queste proprietà.