Kintamoji srovė (AC) daugumoje jūsų namų prietaisų gali būti gaunama tik iš elektros linijų, kurios, naudodamos transformatorių, siunčia nuolatinę srovę (DC). Per visus skirtingus srovės tipus, kurie gali tekėti per grandinę, tai padeda valdyti šiuos elektrinius reiškinius. Kad transformatoriai keistų įtampą, transformatoriai labai priklauso nuo jų posūkių santykio.
Transformatoriaus posūkių santykio apskaičiavimas
Transformatoriaus posūkių santykisyra pirminės apvijos posūkių skaičiaus padalijimas iš antrinės apvijos posūkių skaičiaus pagal lygtį
T_R = \ frac {N_P} {N_S}
Šis santykis taip pat turėtų būti lygus pirminės apvijos įtampai, padalytai iš antrinės apvijos įtampos, kaip nurodytaVp/ Vs. Pirminė apvija reiškia varomą induktorių, grandinės elementą, kuris sukelia magnetinį lauką reaguojant į transformatoriaus įkrovos srautą, o antrinis - be maitinimo induktorius.
Šie santykiai galioja darant prielaidą, kad pirminės apvijos fazinis kampas yra lygus antrinės fazės kampuilygtisΦP = ΦS.
Šis pirminio ir antrinio fazių kampas apibūdina, kaip srovė, kuri keičiasi į priekį ir transformatoriaus pirminės ir antrinės apvijos atvirkštinės kryptys yra sinchronizuojamos su viena kitas.Kintamosios įtampos šaltiniams, naudojamiems su transformatoriais, gaunama bangos forma yra sinusinė, sinusinės bangos forma. Transformatoriaus posūkių santykis nurodo, kiek įtampa keičiasi per transformatorių, kai srovė praeina iš pirminių apvijų į antrines apvijas.
Taip pat atkreipkite dėmesį, kad žodis „santykis“ šioje formulėje reiškia atrupmena,ne faktinis santykis. 1/4 dalis skiriasi nuo santykio 1: 4. Nors 1/4 yra viena iš visumos dalis, padalyta į keturias lygias dalis, santykis 1: 4 reiškia, kad vienam iš kažko yra keturi kažkas kita. Transformatoriaus posūkių santykio „santykis“ yra trupmena, o ne santykis transformatoriaus santykio formulėje.
Transformatoriaus posūkių santykis rodo, kad įtampos dalinis skirtumas priklauso nuo ritių, suvyniotų aplink pirminę ir antrinę transformatoriaus dalis, skaičiaus. Transformatorius su penkiomis pirminėmis suvyniotomis ritėmis ir 10 antrinių suvyniotų ritinių sumažins įtampos šaltinį perpus, kaip nurodyta 5/10 arba 1/2.
Ar įtampa didėja ar mažėja dėl šių ritių, pagal transformatoriaus santykio formulę nustatoma, ar tai pakopinis, ar žemesnis transformatorius. Transformatorius, kuris nei padidina, nei sumažina įtampą, yra „impedansinis transformatorius“, kuris taip pat gali išmatuoti impedanciją, grandinės priešingumą srovei arba tiesiog nurodyti pertraukas tarp skirtingų elektros grandinės.
Transformatoriaus konstrukcija
Pagrindiniai transformatoriaus komponentai yra dvi ritės, pirminės ir antrinės, kurios apgaubia geležinę šerdį. Transformatoriaus feromagnetinėje šerdyje arba iš nuolatinio magneto pagamintoje šerdyje taip pat naudojamos plonos elektra izoliuotos skiltelės, todėl kad šie paviršiai gali sumažinti atsparumą srovei, einančiai iš pirminių ritinių į antrinius ritinius transformatorius.
Transformatoriaus konstrukcija paprastai bus suprojektuota taip, kad prarastų kuo mažiau energijos. Kadangi ne visas magnetinis srautas iš pirminių ritinių pereina į antrinius, praktikoje bus tam tikrų nuostolių. Transformatoriai taip pat praras energiją dėlsūkurinės srovės, lokalizuota elektros srovė, kurią sukelia magnetinių laukų pokyčiai elektros grandinėse.
Transformatoriai gauna savo vardą, nes jie naudoja šią magnetizuojančios šerdies su apvijomis nustatymą dviejose atskirose jo dalyse transformuoti elektros energiją į magnetinę energiją įmagnetinant šerdį iš srovės per pirminę apvijos.
Tada magnetinė šerdis sukelia srovę antrinėse apvijose, kuri magnetinę energiją paverčia atgal į elektros energiją. Tai reiškia, kad transformatoriai visada veikia gaunamą kintamosios srovės įtampos šaltinį, kuris reguliariai persijungia tarp srovės į priekį ir atgal.
Transformatoriaus efektų tipai
Be įtampos ar ritinių skaičiaus formulės, galite studijuoti transformatorius, kad sužinotumėte daugiau apie skirtingų tipų pobūdį įtampos, elektromagnetinė indukcija, magnetiniai laukai, magnetinis srautas ir kitos savybės, atsirandančios dėl a transformatorius.
Skirtingai nuo įtampos šaltinio, kuris srovę siunčia viena kryptimi, anKintamosios įtampos šaltinisišsiųstas per pirminę ritę, sukurs savo magnetinį lauką. Šis reiškinys yra žinomas kaip abipusis induktyvumas.
Magnetinio lauko stipris padidėtų iki didžiausios vertės, kuri lygi magnetinio srauto skirtumui, padalytam iš laiko,dΦ / dt. Atminkite, kad šiuo atvejuΦnaudojamas magnetiniam srautui, o ne faziniam kampui nurodyti. Šios magnetinio lauko linijos yra ištrauktos į išorę nuo elektromagneto. Transformatorius statantys inžinieriai taip pat atsižvelgia į srauto ryšį, kuris yra magnetinio srauto produktasΦir vielos ritinių skaičiusNkurį sukelia magnetinis laukas, pereinantis iš vienos ritės į kitą.
Bendroji magnetinio srauto lygtis yra
\ Phi = BA \ cos {\ theta}
už paviršiaus plotą, kurį eina laukasAm2, magnetinis laukasBTeslas irθkaip kampas tarp statmeno vektoriaus plotui ir magnetinio lauko. Paprastam apvyniotų ritinių aplink magnetą atveju srautą nurodo
\ Phi = NBA
ritinių skaičiuiN, magnetinis laukasBir per tam tikrą plotąApaviršiaus, kuris yra lygiagretus magnetui. Tačiau transformatoriui dėl srauto jungties magnetinis srautas pirminėje apvijoje yra lygus antrinės apvijos.
PagalFaradėjaus įstatymas,galite apskaičiuoti įtampą, sukeltą pirminėje ar antrinėje transformatoriaus apvijoje, apskaičiuodamiN x dΦ / dt. Tai taip pat paaiškina, kodėl transformatoriaus vienos transformatoriaus dalies įtampos santykis su kita yra lygus vienos ir kitos ritinių skaičiui.
Jei palygintumėteN x dΦ / dtvienos dalies kitai,dΦ / dtbūtų atšauktas dėl abiejų dalių vienodo magnetinio srauto. Galiausiai galite apskaičiuoti transformatoriaus amperos apsisukimus kaip srovės ir ritinių skaičiaus sandaugą, kaip ritės įmagnetinimo jėgos matavimo metodą
Transformatoriai praktikoje
Elektros skirstomieji tinklai siunčia elektrą iš elektrinių į pastatus ir namus. Šios elektros linijos prasideda elektrinėje, kur elektros generatorius sukuria elektros energiją iš tam tikro šaltinio. Tai gali būti hidroelektrinė užtvanka, naudojanti vandens galią, arba dujų turbina, kuri naudoja degimą, kad sukurtų mechaninę energiją iš gamtinių dujų ir paverčia ją elektra. Deja, ši elektra gaminama kaipNuolatinė įtampakurią daugumai buitinių prietaisų reikia paversti kintama įtampa.
Transformatoriai padaro šią elektrą tinkama kuriant vienfazius nuolatinės srovės maitinimo šaltinius namų ūkiams ir pastatams iš gaunamosios svyruojančios kintamosios įtampos. Transformatoriai palei elektros paskirstymo tinklus taip pat užtikrina, kad įtampa būtų tinkama namų elektronikos ir elektros sistemoms. Skirstomieji tinklai taip pat naudoja „magistrales“, kurios atskiria paskirstymą į kelias puses kartu su automatais, kad atskiri paskirstymai būtų atskirti vienas nuo kito.
Inžinieriai dažnai atsižvelgia į transformatorių efektyvumą, naudodami paprastą efektyvumo lygtį
\ eta = \ frac {P_O} {P_I}
farba išėjimo galiaPOir įvesties galiaPAš. Remiantis transformatorių konstrukcijos konstrukcija, šios sistemos nepraranda energijos dėl trinties ar oro pasipriešinimo, nes transformatoriuose nėra judančių dalių.
Įmagnetinimo srovė, srovės kiekis, reikalingas transformatoriaus įmagnetinimui, paprastai yra labai mažas, palyginti su srove, kurią sukelia pirminė transformatoriaus dalis. Šie veiksniai reiškia, kad transformatoriai paprastai yra labai efektyvūs, o efektyvumas siekia 95 procentus ir daugiau, kai naudojama šiuolaikinė konstrukcija.
Jei transformatoriaus pirminėje apvijoje taikytumėte kintamosios srovės įtampos šaltinį, įsijungiantis magnetinis srautas magnetinė šerdis ir toliau sukels kintamosios srovės įtampą antrinėje apvijoje toje pačioje fazėje kaip ir šaltinis Įtampa. Tačiau magnetinis srautas šerdyje išlieka 90 ° už šaltinio įtampos fazinio kampo. Tai reiškia, kad pirminės apvijos srovė, magnetinė srovė, taip pat atsilieka nuo kintamosios įtampos šaltinio.
Transformatoriaus lygtis abipusiame induktyvume
Be lauko, srauto ir įtampos, transformatoriai iliustruoja tarpusavio elektromagnetinius reiškinius induktyvumas, kuris suteikia daugiau galios pirminėms transformatoriaus apvijoms, kai jis yra prijungtas prie elektros tiekimas.
Tai atsitinka kaip pirminės apvijos reakcija į apkrovos padidėjimą, kuris sunaudoja energiją, ant antrinių apvijų. Jei pridėjote apkrovą prie antrinių apvijų tokiu būdu, kaip padidindami laidų atsparumą, pirminės apvijos reaguotų į tai, kad tai kompensuotų iš srovės šaltinio daugiau srovės mažinti.Abipusis induktyvumasyra apkrova, kurią dedate ant antrinės, kurią galite naudoti apskaičiuodami srovės padidėjimą per pirmines apvijas.
Jei parašytumėte atskirą įtampos lygtį tiek pirminiai, tiek antrinei apvijoms, galėtumėte apibūdinti šiuos abipusio induktyvumo reiškinius. Dėl pirminės apvijos,
V_P = I_PR_1 + L_1 \ frac {\ Delta I_P} {\ Delta t} -M \ frac {\ Delta I_S} {\ Delta t}
srovei per pirminę apvijąAšP, pirminės apvijos atsparumas apkrovaiR1, abipusis induktyvumasM, pirminės apvijos induktyvumasLAš, antrinė apvijaAšSir pasikeisti laikeΔt. Neigiamas ženklas priešais abipusį induktyvumąMrodo, kad šaltinio srovė iš karto patiria įtampos kritimą dėl apkrovos ant antrinės apvijos, tačiau, reaguodama į tai, pirminė apvija padidina jos įtampą.
Ši lygtis vadovaujasi lygčių rašymo taisyklėmis, apibūdinančiomis, kaip srovė ir įtampa skiriasi grandinės elementuose. Uždaroje elektros grandinėje galite parašyti kiekvieno komponento įtampos sumą lygią nuliui, kad parodytumėte, kaip įtampa krinta kiekviename grandinės elemente.
Pirminių apvijų atveju jūs rašote šią lygtį, kad būtų atsižvelgta į pačių pirminių apvijų įtampą (AšPR1), įtampa dėl sukeltos magnetinio lauko srovėsL1ΔIP/Δtir įtampa dėl abipusio indukcijos iš antrinių apvijų poveikioM ΔIS/Δt.
Panašiai galite parašyti lygtį, apibūdinančią įtampos kritimą ant antrinių apvijų kaip
M \ frac {\ Delta I_P} {\ Delta t} = I_SR_2 + L_2 \ frac {\ Delta I_S} {\ Delta t}
Ši lygtis apima antrinės apvijos srovęAšS, antrinės apvijos induktyvumasL2o antrinės apvijos atsparumas apkrovaiR2. Varža ir induktyvumas žymimi atitinkamai 1 arba 2 abonementais, o ne P arba S, nes rezistoriai ir induktoriai dažnai numeruojami, o ne žymimi raidėmis. Galiausiai galite apskaičiuoti abipusį induktyvumą tiesiogiai iš induktorių kaip
M = \ sqrt {L_1L_2}
