Maiņstrāva (maiņstrāva) lielākajā daļā jūsu mājā esošo ierīču var rasties tikai no elektropārvades līnijām, kas, izmantojot transformatoru, sūta līdzstrāvu (līdzstrāvu). Caur visiem dažāda veida strāvas veidiem, kas var plūst caur ķēdi, tas palīdz iegūt spēku kontrolēt šīs elektriskās parādības. Visiem to izmantošanas veidiem, mainot ķēžu spriegumu, transformatori lielā mērā paļaujas uz to pagriezienu attiecību.
Transformatora pagriezienu attiecības aprēķināšana
Transformatora pagriezienu attiecībair primārā tinuma pagriezienu skaita dalījums ar sekundārā tinuma pagriezienu skaitu pēc vienādojuma
T_R = \ frac {N_P} {N_S}
Šai attiecībai jābūt vienādai ar primārā tinuma spriegumu, dalītu ar sekundārā tinuma spriegumu, kā norādītsVlpp/ Vs. Primārā tinums attiecas uz darbināmo induktoru, ķēdes elementu, kas inducē magnētisko lauku reaģējot uz transformatora uzlādes plūsmu, un sekundārais ir bez barošanas induktors.
Šīs attiecības atbilst pieņēmumam, ka primārā tinuma fāzes leņķis ir vienāds ar sekundārā fāzes leņķi ar
vienādojumsΦP = ΦS.Šis primārais un sekundārais fāzes leņķis apraksta to, kā strāva, kas mainās starp priekšu un transformatora primārā un sekundārā tinuma reversie virzieni ir sinhronizēti ar vienu cits.Maiņstrāvas sprieguma avotiem, ko izmanto ar transformatoriem, ienākošā viļņa forma ir sinusoidāla, sinusa viļņa forma. Transformatora pagriezienu attiecība norāda, cik daudz sprieguma mainās caur transformatoru, strāvai pārejot no primārajiem tinumiem uz sekundārajiem tinumiem.
Lūdzu, ņemiet vērā, ka vārds "attiecība" šajā formulā attiecas uz afrakcija,nav faktiskā attiecība. Daļa 1/4 atšķiras no proporcijas 1: 4. Kamēr 1/4 ir viena daļa no visa, kas sadalīts četrās vienādās daļās, attiecība 1: 4 norāda, ka vienam no kaut kā ir četri kaut kas cits. Transformatora pagriezienu attiecība "attiecība" transformatora koeficienta formulā ir daļa, nevis attiecība.
Transformatora pagriezienu attiecība atklāj, ka sprieguma sadalījuma starpība, pamatojoties uz ruļļu skaitu, kas savīti ap transformatora primāro un sekundāro daļu. Transformators ar piecām primārajām brūces spolēm un 10 sekundārajām brūces spolēm samazinās sprieguma avotu uz pusi, kā norādīts 5/10 vai 1/2.
Neatkarīgi no tā, vai spoles palielinās vai samazinās šo tinumu rezultātā, tas ir pakāpenisks transformators vai pazeminošs transformators pēc transformatora attiecību formulas. Transformators, kas ne palielina, ne samazina spriegumu, ir "pretestības transformators", kas arī var izmērīt pretestību, ķēdes pretestību strāvai vai vienkārši norādīt pārtraukumus starp dažādiem elektriskajiem ķēdes.
Transformatora konstrukcija
Transformatora galvenie komponenti ir divas primārās un sekundārās spoles, kas aptinās ap dzelzs serdi. Transformatora feromagnētiskajā kodolā vai kodolā, kas izgatavots no pastāvīga magnēta, tiek izmantotas arī plānas elektriski izolētas šķēles ka šīs virsmas var samazināt pretestību strāvai, kas iet no primārajām spolēm uz sekundārajām spolēm transformators.
Transformatora konstrukcija parasti tiks veidota tā, lai zaudētu pēc iespējas mazāk enerģijas. Tā kā ne visa magnētiskā plūsma no primārajām spolēm pāriet uz sekundāro, praksē būs zināmi zaudējumi. Transformatori arī zaudēs enerģijuvirpuļstrāvas, lokalizēta elektriskā strāva, ko izraisa magnētiskā lauka izmaiņas elektriskajās ķēdēs.
Transformatori iegūst savu vārdu, jo viņi izmanto šo magnetizējošā kodola iestatījumu ar tinumiem divās atsevišķās tā daļās pārveidot elektrisko enerģiju magnētiskajā enerģijā, izmantojot kodola magnetizāciju no strāvas caur primāro tinumi.
Tad magnētiskais kodols inducē strāvu sekundārajos tinumos, kas pārveido magnētisko enerģiju atpakaļ par elektrisko enerģiju. Tas nozīmē, ka transformatori vienmēr darbojas uz ienākoša maiņstrāvas avota, kas regulāri pārslēdzas starp strāvas virzienu uz priekšu un atpakaļ.
Transformatoru efektu veidi
Papildus sprieguma vai ruļļu skaita formulai varat izpētīt transformatorus, lai uzzinātu vairāk par dažādu veidu raksturu spriegumi, elektromagnētiskā indukcija, magnētiskie lauki, magnētiskā plūsma un citas īpašības, kas rodas a transformators.
Atšķirībā no sprieguma avota, kas sūta strāvu vienā virzienā, anMaiņstrāvas sprieguma avotsnosūtīts caur primāro spoli, radīs savu magnētisko lauku. Šīs parādības ir pazīstamas kā savstarpēja induktivitāte.
Magnētiskā lauka stiprums palielināsies līdz tā maksimālajai vērtībai, kas ir vienāda ar magnētiskās plūsmas starpību, dalītu ar laika periodu,dΦ / dt. Paturiet prātā, šajā gadījumāΦtiek izmantots, lai norādītu magnētisko plūsmu, nevis fāzes leņķi. Šīs magnētiskā lauka līnijas tiek izvilktas no elektromagnēta uz āru. Inženieri, kas būvē transformatorus, ņem vērā arī plūsmas saiti, kas ir magnētiskās plūsmas rezultātsΦun spoles skaits vadāNko izraisa magnētiskais lauks, kas pāriet no vienas spoles uz otru.
Magnētiskās plūsmas vispārējais vienādojums ir
\ Phi = BA \ cos {\ theta}
virsmas laukumam, kuram laukums iet cauriAm2, magnētiskais lauksBTeslasā unθkā leņķis starp perpendikulāru vektoru pret laukumu un magnētisko lauku. Vienkāršam gadījumam, kad ap magnētu ir ietītas spoles, plūsmu dod
\ Phi = NBA
par ruļļu skaituN, magnētiskais lauksBun noteiktā apgabalāAvirsmai, kas ir paralēla magnētam. Tomēr transformatoram plūsmas saite izraisa magnētiskās plūsmas primāro tinumu, kas ir vienāds ar sekundāro tinumu.
PēcFaradejas likums,aprēķinot, jūs varat aprēķināt transformatora primārajos vai sekundārajos tinumos inducēto spriegumuN x dΦ / dt. Tas arī izskaidro, kāpēc transformators pagriež vienas transformatora daļas sprieguma attiecību pret otru ir vienāds ar vienas un otras spoles skaitu.
Ja jūs salīdzinātuN x dΦ / dtno vienas puses uz otru,dΦ / dtatceltu, jo abām daļām ir vienāda magnētiskā plūsma. Visbeidzot, jūs varat aprēķināt transformatora ampēru pagriezienus kā strāvas reizinājumu ar ruļļu skaitu kā spoles magnētiskā spēka mērīšanas metodi
Transformatori praksē
Elektroenerģijas sadales tīkli sūta elektrību no elektrostacijām uz ēkām un mājām. Šīs elektropārvades līnijas sākas elektrostacijā, kur elektriskais ģenerators no kāda avota rada elektrisko enerģiju. Tas varētu būt hidroelektriskais aizsprosts, kas izmanto ūdens jaudu, vai gāzes turbīna, kas izmanto sadedzināšanu, lai radītu mehānisko enerģiju no dabasgāzes un pārveidotu to par elektrību. Diemžēl šī elektrība tiek ražota kāLīdzstrāvas spriegumskas jāpārvērš maiņstrāvas spriegumā lielākajai daļai sadzīves tehnikas.
Transformatori padara šo elektrību izmantojamu, izveidojot vienfāzes līdzstrāvas barošanas avotus mājsaimniecībām un ēkām no ienākošā svārstīgā maiņstrāvas sprieguma. Transformatori gar strāvas sadales tīkliem arī nodrošina, ka mājas elektronikas un elektrības sistēmām spriegums ir atbilstošs. Sadales režģi izmanto arī "kopnes", kas sadala sadalījumu vairākos virzienos blakus automātiskajiem slēdžiem, lai atsevišķi sadalījumi būtu atšķirīgi.
Inženieri bieži ņem vērā transformatoru efektivitāti, izmantojot vienkāršo efektivitātes vienādojumu kā
\ eta = \ frac {P_O} {P_I}
fvai izejas jaudaPOun ieejas jaudaPEs. Pamatojoties uz transformatoru konstrukciju konstrukciju, šīs sistēmas nezaudē enerģiju berzes vai gaisa pretestības dēļ, jo transformatoros nav iesaistītas kustīgas daļas.
Magnetizējošā strāva, strāvas daudzums, kas nepieciešams transformatora kodola magnetizēšanai, parasti ir ļoti mazs, salīdzinot ar strāvu, ko inducē transformatora primārā daļa. Šie faktori nozīmē, ka transformatori parasti ir ļoti efektīvi, ar efektivitāti 95 procentiem un vairāk lielākajai daļai mūsdienu dizainu.
Ja transformatora primārajam tinumam jāpielieto maiņstrāvas sprieguma avots, tajā ierosinātā magnētiskā plūsma magnētiskais kodols turpinās izraisīt maiņstrāvas spriegumu sekundārajā tinumā tajā pašā fāzē kā avots spriegums. Magnētiskā plūsma kodolā tomēr paliek 90 ° aiz avota sprieguma fāzes leņķa. Tas nozīmē, ka primārās tinuma strāva, magnetizējošā strāva, arī atpaliek no maiņstrāvas sprieguma avota.
Transformatoru vienādojums savstarpējā induktivitātē
Papildus laukam, plūsmai un spriegumam transformatori ilustrē savstarpējo elektromagnētiskās parādības induktivitāte, kas dod lielāku jaudu transformatora primārajiem tinumiem, kad tie ir piestiprināti pie elektrības piegādi.
Tas notiek kā primārās tinuma reakcija uz sekundāro tinumu reakciju uz slodzes pieaugumu, kas patērē enerģiju. Ja sekundārajiem tinumiem pievienojāt slodzi, izmantojot metodi, piemēram, palielinot tā vadu pretestību, primārie tinumi reaģētu, piesaistot lielāku strāvu no strāvas avota, lai to kompensētu samazināt.Savstarpējā induktivitāteir sekundārā slodze, kuru varat izmantot, lai aprēķinātu strāvas pieaugumu caur primārajiem tinumiem.
Ja jūs rakstītu atsevišķu sprieguma vienādojumu gan primārajam, gan sekundārajam tinumam, jūs varētu aprakstīt šīs savstarpējās induktivitātes parādības. Primārajam tinumam
V_P = I_PR_1 + L_1 \ frac {\ Delta I_P} {\ Delta t} -M \ frac {\ Delta I_S} {\ Delta t}
strāvai caur primāro tinumuEsP, primārā tinuma slodzes pretestībaR1, savstarpēja induktivitāteM, primārā tinuma induktivitāteLEs, sekundārais tinumsEsSun mainīties laikāΔt. Negatīvā zīme savstarpējās induktivitātes priekšāMparāda, ka avota strāva nekavējoties piedzīvo sprieguma kritumu sekundārās tinuma slodzes dēļ, bet, atbildot uz to, primārā tinums paaugstina tā spriegumu.
Šis vienādojums atbilst vienādojumu rakstīšanas noteikumiem, kas apraksta to, kā strāva un spriegums atšķiras ķēdes elementos. Slēgtai elektriskai cilpai jūs varat uzrakstīt sprieguma summu katram komponentam kā vienādu ar nulli, lai parādītu, kā spriegums samazinās katram ķēdes elementam.
Attiecībā uz primārajiem tinumiem jūs rakstāt šo vienādojumu, lai ņemtu vērā pašu primāro tinumu spriegumu (EsPR1), spriegums magnētiskā lauka inducētās strāvas dēļL1ΔIP/Δtun spriegums, ko rada sekundāro tinumu savstarpējās induktivitātes ietekmeM ΔIS/Δt.
Tāpat jūs varat uzrakstīt vienādojumu, kas apraksta sprieguma kritumus sekundārajos tinumos kā
M \ frac {\ Delta I_P} {\ Delta t} = I_SR_2 + L_2 \ frac {\ Delta I_S} {\ Delta t}
Šis vienādojums ietver sekundārā tinuma strāvuEsS, sekundārā tinuma induktivitāteL2un sekundārā tinuma slodzes pretestībaR2. Pretestība un induktivitāte ir apzīmēta ar abonementiem attiecīgi 1 vai 2, nevis attiecīgi P vai S, jo rezistori un induktori bieži tiek numurēti, nevis apzīmēti ar burtiem. Visbeidzot, jūs varat aprēķināt savstarpējo induktivitāti no induktoriem tieši kā
M = \ sqrt {L_1L_2}