Als je je ooit hebt afgevraagd hoe huizen en gebouwen de elektriciteit van elektriciteitscentrales gebruiken, moet je meer te weten komen over de transformatoren in elektriciteitsnetdistributies die hoogspanningsstromen omzetten naar degene die u in het huishouden gebruikt huishoudelijke apparaten. Deze transformatoren gebruiken eenvoudige ontwerpen voor de meeste soorten transformatoren, maar kunnen sterk variëren in hoeveel ze de ingangsspanning veranderen op basis van hoe ze zijn gebouwd.
Transformatorwikkelingsformule
De transformatoren die distributiesystemen voor elektriciteitsnetten gebruiken, volgen eenvoudige ontwerpen die een spoel gebruiken die in verschillende gebieden rond een magnetische kern is gewikkeld.
Deze draadspoelen nemen inkomende stroom op en veranderen de spanning volgens detransformator draait verhouding:, dat is
\frac{N_P}{N_S}=\frac{V_P}{V_S}
voor het aantal windingen van de primaire spoel en secundaire spoelneepenneezo, respectievelijk, en de spanning van de primaire spoel en de secundaire spoelVpenVzo, respectievelijk.
Ditformule voor transformatorwikkeling:vertelt je de fractie waarmee een transformator de inkomende spanning verandert en dat de spanning van de winden van een spoel recht evenredig is met het aantal windingen van de spoelen zelf.
Houd er rekening mee dat, hoewel deze formule 'verhouding' wordt genoemd, het eigenlijk een breuk is, geen verhouding. Als u bijvoorbeeld één wikkeling in de primaire spoel en vier wikkelingen in de secundaire spoel van a transformator, dit komt overeen met een fractie van 1/4, wat betekent dat de transformator de spanning met a. onderbreekt waarde van 1/4. Maar de verhouding 1:4 betekent dat voor één van iets er vier zijn van iets anders, wat niet altijd hetzelfde betekent als een breuk.
Transformatoren kunnen de spanning verhogen of verlagen en staan bekend als:opstappenofaftredentransformatoren afhankelijk van de actie die ze uitvoeren. Dit betekent dat de verhouding van de transformatoromwentelingen altijd positief zal zijn, maar kan variëren tussen groter dan één voor step-up transformatoren of minder dan één voor step-down transformatoren.
De transformatorwikkelingsformule geldt alleen wanneer de hoeken van primaire en secundaire wikkelingen in fase met elkaar zijn. Dit betekent dat voor een gegeven wisselstroom (AC) voeding die heen en weer schakelt tussen vooruit en tegenstroom, de stroom in zowel de primaire als de secundaire wikkeling is tijdens deze dynamiek synchroon met elkaar werkwijze.
Er kunnen enkele transformatoren zijn met een transformatoromwentelingsverhouding van 1 die de spanning niet veranderen, maar, worden in plaats daarvan gebruikt om verschillende circuits van elkaar te splitsen of om de weerstand van a. enigszins te veranderen circuit.
Transformatorontwerpcalculator
U kunt de eigenschappen van transformatoren begrijpen om te bepalen waar een transformatorontwerpcalculator rekening mee zou houden als een methode om te bepalen hoe transformatoren zelf moeten worden gebouwd.
Hoewel de primaire en secundaire wikkelingen op een transformator van elkaar gescheiden zijn, induceert de primaire wikkeling een stroom in de secundaire wikkelingen via een inductiemethode. Wanneer een wisselstroomvoeding door de primaire wikkelingen wordt gestuurd, vloeit er stroom door de windingen en creëert een magnetisch veld via een methode die wederzijdse inductantie wordt genoemd.
Transformatorwikkelingsformule en magnetisme
Magnetisch veldbeschrijft in welke richting en hoe sterk magnetisme zou inwerken op een bewegend geladen deeltje. De maximale waarde van dit veld isdΦ/dt, de snelheid van verandering vanmagnetische flux Φover een korte periode.
Flux is een meting van hoeveel magnetisch veld door een specifiek oppervlak stroomt, zoals een rechthoekig gebied. In een transformator worden de magnetische veldlijnen naar buiten gestuurd vanaf de magnetische spoel waaromheen de draden zijn gewikkeld.
De magnetische flux verbindt beide wikkelingen met elkaar en de sterkte van het magnetische veld hangt af van de hoeveelheid stroom en het aantal wikkelingen. Dit kan ons eentransformator ontwerp rekenmachinedie rekening houdt met deze eigenschappen.
De inductiewet van Faraday die beschrijft hoe magnetische velden in materialen worden geïnduceerd, dicteert dat de spanning door beide wikkelingen wordt geïnduceerd
voor primaire wikkelingen of secundaire wikkelingen. Dit wordt meestal de geïnduceerde elektromotorische kracht genoemd (emf).
Als u de verandering in magnetische flux over een korte tijdsperiode zou meten, zou u een waarde van kunnen krijgendΦ/dten gebruik het om de te berekenenemf. De algemene formule voor magnetische flux is
\Phi = BA|cos{\theta}
voor magnetisch veldB, oppervlakte van het vliegtuig in het veldEENen de hoek tussen de magnetische veldlijnen en de richting loodrecht op het gebiedθ.
U kunt rekening houden met de geometrie van de wikkelingen rond de magnetische kern van de transformator om de flux-askat te meten
voor een AC-voeding waarbij:ωis de hoekfrequentie (2πfvoor frequentie:f) enΦmax is de maximale flux. In dit geval frequentiefverwijst naar het aantal golven dat elke seconde een bepaalde locatie passeert. Ingenieurs verwijzen ook naar het product van de huidige tijden het aantal windingen als "ampère-omwentelingen," een maat voor de magnetiserende kracht van de spoel.
Voorbeelden van rekenmachine voor transformatorwikkeling
Als u de experimentele resultaten wilt vergelijken van hoe de wikkelingen van transformatoren hun invloed hebben, gebruik, kunt u de waargenomen experimentele eigenschappen vergelijken met die van een transformatorwikkeling rekenmachine.
Het softwarebedrijf Micro Digital biedt een online rekenmachine voor transformatorwikkeling voor het berekenen van Standard Wire Gauge (SWG) of American Wire Gauge (AWG). Hierdoor kunnen ingenieurs draden met de juiste dikte maken, zodat ze de draadladingen kunnen dragen die nodig zijn voor hun doeleinden. De omwentelingen van de transformatorcalculator vertellen u de individuele spanning door elke winding van de wikkeling.
Andere rekenmachines zoals die van het productiebedrijf Flex-Core laat u de draadmaat berekenen voor verschillende praktische toepassingen als u de belastingsclassificatie invoert, de nominale secundaire stroom, de draadlengte tussen de stroomtransformator en de meter en de ingangsbelasting van de meter.
De stroomtransformator creëert een AC-spanningsvoorziening in de secundaire wikkeling die evenredig is met de stroom in de primaire wikkeling. Deze transformatoren reduceren hoogspanningsstromen tot lagere waarden met behulp van een eenvoudige methode om de werkelijke elektrische stroom te bewaken. De last is de weerstand van het meetinstrument zelf tegen de stroom die er doorheen wordt gestuurd.
Hyperphysics biedt een online Berekening transformatorvermogen interface waarmee u het kunt gebruiken als rekenmachine voor transformatorontwerp of als rekenmachine voor transformatorweerstand. Om het te gebruiken, moet u een voedingsspanningsfrequentie invoeren, een primaire wikkelinductantie, secundaire wikkelinductantie, primaire wikkeling aantal spoelen, secundaire wikkeling aantal spoelen, secundaire spanning, primaire wikkelingsweerstand, secundaire wikkelingsweerstand, secundaire wikkelingsbelastingsweerstand en wederzijds inductie.
De wederzijdse inductieMverklaart het effect dat verandering in belasting op secundaire spoel kan uitoefenen op de stroom door de primaire met een emf:
emf=-M\frac{\Delta I_1}{\Delta t}
voor verandering in stroom door de primaire spoelik1en verander in de tijdt.
Elke online transformatorwikkelingscalculator maakt aannames over de transformator zelf. Zorg ervoor dat u weet hoe elke website de waarden berekent die het beweert te doen, zodat u de theorie en principes achter transformatoren in het algemeen kunt begrijpen. Hoe dicht ze bij de transformatorwikkelingsformule zijn die volgt uit de fysica van een transformator, hangt af van deze eigenschappen.
