Como calcular a relação de rotação do transformador

A corrente alternada (AC) na maioria dos eletrodomésticos em sua casa só pode vir de linhas de força que enviam corrente contínua (DC) por meio de um transformador. Por meio de todos os diferentes tipos de corrente que podem fluir em um circuito, ajuda ter o poder de controlar esses fenômenos elétricos. Para todos os seus usos na mudança de voltagem de circuitos, os transformadores dependem muito de sua relação de espiras.

​Uma relação de espiras do transformadoré a divisão do número de voltas no enrolamento primário pelo número de voltas no enrolamento secundário pela equação

Esta relação também deve ser igual à tensão do enrolamento primário dividida pela tensão do enrolamento secundário, conforme dado porV_p/ V_s. O enrolamento primário se refere ao indutor alimentado, um elemento de circuito que induz um campo magnético em resposta ao fluxo de carga, do transformador, e o secundário é o não alimentado indutor.

Essas relações são verdadeiras sob a suposição de que o ângulo de fase do enrolamento primário é igual aos ângulos de fase do secundário pelo

Para fontes de tensão CA, usadas com transformadores, a forma de onda de entrada é sinusoidal, a forma que uma onda senoidal produz. A relação de espiras do transformador informa o quanto a tensão muda através do transformador conforme a corrente passa dos enrolamentos primários para os enrolamentos secundários.

Além disso, observe que a palavra "proporção" nesta fórmula se refere a umfração,não uma proporção real. A fração de 1/4 é diferente da proporção 1: 4. Enquanto 1/4 é uma parte de um todo dividido em quatro partes iguais, a proporção 1: 4 representa que, para um de alguma coisa, existem quatro de outra coisa. A "relação" na relação de espiras do transformador é uma fração, não uma relação, na fórmula da relação do transformador.

A relação de espiras do transformador revela que a diferença fracionária que a tensão assume com base no número de bobinas enroladas em torno das partes primária e secundária do transformador. Um transformador com cinco bobinas enroladas primárias e 10 bobinas enroladas secundárias cortará uma fonte de tensão pela metade, conforme dado por 5/10 ou 1/2.

Se a tensão aumenta ou diminui como resultado dessas bobinas, isso determina se é um transformador elevador ou um transformador redutor pela fórmula da relação do transformador. Um transformador que não aumenta nem diminui a tensão é um "transformador de impedância" que pode medir a impedância, a oposição de um circuito à corrente, ou simplesmente indicar interrupções entre diferentes circuitos.

Os componentes principais de um transformador são as duas bobinas, primária e secundária, que envolvem um núcleo de ferro. O núcleo ferromagnético, ou um núcleo feito de um ímã permanente, de um transformador também usa fatias finas isoladas eletricamente, portanto que essas superfícies podem diminuir a resistência para a corrente que passa das bobinas primárias para as bobinas secundárias do transformador.

A construção de um transformador geralmente será projetada para perder o mínimo de energia possível. Como nem todo o fluxo magnético das bobinas primárias passa para o secundário, haverá alguma perda na prática. Os transformadores também perderão energia devido acorrentes parasitas, corrente elétrica localizada causada por mudanças no campo magnético em circuitos elétricos.

Os transformadores recebem esse nome porque usam esta configuração de um núcleo magnetizante com enrolamentos em duas partes separadas para transformar energia elétrica em energia magnética através da magnetização do núcleo da corrente através do primário enrolamentos.

Em seguida, o núcleo magnético induz uma corrente nos enrolamentos secundários, que converte a energia magnética de volta em energia elétrica. Isso significa que os transformadores sempre operam em uma fonte de tensão CA de entrada, que alterna entre as direções direta e reversa da corrente em intervalos regulares.

Além da fórmula de tensão ou número de bobinas, você pode estudar transformadores para aprender mais sobre a natureza dos diferentes tipos de tensões, indução eletromagnética, campos magnéticos, fluxo magnético e outras propriedades que resultam da construção de um transformador.

Em contraste com uma fonte de tensão que envia corrente em uma direção, umFonte de tensão ACenviado através da bobina primária criará seu próprio campo magnético. Esse fenômeno é conhecido como indutância mútua.

A intensidade do campo magnético aumentaria para seu valor máximo, que é igual à diferença no fluxo magnético dividido por um período de tempo,dΦ / dt. Lembre-se, neste caso,Φé usado para indicar o fluxo magnético, não o ângulo de fase. Essas linhas de campo magnético são traçadas para fora do eletroímã. Os engenheiros que constroem transformadores também levam em consideração a ligação de fluxo, que é o produto do fluxo magnéticoΦe o número de bobinas no fioNcausado pelo campo magnético que passa de uma bobina para a outra.

A equação geral para fluxo magnético é

para uma área de superfície que o campo atravessaUMAem m², campo magnéticoBem Teslas eθcomo o ângulo entre um vetor perpendicular à área e o campo magnético. Para o caso simples de bobinas enroladas em torno de um ímã, o fluxo é dado por

para o número de bobinasN, campo magnéticoBe sobre uma certa áreaUMAde uma superfície paralela ao ímã. No entanto, para um transformador, a ligação de fluxo faz com que o fluxo magnético no enrolamento primário seja igual ao do enrolamento secundário.

De acordo comLei de Faraday,você pode calcular a tensão induzida nos enrolamentos primário ou secundário do transformador, calculandoN x dΦ / dt. Isso também explica porque a razão de espiras do transformador da tensão de uma parte do transformador para a outra é igual ao número de bobinas de uma para a outra.

Se você fosse comparar oN x dΦ / dtde uma parte para a outra, odΦ / dtseria cancelada devido a ambas as partes terem o mesmo fluxo magnético. Finalmente, você pode calcular as voltas de ampere de um transformador como o produto da corrente vezes o número de bobinas como um método de medição da força de magnetização da bobina

As redes de distribuição de energia enviam eletricidade das usinas para edifícios e casas. Essas linhas de força começam na usina onde um gerador elétrico cria energia elétrica de alguma fonte. Pode ser uma barragem hidrelétrica que aproveita a energia da água ou uma turbina a gás que usa a combustão para criar energia mecânica a partir do gás natural e convertê-la em eletricidade. Esta eletricidade é, infelizmente, produzida comoVoltagem de corrente contínuaque precisa ser convertida em voltagem CA para a maioria dos eletrodomésticos.

Os transformadores tornam essa eletricidade utilizável ao criar fontes de alimentação CC monofásicas para residências e edifícios a partir da tensão CA oscilante de entrada. Os transformadores ao longo das redes de distribuição de energia também garantem que a tensão seja uma quantidade adequada para os sistemas eletrônicos domésticos e elétricos. As grades de distribuição também usam "barramentos" que separam a distribuição em várias direções ao lado dos disjuntores para manter as distribuições separadas umas das outras.

Os engenheiros costumam contabilizar a eficiência dos transformadores usando a equação simples para a eficiência como

​fou potência de saídaP​​_Oe potência de entradaP​_eu. Com base na construção de projetos de transformadores, esses sistemas não perdem energia devido ao atrito ou à resistência do ar porque os transformadores não envolvem peças móveis.

A corrente de magnetização, a quantidade de corrente necessária para magnetizar o núcleo do transformador, é geralmente muito pequena em comparação com a corrente que a parte primária de um transformador induz. Esses fatores significam que os transformadores são normalmente muito eficientes, com eficiências de 95 por cento e acima para a maioria dos projetos modernos.

Se você fosse aplicar uma fonte de tensão AC ao enrolamento primário de um transformador, o fluxo magnético que é induzido em o núcleo magnético continuará a induzir uma tensão CA no enrolamento secundário na mesma fase da fonte Voltagem. O fluxo magnético no núcleo, entretanto, permanece 90 ° atrás do ângulo de fase da tensão da fonte. Isso significa que a corrente do enrolamento primário, a corrente de magnetização, também está atrasada em relação à fonte de tensão CA.

Além de campo, fluxo e tensão, os transformadores ilustram os fenômenos eletromagnéticos de indutância que dá mais energia aos enrolamentos primários de um transformador quando conectado a um cabo elétrico fornecem.

Isso ocorre como a reação do enrolamento primário a um aumento de carga, algo que consome energia, nos enrolamentos secundários. Se você adicionou uma carga aos enrolamentos secundários por meio de um método como aumentar a resistência de seus fios, os enrolamentos primários responderiam puxando mais corrente da fonte de energia para compensar isso diminuir.Indutância mútuaé a carga que você coloca no secundário, que pode ser usada para calcular o aumento na corrente através dos enrolamentos primários.

Se você fosse escrever uma equação de tensão separada para os enrolamentos primário e secundário, poderia descrever esse fenômeno de indutância mútua. Para o enrolamento primário,

para corrente através do enrolamento primárioeu_P, resistência de carga do enrolamento primárioR₁, indutância mútuaM, indutância do enrolamento primárioeu_eu, enrolamento secundárioeu_Se mudança no tempoΔt. O sinal negativo na frente da indutância mútuaMmostra que a corrente da fonte experimenta imediatamente uma queda na tensão devido à carga no enrolamento secundário, mas, em resposta, o enrolamento primário aumenta sua tensão.

Esta equação segue as regras de escrita de equações que descrevem como a corrente e a tensão diferem entre os elementos do circuito. Para um circuito elétrico fechado, você pode escrever a soma da tensão em cada componente igual a zero para mostrar como a tensão cai em cada elemento do circuito.

Para os enrolamentos primários, você escreve esta equação para contabilizar a tensão nos enrolamentos primários (eu​_P​R​₁), a tensão devido à corrente induzida do campo magnéticoeu₁ΔI_P/Δte a tensão devido ao efeito da indutância mútua dos enrolamentos secundáriosM ΔI_S/Δt.​

Da mesma forma, você pode escrever uma equação que descreve as quedas de tensão nos enrolamentos secundários como

Esta equação inclui a corrente do enrolamento secundárioeu​_S, indutância do enrolamento secundárioeu₂e a resistência de carga do enrolamento secundárioR₂. A resistência e a indutância são rotuladas com subscritos 1 ou 2 em vez de P ou S, respectivamente, pois os resistores e indutores são frequentemente numerados, não indicados por letras. Finalmente, você pode calcular a indutância mútua dos indutores diretamente como