Как рассчитать коэффициент трансформации трансформатора

Переменный ток (AC) в большинстве бытовых приборов в вашем доме может поступать только от линий электропередач, которые посылают постоянный ток (DC) через трансформатор. Через все различные типы тока, который может протекать через цепь, помогает иметь возможность управлять этими электрическими явлениями. Во всех случаях использования трансформаторов для изменения напряжения в цепях трансформаторы в значительной степени полагаются на коэффициент передачи.

​Коэффициент трансформации трансформатора- деление числа витков первичной обмотки на число витков вторичной обмотки по уравнению

Это соотношение также должно равняться напряжению первичной обмотки, деленному на напряжение вторичной обмотки, как указано вV_п/ V_s. Первичная обмотка относится к индуктору с питанием, элемент цепи, который индуцирует магнитное поле. в ответ на поток заряда трансформатора, а вторичный - отключенный индуктор.

Эти соотношения верны при предположении, что фазовый угол первичной обмотки равен фазовым углам вторичной обмотки на

Для источников переменного напряжения, используемых с трансформаторами, форма входящего сигнала является синусоидальной, то есть формой, которую создает синусоидальная волна. Коэффициент трансформации трансформатора показывает, насколько изменяется напряжение через трансформатор при прохождении тока от первичной обмотки ко вторичной обмотке.

Также обратите внимание, что слово «соотношение» в этой формуле относится кдоля,не фактическое соотношение. Доля 1/4 отличается от соотношения 1: 4. В то время как 1/4 - это одна часть целого, разделенная на четыре равные части, соотношение 1: 4 означает, что для одного чего-то есть четыре других. «Передаточное число» в соотношении витков трансформатора - это дробная часть, а не соотношение в формуле коэффициента трансформации трансформатора.

Соотношение витков трансформатора показывает, что относительная разница между напряжением зависит от количества катушек, намотанных вокруг первичной и вторичной частей трансформатора. Трансформатор с пятью обмотками первичной обмотки и 10 обмотками вторичной обмотки разрезает источник напряжения пополам, как указано в 5/10 или 1/2.

Увеличение или уменьшение напряжения в результате этих катушек определяет, является ли это повышающий трансформатор или понижающий трансформатор, по формуле коэффициента трансформации. Трансформатор, который не увеличивает и не понижает напряжение, является «трансформатором полного сопротивления», который может либо измерить импеданс, сопротивление цепи току или просто указать разрывы между различными электрическими схемы.

Основными компонентами трансформатора являются две катушки, первичная и вторичная, которые наматываются на железный сердечник. В ферромагнитном сердечнике или сердечнике из постоянного магнита трансформатора также используются тонкие электрически изолированные пластины, поэтому что эти поверхности могут уменьшать сопротивление току, который проходит от первичных катушек ко вторичным катушкам трансформатор.

Конструкция трансформатора обычно рассчитана на минимальные потери энергии. Поскольку не весь магнитный поток от первичной обмотки проходит во вторичную, на практике будут некоторые потери. Трансформаторы также будут терять энергию из-завихревые токи, локализованный электрический ток, вызванный изменением магнитного поля в электрических цепях.

Трансформаторы получили свое название, потому что они используют эту схему намагничивающего сердечника с обмотками на двух отдельных его частях для преобразовать электрическую энергию в магнитную энергию посредством намагничивания сердечника от тока через первичный обмотки.

Затем магнитный сердечник индуцирует ток во вторичных обмотках, который преобразует магнитную энергию обратно в электрическую. Это означает, что трансформаторы всегда работают от входящего источника переменного напряжения, который переключается между прямым и обратным направлениями тока через равные промежутки времени.

Помимо формулы напряжения или количества катушек, вы можете изучить трансформаторы, чтобы узнать больше о природе различных типов напряжения, электромагнитной индукции, магнитных полей, магнитного потока и других свойств, которые возникают в результате конструкции трансформатор.

В отличие от источника напряжения, который посылает ток в одном направлении,Источник переменного напряженияпосланный через первичную катушку создаст собственное магнитное поле. Это явление известно как взаимная индуктивность.

Напряженность магнитного поля увеличится до максимального значения, равного разности магнитного потока, деленной на период времени,dΦ / dt. Имейте в виду, в этом случаеΦиспользуется для обозначения магнитного потока, а не фазового угла. Эти силовые линии магнитного поля направлены наружу от электромагнита. Инженеры, строящие трансформаторы, также принимают во внимание потокосцепление, которое является продуктом магнитного потока.Φи количество витков в проводеNвызванный магнитным полем, переходящим от одной катушки к другой.

Общее уравнение для магнитного потока:

для площади поверхности, через которую проходит полеАв м², магнитное полеBв Тесласе иθкак угол между перпендикулярным вектором к площади и магнитным полем. Для простого случая намотанных катушек вокруг магнита поток определяется выражением

для количества катушекN, магнитное полеBи над определенной областьюАповерхности, параллельной магниту. Однако для трансформатора магнитная связь заставляет магнитный поток в первичной обмотке равняться магнитному потоку вторичной обмотки.

В соответствии сЗакон Фарадея,вы можете рассчитать напряжение, индуцированное в первичной или вторичной обмотке трансформатора, вычисливN x dΦ / dt. Это также объясняет, почему соотношение между витками трансформатора напряжения одной части трансформатора относительно другой равно количеству витков одной части трансформатора по отношению к другой.

Если бы вы сравнилиN x dΦ / dtодной части к другой,dΦ / dtкомпенсируется из-за того, что обе части имеют одинаковый магнитный поток. Наконец, вы можете рассчитать ампер-витки трансформатора как произведение тока на количество катушек в качестве метода измерения силы намагничивания катушки.

Электрораспределительные сети отправляют электроэнергию от электростанций в здания и дома. Эти линии электропередач начинаются на электростанции, где электрический генератор вырабатывает электрическую энергию из некоторого источника. Это может быть гидроэлектростанция, использующая энергию воды, или газовая турбина, которая использует горение для создания механической энергии из природного газа и преобразования ее в электричество. К сожалению, это электричество производится в видеНапряжение постоянного токакоторое необходимо преобразовать в напряжение переменного тока для большинства бытовых приборов.

Трансформаторы делают это электричество пригодным для использования, создавая однофазные источники питания постоянного тока для домашних хозяйств и зданий из поступающего переменного напряжения переменного тока. Трансформаторы в распределительных сетях также обеспечивают необходимое напряжение для домашней электроники и электрических систем. В распределительных сетях также используются «шины», которые разделяют распределение по нескольким направлениям вместе с автоматическими выключателями, чтобы отдельные разводки были отделены друг от друга.

Инженеры часто учитывают эффективность трансформаторов, используя простое уравнение эффективности как

​жили выходная мощностьп​​_Oи входная мощностьп​_я. Основываясь на конструкции трансформатора, эти системы не теряют энергию из-за трения или сопротивления воздуха, поскольку в трансформаторах не используются движущиеся части.

Ток намагничивания, величина тока, необходимая для намагничивания сердечника трансформатора, обычно очень мала по сравнению с током, который индуцирует первичная часть трансформатора. Эти факторы означают, что трансформаторы обычно очень эффективны с КПД 95% и выше для большинства современных конструкций.

Если бы вы подали источник переменного напряжения на первичную обмотку трансформатора, магнитный поток, индуцированный в магнитопровод будет продолжать индуцировать переменное напряжение во вторичной обмотке в той же фазе, что и источник Напряжение. Однако магнитный поток в сердечнике остается на 90 ° ниже фазового угла напряжения источника. Это означает, что ток первичной обмотки, ток намагничивания, также отстает от источника переменного напряжения.

Помимо поля, магнитного потока и напряжения, трансформаторы иллюстрируют электромагнитные явления взаимного индуктивность, которая дает больше мощности первичным обмоткам трансформатора при подключении к электрическому поставлять.

Это происходит как реакция первичной обмотки на увеличение нагрузки, которая потребляет энергию на вторичных обмотках. Если вы добавили нагрузку на вторичные обмотки таким способом, как увеличение сопротивления ее проводов, первичные обмотки будут реагировать, потребляя больше тока от источника питания, чтобы компенсировать это снижаться.Взаимная индуктивностьнагрузка, которую вы кладете на вторичную обмотку, которую вы можете использовать для расчета увеличения тока через первичные обмотки.

Если бы вы написали отдельное уравнение напряжения как для первичной, так и для вторичной обмоток, вы могли бы описать это явление взаимной индуктивности. Для первичной обмотки

для тока через первичную обмоткуя_п, сопротивление нагрузки первичной обмоткир₁, взаимная индуктивностьM, индуктивность первичной обмоткиL_я, вторичная обмоткая_Sи меняются во времениΔt. Знак минус перед взаимной индуктивностьюMпоказывает, что ток источника сразу же испытывает падение напряжения из-за нагрузки на вторичную обмотку, но в ответ первичная обмотка увеличивает свое напряжение.

Это уравнение следует правилам написания уравнений, которые описывают, как ток и напряжение различаются между элементами схемы. Для замкнутого электрического контура вы можете записать сумму напряжения на каждом компоненте равной нулю, чтобы показать, как напряжение падает на каждом элементе в цепи.

Для первичных обмоток вы пишете это уравнение, чтобы учесть напряжение на самих первичных обмотках (я​_п​р​₁), напряжение за счет индуцированного тока магнитного поляL₁ΔI_п/Δtи напряжение из-за эффекта взаимной индуктивности вторичных обмотокM ΔI_S/Δt.​

Точно так же вы можете написать уравнение, которое описывает падение напряжения на вторичных обмотках как

В это уравнение входит ток вторичной обмоткия​_S, индуктивность вторичной обмоткиL₂и сопротивление нагрузки вторичной обмоткир₂. Сопротивление и индуктивность обозначены индексами 1 или 2 вместо P или S соответственно, поскольку резисторы и индуктивности часто нумеруются, а не обозначаются буквами. Наконец, вы можете рассчитать взаимную индуктивность катушек индуктивности напрямую как