Hur man beräknar Transformator Turns Ratio

Växelströmmen (AC) i de flesta apparater i ditt hem kan bara komma från kraftledningar som skickar likström (DC) genom användning av en transformator. Genom alla olika typer av ström som kan strömma genom en krets hjälper det att ha makten att kontrollera dessa elektriska fenomen. För alla sina användningsområden för att ändra kretsspänningen är transformatorer starkt beroende av deras varvtal.

​En transformator vrider förhållandetär uppdelningen av antalet varv i primärlindningen med antalet varv i sekundärlindningen med ekvationen

Detta förhållande bör också vara lika med spänningen för primärlindningen dividerad med spänningen för sekundärlindningen, som ges avV_sid/ V_s. Primärlindningen avser den induktiva induktorn, ett kretselement som inducerar ett magnetfält som svar på laddningsflödet, av transformatorn och den sekundära är den icke-drivna induktor.

Dessa förhållanden gäller under antagandet att fasvinkeln för primärlindningen är lika med sekundärens fasvinklar med

För växelspänningskällor, som används med transformatorer, är den inkommande vågformen sinusformad, den form en sinusvåg producerar. Transformatorns varvtal berättar hur mycket spänningen förändras genom transformatorn när strömmen passerar från primärlindningarna till sekundärlindningarna.

Observera också att ordet "förhållande" i denna formel hänvisar till afraktion,inte ett verkligt förhållande. Fraktionen på 1/4 skiljer sig från förhållandet 1: 4. Medan 1/4 är en del av en helhet som är uppdelad i fyra lika delar, representerar förhållandet 1: 4 att det för en av något finns fyra av något annat. "Förhållandet" i transformatorvarvförhållandet är en bråkdel, inte ett förhållande, i formelformatet för transformatorförhållandet.

Transformatorns vridförhållande avslöjar att den fraktionerade skillnaden som spänningen tar baserat på antalet spolar lindade runt transformatorns primära och sekundära delar. En transformator med fem primära lindade spolar och 10 sekundära lindade spolar kommer att skära en spänningskälla i hälften som ges av 5/10 eller 1/2.

Oavsett om spänningen ökar eller minskar till följd av dessa spolar bestämmer det att det är en steg-upp-transformator eller steg-ned-transformator med formeln för transformatorförhållande. En transformator som varken ökar eller minskar spänningen är en "impedans-transformator" som kan antingen mäta impedans, en krets motstånd mot ström, eller helt enkelt indikera avbrott mellan olika elektriska kretsar.

Kärnkomponenterna i en transformator är de två spolar, primära och sekundära, som sveper runt en järnkärna. Den ferromagnetiska kärnan, eller en kärna tillverkad av en permanentmagnet, i en transformator använder också tunna elektriskt isolerade skivor så att att dessa ytor kan minska motståndet för strömmen som passerar från primärspolarna till sekundärspolarna i transformator.

Konstruktionen av en transformator kommer generellt att utformas för att förlora så lite energi som möjligt. Eftersom inte allt magnetflöde från primärspolarna passerar till sekundärutrymmet kommer det att uppstå en viss förlust i praktiken. Transformatorer kommer också att förlora energi på grund avvirvelströmmarlokal lokal ström orsakad av förändringar i magnetfältet i elektriska kretsar.

Transformatorer får sitt namn eftersom de använder denna inställning av en magnetiserande kärna med lindningar på två separata delar av den till förvandla elektrisk energi till magnetisk energi genom magnetiseringen av kärnan från strömmen genom den primära lindningar.

Därefter inducerar den magnetiska kärnan en ström i sekundärlindningarna, som omvandlar den magnetiska energin tillbaka till elektrisk energi. Detta innebär att transformatorer alltid arbetar på en inkommande växelspänningskälla, en som växlar mellan strömriktningen framåt och bakåt med jämna mellanrum.

Förutom formeln spänning eller antal spolar kan du studera transformatorer för att lära dig mer om olika typer av spänningar, elektromagnetisk induktion, magnetfält, magnetiskt flöde och andra egenskaper som härrör från konstruktionen av en transformator.

Till skillnad från en spänningskälla som skickar ström i en riktning, enAC-spänningskällaskickas genom primärspolen kommer att skapa sitt eget magnetfält. Detta fenomen är känt som ömsesidig induktans.

Magnetfältets styrka skulle öka till sitt maximala värde, vilket är lika med skillnaden i magnetiskt flöde dividerat med en tidsperiod,dΦ / dt. Tänk på, i det här fallet,Φanvänds för att indikera magnetiskt flöde, inte fasvinkel. Dessa magnetfältlinjer dras utåt från elektromagneten. Ingenjörer som bygger transformatorer tar också hänsyn till flödesbindningen, som är produkten av magnetflödetΦoch antalet spolar i trådenNorsakas av magnetfältet som passerar från en spole till en annan.

Den allmänna ekvationen för magnetiskt flöde är

för en yta som fältet går igenomAi m², magnetiskt fältBi Teslas ochθsom vinkeln mellan en vinkelrät vektor till området och magnetfältet. För det enkla fallet med lindade spolar runt en magnet ges flödet av

för antal spolarN, magnetiskt fältBoch över ett visst områdeAav en yta som är parallell med magneten. För en transformator orsakar emellertid flödesbindningen att magnetflödet i primärlindningen är lika med sekundärlindningen.

EnligtFaradays lag,Du kan beräkna den spänning som induceras i transformatorns primära eller sekundära lindningar genom att beräknaN x dΦ / dt. Detta förklarar också varför transformatorn vrider förhållandet mellan spänningen hos en del av transformatorn och den andra är lika med antalet spolar mellan varandra.

Om du skulle jämföraN x dΦ / dtav den ena delen till den andra, dendΦ / dtskulle avbrytas på grund av att båda delarna har samma magnetiska flöde. Slutligen kan du beräkna en transformators ampere-varv som produkten av ström gånger antalet spolar som en metod för att mäta spolens magnetiseringskraft

Kraftfördelningsnät skickar el från kraftverk till byggnader och hus. Dessa kraftledningar börjar vid kraftverket där en elektrisk generator skapar elektrisk energi från någon källa. Detta kan vara en vattenkraftsdamm som utnyttjar vattenkraften eller en gasturbin som använder förbränning för att skapa mekanisk energi från naturgas och omvandlar den till el. Denna el produceras tyvärr somDC-spänningsom måste konverteras till växelspänning för de flesta hushållsapparater.

Transformatorer gör denna el användbar genom att skapa enfas likströmsförsörjning för hushåll och byggnader från den inkommande oscillerande växelspänningen. Transformatorerna längs kraftfördelningsnäten säkerställer också att spänningen är en lämplig mängd för huselektronik och elsystem. Distributionsnät använder också "bussar" som separerar distribution i flera riktningar tillsammans med strömbrytare för att hålla separata distributioner åtskilda från varandra.

Ingenjörer redogör ofta för transformatorernas effektivitet med hjälp av den enkla ekvationen för effektivitet som

​feller uteffektP​​_Ooch ingångseffektP​_Jag. Baserat på konstruktionen av transformatorkonstruktioner tappar dessa system inte energi till friktion eller luftmotstånd eftersom transformatorer inte involverar rörliga delar.

Magnetiseringsströmmen, mängden ström som krävs för att magnetisera kärnan transformatorn, är i allmänhet mycket liten jämfört med den ström som den primära delen av en transformator inducerar. Dessa faktorer innebär att transformatorer vanligtvis är mycket effektiva med effektivitet på 95 procent och uppåt för de flesta moderna mönster.

Om du skulle applicera en växelströmskälla på transformatorns primärlindning, det magnetiska flödet som induceras in den magnetiska kärnan kommer att fortsätta att inducera en växelspänning i sekundärlindningen i samma fas som källan Spänning. Det magnetiska flödet i kärnan förblir emellertid 90 ° bakom källspänningens fasvinkel. Detta betyder att den primära lindningens ström, magnetiseringsströmmen, ligger också bakom växelspänningskällan.

Förutom fält, flöde och spänning illustrerar transformatorer de elektromagnetiska fenomenen för ömsesidigt induktans som ger mer kraft till en transformators primärlindningar när den är ansluten till en elektrisk tillförsel.

Detta händer som primärlindningens reaktion på en ökning av belastningen, något som förbrukar kraft, på sekundärlindningarna. Om du har lagt en belastning på sekundärlindningarna genom en metod som att öka motståndet hos dess ledningar, de primära lindningarna skulle svara genom att dra mer ström från kraftkällan för att kompensera för detta minska.Ömsesidig induktansär den belastning du lägger på sekundären du kan använda för att beräkna strömökningen genom de primära lindningarna.

Om du skulle skriva en separat spänningsekvation för både primär och sekundär lindning, kan du beskriva detta fenomen med ömsesidig induktans. För den primära lindningen,

för ström genom primärlindningenJag_P, primär lindningsmotståndR₁, ömsesidig induktansM, primärlindningsinduktansL_Jag, sekundärlindningJag_Soch förändring i tidAt. Det negativa tecknet framför den ömsesidiga induktansenMvisar att källströmmen omedelbart upplever en spänningsfall på grund av belastningen på sekundärlindningen, men som svar höjer primärlindningen sin spänning.

Denna ekvation följer reglerna för att skriva ekvationer som beskriver hur ström och spänning skiljer sig mellan kretselement. För en sluten elektrisk slinga kan du skriva summan av spänningen över varje komponent lika med noll för att visa hur spänningen sjunker över varje element i kretsen.

För de primära lindningarna skriver du denna ekvation för att ta hänsyn till spänningen över själva primärlindningarna (Jag​_P​R​₁), spänningen på grund av magnetfältets inducerade strömL₁AI_P/Δtoch spänningen på grund av effekten av ömsesidig induktans från sekundärlindningarnaM AI_S/Δt.​

På samma sätt kan du skriva en ekvation som beskriver spänningsfallet över sekundärlindningarna som

Denna ekvation inkluderar sekundärlindningsströmmenJag​_S, sekundär lindningsinduktansL₂och sekundärlindningsmotståndetR₂. Motståndet och induktansen är märkta med ett underskrift 1 eller 2 istället för P respektive S, eftersom motstånd och induktorer ofta är numrerade, inte betecknade med bokstäver. Slutligen kan du beräkna ömsesidig induktans från induktorerna direkt som