Innhold
- Beregning av transformator vender forholdet
- Konstruksjonen av en transformator
- Typer transformatoreffekter
- Transformatorer i praksis
- Transformator ligning i gjensidig induktans
Vekselstrømmen (AC) i de fleste apparater i hjemmet ditt kan bare komme fra kraftledninger som leder strøm (DC) ved bruk av en transformator. Gjennom alle de forskjellige typer strøm som kan strømme gjennom en krets, hjelper det å ha makten til å kontrollere disse elektriske fenomenene. For all deres bruk i å endre spenningen på kretser, er transformatorer avhengige av svingforholdet.
Beregning av transformator vender forholdet
En transformator vender forholdet er inndelingen av antall svinger i primærviklingen med antall svinger i sekundærviklingen ved ligningen TR = Np/ Ns. Dette forholdet skal også være lik spenningen til primærviklingen dividert med spenningen til sekundærviklingen, gitt som Vp/ Vs. Den primære viklingen refererer til den drevne induktoren, et kretselement som induserer et magnetfelt som respons på ladningsstrømmen, til transformatoren, og den sekundære er den ikke-strømførte induktoren.
Disse forholdstallene stemmer under den antagelse at fasevinkelen til primærviklingen tilsvarer fasevinklene til sekundæret med ligningen ΦP = ΦS. Denne primær- og sekundærfasevinkelen beskriver hvordan strømmen, som veksler mellom frem- og bakoverretninger i primær- og sekundærviklingene på transformatoren, synkroniseres med hverandre.
For vekselstrømskilder, som brukt med transformatorer, er den innkommende bølgeform sinusformet, formen som en sinusbølge produserer. Forholdet til transformatorens sving forteller deg hvor mye spenningen endrer seg gjennom transformatoren når strøm går fra primærviklingene til sekundærviklingene.
Vær også oppmerksom på at ordet "ratio" i denne formelen refererer til a brøkdel, ikke et faktisk forhold. Brøkdelen av 1/4 er forskjellig fra forholdet 1: 4. Mens 1/4 er en del av en helhet som er delt inn i fire like deler, representerer forholdet 1: 4 at for en av noe er det fire av noe annet. "Forholdet" i transformatorens svingforhold er en brøkdel, ikke et forhold, i transformatorforholdets formel.
Forholdet til transformatorens svinger avslører at brøkdifferansen som spenningen tar, basert på antall spoler viklet rundt transformatorens primære og sekundære deler. En transformator med fem primære sårspoler og 10 sekundære sårspoler vil kutte en spenningskilde i to som gitt av 5/10 eller 1/2.
Hvorvidt spenning øker eller reduseres som et resultat av disse spolene bestemmer dens en opptrappingstransformator eller en nedtrappingstransformator av transformatorforholdets formel. En transformator som verken øker eller reduserer spenning, er en "impedanstransformator" som enten kan måle impedans, et kretsløp som er i opposisjon til strøm, eller ganske enkelt indikerer brudd mellom forskjellige elektriske kretser.
Konstruksjonen av en transformator
Kjernekomponentene i en transformator er de to spiralene, primær og sekundær, som vikles rundt en jernkjerne. Den ferromagnetiske kjernen, eller en kjerne laget av en permanent magnet, av en transformator bruker også tynne elektrisk isolerte skiver slik at disse overflatene kan redusere motstanden for strømmen som går fra primærspolene til sekundærspolene til transformatoren.
Konstruksjonen av en transformator vil vanligvis være designet for å miste så lite energi som mulig. Fordi ikke all magnetisk fluks fra primærspolene går til sekundæren, vil det være et visst tap i praksis. Transformatorer vil også miste energi pga virvelstrømmer, lokalisert elektrisk strøm forårsaket av endringer i magnetfeltet i elektriske kretser.
Transformatorer får navnet sitt fordi de bruker dette oppsettet av en magnetiserende kjerne med viklinger på to separate deler av den for å transformere elektrisk energi til magnetisk energi gjennom magnetiseringen av kjernen fra strømmen gjennom primærviklingene.
Deretter induserer den magnetiske kjernen en strøm i sekundærviklingene, som konverterer den magnetiske energien tilbake til elektrisk energi. Dette betyr at transformatorer alltid opererer på en innkommende vekselstrømspenningskilde, en som bytter mellom frem og tilbake retninger av strøm med jevne mellomrom.
Typer transformatoreffekter
Bortsett fra spenningen eller antallet spolerformel, kan du studere transformatorer for å lære mer om arten av forskjellige typer spenninger, elektromagnetisk induksjon, magnetiske felt, magnetisk flux og andre egenskaper som følger av konstruksjonen av en transformator.
I motsetning til en spenningskilde som strømmer i en retning, an AC spenningskilde sendt gjennom primærspolen vil opprette sitt eget magnetfelt. Dette fenomenet er kjent som gjensidig induktans.
Magnetfeltstyrken vil øke til sin maksimale verdi, som er lik forskjellen i magnetisk fluks delt med en tidsperiode, dΦ / dt. Husk, i dette tilfellet, Φ brukes til å indikere magnetisk flux, ikke fasevinkel. Disse magnetfeltlinjene trekkes utover fra elektromagneten. Ingeniører som bygger transformatorer, tar også hensyn til flukskoblingen, som er produktet av den magnetiske fluksen Φ og antall spoler i ledningen N forårsaket av magnetfeltet som går fra den ene spolen til den andre.
Den generelle ligningen for magnetisk fluks er Φ = BAcosθ for et overflateareal som feltet går gjennom EN i m2, magnetfelt B i Teslas og θ som vinkelen mellom en vinkelrett vektor til området og magnetfeltet. For det enkle tilfellet av innpakkede spoler rundt en magnet, gis fluksen av Φ = NBA for antall spoler N, magnetfelt B og over et visst område EN av en overflate som er parallell med magneten. For en transformator fører imidlertid fluksforbindelsen magnetisk fluks i primærviklingen til å være lik sekundærviklingen.
I følge Faradays Law, Du kan beregne spenningen indusert i transformatorens primære eller sekundære viklinger ved å beregne N x dΦ / dt. Dette forklarer også hvorfor transformatorens svingforhold for spenningen til den ene delen av transformatoren til den andre er lik antall spoler av den ene til den andre.
Hvis du skulle sammenligne N x dΦ / dt av den ene delen til den andre, den dΦ / dt ville avlyst på grunn av at begge deler hadde den samme magnetiske fluksen. Til slutt kan du beregne en transformator-ampere-sving som et produkt av nåværende ganger antall spoler som en metode for å måle magnetiseringskraften til spolen
Transformatorer i praksis
Kraftfordelinger strømmer fra kraftverk til bygninger og hus. Disse kraftlinjene begynner ved kraftverket der en elektrisk generator skaper elektrisk energi fra en eller annen kilde. Dette kan være en vannkraftdam som utnytter kraften i vann eller en gassturbin som bruker forbrenning for å skape mekanisk energi fra naturgass og konverterer den til elektrisitet. Denne elektrisiteten er dessverre produsert som DC spenning som må konverteres til vekselstrøm for de fleste husholdningsapparater.
Transformatorer gjør denne elektrisiteten brukbar ved å opprette enfaset DC strømforsyning til husholdninger og bygninger fra den innkommende svingende vekselstrømspenningen. Transformatorene langs strømfordelingsnett sikrer også at spenningen er en passende mengde for huselektronikk og elektrisitetssystemer. Distribusjonsnett bruker også "busser" som skiller distribusjon i flere retninger ved siden av effektbrytere for å holde separate distribusjoner skilt fra hverandre.
Ingeniører gjør ofte rede for effektiviteten til transformatorer ved å bruke den enkle ligningen for effektivitet som _η = PO/ PJeg _Feller utgangseffekt P__O og inngangskraft PJeg. Basert på konstruksjon av transformatorkonstruksjoner, mister ikke disse systemene energi til friksjon eller luftmotstand fordi transformatorer ikke involverer bevegelige deler.
Magnetiseringsstrømmen, mengden strøm som er nødvendig for å magnetisere kjernen i transformatoren, er generelt veldig liten sammenlignet med strømmen som den primære delen av en transformator induserer. Disse faktorene betyr at transformatorer vanligvis er svært effektive med en effektivitet på 95 prosent og oppover for de fleste moderne design.
Hvis du skulle bruke en vekselstrømspenningskilde på den primære viklingen til en transformator, vil den magnetiske fluksen som induseres i den magnetiske kjernen fortsette å indusere en vekselstrømspenning i sekundærviklingen i samme fase som kildespenningen. Den magnetiske fluksen i kjernen forblir imidlertid 90 ° bak fasevinkelen til kildespenningen. Dette betyr at den primære viklingsstrømmen, magnetiseringsstrømmen, også henger bak spenningskilden.
Transformator ligning i gjensidig induktans
I tillegg til felt, fluks og spenning, illustrerer transformatorer de elektromagnetiske fenomenene av gjensidig induktans som gir mer kraft til de primære viklingene til en transformator når de er koblet til en elektrisk forsyning.
Dette skjer som den primære viklingens reaksjon på en økning i belastningen, noe som bruker strøm, på sekundærviklingene. Hvis du la en belastning på sekundærviklingene ved en metode som å øke motstanden til ledningene, vil primærviklingene svare ved å trekke mer strøm fra strømkilden for å kompensere for denne reduksjonen. Gjensidig induktans er belastningen du legger på sekundæren du kan bruke til å beregne økningen i strøm gjennom primærviklingene.
Hvis du skulle skrevet en egen spenningsligning for både primær- og sekundærviklingene, kan du beskrive disse fenomenene av gjensidig induktans. For den primære viklingen, VP = JegPR1 + L1AIP/ Δt - M ΔIS/ At, for strøm gjennom den primære viklingen JegP, primær viklingslastmotstand R1gjensidig induktans M, primær viklingsinduktans LJeg, sekundærvikling JegS og endring i tid At. Det negative tegnet foran den gjensidige induktansen M viser at kildestrøm umiddelbart opplever et fall i spenning på grunn av belastningen på sekundærviklingen, men som svar hever primærviklingen sin spenning.
Denne ligningen følger reglene for å skrive ligninger som beskriver hvordan strøm og spenning er forskjellig mellom kretselementer. For en lukket elektrisk sløyfe, kan du skrive summen av spenningen over hver komponent som lik null for å vise hvordan spenningen faller over hvert element i kretsen.
For primærviklingene skriver du denne ligningen for å redegjøre for spenningen over selve primærviklingene (JegPR1), spenningen på grunn av magnetfeltets induserte strøm L1AIP/ At og spenningen på grunn av effekten av gjensidig induktans fra sekundærviklingene M ΔIS/ At.
På samme måte kan du skrive en ligning som beskriver spenningsfallene over sekundærviklingene som M ΔI__P/ Δt = JegSR2 + L2AIS/ At. Denne ligningen inkluderer sekundærviklingsstrømmen JegS, sekundær vikling induktans L2 og den sekundære viklingsbelastningsmotstanden R2. Motstanden og induktansen er merket med henholdsvis 1 eller 2 i stedet for P eller S, da motstander og induktorer ofte er nummererte, ikke betegnet ved bruk av bokstaver. Til slutt kan du beregne gjensidig induktans fra induktorene direkte som M = √L1L2.