A transzformátor alapjai

A transzformátorok általában olyan eszközök, amelyek képesek mennyiségek egyik értékről a másikra történő átalakítására. Ebben a cikkben a Feszültség transzformátorra fogunk összpontosítani, amely egy statikus elektromos alkatrész, amely képes az AC feszültség egyik értékről a másikra való átalakítására anélkül, hogy megváltoztatná a frekvenciát az elektromágneses indukció elveinek felhasználásával.

Az egyik korábbi cikkünkben a váltóáramról megemlítettük, hogy a transzformátor mennyire volt fontos a váltakozó áram történetében. Ez volt a fő engedélyező, amely lehetővé tette a váltakozó áramot. Kezdetben, amikor egyenáramú alapú rendszereket használtak, a vezetékek áramvesztése miatt nem lehetett őket nagy távolságokra továbbítani, mivel a távolság (hossz) nő, ami azt jelenti, hogy az egyenáramú erőműveket mindenhova el kellett helyezni, így az AC fő célja az átviteli probléma megoldására és a transzformátor nélkül ez nem lett volna lehetséges, mivel a veszteségek még mindig váltakoznának AC-val.

Ha a transzformátor a helyén van, akkor a váltakozó áramot az áramfejlesztő állomásokról nagyon nagy feszültséggel, de alacsony árammal lehet továbbítani, amely kiküszöböli a vezetékben (vezetékek) bekövetkező veszteségeket az I ² R értéke miatt (ami a vezetékben az áramveszteséget adja). Ezután a transzformátort arra használják, hogy a nagyfeszültségű, alacsony áramú energiát alacsony feszültségű, nagy áramú energiává alakítsák át a közösségen belüli végső elosztáshoz, anélkül, hogy megváltoztatnák a frekvenciát és ugyanazon a teljesítményen, amelyet az áramfejlesztő állomásról továbbítottak (P = IV).

A feszültségváltó jobb megértése érdekében a legjobb a legegyszerűbb modelljét használni, amely az egyfázisú transzformátor.

Egyfázisú transzformátor

Az egyfázisú transzformátor a leggyakoribb (a használatban lévő számokat tekintve) típusú feszültségváltó. Jelen van a legtöbb „csatlakoztatott” készülékben, amelyet otthon és mindenhol máshol használunk.

A transzformátor működési elvének, felépítésének stb. Leírására szolgál, mivel a többi transzformátor olyan, mint az egyfázisú transzformátor variációja vagy módosítása. Például egyesek szerint a háromfázisú transzformátor 3 egyfázisú transzformátorból áll.

Az egyfázisú transzformátor két tekercsből / tekercsből áll (az elsődleges és a másodlagos tekercs). Ez a két tekercs úgy van elrendezve, hogy nincs elektromos kapcsolat közöttük, így egy közös mágneses vas köré tekerik őket, amelyet általában transzformátor magnak neveznek, így a két tekercsnek csak mágneses kapcsolata van közöttük. Ez biztosítja, hogy az energiát csak elektromágneses indukción keresztül továbbítsák, és a transzformátorokat hasznosvá teszi a kapcsolatok leválasztására is.

A transzformátor működési elve:

Mint korábban említettük, a transzformátor két tekercsből áll; az elsődleges és a másodlagos tekercsek. Az elsődleges tekercs mindig a transzformátor bemenetét jelenti, míg a másodlagos tekercs a transzformátor kimenetét.

Két fő hatás határozza meg a transzformátor működését:

Az első az, hogy egy vezetéken átáramló áram mágneses teret állít fel a vezeték körül. A keletkező mágneses tér nagysága mindig egyenesen arányos a vezetéken áthaladó áram mennyiségével. A mágneses tér nagysága megnő, ha a huzalt tekercsszerű formába tekerjük. Ezzel az elvvel indukálja a mágnességet az elsődleges tekercs. A primer tekercsre feszültséget adva mágneses teret indukál a transzformátor magja körül.

A második hatás, amely az elsővel kombinálva megmagyarázza a transzformátor működési elvét, amely azon a tényen alapul, hogy ha egy vezető fel van tekerve egy darab mágnes körül, és a mágneses tér megváltozik, a mágneses tér változása áramot indukál a a vezető, amelynek nagyságát a vezetőtekercs fordulatainak száma határozza meg. Ez az az elv, amellyel a másodlagos tekercs energiát kap.

Amikor a primer tekercsre feszültséget kapcsolnak, mágneses mezőt hoz létre a mag körül, az erősség az alkalmazott áramtól függ. A létrejött mágneses tér így áramot indukál a szekunder tekercsben, amely a mágneses tér nagyságának és a szekunder tekercs fordulatszámának függvénye.

A transzformátor ezen működési elve azt is megmagyarázza, hogy miért kellett feltalálni az AC-t, mert a transzformátor csak akkor fog működni, ha az alkalmazott feszültség vagy áram váltakozik, mivel csak akkor működnek az elektromágneses indukciós elvek. Így a transzformátort akkor nem lehetett DC-re használni.

A transzformátor felépítése

Alapvetően egy transzformátor két részből áll, amelyek a következők: két induktív tekercs és egy laminált acél mag. A tekercsek egymástól vannak szigetelve, és a maggal való érintkezés megakadályozása érdekében is vannak szigetelve.

A transzformátor felépítését tehát a tekercs és a mag felépítése alatt vizsgálják.

Transzformátor magja

A transzformátor magja mindig laminált acéllemezek egymásra rakásával készül, biztosítva, hogy minimális légrés legyen közöttük. A transzformátor magja az utóbbi időben mindig vasmag helyett laminált acélmagból áll, hogy csökkentse az örvényáram okozta veszteségeket.

A laminált acéllemezeknek három fő alakja közül lehet választani: E, I és L.

Amikor a laminálást egymásba rakják a mag kialakításához, azokat mindig úgy rakják össze, hogy az illesztés oldalai egymást váltják. Például a lapokat az első összeszerelés során elülső homlokzatként szerelik össze, a következő összeszereléshez pedig háttal vannak ellátva, az alábbi képen látható módon. Ez azért történik, hogy megakadályozza az ízületek nagy vonakodását.

Tekercs

Transzformátor megépítésekor nagyon fontossá válik a transzformátor típusának megadása akár felfelé, akár lefelé, mivel ez meghatározza az elsődleges vagy a másodlagos tekercsben meglévő fordulatok számát.

A transzformátorok típusai:

Főleg háromféle feszültségváltó van;

1. Lépjen le a transzformátorokról

2. Fokozza a transzformátorokat

3. Izolációs transzformátorok

A lefelé irányuló transzformátorok olyan transzformátorok, amelyek csökkentett értéket adnak az elsődleges tekercsre kifejtett feszültségnek a szekunder tekercsnél, míg egy fokozatos transzformátor esetében a transzformátor megnövelt értéket ad az elsődleges tekercsre, a másodlagos tekercsre alkalmazott feszültségnek tekercs.

Az izolációs transzformátorok olyan transzformátorok, amelyek ugyanazt a feszültséget adják a primerre a szekundernél, és így alapvetően elektromos áramkörök elszigetelésére szolgálnak.

A fenti magyarázat alapján egy bizonyos típusú transzformátor létrehozása csak akkor érhető el, ha az elsődleges és a másodlagos tekercsek mindegyikében megadjuk a fordulatok számát a szükséges kimenet megadásához, ezt tehát a fordulatok aránya határozhatja meg. Olvassa el a csatolt oktatóanyagot, hogy többet megtudjon a transzformátorok különböző típusairól.

Transformer Turns Ratio és EMF egyenlet:

A transzformátor fordulatszámát (n) az egyenlet adja meg;

n = Np / Ns = Vp / Vs

ahol n = fordulatszám

Np = fordulatok száma az elsődleges tekercsben

Ns = fordulatok száma a másodlagos tekercsben

Vp = Az elsődleges feszültség

Vs = Feszültség a szekundernél

Ezekkel a fent leírt kapcsolatokkal fel lehet számítani az egyenletben szereplő paramétereket.

A fenti képlet a transzformátorok feszültséghatása.

Mivel azt mondtuk, hogy a hatalom az átalakulás után ugyanaz marad;

Ezt a fenti képletet a transzformátor aktuális műveletének nevezzük. Ami azt bizonyítja, hogy a transzformátor nemcsak a feszültséget, hanem az áramot is átalakítja.

EMF egyenlet:

Az elsődleges vagy a másodlagos tekercs tekercsének fordulatszáma meghatározza az általa kiváltott vagy általa indukált áram mennyiségét. Amikor a primerre alkalmazott áram csökken, a mágneses tér erőssége csökken, és megegyezik a szekunder tekercsben kiváltott árammal.

E = N (dΦ / dt)

A szekunder tekercsben kiváltott feszültség mennyiségét az egyenlet adja meg:

Ahol N a másodlagos tekercs fordulatainak száma.

Mivel a fluxus szinuszosan változik, a mágneses fluxus sin = Φ _max sinwt

így

E = N * w * Φmax * cos (wt) Emax = NwΦmax

Az Indukált Emf négyzetértékének középértékét úgy kapjuk meg, hogy az emf maximális értékét elosztjuk √2-vel

Ezt az egyenletet transzformátorok EMF-egyenletének nevezik.

Ahol: N a tekercs tekercselésének száma

f a fluxus frekvenciája hercben

Φ a mágneses fluxus sűrűsége Weberben

Mindezen értékek meghatározása esetén a transzformátor így elkészíthető.

Elektromos erő

Mint korábban kifejtettük, a transzformátorokat azért hozták létre, hogy biztosítsák az áramfejlesztő állomásokon termelt villamos energia értékének kis vagy semmilyen veszteség nélkül történő eljuttatását a végfelhasználókhoz . a bemeneti teljesítmény. A transzformátorokat tehát állandó teljesítményű készülékeknek nevezzük, miközben megváltoztathatják a feszültség- és áramértékeket, ez mindig oly módon történik, hogy a bemeneten ugyanaz a teljesítmény áll rendelkezésre a kimeneten.

Így

P _s = P _p

ahol Ps a teljesítmény a másodlagos és Pp az elsődleges teljesítmény.

Mivel P = IvcosΦ, akkor I _s V _s cosΦ _s = I _p V _p cosΦ _p

A transzformátor hatékonysága

A transzformátor hatékonyságát az egyenlet adja;

Hatékonyság = (kimeneti teljesítmény / bemeneti teljesítmény) * 100%

Míg az ideális transzformátor kimenő teljesítményének meg kell egyeznie a bemenő energiával, a legtöbb transzformátor távol áll az ideális transzformátortól, és több tényező miatt veszteségeket tapasztal.

Az alábbiakban felsoroljuk azokat a veszteségeket, amelyeket egy transzformátor tapasztalhat;

1. Réz veszteségek

2. hiszterézis veszteségek

3. Örvényáram-veszteségek

1. Réz veszteségek

Ezeket a veszteségeket néha tekercsveszteségnek vagy I ² R veszteségnek nevezik. Ezek a veszteségek a tekercseléshez használt vezető által elvezetett energiához kapcsolódnak, amikor az áram átjut rajta a vezető ellenállása miatt. Ennek a veszteségnek az értéke a képlet segítségével kiszámítható;

P = I ² R

2. hiszterézis veszteségek

Ez a transzformátor magjához használt anyagok vonakodásával kapcsolatos veszteség. Amint a váltóáram megfordítja az irányát, hatással van a maghoz felhasznált anyag belső szerkezetére, mivel fizikai változásokon megy keresztül, amelyek az energia egy részét is felhasználják

3. Örvényáram-veszteségek

Ezt a veszteséget általában laminált vékony acéllemezek hódítják meg. Az örvényáram-veszteség abból a tényből fakad, hogy a mag is vezető, és emf-et indukál a szekunder tekercsben. A magban indukált áramok a mai törvények szerint szembeszállnak a mágneses térrel és az energia eloszlásához vezetnek.

Ha figyelembe vesszük ezen veszteségek hatását a transzformátor hatékonysági számításaiba, megvan;

Hatékonyság = (bemeneti teljesítmény - veszteségek / bemeneti teljesítmény) * 100% Minden paraméter teljesítményegységben kifejezve.