Как рассчитать коэффициент поворота трансформатора

Содержание

• Расчет коэффициента оборотов трансформатора
• Строительство трансформатора
• Типы эффектов трансформатора
• Трансформаторы на практике
• Уравнение трансформатора во взаимной индуктивности

Переменный ток (AC) в большинстве бытовых приборов может поступать только от линий электропередачи, которые обеспечивают постоянный ток (DC) через трансформатор. Через все различные типы тока, который может протекать через цепь, он помогает контролировать эти электрические явления. Для всех их применений при изменении напряжения цепей, трансформаторы сильно зависят от коэффициента их поворота.

Расчет коэффициента оборотов трансформатора

Коэффициент трансформации трансформатора деление числа витков в первичной обмотке на число витков во вторичной обмотке по уравнению T_р = N_п/ N_s. Это отношение также должно равняться напряжению первичной обмотки, деленному на напряжение вторичной обмотки, как В_п/ V,_s, Первичная обмотка относится к индуктору с питанием, элементу схемы, который индуцирует магнитное поле в ответ на поток заряда, трансформатора, а вторичная - к индуктору без питания.

Эти соотношения справедливы в предположении, что фазовый угол первичной обмотки равен фазовым углам вторичной обмотки уравнение Φ_п = Φ_S. Этот первичный и вторичный фазовый угол описывает, как ток, который чередуется между прямым и обратным направлениями в первичной и вторичной обмотках трансформатора, синхронизирован друг с другом.

Для источников переменного напряжения, как и в случае с трансформаторами, форма входящего сигнала синусоидальная, форма синусоидальной формы. Коэффициент оборотов трансформатора говорит вам, насколько изменяется напряжение через трансформатор при прохождении тока от первичной обмотки к вторичной обмотке.

Также обратите внимание, что слово «соотношение» в этих формулах относится к дробная часть, не фактическое соотношение. Фракция 1/4 отличается от соотношения 1: 4. В то время как 1/4 - это одна часть из целого, которая разделена на четыре равные части, соотношение 1: 4 означает, что для одного из чего-то существует четыре из чего-то другого. «Соотношение» в соотношении витков трансформатора - это доля, а не соотношение, в формуле соотношения трансформаторов.

Отношение оборотов трансформатора показывает, что дробное различие, которое берет напряжение, основано на количестве катушек, намотанных вокруг первичной и вторичной частей трансформатора. Трансформатор с пятью первичными намотанными катушками и 10 вторичными намотанными катушками разрезает источник напряжения пополам, как указано 5/10 или 1/2.

Увеличивается ли напряжение или уменьшается в результате этих катушек, определяет его повышающий трансформатор или понижающий трансформатор по формуле отношения трансформаторов. Трансформатор, который не увеличивает и не уменьшает напряжение, является «трансформатором импеданса», который может либо измерять полное сопротивление, сопротивление цепи или просто указывать разрывы между различными электрическими цепями.

Строительство трансформатора

Основными компонентами трансформатора являются две катушки, первичная и вторичная, которые обертывают вокруг железного сердечника. Ферромагнитный сердечник или сердечник, изготовленный из постоянного магнита трансформатора, также использует тонкие электрически изолированные слои, так что эти поверхности могут уменьшить сопротивление для тока, который проходит от первичных катушек к вторичным катушкам трансформатора.

Конструкция трансформатора, как правило, будет спроектирована так, чтобы терять как можно меньше энергии. Поскольку не весь магнитный поток от первичных катушек проходит к вторичным, на практике будут некоторые потери. Трансформаторы также будут терять энергию из-за вихревые токи, локализованный электрический ток, вызванный изменениями магнитного поля в электрических цепях.

Трансформаторы получили свое название, потому что они используют эту установку намагничивающего сердечника с обмотками на двух отдельных его частях, чтобы преобразовать электрическую энергию в магнитную энергию посредством намагничивания сердечника из тока через первичные обмотки.

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

Типы эффектов трансформатора

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

В отличие от источника напряжения с током в одном направлении, Источник переменного напряжения отправленный через первичную катушку создаст собственное магнитное поле. Это явление известно как взаимная индуктивность.

Напряженность магнитного поля увеличится до своего максимального значения, которое равно разнице в магнитном потоке, деленной на период времени, d ^ / дт, Имейте в виду, в этом случае, Φ используется для указания магнитного потока, а не фазового угла. Эти линии магнитного поля тянутся наружу от электромагнита. Инженеры-строители трансформаторов также учитывают связь потока, которая является продуктом магнитного потока Φ а количество витков в проводе N вызвано магнитным полем, переходящим от одной катушки к другой.

Общее уравнение для магнитного потока Φ = BAcosθ для площади поверхности, через которую проходит поле в м², магнитное поле В в Тесла и θ как угол между перпендикулярным вектором к области и магнитным полем. Для простого случая обернутых катушек вокруг магнита поток определяется как Ф = НБА для количества катушек N, магнитное поле В и над определенной областью поверхности, которая параллельна магниту. Однако для трансформатора связь магнитного потока приводит к тому, что магнитный поток в первичной обмотке становится равным магнитному потоку вторичной обмотки.

Согласно с Закон Фарадея, Вы можете рассчитать напряжение, наведенное в первичной или вторичной обмотках трансформатора, рассчитав N x dΦ / dt, Это также объясняет, почему отношение витков трансформатора напряжения одной части трансформатора к другой равно количеству витков от одной к другой.

Если бы вы сравнили N x dΦ / dt из одной части в другую, d ^ / дт будет отменен из-за того, что обе части имеют одинаковый магнитный поток. Наконец, вы можете рассчитать ампер-витки трансформатора как произведение тока на число катушек как метод измерения силы намагничивания катушки

Трансформаторы на практике

Распределение электроэнергии обеспечивает передачу электроэнергии от электростанций к зданиям и домам. Эти линии электропередачи начинаются на электростанции, где электрический генератор вырабатывает электрическую энергию от какого-либо источника. Это может быть гидроэлектростанция, которая использует энергию воды, или газовая турбина, которая использует сжигание для создания механической энергии из природного газа и превращает ее в электричество. Это электричество, к сожалению, производится как Напряжение постоянного тока который должен быть преобразован в переменное напряжение для большинства бытовых приборов.

Трансформаторы делают это электричество пригодным для использования, создавая однофазные источники питания постоянного тока для домашних хозяйств и зданий от входящего переменного напряжения переменного тока. Трансформаторы вдоль распределительных электрических сетей также обеспечивают достаточное напряжение для бытовой электроники и электрических систем. В распределительных сетях также используются «шины», которые разделяют распределение по нескольким направлениям вместе с автоматическими выключателями, чтобы отделить отдельные распределения друг от друга.

Инженеры часто учитывают эффективность трансформаторов, используя простое уравнение эффективности как _η = P_О/П_я _fили выходная мощность П___О и входная мощность п_я, Основанные на конструкции трансформаторов, эти системы не теряют энергию из-за трения или сопротивления воздуха, поскольку трансформаторы не содержат движущихся частей.

Ток намагничивания, величина тока, необходимого 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 вы должны приложить источник переменного напряжения к первичной обмотке трансформатора, магнитный поток, индуцированный в магнитном сердечнике, будет продолжать индуцировать напряжение переменного тока во вторичной обмотке в той же фазе, что и напряжение источника. Однако магнитный поток в сердечнике остается на 90 ° позади фазового угла напряжения источника. Это означает, что ток первичной обмотки, ток намагничивания, также отстает от источника переменного напряжения.

Уравнение трансформатора во взаимной индуктивности

В дополнение к полю, потоку и напряжению трансформаторы иллюстрируют электромагнитные явления взаимной индуктивности, которые дают большую мощность первичным обмоткам трансформатора, когда они подключены к источнику питания.

Это происходит как реакция первичных обмоток на увеличение нагрузки, что потребляет энергию, на вторичных обмотках. Если вы добавили нагрузку на вторичные обмотки с помощью такого метода, как увеличение сопротивления проводов, первичные обмотки будут реагировать, потребляя больше тока от источника питания, чтобы компенсировать это уменьшение. Взаимная индуктивность это нагрузка, которую вы накладываете на вторичную обмотку, которую вы можете использовать для расчета увеличения тока через первичные обмотки.

Если бы вы написали отдельное уравнение напряжения для первичной и вторичной обмоток, вы могли бы описать это явление взаимной индуктивности. Для первичной обмотки, В_п = Я_пр₁ + L₁Dgr; I_п/ Δt - M ΔI_S/ & Dgr; t, для тока через первичную обмотку я_п, сопротивление нагрузки первичной обмотки р₁взаимная индуктивность M, индуктивность первичной обмотки L_явторичная обмотка я_S и изменить во времени & Dgr; t, Отрицательный знак перед взаимной индуктивностью M показывает, что источник тока сразу испытывает падение напряжения из-за нагрузки на вторичную обмотку, но в ответ первичная обмотка повышает 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 падает напряжение на каждом элементе в цепи.

Для первичных обмоток вы пишете это уравнение для учета напряжения на самих первичных обмотках (я_пр₁), напряжение из-за индуцированного тока магнитного поля L₁Dgr; I_п/ & Dgr; t а напряжение из-за влияния взаимной индуктивности от вторичных обмоток M ΔI_S/ & Dgr; t.

Точно так же вы можете написать уравнение, которое описывает падение напряжения на вторичных обмотках как M ΔI___п/ Δt = I_Sр₂ + L₂Dgr; I_S/ & Dgr; t, Это уравнение включает в себя ток вторичной обмотки я_S, индуктивность вторичной обмотки L₂ и сопротивление нагрузки вторичной обмотки р₂, Сопротивление и индуктивность помечены индексами 1 или 2 вместо P или S соответственно, так как резисторы и индукторы часто нумеруются, а не обозначаются буквами. Наконец, вы можете рассчитать взаимную индуктивность от индукторов непосредственно как M = √L1L2.