Transformatoriaus pagrindai

Transformatoriai paprastai yra įtaisai, galintys konvertuoti dydžius iš vienos vertės į kitą. Šiame straipsnyje mes sutelksime dėmesį į įtampos transformatorių, kuris yra statinis elektrinis komponentas, galintis paversti kintamą įtampą iš vienos vertės į kitą, nekeičiant dažnio, naudojant elektromagnetinės indukcijos principus.

Viename iš ankstesnių mūsų straipsnių apie kintamąją srovę paminėjome, koks svarbus buvo transformatorius kintamosios srovės istorijoje. Būtent pagrindinis įgalinimas leido kintamąją srovę. Iš pradžių, kai buvo naudojamos nuolatinės srovės sistemos, jų nebuvo galima perduoti dideliais atstumais dėl elektros energijos praradimo linijose didėjant atstumui (ilgiui), o tai reiškia, kad nuolatinės srovės jėgainės turėjo būti dedamos visur, taigi pagrindinis kintamosios srovės tikslas buvo kad būtų išspręsta perdavimo problema ir be transformatoriaus, to nebūtų buvę įmanoma padaryti, nes nuostoliai vis tiek egzistuotų net su kintamosios srovės srove.

Įjungus transformatorių, kintamosios srovės srovė galėtų būti perduodama iš generavimo stočių esant labai aukštai, bet mažai srovei, kuri pašalina nuostolius linijoje (laiduose) dėl I ² R vertės (kuri suteikia galios nuostolius linijoje). Tada transformatorius naudojamas aukštos įtampos, mažos srovės energijai paversti žemos įtampos, didelės srovės energija galutiniam pasiskirstymui bendruomenėje, nekeičiant dažnio ir ta pačia galia, kokia buvo perduodama iš generatoriaus (P = IV).

Norint geriau suprasti įtampos transformatorių, geriausia naudoti jo supaprastintą modelį, kuris yra vienfazis transformatorius.

Vienfazis transformatorius

Vienfazis transformatorius yra labiausiai paplitusi (pagal naudojamus skaičius) įtampos transformatorių rūšis. Jo yra daugumoje „prijungtų“ prietaisų, kuriuos naudojame namuose ir visur kitur.

Jis naudojamas aprašyti transformatoriaus veikimo principą, konstrukciją ir pan., Nes kiti transformatoriai yra tarsi vienfazio transformatoriaus variacija ar modifikacija. Pavyzdžiui, kai kurie žmonės nurodo, kad trifazis transformatorius yra sudarytas iš 3 vienfazių transformatorių.

Vienfazis transformatorius sudarytas iš dviejų ritių / apvijų (pirminės ir antrinės ritės). Šios dvi apvijos yra išdėstytos taip, kad tarp jų nėra elektros jungties, todėl jos yra suvyniotos aplink bendrą magnetinę geležį, paprastai vadinamą transformatoriaus šerdimi, taigi abi ritės tarp jų turi tik magnetinį ryšį. Tai užtikrina, kad energija būtų perduodama tik per elektromagnetinę indukciją, taip pat transformatoriai yra naudingi izoliuojančioms jungtims.

Transformatoriaus veikimo principas:

Kaip minėta anksčiau, transformatorius susideda iš dviejų ritių; pirminės ir antrinės ritės. Pirminė ritė visada reiškia transformatoriaus įėjimą, o antrinė ritė - transformatoriaus išėjimą.

Du pagrindiniai efektai apibrėžia transformatoriaus veikimą:

Pirmoji yra ta, yra tekanti per vielos įkuria magnetinio lauko aplink laidą. Gaunamo magnetinio lauko dydis visada yra tiesiogiai proporcingas laido einančio srovės kiekiui. Magnetinio lauko dydis padidėja, jei viela suvyniojama į ritės pavidalo formą. Tai yra principas, kuriuo magnetizmą sukelia pirminė ritė. Pritaikius įtampą pagrindinei ritei, jis sukelia magnetinį lauką aplink transformatoriaus šerdį.

Antra efektas, kuris, kai ji derinama su pirmuoju paaiškina veikimo principas transformatoriaus, kuris, remiantis tuo, kad, jei laidininkas žaizdos aplink magneto gabalas ir magnetinio lauko pokyčius, magnetiniame lauke pokyčiai paskatins srovė laidininkas, kurio dydį nulems laidininko ritės apsisukimų skaičius. Tai principas, kuriuo įjungiama antrinė ritė.

Kai įtampa paduodama į pirminę ritę, aplink šerdį susidaro magnetinis laukas, kurio stiprumas priklauso nuo naudojamos srovės. Taigi sukurtas magnetinis laukas sukelia antrinėje ritėje srovę, kuri priklauso nuo magnetinio lauko dydžio ir antrinės ritės posūkių skaičiaus.

Šis transformatoriaus veikimo principas taip pat paaiškina, kodėl turėjo būti išrasta kintamosios srovės srovė, nes transformatorius veiks tik tada, kai bus naudojama įtampa ar srovė, nes tik tada veiks elektromagnetinės indukcijos principai. Taigi tada transformatorius negalėjo būti naudojamas nuolatinei srovei.

Transformatoriaus konstrukcija

Iš esmės, transformatorius susideda iš dviejų dalių, kurios apima: dvi indukcinės ritės ir laminuoto plieno šerdis. Ritės yra izoliuotos viena nuo kitos ir taip pat izoliuotos, kad būtų išvengta kontakto su šerdimi.

Taigi transformatoriaus konstrukcija bus nagrinėjama pagal ritės ir šerdies konstrukcijas.

Transformatoriaus šerdis

Transformatoriaus šerdis visada sukonstruota sukraunant laminuotus plieno lakštus kartu, užtikrinant, kad tarp jų būtų minimalus oro tarpas. Transformatorių šerdis pastaruoju metu visada yra pagaminta iš laminuoto plieno šerdies, o ne iš geležies šerdžių, siekiant sumažinti nuostolius dėl sūkurinės srovės.

Yra trys pagrindinės laminuotų plieno lakštų formos: E, I ir L.

Kraunant laminavimą kartu, kad susidarytų šerdis, jie visada sukraunami taip, kad jungties šonai būtų pakaitomis. Pvz., Pirmojo surinkimo metu lakštai surenkami taip, kad būtų iš priekio, jie bus užklijuoti kitam surinkimui, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau. Tai daroma, kad būtų išvengta didelio sąnarių nenoro.

Ritė

Konstruojant transformatorių, tampa labai svarbu nurodyti transformatoriaus tipą kaip aukštesnį arba mažesnį, nes tai lemia pirminės arba antrinės ritės posūkių skaičių.

Transformatorių tipai:

Daugiausia yra trijų tipų įtampos transformatorių;

1. Nuleiskite transformerius

2. Padidinkite transformatorius

3. Izoliaciniai transformatoriai

Žingsnis žemyn transformatorius yra transformatorių, kuris suteikia mažesnį vertę įtampos taikomas pirminės ritės vidurinėje ritė, tuo tarpu žingsnis transformatoriaus, transformatorius suteikia padidėjęs vertė įtampos taikomas pirminės ritės, antriniame ritė.

Izoliaciniai transformatoriai yra transformatoriai, suteikiantys tą pačią įtampą, taikomą pirminiam antriniame ir todėl iš esmės naudojami elektros grandinėms izoliuoti.

Remiantis aukščiau pateiktu paaiškinimu, sukurti tam tikrą transformatoriaus tipą galima tik suprojektuojant posūkių skaičių kiekvienoje pirminėje ir antrinėje ritėse, kad gautumėte reikiamą išėjimą, taigi tai galima nustatyti pagal posūkių santykį. Norėdami sužinoti daugiau apie skirtingus transformatorių tipus, galite perskaityti susietą mokymo programą.

Transformatoriaus posūkių santykis ir EMF lygtis:

Transformatoriaus posūkių santykis (n) nurodomas lygtimi;

n = Np / Ns = Vp / Vs

kur n = posūkių santykis

Np = pirminės ritės posūkių skaičius

Ns = antrinės ritės posūkių skaičius

Vp = pirminio įtampa

Vs = įtampa antrinėje

Šie aukščiau aprašyti ryšiai gali būti naudojami apskaičiuojant kiekvieną lygties parametrą.

Aukščiau pateikta formulė yra žinoma kaip transformatorių įtampos veikimas.

Kadangi mes sakėme, kad po transformacijos galia išlieka ta pati;

Ši aukščiau pateikta formulė vadinama dabartiniu transformatoriaus veiksmu. Tai yra įrodymas, kad transformatorius ne tik transformuoja įtampą, bet ir transformuoja srovę.

EML lygtis:

Bet kurios pirminės arba antrinės ritės ritės posūkių skaičius lemia srovės kiekį, kurį jis sukelia arba sukelia. Sumažinus pirminio srovę, magnetinio lauko stipris sumažėja ir tas pats, kaip ir antrinėje apvijoje sukeltai srovei.

E = N (dΦ / dt)

Antrinės apvijos sukeltos įtampos dydis nurodomas lygtimi:

Kur N yra antrinės apvijos posūkių skaičius.

Kadangi srautas kinta sinusoidiškai, magnetinis srautas Φ = Φ _max sinwt

taigi

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

Indukuoto Emf kvadratinės vertės vidurkis gaunamas dalijant didžiausią emf vertę iš √2

Ši lygtis yra žinoma kaip transformatorių EMF lygtis.

Kur: N yra ritės apvijos posūkių skaičius

f yra srauto dažnis hercais

Φ yra Weberio magnetinio srauto tankis

nustačius visas šias vertes, transformatorius gali būti sukonstruotas.

Elektros energija

Kaip paaiškinta anksčiau, transformatoriai buvo sukurti siekiant užtikrinti, kad generuojamose elektrinėse pagamintos elektros energija būtų tiekiama galutiniams vartotojams be didelių nuostolių arba jų visiškai netektų, todėl „Ideal“ transformatoriuje galia išėjime (antrinėje apvijoje) visada yra tokia pati kaip ir įvesties galia. Transformatoriai vadinami pastovaus galingumo įtaisais, nors jie gali pakeisti įtampos ir srovės vertes, tačiau tai visada daroma taip, kad išvestyje būtų galima naudotis ta pačia įėjimo galia.

Taigi

P _s = P _p

kur Ps yra galia antrinėje, o Pp - pirminėje.

Kadangi P = IvcosΦ, tada I _s V _s cosΦ _s = I _p V _p cosΦ _p

Transformatoriaus efektyvumas

Transformatoriaus efektyvumą nurodo lygtis;

Efektyvumas = (išėjimo galia / įvesties galia) * 100%

Nors „Ideal“ transformatoriaus galia turėtų būti tokia pati kaip įvestos galios, dauguma transformatorių yra toli nuo „Ideal“ transformatoriaus ir patiria nuostolių dėl kelių veiksnių.

Kai kurie nuostoliai, kuriuos gali patirti transformatorius, yra išvardyti žemiau;

1. Vario nuostoliai

2. Histerezės nuostoliai

3. sūkurinės srovės nuostoliai

1. Vario nuostoliai

Šie nuostoliai kartais vadinami apvijos nuostoliais arba I ² R nuostoliais. Šie nuostoliai yra susiję su apvijai naudojamo laidininko išsklaidyta galia, kai per laidininko varžą per ją praeina srovė. Šio nuostolio vertę galima apskaičiuoti pagal formulę;

P = I ² R

2. Histerezės nuostoliai

Tai nuostoliai, susiję su transformatoriaus šerdyje naudojamų medžiagų nenoru. Kai kintamoji srovė keičia savo kryptį, ji daro įtaką šerdies medžiagos vidinei struktūrai, nes ji linkusi patirti fizinius pokyčius, kurie taip pat sunaudoja dalį energijos

3. Virpulinės srovės nuostoliai

Tai nuostolis, kurį paprastai nugali naudojant laminuotus plonus plieno lakštus. Virpulinės srovės nuostoliai atsiranda dėl to, kad šerdis taip pat yra laidininkas ir sukels emf antrinėje ritėje. Srovės, sukeltos šerdyje pagal papročių dėsnius, priešinsis magnetiniam laukui ir ves energiją.

Įvertinę šių nuostolių įtaką transformatoriaus efektyvumo skaičiavimams, mes turime;

Efektyvumas = (įėjimo galia - nuostoliai / įėjimo galia) * 100% Visi parametrai, išreikšti galios vienetais.