Bagaimana Mengira Transformer Mengubah Nisbah

Kandungan

• Mengira Transformer Menghidupkan Nisbah
• Pembinaan Transformer
• Jenis Kesan Transformer
• Transformers dalam Amalan
• Persamaan Transformer dalam Inductance Bersama

Arus bergantian (AC) di kebanyakan peralatan di rumah anda hanya boleh datang dari talian kuasa yang mengarahkan arus (DC) melalui penggunaan pengubah. Melalui semua jenis semasa yang boleh mengalir melalui litar, ia membantu untuk mempunyai kuasa untuk mengawal fenomena elektrik ini. Untuk semua kegunaan mereka dalam mengubah voltan litar, transformer sangat bergantung pada nisbah giliran mereka.

Mengira Transformer Menghidupkan Nisbah

Transformer bertukar nisbah adalah pembahagian bilangan lilitan dalam penggulungan utama dengan bilangan lilitan dalam penggulungan sekunder oleh persamaan T_R = N_p/ N_s. Nisbah ini juga sepadan dengan voltan penggulungan utama dibahagikan dengan voltan penggulungan sekunder, seperti yang diberikan oleh V_p/ V_s. Penggulungan primer merujuk kepada induktor berkuasa, elemen litar yang menggerakkan medan magnet sebagai tindak balas kepada aliran cas, pengubah, dan yang kedua ialah induktor yang tidak dapat dipakai.

Rasio-rasio ini berlaku di bawah anggapan bahawa sudut fasa penggulungan utama adalah sama dengan sudut fasa sekunder oleh persamaan Φ_P = Φ_S. Sudut fasa utama dan sekunder menggambarkan bagaimana arus, yang bergantian antara arah ke hadapan dan arah belakang dalam belitan utama dan menengah pengubah, saling menyegerakan.

Untuk sumber voltan AC, seperti yang digunakan dengan transformer, bentuk gelombang masuk adalah sinusoidal, membentuk gelombang sinus menghasilkan. Nisbah transformator bertukar memberitahu anda berapa voltan yang berubah melalui pengubah sebagai pas semasa dari belitan utama ke belitan sekunder.

Juga, sila ambil perhatian bahawa perkataan "nisbah" dalam formula ini merujuk kepada a pecahan, bukan nisbah sebenar. Bahagian 1/4 adalah berbeza daripada nisbah 1: 4. Walaupun 1/4 adalah satu bahagian dari keseluruhan yang dibahagikan kepada empat bahagian yang sama, nisbah 1: 4 mewakili itu, untuk sesuatu, ada empat perkara lain. Nisbah "nisbah" dalam nisbah bertukar pengubah adalah pecahan, bukan nisbah, dalam formula nisbah transformer.

Transformer bertukar nisbah mendedahkan bahawa perbezaan pecahan yang diperlukan oleh voltan berdasarkan jumlah gegelung luka di sekitar bahagian utama dan sekunder pengubah. Transformer dengan lima gegelung luka utama dan 10 gegelung luka menengah akan mengurangkan sumber voltan separuh seperti yang diberikan oleh 5/10 atau 1/2.

Sama ada peningkatan voltan atau penurunan akibat daripada gegelung ini menentukan pengubah langkah atau pengubah langkah demi langkah oleh formula nisbah transformer. Pengubah yang tidak meningkatkan atau mengurangkan voltan adalah "pengubah impedans" yang sama ada boleh mengukur impedans, litar pembangkang terhadap arus, atau hanya menunjukkan rehat antara litar elektrik yang berlainan.

Pembinaan Transformer

Komponen utama pengubah adalah dua gegelung, primer dan sekunder, yang membungkus teras besi. Inti feromagnetik, atau inti yang terbuat dari magnet kekal, pengubah juga menggunakan kepingan terik elektrik yang tipis supaya permukaan ini dapat mengurangkan rintangan bagi arus yang mengalir dari gegelung utama ke gegelung sekunder pengubah.

Pembinaan sebuah transformer secara amnya akan dirancang untuk kehilangan sedikit tenaga yang mungkin. Kerana tidak semua fluks magnet dari gegelung utama melewati sekunder, akan ada beberapa kerugian dalam amalan. Transformers juga akan kehilangan tenaga kerana arus eddy, arus elektrik setempat yang disebabkan oleh perubahan medan magnet dalam litar elektrik.

Transformers mendapat nama mereka kerana mereka menggunakan persediaan ini dengan teras magnetisasi dengan lilitan pada dua bahagian berasingan untuk mengubah tenaga elektrik menjadi tenaga magnetik melalui magnetisasi teras dari arus melalui lilitan utama.

Kemudian, teras magnet menginduksi arus dalam lilitan sekunder, yang mengubah tenaga magnetik menjadi tenaga elektrik. Ini bermakna bahawa transformer sentiasa beroperasi pada sumber voltan AC yang masuk, yang beralih antara arah ke hadapan dan arah belakang semasa pada selang masa yang tetap.

Jenis Kesan Transformer

Selain daripada voltan atau bilangan formula gegelung, anda boleh mempelajari transformer untuk mengetahui lebih lanjut mengenai sifat jenis tegangan, induksi elektromagnetik, medan magnet, fluks magnetik dan sifat-sifat lain yang terhasil daripada pembinaan sebuah transformer.

Berbeza dengan sumber voltan yang s semasa dalam satu arah, a Sumber voltan AC dihantar melalui gegelung utama akan membuat medan magnetnya sendiri. Fenomena ini dikenali sebagai induktansi bersama.

Kekuatan medan magnet akan meningkat kepada nilai maksimumnya, yang sama dengan perbezaan fluks magnet yang dibahagikan dengan tempoh masa, dΦ / dt. Perlu diingat, dalam kes ini, Φ digunakan untuk menunjukkan fluks magnet, bukan sudut fasa. Garis medan magnet ini dilukis keluar dari elektromagnet. Jurutera bangunan transformer juga mengambil kira hubungan fluks, yang merupakan hasil daripada fluks magnet Φ dan bilangan gegelung dalam dawai N disebabkan oleh medan magnet yang lulus dari satu gegelung ke yang lain.

Persamaan umum untuk fluks magnet adalah Φ = BAcosθ untuk kawasan permukaan yang dilalui oleh padang A dalam m², medan magnet B dalam Teslas dan θ sebagai sudut antara vektor tegak lurus ke kawasan dan medan magnet. Untuk kes mudah gelung dibalut sekitar magnet, fluks diberikan oleh Φ = NBA untuk bilangan gegelung N, medan magnet B dan lebih daripada satu kawasan tertentu A permukaan yang selari magnetnya. Walau bagaimanapun, bagi pengubah, hubungan fluks menyebabkan fluks magnetik dalam penggulungan utama untuk sama dengan penggulungan sekunder.

Menurut Undang-Undang Faradays, anda boleh mengira voltan yang diinduksi dalam belitan utama atau menengah pengubah dengan mengira N x dΦ / dt. Ini juga menjelaskan mengapa transformer bertukar nisbah voltan satu bahagian pengubah kepada yang lain adalah sama dengan bilangan gegelung satu ke yang lain.

Jika anda membandingkannya N x dΦ / dt satu bahagian kepada yang lain, yang dΦ / dt akan dibatalkan kerana kedua-dua bahagian mempunyai fluks magnet yang sama. Akhirnya, anda boleh mengira transformer ampere-turn sebagai produk masa kini bilangan gegelung sebagai kaedah mengukur daya magnetizing gegelung

Transformers dalam Amalan

Pengagihan kuasa menyalurkan elektrik dari loji kuasa ke bangunan dan rumah. Barisan kuasa ini bermula di kilang kuasa di mana penjana elektrik mencipta tenaga elektrik dari beberapa sumber. Ini boleh menjadi empangan hidroelektrik yang memanfaatkan kuasa air atau turbin gas yang menggunakan pembakaran untuk menghasilkan tenaga mekanik dari gas asli dan menukarnya kepada elektrik. Elektrik ini, malangnya, dihasilkan sebagai Voltan DC yang perlu ditukar kepada voltan AC untuk kebanyakan peralatan rumah.

Transformer menjadikan elektrik ini dapat digunakan dengan mewujudkan bekalan kuasa DC fasa tunggal untuk isi rumah dan bangunan dari voltan AC yang berayun masuk. Transformer di sepanjang grid pengagihan kuasa juga memastikan voltan adalah jumlah yang sesuai untuk sistem elektronik dan elektrik rumah. Grid pengedaran juga menggunakan "bas" yang mengagihkan pengedaran ke pelbagai arah di samping pemutus litar untuk memastikan pengedaran berasingan berbeza antara satu sama lain.

Jurutera sering mengambil kira kecekapan transformer menggunakan persamaan mudah untuk kecekapan sebagai _η = P_O/ P_Saya _fatau kuasa output P___O dan kuasa input P_Saya. Berdasarkan pembinaan reka bentuk pengubah, sistem ini tidak akan kehilangan tenaga kepada geseran atau rintangan udara kerana transformer tidak melibatkan bahagian bergerak.

Arus magnetisasi, jumlah arus yang diperlukan untuk menggerakkan teras pengubah, secara amnya sangat kecil berbanding dengan arus yang utama mendorong pengubah. Faktor-faktor ini bermakna bahawa transformer biasanya sangat cekap dengan kecekapan 95 peratus dan lebih tinggi untuk reka bentuk moden.

Sekiranya anda menggunakan sumber voltan AC untuk penggulungan utama pengubah, maka fluks magnet yang disebabkan oleh teras magnet akan terus mendorong voltan AC dalam penggulungan sekunder dalam fasa yang sama dengan voltan sumber. Fluks magnet dalam teras, bagaimanapun, kekal 90 ° di belakang sudut fasa voltan sumber. Ini bererti gegelung utama semasa, arus magnetizing, juga tertinggal di belakang sumber voltan AC.

Persamaan Transformer dalam Inductance Bersama

Sebagai tambahan kepada medan, fluks dan voltan, transformer menggambarkan fenomena elektromagnetik induktansi bersama yang memberikan lebih banyak daya kepada belitan utama pengubah apabila disambungkan ke bekalan elektrik.

Ini berlaku sebagai tindak balas utama kepada peningkatan beban, sesuatu yang menggunakan kuasa, pada lilitan menengah. Sekiranya anda menambah beban kepada lilitan sekunder melalui kaedah seperti meningkatkan ketahanan wayarnya, lilitan utama akan bertindak balas dengan menarik lebih banyak arus dari sumber kuasa untuk mengimbangi pengurangan ini. Induktansi bersama adalah beban yang anda masukkan pada sekunder yang anda boleh gunakan untuk mengira peningkatan arus melalui lilitan utama.

Sekiranya anda menulis persamaan voltan berasingan bagi kedua-dua belitan primer dan sekunder, anda boleh menerangkan fenomena ini dengan induktansi bersama. Untuk penggulungan utama, V_P = Saya_PR₁ + L₁ΔI_P/ Δt - M ΔI_S/ Δt, untuk semasa melalui penggulungan utama Saya_P, rintangan beban utama penggulungan R₁, induktansi bersama M, inductance penggulungan utama L_Saya, penggulungan sekunder Saya_S dan berubah mengikut masa Δt. Tanda negatif di hadapan induktansi bersama M menunjukkan bahawa sumber semasa dengan serta-merta mengalami penurunan dalam voltan kerana beban pada penggulungan sekunder, tetapi, sebagai tindak balas, penggulungan utama menimbulkan voltannya.

Persamaan ini mengikuti peraturan penulisan persamaan yang menggambarkan bagaimana arus dan voltan berbeza di antara elemen litar. Untuk gelung elektrik tertutup, anda boleh menulis jumlah voltan merentasi setiap komponen sebagai sama dengan sifar untuk menunjukkan bagaimana voltan turun ke setiap elemen dalam litar.

Untuk belitan utama, anda menulis persamaan ini untuk menjelaskan voltan merentasi gulungan utama sendiri (Saya_PR₁), voltan disebabkan arus induksi medan magnet L₁ΔI_P/ Δt dan voltan akibat kesan induktansi bersama dari belitan menengah M ΔI_S/ Δt.

Begitu juga, anda boleh menulis persamaan yang menggambarkan voltan jatuh di lintasan sekunder sebagai M ΔI___P/ Δt = Saya_SR₂ + L₂ΔI_S/ Δt. Persamaan ini merangkumi arus penggulungan sekunder Saya_S, induktansi penggulungan menengah L₂ dan rintangan beban penggulungan menengah R₂. Rintangan dan induktans dilabelkan dengan subskrip 1 atau 2 dan bukan P atau S, sebagai perintang dan induktor sering dinamakan, tidak dilabel menggunakan huruf. Akhirnya, anda boleh mengira induktansi bersama dari induktor secara langsung sebagai M = √L1L2.