Transformatora pamati

Transformatori parasti ir ierīces, kas spēj pārveidot lielumus no vienas vērtības uz otru. Šajā rakstā mēs koncentrēsimies uz sprieguma transformatoru, kas ir statiska elektriska sastāvdaļa, kas spēj pārveidot maiņstrāvas spriegumu no vienas vērtības uz otru, nemainot frekvenci, izmantojot elektromagnētiskās indukcijas principus.

Vienā no mūsu iepriekšējiem rakstiem par maiņstrāvu mēs pieminējām, cik svarīgs transformators bija maiņstrāvas vēsturē. Tas bija galvenais iespējotājs, kas ļāva nodrošināt maiņstrāvu. Sākotnēji, kad tika izmantotas līdzstrāvas bāzes, tās nevarēja pārnest lielos attālumos, jo līnijā palielinājās jaudas zudums, jo attālums (garums) palielinājās, kas nozīmē, ka līdzstrāvas elektrostacijas bija jānovieto visur, tādējādi maiņstrāvas galvenais mērķis bija lai atrisinātu pārraides problēmu un bez transformatora, tas nebūtu iespējams, jo zaudējumi joprojām būtu pastāvējuši pat ar maiņstrāvu.

Ievietojot transformatoru, maiņstrāvu no elektrostacijām var pārraidīt ar ļoti augstu spriegumu, bet ar zemu strāvu, kas novērš zaudējumus līnijā (vados) I ² R vērtības dēļ (kas dod jaudas zudumus līnijā). Pēc tam transformatoru izmanto, lai pārveidotu augstspriegumu, zemas strāvas enerģiju zema sprieguma, lielas strāvas enerģijai galīgai sadalei kopienā, nemainot frekvenci un ar tādu pašu jaudu, kas tika pārraidīta no ģenerēšanas stacijas (P = IV).

Lai labāk izprastu sprieguma transformatoru, vislabāk ir izmantot tā vienkāršoto modeli, kas ir vienfāzes transformators.

Vienfāzes transformators

Vienfāzes transformators ir visizplatītākais (pēc izmantojamā skaita) sprieguma transformatoru veids. Tas ir lielākajā daļā “pieslēgto” ierīču, kuras izmantojam mājās un visur citur.

To lieto, lai aprakstītu transformatora darbības principu, konstrukciju utt., Jo citi transformatori ir kā vienfāzes transformatora variācijas vai modifikācijas. Piemēram, daži cilvēki atsaucas uz trīsfāzu transformatoru, kas sastāv no 3 vienfāzes transformatoriem.

Vienfāzes transformators sastāv no divām spolēm / tinumiem (primārā un sekundārā spole). Šie divi tinumi ir sakārtoti tā, ka starp tiem nav elektriskā savienojuma, tāpēc tie ir savīti ap kopīgu magnētisko dzelzi, ko parasti sauc par transformatora serdi, tādējādi abām spolēm starp tām ir tikai magnētisks savienojums. Tas nodrošina, ka jauda tiek pārraidīta tikai caur elektromagnētisko indukciju, kā arī padara transformatorus noderīgus savienojumu izolēšanai.

Transformatora darbības princips:

Kā jau iepriekš minēts, transformators sastāv no divām spolēm; primārās un sekundārās spoles. Primārā spole vienmēr ir transformatora ieeja, bet sekundārā spole - transformatora izeja.

Transformatora darbību nosaka divi galvenie efekti:

Pirmā ir tā, ka strāva plūst caur vadu izveido magnētiskais lauks ap vadu. Iegūtā magnētiskā lauka lielums vienmēr ir tieši proporcionāls strāvas lielumam, kas iet caur vadu. Magnētiskā lauka lielums tiek palielināts, ja stieple ir savīta spolei līdzīgā formā. Šis ir princips, ar kuru magnētismu izraisa primārā spole. Pieliekot spriegumu primārajai spolei, tas izraisa magnētisko lauku ap transformatora kodolu.

Otrais efekts, kas, ja tā saistīta ar pirmo izskaidro transformatoru darbības principu, kas ir balstīta uz to, ka, ja vadītājs tiek brūces ap kādu magnēts un magnētiskā lauka izmaiņas, izmaiņas magnētiskajā laukā, pamudinās strāva vadītājs, kura lielumu noteiks vadītāja spoles pagriezienu skaits. Tas ir princips, ar kuru sekundārā spole tiek aktivizēta.

Kad primārajai spolei tiek piemērots spriegums, tas rada magnētisko lauku ap serdi, kura stiprums ir atkarīgs no pielietotās strāvas. Tādējādi izveidotais magnētiskais lauks sekundārajā spolē inducē strāvu, kas ir magnētiskā lauka lieluma un sekundārās spoles pagriezienu skaita funkcija.

Šis transformatora darbības princips izskaidro arī to, kāpēc maiņstrāva bija jāizgudro, jo transformators darbosies tikai tad, kad būs mainītais spriegums vai strāva, jo tikai tad darbosies elektromagnētiskās indukcijas principi. Tādējādi transformatoru nevarēja izmantot līdzstrāvai.

Transformatora konstrukcija

Transformatoru galvenokārt veido divas daļas, kas ietver: divas induktīvās spoles un laminēta tērauda serde. Spoles ir izolētas viena no otras un arī izolētas, lai novērstu kontaktu ar serdi.

Transformatora konstrukcija tādējādi tiks pārbaudīta zem spoles un serdes konstrukcijas.

Transformatora kodols

Transformatora serde vienmēr tiek veidota, sakraujot laminētas tērauda loksnes kopā, nodrošinot minimālu gaisa spraugu starp tām. Transformatoru serde pēdējā laikā vienmēr sastāv no laminēta tērauda serdes, nevis dzelzs serdeņiem, lai samazinātu zaudējumus virpuļstrāvas dēļ.

No laminētajām tērauda loksnēm ir trīs galvenās formas, no kurām izvēlēties E, I un L.

Sakraujot laminējumu kopā, veidojot serdi, tie vienmēr tiek sakrauti tā, lai savienojuma malas būtu pārmaiņus. Piemēram, pirmās montāžas laikā loksnes tiek samontētas kā priekšpuses, un tās tiks pakļautas nākamajai montāžai, kā parādīts zemāk redzamajā attēlā. Tas tiek darīts, lai novērstu lielu nevēlēšanos locītavās.

Spole

Konstruējot transformatoru, kļūst ļoti svarīgi norādīt transformatora tipu kā pakāpienu augšup vai lejup, jo tas nosaka pagriezienu skaitu, kas pastāvēs primārajā vai sekundārajā spolē.

Transformatoru veidi:

Pārsvarā ir trīs sprieguma transformatoru veidi;

1. Atkāpieties no transformatoriem

2. Palieliniet transformatorus

3. Izolācijas transformatori

Solis uz leju transformatori ir transformatori, kas dod samazinātu vērtību sprieguma piemēro primārā tinuma vidusskolas spole, kamēr soli augšup transformators, transformatoru piešķirta palielināta vērtība sprieguma piemēro primārā spole, pie vidusskolas spole.

Izolācijas transformatori ir transformatori, kas nodrošina tādu pašu spriegumu, kāds tiek izmantots primārajam sekundārajā tīklā, un tādējādi tos galvenokārt izmanto elektrisko ķēžu izolēšanai.

Pēc iepriekš minētā skaidrojuma, izveidojot noteiktu transformatora tipu, var panākt tikai, projektējot pagriezienu skaitu katrā no primārajām un sekundārajām spolēm, lai iegūtu nepieciešamo jaudu, tādējādi to var noteikt pēc pagriezienu attiecības. Jūs varat izlasīt saistīto apmācību, lai uzzinātu vairāk par dažādiem transformatoru veidiem.

Transformatora pagrieziena koeficients un EMF vienādojums:

Transformatora pagriezienu attiecību (n) izsaka vienādojums;

n = Np / Ns = Vp / Vs

kur n = pagriezienu attiecība

Np = pagriezienu skaits primārajā spolē

Ns = pagriezienu skaits sekundārajā spolē

Vp = primārajam pielietotais spriegums

Vs = spriegums sekundārajā

Šīs iepriekš aprakstītās sakarības var izmantot, lai aprēķinātu katru vienādojuma parametru.

Iepriekš minētā formula ir pazīstama kā transformatoru sprieguma darbība.

Tā kā mēs teicām, ka pēc transformācijas vara paliek nemainīga;

Šī iepriekš minētā formula tiek saukta par transformatora pašreizējo darbību. Kas kalpo par pierādījumu tam, ka transformators ne tikai pārveido spriegumu, bet arī pārveido strāvu.

EMF vienādojums:

Jebkuras primārās vai sekundārās spoles spoles pagriezienu skaits nosaka strāvas daudzumu, ko tas izraisa vai izraisa. Kad primārajai spēkam tiek samazināta strāva, magnētiskā lauka stiprums tiek samazināts un vienāds sekundārajā tinumā inducētajai strāvai.

E = N (dΦ / dt)

Sekundārajā tinumā inducētā sprieguma daudzumu nosaka vienādojums:

Kur N ir pagriezienu skaits sekundārajā tinumā.

Tā kā plūsma mainās sinusoidāli, magnētiskā plūsma Φ = Φ _max sinwt

tādējādi

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

Inducētās Emf vidējo kvadrāta vērtību iegūst, dalot emf maksimālo vērtību ar √2

Šis vienādojums ir pazīstams kā transformatoru EMF vienādojums.

Kur: N ir pagriezienu skaits spoles tinumā

f ir plūsmas frekvence hercos

Φ ir magnētiskās plūsmas blīvums Vēberā

pēc visu šo vērtību noteikšanas transformatoru var konstruēt.

Elektriskā jauda

Kā paskaidrots iepriekš, transformatori tika izveidoti, lai nodrošinātu, ka elektrostacijās saražotās elektroenerģijas vērtība tiek piegādāta galalietotājiem ar nelielu zaudējumu daudzumu vai bez tā, tādējādi ideālā transformatorā jauda izejā (sekundārajā tinumā) vienmēr ir tāda pati kā ieejas jauda. Transformatorus tādējādi sauc par nemainīgas jaudas ierīcēm, lai gan tie var mainīt sprieguma un strāvas vērtības, tas vienmēr tiek darīts tā, lai izvadē būtu pieejama tāda pati jauda pie ieejas.

Tādējādi

P _s = P _p

kur Ps ir jauda pie sekundārā un Pp ir jauda pie primārā.

Tā kā P = IvcosΦ, tad es _s V _s cosΦ _s = I _p V _p cosΦ _p

Transformatora efektivitāte

Transformatora efektivitāti nosaka vienādojums;

Efektivitāte = (izejas jauda / ieejas jauda) * 100%

Kaut arī Ideal transformatora jaudai jābūt tādai pašai kā ieejas jaudai, lielākā daļa transformatoru atrodas tālu no ideālā transformatora un vairāku faktoru dēļ piedzīvo zaudējumus.

Daži no zaudējumiem, kurus var piedzīvot transformators, ir uzskaitīti zemāk;

1. Vara zaudējumi

2. Histerēzes zaudējumi

3. Virpuļstrāvas zaudējumi

1. Vara zaudējumi

Šos zaudējumus dažkārt dēvē par likvidācijas zaudējumiem vai I ² R zaudējumiem. Šie zudumi ir saistīti ar jaudu, ko izkliedē tinumam izmantotais vadītājs, kad caur to tiek novadīta strāva vadītāja pretestības dēļ. Šo zaudējumu vērtību var aprēķināt, izmantojot formulu;

P = I ² R

2. Histerēzes zaudējumi

Tas ir zaudējums, kas saistīts ar transformatora kodolam izmantoto materiālu nevēlēšanos. Maiņstrāvai mainot virzienu, tā ietekmē kodolam izmantotā materiāla iekšējo struktūru, jo tajā mēdz notikt fiziskas izmaiņas, kas arī patērē daļu enerģijas

3. Virpuļstrāvas zaudējumi

Tas ir zaudējums, ko parasti uzvar, izmantojot laminētas plānas tērauda loksnes. Virpuļstrāvas zudums rodas no tā, ka serde ir arī vadītājs un sekundārajā spolē izraisīs emf. Kodolā inducētās strāvas saskaņā ar mūsdienās spēkā esošajiem likumiem pretosies magnētiskajam laukam un novedīs pie enerģijas izkliedes.

Ņemot vērā šo zaudējumu ietekmi transformatora efektivitātes aprēķinos, mums ir;

Efektivitāte = (ieejas jauda - zudumi / ieejas jauda) * 100% Visi parametri, kas izteikti jaudas vienībās.