Grunnleggende om transformator

Transformatorer er generelt enheter som kan konvertere mengder fra en verdi til en annen. For denne artikkelen vil vi fokusere på spenningstransformatoren, som er en statisk elektrisk komponent som er i stand til å konvertere vekselstrøm fra en verdi til en annen uten å endre frekvensen ved å bruke prinsippene for elektromagnetisk induksjon.

I en av våre tidligere artikler om vekselstrøm nevnte vi hvor viktig transformatoren var i vekselstrømens historie. Det var den viktigste aktivatoren som muliggjorde vekselstrømmen. Opprinnelig da DC-baserte systemer ble brukt, kunne de ikke overføres over lange avstander på grunn av strømtap i linjene ettersom avstanden (lengden) øker, noe som betyr at DC-kraftstasjoner måtte plasseres overalt, og hovedmålet med AC for å løse overføringsproblemet og uten transformatoren, ville det ikke vært mulig, ettersom tapene fortsatt hadde eksistert selv med AC.

Med transformatoren på plass, kan vekselstrøm overføres fra generasjonsstasjonene med en veldig høy spenning, men lav strøm, som eliminerer tapene i ledningen (ledninger) på grunn av verdien av I ² R (som gir effekttapet i en linje). Den transformator blir deretter brukt til å omdanne høy spenning, lav strøm energi til lav spenning, høy strøm energi for endelig fordeling i et fellesskap uten å endre frekvensen og ved den samme kraft som ble overført fra den genererende stasjon (P = IV).

For bedre å forstå spenningstransformatoren, er det best å bruke den mest forenklede modellen, som er enfasetransformatoren.

Enfasetransformator

Enfasetransformatoren er den vanligste typen spenningstransformatorer (når det gjelder antall i bruk). Den er tilstede i de fleste av de "plugged in" apparater vi bruker hjemme og overalt ellers.

Den brukes til å beskrive driftsprinsippet, konstruksjon osv. Til en transformator fordi andre transformatorer er som en variant eller modifikasjon av enfasetransformatoren. For eksempel refererer visse mennesker til trefasetransformatoren som består av 3 enfasetransformatorer.

Enfasetransformator består av to spoler / vikling (den primære og den sekundære spolen). Disse to viklingene er ordnet på en slik måte at det ikke eksisterer noen elektrisk forbindelse mellom dem, slik at de er viklet rundt et vanlig magnetisk jern, vanligvis referert til som transformatorens kjerne, og de to spolene har derfor bare en magnetisk forbindelse mellom seg. Dette sikrer at kraft bare overføres via elektromagnetisk induksjon, og gjør også transformatorene nyttige for å isolere tilkoblinger.

Operasjonsprinsipp for transformator:

Som tidligere nevnt består transformatoren av to spoler; den primære og de sekundære spoler. Primærspolen representerer alltid inngangen til transformatoren mens sekundærspolen, utgangen fra transformatoren.

To hovedeffekter definerer driften av transformatoren:

Den første er at en strøm som strømmer gjennom en ledning setter opp et magnetfelt rundt ledningen. Størrelsen på det resulterende magnetfeltet er alltid direkte proporsjonal med mengden strøm som går gjennom ledningen. Magnetfeltets størrelse økes hvis ledningen vikles til en spoleaktig form. Dette er prinsippet som magnetisme induseres av primærspolen. Ved å påføre en spenning til primærspolen, induserer det et magnetfelt rundt transformatorens kjerne.

Den andre effekten som i kombinasjon med den første forklarer operasjonsprinsippet til transformatoren, som er basert på det faktum at hvis en leder blir viklet rundt et magnetstykke og magnetfeltet endres, vil endringen i magnetfeltet indusere en strøm i lederen, hvor størrelsen vil bli bestemt av antall omdreininger til lederspolen. Dette er prinsippet som sekundærspolen får energi med.

Når en spenning påføres primærspolen, skaper den et magnetfelt rundt kjernen, styrken avhenger av den påførte strømmen. Det opprettede magnetfeltet induserer således en strøm i sekundærspolen som er en funksjon av magnetfeltets størrelse og antall omdreininger til sekundærspolen.

Dette operasjonsprinsippet til transformatoren forklarer også hvorfor AC måtte oppfunnes fordi transformatoren bare vil fungere når det er en veksling i den påførte spenningen eller strømmen, da først da vil de elektromagnetiske induksjonsprinsippene fungere. Dermed kunne ikke transformatoren brukes til DC da.

Konstruksjon av transformatoren

I utgangspunktet består en transformator av to deler som inkluderer; to induktive spoler og en kjerne av laminert stål. Spolene er isolert fra hverandre og også isolert for å forhindre kontakt med kjernen.

Konstruksjonen av transformatoren vil dermed bli undersøkt under spole- og kjernekonstruksjonen.

Transformerens kjerne

Transformatorens kjerne er alltid konstruert ved å stable laminerte stålplater sammen for å sikre et minimum luftspalte mellom dem. Transformatorkjernen i nyere tid består alltid av laminert stålkjerne i stedet for jernkjerner for å redusere tap på grunn av virvelstrøm.

Det er tre hovedformer av laminerte stålplater å velge mellom, som er E, I og L.

Når laminering stables sammen for å danne kjernen, stables de alltid på en slik måte at sidene på skjøten er vekslet. For eksempel, av arkene er montert som frontflater under den første monteringen, vil de være bakoverflaten for neste montering som vist på bildet nedenfor. Dette gjøres for å forhindre høy motvilje ved leddene.

Spole

Når du konstruerer en transformator, blir det veldig viktig å spesifisere typen transformator som enten trinn opp eller ned, da dette bestemmer antall svinger som vil eksistere i primær- eller sekundærspolen.

Typer transformatorer:

Stort sett er det tre typer spenningstransformatorer;

1. Gå ned transformatorer

2. Step Up Transformers

3. Isolasjonstransformatorer

Den step-down transformatorer er transformatorer som gir en redusert verdi av den spenning som påtrykkes primærviklingen i sekundærspole, mens det for en opptransformator, transformatoren gir en økt verdi av den spenning som påtrykkes primærviklingen i det sekundære Spole.

Isolasjonstransformatorer er transformatorer som gir den samme spenningen som påføres primæren ved sekundæren og dermed i utgangspunktet brukes til å isolere elektriske kretser.

Fra den ovennevnte forklaringen, kan opprette en bestemt type transformator bare oppnås ved å designe antall svinger i hver av de primære og sekundære spolene for å gi ønsket utgang, dette kan således bestemmes av svingforholdet. Du kan lese gjennom den koblede opplæringen for å lære mer om de forskjellige typene transformatorer.

Transformator dreier forhold og EMF-ligning:

Transformatorens svingforhold (n) er gitt av ligningen;

n = Np / Ns = Vp / Vs

hvor n = svinger forhold

Np = Antall omdreininger i primærspolen

Ns = Antall svinger i sekundærspole

Vp = Spenning på primæren

Vs = Spenning ved sekundær

Disse forholdene beskrevet ovenfor kan brukes til å beregne hver av parametrene i ligningen.

Formelen ovenfor er kjent som transformatorens spenningshandling.

Siden vi sa kraften forblir den samme etter transformasjon da;

Denne formelen ovenfor er referert til som transformatorens nåværende handling. Som fungerer som bevis på at transformatoren ikke bare transformerer spenning, men også transformerer strøm.

EMF-ligning:

Antall omdreininger av spolen til den primære eller sekundære spolen bestemmer hvor mye strøm den induserer eller induseres av den. Når strømmen som påføres primæren reduseres, reduseres styrken til magnetfeltet og den samme for strømmen indusert i sekundærviklingen.

E = N (dΦ / dt)

Mengden spenning indusert i sekundærviklingen er gitt av ligningen:

Hvor N er antall svinger i sekundærviklingen.

Ettersom fluxen varierer sinusformet, magnetisk flux Φ = Φ _maks sinwt

og dermed

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

Rotverdiens kvadratverdi for den induserte emf blir oppnådd ved å dele maksimumsverdien til emf med √2

Denne ligningen er kjent som transformatorens EMF-ligning.

Hvor: N er antall svinger i spiralviklingen

f er fluksfrekvensen i hertz

Φ er magnetisk flytdensitet i Weber

med alle disse verdiene bestemt, kan transformatoren således konstrueres.

Elektrisk strøm

Som tidligere forklart, ble transformatorer opprettet for å sikre at verdien av elektrisk kraft som genereres ved generatorstasjonene, blir levert til sluttbrukere med lite eller ingen tap, og i en ideell transformator er effekten på utgangen (sekundærvikling) alltid den samme som inngangseffekten. Transformatorer blir altså referert til som konstant watt-enheter, mens de kan endre spennings- og strømverdiene, det gjøres alltid på en slik måte at samme effekt ved inngangen er tilgjengelig på utgangen.

Og dermed

P _s = P _p

hvor Ps er kraften ved sekundær og Pp er kraft ved primær.

Siden P = IvcosΦ da jeg _s V _s cosΦ _s = I _p V _p cosΦ _p

Effektiviteten til en transformator

Effektiviteten til en transformator er gitt av ligningen;

Effektivitet = (utgangseffekt / inngangseffekt) * 100%

Mens kraftuttaket til en Ideal-transformator skal være det samme som strøminngangen, er de fleste transformatorer langt fra Ideal-transformatoren og opplever tap på grunn av flere faktorer.

Noen av tapene som en transformator kan oppleve er listet opp nedenfor;

1. Kobbertap

2. Hysteresetap

3. Eddy nåværende tap

1. Kobbertap

Disse tapene blir noen ganger referert til som viklingstap eller I ² R-tap. Disse tapene er assosiert med kraften som lederen som brukes til viklingen, forsvinner når strømmen føres gjennom den på grunn av lederens motstand. Verdien av dette tapet kan beregnes ved hjelp av formelen;

P = I ² R

2. Hysteresetap

Dette er et tap relatert til motviljen mot materialene som brukes til transformatorens kjerne. Når vekselstrømmen snur retning, har den innvirkning på den indre strukturen til materialet som brukes til kjernen, da den har en tendens til å gjennomgå fysiske endringer som også bruker en del av energien.

3. Eddy Current Taps

Dette er et tap som vanligvis erobres ved bruk av laminerte tynne stålplater. Virvelstrømstapet oppstår fra det faktum at kjernen også er en leder og vil indusere en emk i sekundærspolen. Strømmene indusert i kjernen i henhold til langtids lov vil motsette seg magnetfeltet og føre til spredning av energi.

Medvirkende effekten av disse tapene i transformatorens effektivitetsberegninger, har vi;

Effektivitet = (inngangseffekt - tap / inngangseffekt) * 100% Alle parametere uttrykt i kraftenheter.