- Enofazni transformator
- Načelo delovanja transformatorja:
- Izdelava transformatorja
- Vrste transformatorjev:
- Razmerje obratov transformatorja in enačba EMF:
- Enačba EMF:
- Električna energija
- Učinkovitost transformatorja
Transformatorji so na splošno naprave, ki lahko pretvorijo količine iz ene vrednosti v drugo. V tem članku se bomo osredotočili na napetostni transformator, ki je statična električna komponenta, ki lahko pretvori izmenično napetost iz ene vrednosti v drugo, ne da bi spremenila frekvenco z uporabo principov elektromagnetne indukcije.
V enem od naših prejšnjih člankov o izmeničnem toku smo omenili, kako pomemben je bil transformator v zgodovini izmeničnega toka. Glavni omogočevalec je omogočil izmenični tok. Sprva, ko so se uporabljali sistemi na osnovi enosmernega toka, jih zaradi izgube moči v vodih ni bilo mogoče prenesti na velike razdalje, saj se razdalja (dolžina) povečuje, kar pomeni, da je bilo treba enosmerne elektrarne postaviti povsod, zato je bil glavni cilj AC za rešitev vprašanja prenosa in brez transformatorja to ne bi bilo mogoče, saj bi izgube še vedno obstajale tudi pri izmeničnem toku.
Z nameščenim transformatorjem se lahko izmenični tok oddaja iz proizvodnih postaj z zelo visoko napetostjo, a nizkim tokom, ki odpravlja izgube v vodi (žice) zaradi vrednosti I 2 R (kar pomeni izgubo moči v vodi). Nato transformator pretvori visokonapetostno, nizkotokovno energijo v nizkonapetostno, visokotokovno energijo za končno distribucijo znotraj skupnosti brez spreminjanja frekvence in pri enaki moči, ki se je prenašala iz proizvodne postaje (P = IV).
Za boljše razumevanje napetostnega transformatorja je najbolje uporabiti njegov najbolj poenostavljen model, ki je enofazni transformator.
Enofazni transformator
Enofazni transformator je najpogostejši (glede na število v uporabi) vrsta napetostnih transformatorjev. Prisoten je v večini "priključenih" aparatov, ki jih uporabljamo doma in povsod drugje.
Uporablja se za opis principa delovanja, konstrukcije itd. Transformatorja, ker so drugi transformatorji kot variacija ali modifikacija enofaznega transformatorja. Nekateri se na primer nanašajo na trifazni transformator, ki je sestavljen iz 3 enofaznih transformatorjev.
Enofazni transformator je sestavljen iz dveh tuljav / navitja (primarna in sekundarna tuljava). Ta dva navitja sta razporejena tako, da med njima ne obstaja nobena električna povezava, zato sta navita okoli običajnega magnetnega železa, na splošno imenovanega jedro transformatorja, zato imata tuljavi le magnetno povezavo med seboj. To zagotavlja, da se moč prenaša samo z elektromagnetno indukcijo, transformatorji pa so uporabni tudi za izolacijske povezave.
Načelo delovanja transformatorja:
Kot smo že omenili, je transformator sestavljen iz dveh tuljav; primarne in sekundarne tuljave. Primarna tuljava vedno predstavlja vhod v transformator, sekundarna tuljava pa izhod iz transformatorja.
Dva glavna učinka določata delovanje transformatorja:
Prvi je ta, da je tok, ki teče skozi žice vzpostavlja magnetno polje okoli žice. Velikost nastalega magnetnega polja je vedno neposredno sorazmerna s količino toka, ki prehaja skozi žico. Velikost magnetnega polja se poveča, če je žica navita v tuljavo podobno obliko. To je načelo, s katerim primarna tuljava inducira magnetizem. Z oddajanjem napetosti na primarno tuljavo inducira magnetno polje okoli jedra transformatorja.
Drugi učinek, ki v kombinaciji s prvim pojasnjuje operativno načelo transformatorja, ki temelji na dejstvu, da, če je dirigent ovijemo okoli kosa magnet in spremembe magnetnega polja, se bo sprememba magnetnega polja inducira tok prevodnik, katerega velikost bo določena s številom zavojev prevodniške tuljave. To je princip, s katerim se sekundarna tuljava napaja.
Ko na primarno tuljavo deluje napetost, ustvari magnetno polje okoli jedra, moč pa je odvisna od uporabljenega toka. Ustvarjeno magnetno polje tako inducira tok v sekundarni tuljavi, ki je odvisen od velikosti magnetnega polja in števila zavojev sekundarne tuljave.
To načelo delovanja transformatorja tudi pojasnjuje, zakaj je bilo treba izumiti izmenični tok, ker bo transformator deloval le, če bo prišlo do zamenjave uporabljene napetosti ali toka, saj bodo šele takrat načela elektromagnetne indukcije delovala. Tako transformatorja takrat ni bilo mogoče uporabiti za enosmerni tok.
Izdelava transformatorja
V bistvu je transformator sestavljen iz dveh delov, ki vključujejo; dve induktivni tuljavi in laminirano jekleno jedro. Tuljave so med seboj izolirane in tudi izolirane, da preprečijo stik z jedrom.
Konstrukcija transformatorja bo tako proučena pod konstrukcijo tuljave in jedra.
Jedro transformatorja
Jedro transformatorja je vedno izdelano tako, da se laminirane pločevine zložijo skupaj, tako da med njimi obstaja minimalna zračna reža. Jedro transformatorjev je v zadnjem času vedno sestavljeno iz laminiranega jeklenega jedra namesto železnih jeder, da se zmanjšajo izgube zaradi vrtinčnih tokov.
Na izbiro so tri glavne oblike laminiranih jeklenih pločevin, to so E, I in L.
Ko zlagamo laminat skupaj, da tvorimo jedro, so vedno zloženi tako, da se stranice spoja izmenjujejo. Na primer, listi, sestavljeni kot sprednji del med prvim sestavljanjem, bodo obrnjeni za naslednji sklop, kot je prikazano na spodnji sliki. To se naredi, da se prepreči velika zadržanost sklepov.
Tuljava
Pri izdelavi transformatorja je zelo pomembno, da določite vrsto transformatorja bodisi kot korak navzgor bodisi navzdol, saj to določa število obratov, ki bodo obstajali v primarni ali sekundarni tuljavi.
Vrste transformatorjev:
V glavnem obstajajo tri vrste napetostnih transformatorjev;
1. Odstopni transformatorji
2. Povečajte transformatorje
3. Izolacijski transformatorji
Korak navzdol transformatorji so transformatorji, ki daje manjšo vrednost napetosti uporablja za primarnega navitja na sekundarnega navitja, medtem ko je za korak navzgor transformator, transformator daje povečano vrednost napetosti uporablja za primarnega navitja na sekundarni tuljava.
Izolacijski transformatorji so transformatorji, ki dajejo enako napetost, ki se na primarni uporabi na sekundarni in se tako v osnovi uporablja za izolacijo električnih vezij.
Iz zgornje razlage je mogoče določeno vrsto transformatorja doseči le z načrtovanjem števila obratov v vsaki od primarnih in sekundarnih tuljav, da dobimo zahtevano moč, to pa lahko določimo z razmerjem obratov. Preberete lahko povezano vadnico, če želite izvedeti več o različnih vrstah transformatorjev.
Razmerje obratov transformatorja in enačba EMF:
Razmerje obratov transformatorja (n) je podano z enačbo;
n = Np / Ns = Vp / Vs
kjer je n = razmerje zavojev
Np = število zavojev v primarni tuljavi
Ns = število zavojev v sekundarni tuljavi
Vp = napetost, ki deluje na primarno napetost
Vs = napetost na sekundaru
Te zgoraj opisane odnose lahko uporabimo za izračun vsakega od parametrov v enačbi.
Zgornja formula je znana kot napetostno delovanje transformatorjev.
Ker smo rekli, da tudi po preoblikovanju moč ostane enaka;
Ta zgornja formula se imenuje trenutno delovanje transformatorja. Kar služi kot dokaz, da transformator ne spreminja samo napetosti, temveč tudi tok.
Enačba EMF:
Število zavojev tuljave primarne ali sekundarne tuljave določa količino toka, ki ga povzroči ali ga ta inducira. Ko se tok, ki deluje na primar, zmanjša, se jakost magnetnega polja zmanjša in enaka za tok, induciran v sekundarnem navitju.
E = N (dΦ / dt)
Količina napetosti, inducirane v sekundarnem navitju, je podana z enačbo:
Kjer je N število zavojev v sekundarnem navitju.
Ker se pretok sinusno spreminja, je magnetni tok Φ = Φ max sinwt
takoE = N * w * Φmax * cos (wt) Emax = NwΦmax
Koren srednje vrednosti Induced Emf dobimo tako, da delimo največjo vrednost emf z √2
Ta enačba je znana kot enačba EMF transformatorjev.
Kje je: N število zavojev v navitju tuljave
f je frekvenca pretoka v hercih
Φ je gostota magnetnega pretoka v Weberju
z vsemi temi vrednostmi lahko transformator tako sestavimo.
Električna energija
Kot smo že pojasnili, so bili transformatorji ustvarjeni tako, da zagotavljajo, da se vrednost električne energije, proizvedene na proizvodnih postajah, dostavlja končnim uporabnikom z malo ali nič izgube, zato je v transformatorju Ideal moč na izhodu (sekundarni navit) vedno enaka vhodna moč. Transformatorji se tako imenujejo naprave s stalno močjo, medtem ko lahko spreminjajo vrednosti napetosti in toka, vendar je to vedno narejeno tako, da je na izhodu na voljo enaka vhodna moč.
Tako
P s = P p
kjer je Ps moč na sekundarnem in Pp moč na primarnem.
Ker je P = IvcosΦ, potem je I s V s cosΦ s = I p V p cosΦ p
Učinkovitost transformatorja
Učinkovitost transformatorja je podana z enačbo;
Učinkovitost = (izhodna moč / vhodna moč) * 100%
Medtem ko mora biti izhodna moč transformatorja Ideal enaka vhodni moči, je večina transformatorjev daleč od transformatorja Ideal in zaradi več dejavnikov doživlja izgube.
Nekatere izgube, ki jih lahko doživi transformator, so navedene spodaj;
1. Izgube bakra
2. Izgube zaradi histereze
3. Izgube vrtinčnih tokov
1. Izgube bakra
Te izgube se včasih imenujejo izgube zaradi navijanja ali izgube I 2 R. Te izgube so povezane z močjo, ki jo odvaja vodnik, ki se uporablja za navijanje, ko se skozi upor skozi njega prenaša tok zaradi upora vodnika. Vrednost te izgube lahko izračunamo po formuli;
P = I 2 R.
2. Izgube zaradi histereze
To je izguba, povezana z odpornostjo materialov, uporabljenih za jedro transformatorja. Ko izmenični tok spremeni smer, vpliva na notranjo strukturo materiala, ki se uporablja za jedro, saj se nagiba k fizičnim spremembam, ki porabijo tudi del energije
3. Izgube vrtinčnih tokov
To je izguba, ki jo običajno osvojimo z uporabo laminiranih tankih jeklenih pločevin. Izguba vrtinčnega toka izhaja iz dejstva, da je jedro tudi prevodnik in bo povzročilo EMS v sekundarni tuljavi. V jedru inducirani tokovi v skladu s faradejevim zakonom nasprotujejo magnetnemu polju in vodijo do odvajanja energije.
Učinkovitost teh izgub upoštevamo pri izračunih učinkovitosti transformatorja;
Učinkovitost = (vhodna moč - izgube / vhodna moč) * 100% Vsi parametri, izraženi v enotah moči.