- Enfasetransformer
- Operationsprincip for transformer:
- Konstruktion af transformeren
- Typer af transformere:
- Transformer drejer forhold og EMF-ligning:
- EMF ligning:
- Elektrisk strøm
- Effektivitet af en transformer
Transformere er generelt enheder, der er i stand til at konvertere mængder fra den ene værdi til den anden. Til denne artikel vil vi fokusere på spændingstransformatoren, som er en statisk elektrisk komponent, der er i stand til at konvertere vekselstrøm fra den ene værdi til den anden uden at ændre frekvensen ved hjælp af principperne for elektromagnetisk induktion.
I en af vores tidligere artikler om vekselstrøm nævnte vi, hvor vigtig transformeren var i vekselstrømens historie. Det var den største aktivator, der muliggjorde vekselstrømmen. Oprindeligt da DC-baserede systemer blev brugt, kunne de ikke overføres over lange afstande på grund af strømsvigt i linierne, da afstanden (længden) øges, hvilket betyder, at DC-kraftværker skulle placeres overalt, og derfor var hovedmålet med AC for at løse transmissionsproblemet og uden transformeren ville det ikke have været muligt, da tabene stadig ville have eksisteret selv med AC.
Med transformatoren på plads kunne AC transmitteres fra generatorstationerne ved en meget høj spænding, men lav strøm, hvilket eliminerer tabene i ledningen (ledninger) på grund af værdien af I 2 R (som giver effekttabet i en linje). Den transformer anvendes derefter til at omdanne den høje spænding, lav strøm energi til lav spænding, høj strøm energi til endelig fordeling i et fællesskab uden at ændre frekvens og på samme kraft, som blev transmitteret fra kraftværket (P = IV).
For bedre at forstå spændingstransformatoren er det bedst at bruge sin mest forenklede model, som er enfasetransformatoren.
Enfasetransformer
Enfasetransformatoren er den mest almindelige (med hensyn til antal i brug) slags spændingstransformatorer. Det findes i de fleste af de "tilsluttede" apparater, vi bruger derhjemme og overalt.
Det bruges til at beskrive funktionsprincippet, konstruktionen osv. Af en transformer, fordi andre transformatorer er som en variation eller modifikation af enfasetransformatoren. For eksempel henviser visse mennesker til trefasetransformatoren som bestående af 3 enfasetransformatorer.
Enfasetransformator består af to spoler / vikling (den primære og den sekundære spole). Disse to viklinger er arrangeret på en sådan måde, at der ikke eksisterer nogen elektrisk forbindelse mellem dem, således at de er viklet rundt om et fælles magnetisk jern, der almindeligvis kaldes transformatorens kerne, og de to spoler har således kun en magnetisk forbindelse imellem dem. Dette sikrer, at strøm kun transmitteres via elektromagnetisk induktion og gør transformerne også nyttige til isolering af forbindelser.
Operationsprincip for transformer:
Som tidligere nævnt består transformeren af to spoler; den primære og den sekundære spole. Den primære spole repræsenterer altid input til transformeren, mens den sekundære spole, output fra transformeren.
To hovedeffekter definerer transformatorens funktion:
Den første er, at en strøm, der strømmer gennem en ledning, opretter et magnetfelt omkring ledningen. Størrelsen af det resulterende magnetfelt er altid direkte proportional med mængden af strøm, der passerer gennem ledningen. Magnetfeltets størrelse øges, hvis ledningen vikles til en spolelignende form. Dette er det princip, hvormed magnetisme induceres af den primære spole. Ved at påføre en spænding til den primære spole inducerer den et magnetfelt omkring transformerens kerne.
Den anden effekt, som kombineret med den første forklarer transformatorens funktionsprincip, som er baseret på det faktum , at ændringen i magnetfeltet vil inducere en strøm i hvis en leder er viklet rundt om et stykke magnet og magnetfeltet lederen, hvis størrelse bestemmes af antallet af omdrejninger af lederspolen. Dette er det princip, hvormed den sekundære spole får energi.
Når der tilføres en spænding til den primære spole, skaber det et magnetfelt omkring kernen, styrken afhænger af den påførte strøm. Det oprettede magnetfelt inducerer således en strøm i den sekundære spole, som er en funktion af magnetfeltets størrelse og antallet af omdrejninger af den sekundære spole.
Dette operationelle princip i transformeren forklarer også, hvorfor AC skulle opfindes, fordi transformatoren kun fungerer, når der er en alternering i den påførte spænding eller strøm, da først da vil de elektromagnetiske induktionsprincipper fungere. Således kunne transformeren ikke bruges til DC dengang.
Konstruktion af transformeren
Grundlæggende består en transformer af to dele, der inkluderer; to induktive spoler og en lamineret stålkerne. Spolerne er isoleret fra hinanden og også isoleret for at forhindre kontakt med kernen.
Transformatorens konstruktion vil således blive undersøgt under spiral- og kernekonstruktionen.
Transformers kerne
Transformerens kerne er altid konstrueret ved at stable laminerede stålplader sammen, hvilket sikrer, at der findes et minimum luftspalte mellem dem. Transformerkernen i nyere tid består altid af lamineret stålkerne i stedet for jernkerner for at reducere tab på grund af virvelstrøm.
Der er tre hovedformer af de laminerede stålplader at vælge imellem, som er E, I og L.
Når lamellerne stables sammen for at danne kernen, stables de altid på en sådan måde, at fugens sider skiftes. For eksempel, af arkene er samlet som frontflader under den første samling, vil de være bagudvendte til den næste samling som vist på billedet nedenfor. Dette gøres for at forhindre høj modvilje ved leddene.
Spole
Når man konstruerer en transformer, bliver det meget vigtigt at specificere typen af transformator som enten trin op eller ned, da dette bestemmer antallet af drejninger, der vil eksistere i den primære eller sekundære spole.
Typer af transformere:
Der er hovedsagelig tre typer spændingstransformatorer;
1. Træd ned transformere
2. Step Up Transformers
3. Isolationstransformatorer
De nedadgående transformere er transformere, der giver en reduceret værdi af den spænding, der påføres den primære spole ved den sekundære spole, mens transformeren for en trin op- transformer giver en øget værdi af den spænding, der påføres den primære spole, ved den sekundære spole.
Isolationstransformatorer er transformere, der giver den samme spænding, der påføres den primære ved den sekundære og således grundlæggende bruges til at isolere elektriske kredsløb.
Fra ovenstående forklaring kan oprettelse af en bestemt type transformer kun opnås ved at designe antallet af drejninger i hver af de primære og sekundære spoler for at give det krævede output, dette kan således bestemmes af drejningsforholdet. Du kan læse gennem den sammenkædede vejledning for at lære mere om de forskellige typer transformere.
Transformer drejer forhold og EMF-ligning:
Transformatorens drejningsforhold (n) er givet ved ligningen;
n = Np / Ns = Vp / Vs
hvor n = drejningsforhold
Np = Antal omdrejninger i primærspolen
Ns = Antal omdrejninger i sekundær spole
Vp = Spænding på primær
Vs = Spænding ved sekundær
Disse forhold beskrevet ovenfor kan bruges til at beregne hver af parametrene i ligningen.
Ovenstående formel er kendt som transformatorens spændingshandling.
Da vi sagde, er magten den samme efter transformation dengang;
Denne formel ovenfor omtales som transformerens aktuelle handling. Hvilket tjener som bevis for, at transformeren ikke kun transformerer spænding, men også transformerer strøm.
EMF ligning:
Antallet af omdrejninger af spolen i enten den primære eller sekundære spole bestemmer mængden af strøm, den inducerer eller induceres af den. Når den strøm, der påføres primæren, reduceres, reduceres magnetfeltets styrke og den samme for den strøm, der induceres i sekundærviklingen.
E = N (dΦ / dt)
Mængden af spænding induceret i sekundærviklingen er angivet ved ligningen:
Hvor N er antallet af omdrejninger i sekundærviklingen.
Da fluxen varierer sinusformet, er den magnetiske flux Φ = Φ maks. Sinwt
dermedE = N * w * Φmax * cos (wt) Emax = NwΦmax
Den gennemsnitlige kvadratværdi for den inducerede emf er opnået ved at dividere den maksimale værdi af emf med √2
Denne ligning er kendt som transformatorens EMF-ligning.
Hvor: N er antallet af drejninger i spolevikling
f er fluxfrekvensen i hertz
Φ er den magnetiske fluxdensitet i Weber
med alle disse værdier bestemt, kan transformeren således konstrueres.
Elektrisk strøm
Som tidligere forklaret blev transformere oprettet for at sikre, at værdien af elektrisk kraft, der genereres på generatorstationerne, leveres til slutbrugere med lidt eller intet tab, og i en ideel transformer er effekten ved udgangen (sekundærvikling) altid den samme som indgangseffekten. Transformere betegnes således som konstant watt-enheder, mens de kan ændre spændings- og strømværdierne, det gøres altid på en sådan måde, at den samme effekt ved indgangen er tilgængelig ved udgangen.
Dermed
P s = P p
hvor Ps er magten ved sekundær og Pp er magt ved primær.
Eftersom P = IvcosΦ derefter jeg s V s coscp s = I p V p cos p
Effektivitet af en transformer
Effektiviteten af en transformer er givet ved ligningen;
Effektivitet = (udgangseffekt / inputeffekt) * 100%
Mens effektudgangen på en Ideal-transformer skal være den samme som strømindgangen, er de fleste transformatorer langt fra den Ideal-transformer og oplever tab på grund af flere faktorer.
Nogle af de tab, som en transformer kan opleve, er angivet nedenfor;
1. Kobbertab
2. Hysteresetab
3. Eddy nuværende tab
1. Kobbertab
Disse tab kaldes undertiden viklingstab eller I 2 R-tab. Disse tab er forbundet med den effekt, der ledes af den leder, der bruges til viklingen, når strøm føres igennem den på grund af lederens modstand. Værdien af dette tab kan beregnes ved hjælp af formlen;
P = I 2 R
2. Hysteresetab
Dette er et tab relateret til modvilje mod de materialer, der bruges til transformatorens kerne. Da vekselstrømmen vender sin retning, har den en indvirkning på den indre struktur af det materiale, der anvendes til kernen, da det har tendens til at gennemgå fysiske ændringer, som også bruger en del af energien
3. Eddy nuværende tab
Dette er et tab, der typisk erobres ved brug af laminerede tynde stålplader. Virvelstrømstabet skyldes, at kernen også er en leder og vil fremkalde en emf i den sekundære spole. Strømmene induceret i kernen ifølge faradays lov vil modsætte sig magnetfeltet og føre til spredning af energi.
Medvirkende effekten af disse tab i transformatorens effektivitetsberegninger har vi;
Effektivitet = (indgangseffekt - tab / indgangseffekt) * 100% Alle parametre udtrykt i effektenheder.