Kuidas trafod töötavad

Aastal esitatud määratluse kohaselt Vikipeedia elektritrafo on statsionaarne seade, mis vahetab elektrienergiat paaril tihedalt keritud mähisel magnetilise induktsiooni kaudu.

Trafo ühes mähises pidevalt muutuv vool tekitab varieeruva magnetvoo, mis sellest tulenevalt indutseerib teise südamiku kohale ehitatud teise mähise juures erineva elektromotoorjõu.

Tööpõhimõte

Trafod töötavad põhimõtteliselt elektrienergia ülekandmisega poolide vahel vastastikuse induktsiooni kaudu, sõltumata nende mähise otsesest kontaktist.

Seda elektriülekande protsessi induktsiooni kaudu tõestati esmakordselt Faraday induktsiooniseadusega aastal 1831. Selle seaduse kohaselt tekitatakse kahe mähise indutseeritud pinge mähist ümbritseva erineva magnetvoo tõttu.

Trafo põhiülesanne on vahelduva pinge / voolu suurendamine või vähendamine erinevates proportsioonides vastavalt rakenduse nõudele. Proportsioonid otsustatakse mähise pöörete arvu ja pöörde suhte järgi.

Ideaalse trafo analüüsimine

Võime ette kujutada, et ideaalne trafo on hüpoteetiline konstruktsioon, mis võib olla praktiliselt ilma igasuguste kadudeta. Pealegi võib selle ideaalse disaini esmane ja sekundaarne mähis olla üksteisega ideaalselt ühendatud.

See tähendab, et kahe mähise vaheline magnetiline side toimub südamiku kaudu, mille magnetiline läbilaskvus on lõpmatu, ja mähise induktiivsustega magnetomotoorse jõu nullis.

Me teame, et trafos püüab primaarmähises rakendatav vahelduvvool trafo südamikus rakendada erinevat magnetvoogu, mis hõlmab ka selle ümber ümbritsetud sekundaarmähist.

Selle erineva voo tõttu indutseeritakse sekundaarmähisele elektromagnetilise induktsiooni kaudu elektromotoorjõud (EMF). Selle tulemusel tekib sekundaarmähisel voog, mille suurus on vastupidine, kuid võrdne primaarmähise vooguga vastavalt Lenzi seadus .

Kuna südamikul on lõpmatu magnetiline läbilaskvus, on kogu (100%) magnetvoog võimeline kanduma üle kahe mähise.

See tähendab, et kui primaar on allutatud vahelduvvooluallikale ja kui sekundaarmähise klemmidega on ühendatud koormus, voolab vool läbi vastava mähise järgmistes skeemides näidatud suundades. Selles olukorras neutraliseeritakse südamiku magnetomotoorjõud nullini.

Pildi viisakus: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Transformer3d_col3.svg

Selles ideaalses trafo konstruktsioonis, kuna voo ülekanne primaarmähises ja sekundaarmähises on 100%, on Faraday seaduse kohaselt indutseeritud pinge mõlemal mähisel täiesti proportsionaalne mähise pöörete arvuga, nagu on näidatud järgmises joonis:

Testvideo esmase / teisese pöörde suhte lineaarse seose kontrollimine.

PINGED JA PINGESUHTE

Proovime üksikasjalikult mõista pöörde suhte arvutusi:

Primaarmähisest ja sekundaarmähisest indutseeritud pinge netomõõt määratakse lihtsalt primaarse ja sekundaarse sektsiooni peale keeratud pöörete arvu suhtega.

See reegel kehtib aga ainult siis, kui trafo on ideaalse trafo lähedal.

Ideaalne trafo on see trafo, millel on tühised kadud naha efekti või pöörisvoolu kujul.

Võtame allpool toodud näite joonisel 1 (ideaalse trafo jaoks).

Oletame, et primaarmähis koosneb umbes 10 pöördest, samas kui sekundaarne ainult ühe pöördega. Elektromagnetilise induktsiooni tõttu laienevad ja varisevad primaarmähise vastusena sisendi vahelduvvoolule tekkivad voo jooned vaheldumisi, lõigates läbi primaarmähise 10 pööret. Selle tulemusel on sekundaarmähises indutseeritud täpselt proportsionaalne pinge, sõltuvalt pöörde suhtest.

Vahelduvvoolu sisendiga mähis saab primaarmähiseks, samas kui täiendav mähis, mis toodab väljundit primaarsest induktsioonist, muutub sekundaarmähiseks.

Joonis 1)

Kuna sekundaarsel on ainult üks pööre, kogeb see oma ühe pöörde jooksul proportsionaalset magnetvoogu primaari 10 pöörde suhtes.

Seega, kuna primaarile rakendatav pinge on 12 V, allutataks iga selle mähis loenduri EMF väärtusele 12/10 = 1,2 V ja see on täpselt pinge suurus, mis mõjutaks kogu risti asuvat pööret sekundaarne sektsioon. Selle põhjuseks on see, et sellel on üks mähis, mis on võimeline eraldama ainult sama ekvivalendi induktsiooni, mis võib olla kättesaadav ühe pöördega üle primaari.

Seega suudaks ühe pöördega sekundaarsus primaarist välja tõmmata 1,2 V.

Ülaltoodud selgitus näitab, et primaartrafo pöörete arv vastab lineaarselt kogu selle toitepingele ja pinge jagatakse lihtsalt pöörete arvuga.

Seega, kuna ülaltoodud juhul on pinge 12 V ja pöörete arv 10, oleks iga pöörde puhul indutseeritud neto loenduri EMF 12/10 = 1,2 V

Näide 2

Nüüd visualiseerime allolevat joonist 2, see näitab sarnast tüüpi konfiguratsiooni nagu joonisel 1. oodake sekundaarset, millel on nüüd 1 lisapööre, see tähendab 2 pöörete arvu.

Ütlematagi selge, et nüüd läbiks sekundaarsus kaks korda rohkem voo ridu võrreldes joonisel 1 toodud tingimustega, millel oli ainult üks pööre.

Nii et siin oleks sekundaarmähise väärtus umbes 12/10 x 2 = 2,4 V, kuna kahte pööret mõjutaks loenduri EMF suurus, mis võib olla võrdne trafo esmase külje kahe mähisega.

Seetõttu võime ülaltoodud arutelust järeldada, et trafos on primaarse ja sekundaarse pinge ja pöörete arvu suhe üsna lineaarne ja proportsionaalne.

Trafo pöördenumbrid

Seega saab tuletatud valemit trafo pöörete arvu arvutamiseks väljendada järgmiselt:

Es / Ep = Ns / Np

kus

• Es = sekundaarne pinge ,
• Ep = esmane pinge,
• Ns = teiseste pöörete arv,
• Np = esmaste pöörete arv.

Esmane sekundaarse pöörde suhe

Oleks huvitav märkida, et ülaltoodud valem näitab sirgjoonelist suhet sekundaarse ja primaarse pinge ning sekundaarse ja primaarse pöörete arvu vahel, mis on osutunud proportsionaalseks ja võrdseks.

Seetõttu saab ülaltoodud võrrandit väljendada ka järgmiselt:

Ep x Ns = Es x Np

Edasi võime tuletada ülaltoodud valemi Es ja Ep lahendamiseks, nagu allpool näidatud:

Es = (Ep x Ns) / Np

sarnaselt

Ep = (Es x Np) / Ns

Ülaltoodud võrrand näitab, et kui on olemas 3 suurust, saab neljanda suuruse valemi lahendamise abil hõlpsasti kindlaks määrata.

Trafo mähise praktiliste probleemide lahendamine

Juhtum punktis # 1: Trafo peamises sektsioonis on 200 pöördeid, sekundaarses osas 50 pööret ja üle primaari (Ep) ühendatud 120 volti. Milline võiks olla sekundaarsete pingete (E s) pinge?

Arvestades:

• Np = 200 pööret
• Ns = 50 pööret
• Ep = 120 volti
• Kas =? volti

Vastus:

Es = EpNs / Np

Asendamine:

Es = (120 V x 50 pööret) / 200 pööret

Es = 30 volti

Juhtum punktis # 2 : Oletame, et meil on rauast südamikuga mähises 400 traadi pööret.

Eeldades, et trafo primaarmähisena on vaja kasutada mähist. Arvutage pöörete arv, mis tuleb mähisele kerida, et saada trafo sekundaarmähis, et tagada ühe voldine sekundaarne pinge olukorraga, kus primaarne pinge on 5 volti?

Arvestades:

• Np = 400 pööret
• Ep = 5 volti
• Es = 1 volti
• Ns =? pöördeid

Vastus:

EpNs = EsNp

N-de ülevõtmine:

Ns = EsNp / Ep

Asendamine:

Ns = (1 V x 400 pööret) / 5 volti

Ns = 80 pööret

Meeles pidama: Pinge suhe (5: 1) on samaväärne mähise suhtega (400: 80). Mõnikord on teatud väärtuste asendajaks määratud pöörde või pinge suhe.

Sellistel juhtudel võite lihtsalt arvata ühe pinge (või mähise) suvalise numbri ja välja töötada suhte teise alternatiivse väärtuse.

Näiteks oletame, et mähisesuhteks on määratud 6: 1, võite ette kujutada peamise sektsiooni pöörete arvu ja välja selgitada ekvivalentse teiseste pöörete arvu, kasutades sarnaseid proportsioone nagu 60:10, 36: 6, 30: 5 jne.

Kõigi ülaltoodud näidete trafo kannab sekundaarses sektsioonis väiksemat pöörete arvu kui esmane sektsioon. Sel põhjusel võite leida väiksema pinge trafo teisese kui primaarse külje kohal.

Mis on astmelised ja vähendavad trafod

Trafot, mille sekundaarse külgpinge nimiväärtus on primaarse külgpinge nimiväärtusest madalam, nimetatakse a STEP-DOWN trafo .

Või alternatiivina, kui vahelduvvoolu sisend rakendatakse mähisele, millel on suurem pöörete arv, toimib trafo nagu astmelist trafot.

Nelja ühe astmelise trafo suhe on kirjutatud 4: 1. Trafo, mis sisaldab primaarses küljes väiksemat arvu pöördeid kui sekundaarne külg, tekitab sekundaarses küljes suurema pinge kui primaarse külje ühendatud pinge.

Trafot, mille sekundaarne külg on üle primaarse külje pinge, nimetatakse STEP-UP trafoks. Või alternatiivina, kui vahelduvvoolu sisend rakendatakse mähisele, millel on väiksem pöörete arv, toimib trafo nagu astmelist trafot.

Ühe kuni nelja astmelise trafo suhe tuleb kirjutada 1: 4. Nagu näete kahes vahekorras, mainitakse alguses järjekindlalt esmase külgmähise suurust.

Kas saame kasutada astmelist trafot astmelise trafona ja vastupidi?

Jah kindlasti! Kõik trafod töötavad sama põhimõttega nagu eespool kirjeldatud. Astmelise trafo kasutamine astmelise trafona tähendab lihtsalt sisendpinge vahetamist nende primaar- / sekundaarmähises.

Näiteks kui teil on tavaline toiteallika astmelist trafo, mis tagab teile 12–12–12 V väljundi 220 V sisend-vahelduvvoolust, võite sama trafot kasutada ka kõrgtrafona, et toota 220 V väljundit 12 V vahelduvvoolust. sisend.

Klassikaline näide on muunduri vooluring , kus trafodes pole midagi erilist. Nad kõik töötavad tavaliste astmeliste trafode abil, mis on ühendatud vastupidi.

Koormuse mõju

Alati, kui koormus või elektriseade on trafo sekundaarmähise külge haagitud, kulgeb vool või ampr koos koormaga ka mähise sekundaarküljel.

Sekundaarmähises oleva voolu poolt tekitatud magnetvoog interakteerub primaarses küljes olevate amprite tekitatud magnetvoogude joontega. See konflikt kahe voogjoone vahel tekib primaarmähise ja sekundaarmähise ühise induktiivsuse tulemusena.

Vastastikune voog

Trafo südamiku absoluutne voog on levinud nii primaar- kui ka sekundaarmähistes. See on lisaks viis, kuidas elektrienergia on võimeline migreeruma primaarmähisest sekundaarmähiseks.

Tulenevalt asjaolust, et see voog ühendab mõlemat mähist, on see nähtus üldiselt tuntud kui MUTUAL FLUX. Samuti on selle voo tekitav induktiivsus levinud mõlemas mähises ja seda nimetatakse vastastikuseks induktiivsuseks.

Allpool oleval joonisel (2) on kujutatud trafo primaar- ja sekundaarmähises olevate voolude tekitatud voog iga kord, kui toitevool primaarmähises sisse lülitatakse.

Joonis (2)

Kui koormustakistus on ühendatud sekundaarmähisega, käivitab sekundaarmähisesse stimuleeritud pinge voolu sekundaarmähises ringlema.

See vool tekitab sekundaarmähise ümber voorõngad (tähistatud punktiirjoonedena), mis võivad olla alternatiiviks primaari ümbritsevale vooväljale (Lenzi seadus).

Järelikult tühistab sekundaarmähise ümbritsev voog suurema osa primaarmähise ümbruse voost.

Kui primaarmähist ümbritseb väiksem kogus voogu, lõigatakse tagurpidi emf ja imetakse toiteallikast rohkem ampreid. Primaarmähise lisavool vabastab täiendavad voo read, taastades üsna palju absoluutse voo joonte esialgse koguse.

KÕRVALDUSED JA PRAEGUSED SUHTED

Trafo südamikus tekkivate voogliinide kogus on proportsionaalne magnetiseeriva jõuga

(AMPERE-TURNIDES) primaarmähise ja sekundaarmähise.

Ampeeripööre (I x N) viitab magneto liikumapanevale jõule, seda võib mõista magnetomotoorjõuna, mida tekitab ühe ampriga vool, mis kulgeb ühe pöörde mähises.

Trafo südamikus saadaval olev voog ümbritseb primaarmähist ja sekundaarmähist.

Arvestades, et voog on iga mähise puhul identne, peaksid ampripöörded mõlemas, primaar- ja sekundaarmähises olema alati ühesugused.

Sel põhjusel:

IpNp = IsNs

Kus:

IpNp = ampr / pöörded primaarmähises
IsNs - ampr / pöörded sekundaarmähises

Jagades avaldise mõlemad pooled
Ip , saame:
Np / Ns = on / Ip

alates: Es / Ep = Ns / Np

Siis: Ep / Es = Np / Ns

Lisaks: Ep / Es = Is / Ip

kus

• Ep = primaarne pinge voltides
• Es = sekundaarse pinge voltides
• Ip = vool primaarses amplituudis
• Is = vool sekundaarses amprites

Pange tähele, et võrrandid näitavad amprite suhet mähise pöördeks või pöörde suhet ja pinge suhet.

See tähendab, et trafo, millel on sekundaarses küljes vähem pöördeid kui primaarne, võib pinget langetada, kuid see suurendaks voolu. Näiteks:

Oletame, et trafol on pinge suhe 6: 1.

Püüdke leida vool või amprid sekundaarsest küljest, kui primaarse külje vool või ampr on 200 milliamprit.

Oletame

Ep = 6V (näitena)
On = 1V
Ip = 200mA või 0,2Ap
Kas =?

Vastus:

Ep / Es = Is / Ip

Is-i ülevõtmine:

Is = EpIp / Es

Asendamine:

Is = (6 V x 0,2 A) / 1 V
On = 1,2A

Ülaltoodud stsenaarium käsitleb seda, et hoolimata asjaolust, et sekundaarmähise pinge on kuuendik primaarmähise pingest, on sekundaarmähise amprid 6 korda suuremad primaarmähises.

Eespool toodud võrrandeid võiks väga hästi vaadata alternatiivsest vaatenurgast.

Mähise suhe tähistab summat, mille kaudu trafo suurendab või suurendab või vähendab primaarse küljega ühendatud pinget.

Oletame, et kui trafo sekundaarmähisel on kaks korda rohkem pöördeid kui primaarmähisel, on sekundaarküljele stimuleeritud pinge tõenäoliselt kaks korda suurem kui esmase mähise pinge.

Juhul, kui sekundaarmähisel on pool primaarkülje pöörete arvust, on sekundaarkülje pinge pool primaarmähise pingest.

Seda öeldes moodustavad trafo mähise suhe koos võimendi suhtega pöördühenduse.

Selle tulemusena võib 1: 2 astmelises trafos olla pool amprit sekundaarses küljes võrreldes primaarse küljega. 2: 1 astmelises trafos võib sekundaarmähises olla kaks korda suurem ampr kui primaarküljel.

Illustratsioon: Trafo mähisesuhtega 1:12 omab sekundaalküljel 3 amprit voolu. Saate teada amprite suurust primaarmähises?

Arvestades:

Np = 1 pööre (näiteks)
Ns = 12 pööret
Kas = 3Amp
Lp =?

Vastus:

Np / Ns = on / Ip

Asendamine:

Ip = (12 pööret x 3 Amp) / 1 pööre

Ip = 36A

Vastastikuse induktiivsuse arvutamine

Vastastikune induktsioon on protsess, kus üks mähis läbib EMF-induktsiooni külgneva mähise muutusvoolu kiiruse tõttu, mis viib mähise induktiivse sidestumiseni.

Teisisõnu Vastastikune induktiivsus on ühe mähise indutseeritud emf ja teise mähise voolu muutuse kiiruse suhe, mis on väljendatud järgmises valemis:

M = emf / di (t) / dt

Trafode järkjärguline sisseviimine:

Tavaliselt usub trafode uurimisel enamik meist, et primaarmähise ja sekundaarmähise pinge ja voolud on üksteisega faasis. Kuid see ei pruugi alati tõsi olla. Trafodes sõltub primaarse ja sekundaarse pinge, voolu faasinurga suhe sellest, kuidas need mähised südamiku ümber pööratakse. See sõltub sellest, kas nad on mõlemad vastupäeva või päripäeva või võivad üks mähis pöörata päripäeva, teine ​​aga vastupäeva.

Vaadake järgmisi skeeme, et mõista, kuidas mähise suund mõjutab faasinurka:

Ülaltoodud näites näevad mähise suunad identsed, see tähendab, et nii esmane kui ka teisene mähis pööratakse päripäeva. Selle identse orientatsiooni tõttu on väljundvoolu ja pinge faasinurk identne sisendvoolu ja pinge faasinurgaga.

Teises ülaltoodud näites võib trafo mähise suunda näha vastupidises orientatsioonis kerituna. Nagu näha, näib esmane olevat päripäeva, samal ajal kui sekundaar on keritud vastupäeva. Selle vastupidise mähise orientatsiooni tõttu on kahe mähise faasinurk teineteisest 180 kraadi ning indutseeritud sekundaarses väljundis on faasivoolu ja pinge vastus.

Punktide tähistamine ja täppide konventsioon

Segaduste vältimiseks kasutatakse trafo mähise orientatsiooni tähistamiseks punktmärkimist või punktkonventsiooni. See võimaldab kasutajal mõista sisendi ja väljundi faasinurga spetsifikatsioone, olenemata sellest, kas primaarmähis ja sekundaarmähis on faasis või faasivälised.

Punktide kokkuleppimine viiakse täppmärkidega üle mähise alguspunkti, näidates, kas mähis on üksteisega faasis või faasist väljas.

Järgneval trafo skeemil on punktkonventsiooni tähis ja see tähistab, et trafo primaar ja sekundaar on üksteisega faasis.

Alloleval joonisel kasutatud punktmärk näitab DOT-sid, mis on paigutatud primaarmähise ja sekundaarmähise vastaskülgedele. See näitab, et kahe külje mähise orientatsioon ei ole sama ja seetõttu on faasinurk üle kahe mähise faasiväline, kui ühele mähisele rakendatakse vahelduvvoolu sisend.

Kaotused päris trafos

Eeltoodud lõigetes käsitletud arvutused ja valemid põhinesid ideaalsel trafol. Kuid reaalses maailmas ja tõelise trafo jaoks võib stsenaarium olla palju erinev.

Leiate, et ideaalses kujunduses ignoreeritakse järgmisi reaalsete trafode põhilisi lineaarseid tegureid:

a) mitut tüüpi südamekadusid, mida koos nimetatakse magnetiseerivateks voolukaodeks, mis võivad hõlmata järgmist tüüpi kadusid:

• Hüsterereesi kaod: see on põhjustatud trafo südamiku magnetvoo mittelineaarsetest mõjudest.
• Pöörisvoolukaod: see kaotus tekitatakse trafo südamiku džaulkütteks nimetatud nähtuse tõttu. See on võrdeline trafo primaarile rakendatava pinge ruuduga.

(b) Erinevalt ideaalsest trafost ei saa päris trafo mähise takistusel kunagi olla nulltakistust. See tähendab, et mähisel on lõpuks seotud teatud takistus ja induktsioonid.

• Joule kaotused: Nagu eespool selgitatud, tekitab mähisterminalides tekitatud takistus joule kadusid.
• Lekkevoog: me teame, et trafod sõltuvad suuresti nende mähise magnetilisest induktsioonist. Kuid kuna mähis on ehitatud ühisele südamikule, näitab magnetvoo südamiku kaudu mähise lekkimise tendentsi. See tekitab impedantsi, mida nimetatakse primaarseks / sekundaarseks reaktiivimpedantsiks, mis aitab kaasa trafo kadudele.

(c) Kuna trafo on ka omamoodi induktiivpool, mõjutavad seda elektrivälja jaotuse tõttu ka sellised nähtused nagu parasiitide mahtuvus ja enesereaktsioon. Need parasiitide mahtuvused võivad tavaliselt olla kolmes erinevas vormis, nagu allpool on toodud:

• Pöörete vahel tekkiv mahtuvus ühe kihi sees
• Kahe või enama külgneva kihi tekitatud mahtuvus
• Trafo südamiku ja südamikuga külgneva mähiskihi (te) vahel tekkiv mahtuvus

Järeldus

Ülaltoodud arutelu põhjal võime mõista, et trafo, eriti rauast südamikuga trafo arvutamine ei pruugi praktilistes rakendustes olla nii lihtne kui ideaalne trafo.

Mähiste andmete kohta kõige täpsemate tulemuste saamiseks peame võib-olla arvestama paljude teguritega, näiteks: voo tihedus, südamiku pindala, südamiku suurus, keele laius, akna pindala, südamiku materjali tüüp jne.

Kõigi nende arvutuste kohta saate lisateavet selle postituse all: