Sisältö
- Muuntajan käännössuhteen laskeminen
- Muuntajan rakentaminen
- Muuntajan tehostetyypit
- Muuntajat käytännössä
- Muuntajan yhtälö keskinäisessä induktanssissa
Useimmissa kodin laitteissa vaihtovirta (AC) voi tulla vain sähköjohdoista, jotka tasavirtaa (DC) käyttävät muuntajan avulla. Kaikkien erityyppisten virtojen kautta, jotka voivat virtata piirin läpi, se auttaa saamaan voiman näiden sähköisten ilmiöiden hallintaan. Kaikissa muissa käyttökohteissaan piirien jännitteen muuttamisessa muuntajat luottavat suuresti kierrossuhteeseensa.
Muuntajan käännössuhteen laskeminen
Muuntajan kääntösuhde on jako ensiökäämin kääntöjen lukumäärälle toisiokäämin kääntöjen määrällä yhtälöllä TR = Np/ N-s. Tämän suhteen tulisi myös olla yhtä suuri kuin ensiökäämin jännite jaettuna toisiokäämin jännitteellä, kuten luvulla Vp/ Vs. Ensiökäämi viittaa moottoriin, joka on kytketty, piirielementti, joka indusoi magneettikentän vasteena muuntajan varauksen virtaukselle, ja toissijainen on virrattomat induktorit.
Nämä suhteet pitävät paikkansa olettaen, että ensiökäämin vaihekulma on yhtä suuri kuin toissijaisen vaihekulmat yhtälö ΦP = ΦS. Tämä ensiö- ja toissijainen vaihekulma kuvaa kuinka virta, joka vaihtuu eteenpäin ja taaksepäin suuntaan muuntajan ensiö- ja toisiokäämeissä, on tahdissa toistensa kanssa.
Muuntajien kanssa käytetyissä vaihtojännitelähteissä saapuva aaltomuoto on sinimuotoinen, sinimuotoisen muodon muodon. Muuntajan kääntösuhde kertoo kuinka paljon jännite muuttuu muuntajan läpi, kun virta kulkee ensiökäämistä toisiokäämiin.
Huomaa myös, että sana "suhde" tässä kaavassa viittaa a jae, ei todellinen suhde. Jakso 1/4 eroaa suhteesta 1: 4. Vaikka 1/4 on yksi osa kokonaisuudesta, joka on jaettu neljään yhtä suureen osaan, suhde 1: 4 edustaa sitä, että yhdellä jollain on jotain jotain muuta. "Suhde" muuntajan kääntymissuhteessa on murto-osa, ei suhde muuntajan suhteen kaavassa.
Muuntajan käännössuhde paljastaa, että jännitteen murto-osa muuntajan primaarisen ja toissijaisen osan ympärille käärittyjen käämien lukumäärän perusteella. Muuntaja, jossa on viisi ensisijaista haavakelaa ja 10 toissijaista haavakelaa, katkaisee jännitelähteen puoliksi, kuten luvulla 5/10 tai 1/2.
Se, lisääkö vai pieneneekö jännite näiden käämien seurauksena, määrää sen asteittaisen muuntajan tai askelmuuntavan muuntajan muuntajasuhteen kaavan avulla. Muuntaja, joka ei lisää tai vähennä jännitettä, on "impedanssimuuntaja", joka voi joko mitata impedanssin, virran vastaisia piirejä tai yksinkertaisesti ilmaista katkoksia erilaisten sähköpiirien välillä.
Muuntajan rakentaminen
Muuntajan ydinkomponentit ovat kaksi kääriä, primaarista ja toissijaista, jotka kiertävät rautasydämen. Muuntajan ferromagneettinen ydin tai kestomagneetista valmistettu sydän käyttää myös ohuita sähköisesti eristettyjä viipaleita, jotta nämä pinnat voivat vähentää virran resistanssia, joka kulkee ensiökäämeistä muuntajan toisiokeloihin.
Muuntajan rakenne suunnitellaan yleensä menettämään mahdollisimman vähän energiaa. Koska kaikki ensiökäämistä peräisin oleva magneettinen vuota ei kulje toissijaiseen, käytännössä tapahtuu jonkin verran menetystä. Muuntajat menettävät myös energiaa johtuen pyörrevirrat, paikallisvirta, joka johtuu muutoksista magneettikentässä piireissä.
Muuntajat saavat nimensä, koska he käyttävät tätä magnetoivan ytimen kokoonpanoa, jonka käämit sijaitsevat sen kahdessa erillisessä osassa, muuntaakseen sähköenergian magneettiseksi energiaksi sydämen magnetoinnin avulla virrasta ensiökäämien kautta.
Sitten magneettinen ydin indusoi virran toisiokäämeissä, joka muuntaa magneettisen energian takaisin sähköenergiaksi. Tämä tarkoittaa, että muuntajat toimivat aina tulevalla vaihtojännitelähteellä, joka vaihtaa virran eteenpäin ja taaksepäin säännöllisin väliajoin.
Muuntajan tehostetyypit
Jännitteen tai kelojen lukumäärän kaavan lisäksi voit tutkia muuntajia saadaksesi lisätietoja muun tyyppisten jännitteiden luonteesta, sähkömagneettisesta induktiosta, magneettikentistä, magneettivuosta ja muista muuntajan rakentamisesta johtuvista ominaisuuksista.
Toisin kuin jännitelähteessä, joka virtaa yhteen suuntaan, an Vaihtojännitteen lähde Primaarikelan läpi lähetetty luo oman magneettikentän. Tätä ilmiötä kutsutaan keskinäiseksi induktanssiksi.
Magneettikentän voimakkuus nousisi maksimiarvoonsa, joka on yhtä suuri kuin ajanjakso jaettuna magneettisen vuon erolla, d§ / dt. Muista tässä tapauksessa, Φ käytetään osoittamaan magneettinen vuo, ei vaihekulma. Nämä magneettikenttäviivat vedetään ulospäin sähkömagneetista. Muuntajaa rakentavat insinöörit ottavat myös huomioon flux-kytkennän, joka on magneettisen fluxin tuote Φ ja langan käämien lukumäärä N johtuu magneettikentästä, joka kulkee kelolta toiselle.
Magneettivuon yleinen yhtälö on Φ = BAcosθ pinta-alalle, jonka kenttä kulkee m2, magneettikenttä B vuonna Teslas ja θ kulmana, joka on kohtisuoraan vektorin ja alueen välillä magneettikentän välillä. Yksinkertaisessa tapauksessa, jossa kääritään käämejä magneetin ympärille, vuoto annetaan Φ = NBA kelojen lukumäärä N, magneettikenttä B ja tietyn alueen yli pinnan, joka on samansuuntainen magneetin kanssa. Kuitenkin muuntajan kohdalla vuon kytkentä aiheuttaa primaarikäämin magneettisen vuon yhtä suureksi kuin toisiokäämin.
Mukaan Faraday-laki, voit laskea muuntajan ensiö- tai toisiokäämillä indusoidun jännitteen laskemalla N x dΦ / dt. Tämä selittää myös sen, miksi muuntajan yhden osan jännitteen kääntösuhde toiseen on yhtä suuri kuin yhden käämin lukumäärä toiseen.
Jos vertailisit N x dΦ / dt yhdestä osasta toiseen, d§ / dt poistuisi, koska molemmilla osilla on sama magneettinen virta. Lopuksi voit laskea muuntajan ampeerikääntöjen kelankertojen kertojen tuloksena kelan magnetointivoiman mittausmenetelmänä
Muuntajat käytännössä
Sähkönjakelut kanavat sähköä voimalaitoksilta rakennuksiin ja taloihin. Nämä voimalinjat alkavat voimalaitoksella, jossa sähkögeneraattori tuottaa sähköenergiaa jostakin lähteestä. Tämä voi olla vesivoima pato, joka hyödyntää veden voimaa, tai kaasuturbiini, joka käyttää palamista luomaan mekaanista energiaa maakaasusta ja muuntamaan sen sähköksi. Tämä sähkö valitettavasti tuotetaan muodossa DC-jännite joka on muunnettava vaihtojännitteeksi useimmissa kodinkoneissa.
Muuntajat tekevät tästä sähköstä käyttökelpoisen luomalla yksivaiheisia tasavirtalähteitä kotitalouksille ja rakennuksille tulevasta värähtelevistä vaihtojännitteistä. Sähkönjakeluverkkoa pitkin olevat muuntajat varmistavat myös, että jännite on sopiva määrä talon elektroniikka- ja sähköjärjestelmiin. Jakeluverkot käyttävät myös "väylää", jotka erottavat jakelun useisiin suuntiin katkaisijoiden rinnalla pitämään erilliset jakaumat erillään toisistaan.
Suunnittelijat ilmoittavat usein muuntajan tehokkuudesta yksinkertaisen yhtälön avulla _η = PO/ Pminä _Ftai lähtöteho P__O ja tuloteho Pminä. Muuntajasuunnitteluun perustuen nämä järjestelmät eivät menetä energiaa kitkaan tai ilmankestävyyteen, koska muuntajat eivät sisällä liikkuvia osia.
Magnetoiva virta, muuntajan ytimen magnetoimiseen tarvittava virran määrä, on yleensä erittäin pieni verrattuna virrokseen, jonka muuntajan ensiöosa indusoi. Nämä tekijät tarkoittavat, että muuntajat ovat tyypillisesti erittäin tehokkaita, ja hyötysuhde on vähintään 95 prosenttia nykyaikaisimmissa malleissa.
Jos käyttäisit vaihtojännitelähdettä muuntajan ensiökäämiin, magneettisen ytimen indusoimat magneettivuon indusoijat jatkavat sekundaarikäämin vaihtojännitteen indusointia samassa vaiheessa kuin lähdejännite. Ytimen magneettinen vuoto pysyy kuitenkin 90 ° lähteen jännitteen vaihekulman takana. Tämä tarkoittaa, että ensiökäämien virta, magnetointivirta, jää myös vaihtovirtajännitelähteen taakse.
Muuntajan yhtälö keskinäisessä induktanssissa
Kenttä-, vuon ja jännitteen lisäksi muuntajat kuvaavat keskinäisen induktanssin sähkömagneettisia ilmiöitä, jotka antavat enemmän tehoa muuntajan ensiökäämeille, kun ne kytketään sähkönsyöttöön.
Tämä tapahtuu primaarikäämin reaktiona kuormituksen nousulle, jolle se kuluttaa virtaa, toisiokäämille. Jos lisäisit kuorman toissijaisiin käämiin muun muassa lisäämällä johtimien vastusta, ensiökäämit reagoivat vetämällä enemmän virtaa virtalähteestä kompensoimaan tätä laskua. Keskinäinen induktanssi on toissijaiseen laitteeseesi kohdistama kuormitus, jonka avulla voit laskea virran nousun ensiökäämien kautta.
Jos kirjoitat erillisen jänniteyhtälön sekä ensiö- että toisiokäämille, voisit kuvailla näitä keskinäisen induktanssin ilmiöitä. Ensiökäämitykseen VP = MinäPR1 + L1AIP/ At - M AIS/ At, ensiökäämin läpi kulkevalle virralle minäP, ensiökäämin kuormitusvastus R1, keskinäinen induktanssi M, ensiökäämin induktanssi Lminä, toisiokäämi minäS ja muutos ajassa At. Negatiivinen merkki keskinäisen induktanssin edessä M osoittaa, että lähdevirta kokee välittömästi jännitteen laskun toisiokäämin kuormituksen vuoksi, mutta vastauksena primaarikäämi nostaa jännitettä.
Tämä yhtälö noudattaa yhtälöiden kirjoittamista koskevia sääntöjä, jotka kuvaavat kuinka virta ja jännite eroavat piirielementtien välillä. Suljetulle sähkösilmukalle voit kirjoittaa kunkin komponentin yli olevan jännitteen summan nollaksi osoittaaksesi, kuinka jännite putoaa jokaisessa piirin elementissä.
Primaarikäämityksille kirjoitat tämän yhtälön itse primäärikäämien ylittävän jännitteen huomioon ottamiseksi (minäPR1), jännite, joka johtuu magneettikentän indusoidusta virrasta L1AIP/ At ja jännite, joka johtuu toisiokäämien aiheuttamasta keskinäisestä induktanssista M AIS/ At.
Samoin voit kirjoittaa yhtälön, joka kuvaa jännitteen pudotukset toisiokäämien yli muodossa M ΔI__P/ At = ISR2 + L2AIS/ At. Tämä yhtälö sisältää toisiokäämitysvirran minäS, toisiokäämin induktanssi L2 ja toisiokäämin kuormitusvastus R2. Resistanssi ja induktanssi on merkitty alaindekseillä 1 tai 2 P: n tai S: n sijasta, koska vastukset ja induktorit on usein numeroitu, eikä niitä ole merkitty kirjaimilla. Lopuksi voit laskea keskinäisen induktanssin induktorista suoraan muodossa M = √L1L2.