İçerik
- Transformatör Dönüş Oranının Hesaplanması
- Transformatör Yapımı
- Transformatör Etkileri Türleri
- Uygulamadaki Transformatörler
- Karşılıklı İndüktansta Trafo Denklemi
Evinizdeki cihazların çoğunda bulunan alternatif akım (AC), yalnızca bir trafo kullanarak akımı (DC) yönlendiren güç hatlarından gelebilir. Bir devreden akabilen tüm farklı akım türleri boyunca, bu elektrik olaylarını kontrol etme gücüne sahip olur. Devrelerin gerilimini değiştirmedeki tüm kullanımları için, transformatörler dönüş oranlarına büyük ölçüde güvenmektedir.
Transformatör Dönüş Oranının Hesaplanması
Bir transformatör oranını döner primer sargıdaki tur sayısının, sekonder sargıdaki tur sayısının denklem ile bölünmesi TR, = N-p/ Ns. Bu oran, tarafından verilen ikincil sargının gerilimi ile bölünmüş olan birincil sargının gerilimine de eşit olmalıdır. Vp/ Vs. Birincil sargı, transformatörün şarj akışına yanıt olarak manyetik bir alanı indükleyen bir devre elemanı olan güçlendirici endüktör anlamına gelir ve ikincil güçsüz endüktördür.
Bu oranlar, birincil sargının faz açısının, ikincil elemanın faz açısına eşit olduğu varsayımı altında geçerlidir. denklem ΦP = ΦS. Bu primer ve sekonder faz açısı, transformatörün primer ve sekonder sargılarındaki ileri ve geri yönleri arasında geçiş yapan akımın birbiriyle nasıl senkronize olduğunu açıklar.
AC voltaj kaynakları için, transformatörlerde kullanıldığı gibi, gelen dalga formu sinüs dalgasıdır, sinüs dalgasının ürettiği şekildir. Transformatör dönüş oranı, akımın birincil sargılardan ikincil sargılara geçerken trafo boyunca voltajın ne kadar değiştiğini gösterir.
Ayrıca, bu formüldeki "oran" kelimesinin a. fraksiyonu, gerçek bir oran değil. 1/4 oranı, 1: 4 oranından farklıdır. 1/4, dört eşit parçaya bölünmüş bir bütünün bir kısmı olmasına rağmen, 1: 4 oranı, bir şey için, bir başkasının dört olduğunu gösterir. Transformatör dönüş oranındaki "oran", transformatör oran formülündeki bir oran değil, bir orandır.
Transformatör dönüş oranı, transformatörün birincil ve ikincil bölümleri etrafına sarılmış bobin sayısına bağlı olarak voltajın aldığı kesirli farkın ortaya çıktığını ortaya koymaktadır. Beş primer sargı bobini ve 10 sekonder sargı sargılı bir transformatör, bir voltaj kaynağını 5/10 veya 1/2 oranında verildiği gibi yarıya indirecektir.
Gerilimin bu bobinlerin bir sonucu olarak artması veya azalması, bir transformatör oranı formülü tarafından bir yükseltici transformatör veya düşürücü transformatörü belirler. Gerilimi artırmayan veya azaltmayan bir transformatör, empedansı, akıma karşı bir devreyi ölçebilen veya sadece farklı elektrik devreleri arasındaki kopmaları gösteren bir "empedans transformatörüdür".
Transformatör Yapımı
Bir transformatörün çekirdek bileşenleri, bir demir çekirdeğin etrafına dolanan birincil ve ikincil iki bobindir. Bir transformatörün ferromanyetik çekirdeği veya daimi bir mıknatıstan yapılmış bir çekirdeği ayrıca ince elektriksel yalıtımlı dilimler kullanır, böylece bu yüzeyler birincil bobinlerden transformatörün ikincil bobinlerine geçen akımın direncini azaltabilir.
Bir transformatörün yapısı genellikle mümkün olduğu kadar az enerji kaybedecek şekilde tasarlanacaktır. Birincil bobinlerden gelen manyetik akıların tümü ikincil maddeye geçmediğinden uygulamada bir miktar kayıp olacaktır. Transformatörler ayrıca enerji kaybına da neden olacak girdap akımlarıelektrik devrelerinde manyetik alandaki değişikliklerin neden olduğu lokalize elektrik akımı.
Transformatörler isimlerini alırlar çünkü elektrik enerjisini çekirdeğin akımdan birincil sargılar içinden mıknatıslanması yoluyla elektrik enerjisini manyetik enerjiye dönüştürmek için iki ayrı parçası üzerinde sarımlı bir mıknatıslama çekirdeği düzeneğini kullanırlar.
Ardından, manyetik çekirdek, ikincil sargılarda, manyetik enerjiyi tekrar elektrik enerjisine dönüştüren bir akımı indükler. Bu, transformatörlerin her zaman düzenli aralıklarla akımın ileri ve geri yönleri arasında geçiş yapan bir AC voltaj kaynağında çalıştığı anlamına gelir.
Transformatör Etkileri Türleri
Gerilim veya bobin sayısı formülünün yanı sıra, farklı gerilim türlerinin doğası, elektromanyetik indüksiyon, manyetik alanlar, manyetik akı ve bir trafo yapımından kaynaklanan diğer özellikler hakkında daha fazla bilgi edinmek için trafoları inceleyebilirsiniz.
Bir yönde akım olan bir voltaj kaynağının aksine, AC voltaj kaynağı birincil bobin içinden gönderilen kendi manyetik alanını yaratacaktır. Bu fenomen karşılıklı endüktans olarak bilinir.
Manyetik alan kuvveti, belirli bir süreye bölünen manyetik akı farkına eşit olan maksimum değerine yükselir, dΦ / dt. Akılda tut, bu durumda, Φ faz açısını değil manyetik akıyı belirtmek için kullanılır. Bu manyetik alan çizgileri elektromıknatıstan dışarı doğru çekilir. Mühendisler transformatör inşa ediyor ayrıca manyetik akının ürünü olan akı bağlantısını da dikkate alıyor. Φ ve teldeki rulo sayısı N- bir bobinden diğerine geçen manyetik alanın neden olduğu.
Manyetik akı için genel denklem, Φ = BAcosθ alanın geçtiği bir yüzey alanı için bir m cinsinden2, manyetik alan B Teslas ve θ alana dik bir vektör ile manyetik alan arasındaki açı olarak. Bir mıknatıs etrafına sarılmış bobinlerin basit durumda akı, Φ = NBA rulo sayısı için N-, manyetik alan B ve belirli bir alanın üzerinde bir Mıknatıs paralel olan bir yüzeyin. Bununla birlikte, bir transformatör için akı bağlantısı, birincil sargıdaki manyetik akının ikincil sargıya eşit olmasına neden olur.
Göre Faradays Yasası, Transformatörün primer veya sekonder sargılarında indüklenen voltajı hesaplayarak hesaplayabilirsiniz. N x dΦ / dt. Bu aynı zamanda transformatörün transformatörün bir bölümünün voltajının diğerine olan voltajının oranının neden birinin bobin sayısına eşit olduğunu açıklar.
Karşılaştırmak olsaydı N x dΦ / dt bir bölümünün diğerine dΦ / dt aynı manyetik akıya sahip olan her iki parça nedeniyle de iptal olur. Son olarak, bir bobinin mıknatıslanma kuvvetini ölçmek için bir yöntem olarak bobin sayısının akımının çarpımı olarak bir amper dönüşü hesaplayabilirsiniz.
Uygulamadaki Transformatörler
Elektrik dağıtımları elektrik santrallerinden binalara ve evlere elektrik sağlamaktadır. Bu elektrik hatları bir elektrik jeneratörünün bir kaynaktan elektrik enerjisi ürettiği elektrik santralinde başlar. Bu, suyun gücünden yararlanan veya doğal gazdan mekanik enerji üretmek için yanma kullanan ve onu elektriğe dönüştüren bir gaz türbini olan bir hidroelektrik baraj olabilir. Bu elektrik ne yazık ki DC gerilimi hangi çoğu ev aletleri için AC voltajına dönüştürülmesi gerekir.
Transformatörler, bu salınımlı AC voltajından hane halkı ve binalar için tek fazlı DC güç kaynakları oluşturarak bu elektriği kullanılabilir hale getirir. Güç dağıtım şebekeleri boyunca transformatörler ayrıca voltajın ev elektroniği ve elektrik sistemleri için uygun bir miktar olmasını sağlar. Dağıtım ızgaraları ayrıca, ayrı dağıtımları birbirinden farklı tutmak için dağıtımı devre kesicilerin yanında birden çok yöne ayıran "otobüsler" kullanır.
Mühendisler genellikle verimlilik için basit denklemi kullanan transformatörlerin verimliliğini hesaba katarlar. _η = PÖ/ Pben _Fveya çıkış gücü P__Ö ve giriş gücü Pben. Transformatör tasarımlarının yapımına dayanarak, bu sistemler sürtünmeye veya hava direncine enerji kaybetmez, çünkü transformatörler hareketli parçalar içermez.
Mıknatıslama akımı, transformatörün çekirdeğini mıknatıslamak için gerekli akım miktarı, genellikle bir transformatörün birincil kısmının indüklediği akıma kıyasla çok küçüktür. Bu faktörler, çoğu modern tasarım için transformatörlerin tipik olarak yüzde 95 ve üstü verimliliklerde çok verimli oldukları anlamına gelir.
Bir transformatörün birincil sargısına bir AC voltaj kaynağı uygulayacaksanız, manyetik çekirdekte indüklenen manyetik akı, ikincil sargıda kaynak voltajıyla aynı fazda bir AC voltajı indüklemeye devam edecektir. Bununla birlikte, çekirdekteki manyetik akı, kaynak geriliminin faz açısının 90 ° arkasında kalır. Bu, primer sargı akımı, mıknatıslama akımı, aynı zamanda AC voltaj kaynağının gerisinde kaldığı anlamına gelir.
Karşılıklı İndüktansta Trafo Denklemi
Alan, akı ve gerilime ek olarak, transformatörler, bir elektrik kaynağına bağlandığında bir transformatörün birincil sargılarına daha fazla güç veren karşılıklı endüktansın elektromanyetik fenomenini gösterir.
Bu, birincil sargılar, ikincil sargılarda güç tüketen bir şey olan yük artışına tepki olarak gerçekleşir. Sekonder sargılara tellerinin direncinin arttırılması gibi bir yöntemle bir yük eklediyseniz, birincil sargılar bu düşüşü telafi etmek için güç kaynağından daha fazla akım çekerek yanıt verir. Karşılıklı endüktans İkincil üzerine koyduğunuz yük, birincil sargılar vasıtasıyla akımdaki artışı hesaplamak için kullanabileceğiniz bir yüktür.
Hem birincil hem de ikincil sargılar için ayrı bir voltaj denklemi yazacak olsaydınız, bu karşılıklı endüktans fenomenini tanımlayabilirsiniz. Birincil sargı için VP = BenPR,1 + L1AiP/ Δt - M ΔIS/ At, birincil sargıdan geçen akım için benP, birincil sargı yükü direnci R,1, karşılıklı endüktans Mprimer sargı endüktansı Lben, ikincil sargı benS ve zaman içindeki değişim At. Karşılıklı endüktansın önündeki negatif işaret M kaynak akımının ikincil sargı üzerindeki yük nedeniyle derhal gerilime maruz kaldığını gösterir, ancak buna karşılık olarak birincil sargı voltajını yükseltir.
Bu denklem, akım ve gerilimin devre elemanları arasında nasıl farklılaştığını tanımlayan yazma denklemlerini takip eder. Kapalı bir elektrik devresi için, voltajın devrede her bir eleman boyunca nasıl düştüğünü göstermek için, her bir bileşen boyunca voltajın toplamını sıfıra eşit olarak yazabilirsiniz.
Birincil sargılar için, bu denklemi birincil sargılardaki voltajı hesaba katarak yazıyorsunuz (benPR,1), manyetik alanın indüklenmiş akımına bağlı voltaj L1AiP/ At ve sekonder sargılardan karşılıklı endüktansın etkisine bağlı voltaj M ΔIS/ At.
Benzer şekilde, ikincil sargılar boyunca voltaj düşüşlerini açıklayan bir denklem yazabilirsiniz. M ΔI__P/ Δt = ISR,2 + L2AiS/ At. Bu denklem ikincil sargı akımını içerir benS, sekonder sargı endüktansı L2 ve ikincil sargı yükü direnci R,2. Direnç ve endüktans, sırasıyla dirençler ve indüktörler genellikle harflerle belirtilmediğinden, numaralandırıldığı için P veya S yerine 1 veya 2 abonelikleri ile etiketlenir. Sonunda, indüktörlerden karşılıklı indüktansı doğrudan olarak hesaplayabilirsiniz. M = √L1L2.