Ang prinsipyo ng pagpapatakbo at ang aparato ng isang single-phase transpormer

Single-phase na walang-load na transpormer

Ang mga transformer sa electrical engineering ay tinatawag na tulad ng mga electrical device kung saan ang alternating current electrical energy mula sa isang fixed coil ng wire ay inililipat sa isa pang fixed coil ng wire na hindi electrically konektado sa una.

Ang link na nagpapadala ng enerhiya mula sa isang coil patungo sa isa pa ay ang magnetic flux, na nakakabit sa dalawang coils at patuloy na nagbabago sa magnitude at direksyon.

kanin. 1.

Sa fig. Ang 1a ay nagpapakita ng pinakasimpleng transpormer na binubuo ng dalawang paikot-ikot / at / / na nakaayos nang magkakaugnay ang isa sa itaas ng isa. Sa coil / naihatid alternating current mula sa alternator D. Ang winding na ito ay tinatawag na primary winding o primary winding. Sa pamamagitan ng paikot-ikot na // tinatawag na pangalawang paikot-ikot o pangalawang paikot-ikot, ang isang circuit ay konektado sa pamamagitan ng mga receiver ng elektrikal na enerhiya.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng transpormer

Ang pagkilos ng transpormer ay ang mga sumusunod. Kapag ang kasalukuyang daloy sa pangunahing paikot-ikot / ito ay nilikha magnetic field, ang mga linya ng puwersa na kung saan ay tumagos hindi lamang sa paikot-ikot na lumikha sa kanila, kundi pati na rin bahagyang sa pangalawang paikot-ikot //. Ang isang tinatayang larawan ng pamamahagi ng mga linya ng puwersa na nilikha ng pangunahing paikot-ikot ay ipinapakita sa Fig. 1b.

Tulad ng makikita mula sa figure, ang lahat ng mga linya ng puwersa ay sarado sa paligid ng mga conductor ng coil /, ngunit ang ilan sa mga ito sa fig. 1b, ang mga electric wire 1, 2, 3, 4 ay sarado din sa paligid ng mga wire ng coil //. Kaya ang coil // ay magnetically coupled sa coil / sa pamamagitan ng magnetic field lines.

Ang antas ng magnetic coupling ng mga coils /at //, kasama ang kanilang coaxial arrangement, ay depende sa distansya sa pagitan nila: mas malayo ang mga coils mula sa isa't isa, mas mababa ang magnetic coupling sa pagitan nila, dahil mas kaunti ang mga linya ng puwersa sa likaw / dumikit sa likaw //.

Dahil ang likid / dumaan, gaya ng ipinapalagay namin, single phase alternating current, iyon ay, isang kasalukuyang nagbabago sa paglipas ng panahon ayon sa ilang batas, halimbawa, ayon sa batas ng sine, kung gayon ang magnetic field na nilikha nito ay magbabago din sa paglipas ng panahon ayon sa parehong batas.

Halimbawa, kapag ang kasalukuyang nasa coil / ay dumaan sa pinakamalaking halaga, kung gayon ang magnetic flux na nabuo nito ay dumadaan din sa pinakamalaking halaga; kapag ang kasalukuyang sa coil / pumasa sa zero, binabago ang direksyon nito, pagkatapos ay ang magnetic flux ay dumadaan din sa zero, binabago din ang direksyon nito.

Bilang resulta ng pagbabago ng kasalukuyang sa coil /, ang parehong mga coils / at // ay natagos ng isang magnetic flux, na patuloy na nagbabago ng halaga at direksyon nito. Ayon sa pangunahing batas ng electromagnetic induction, para sa bawat pagbabago sa magnetic flux na tumagos sa coil, ang isang alternating current ay na-induce sa coil. puwersa ng electromotive… Sa aming kaso, ang electromotive force ng self-induction ay na-induce sa coil /, at ang electromotive force ng mutual induction ay na-induce sa coil //.

Kung ang mga dulo ng coil // ay konektado sa isang circuit ng mga receiver ng elektrikal na enerhiya (tingnan ang Fig. 1a), pagkatapos ay isang kasalukuyang lilitaw sa circuit na ito; samakatuwid ang mga receiver ay tatanggap ng kuryente. Kasabay nito, ang enerhiya ay ididirekta sa winding /mula sa generator, halos katumbas ng enerhiya na ibinigay sa circuit ng winding //. Sa ganitong paraan, ang elektrikal na enerhiya mula sa isang coil ay ipapadala sa circuit ng pangalawang coil, na ganap na walang kaugnayan sa unang coil na galvanically (metallic). Sa kasong ito, ang paraan ng paghahatid ng enerhiya ay isang alternating magnetic flux lamang.

Ipinapakita sa fig. 1a, ang transpormer ay napaka hindi perpekto dahil mayroong maliit na magnetic coupling sa pagitan ng pangunahing paikot-ikot / at ang pangalawang paikot-ikot //.

Ang magnetic coupling ng dalawang coils, sa pangkalahatan, ay tinatantya ng ratio ng magnetic flux na isinama sa dalawang coils sa flux na nilikha ng isang coil.

Fig. 1b, makikita na bahagi lamang ng mga linya ng field ng coil /ay sarado sa paligid ng coil //. Ang iba pang bahagi ng mga linya ng kuryente (sa Fig. 1b - mga linya 6, 7, 8) ay sarado lamang sa paligid ng coil /. Ang mga linya ng kuryente na ito ay hindi kasangkot sa paglipat ng elektrikal na enerhiya mula sa unang likid hanggang sa pangalawa, sila ay bumubuo ng tinatawag na stray field.

Upang madagdagan ang magnetic coupling sa pagitan ng pangunahin at pangalawang windings at sa parehong oras upang mabawasan ang magnetic resistance para sa pagpasa ng magnetic flux, ang mga windings ng mga teknikal na transformer ay inilalagay sa ganap na saradong mga core ng bakal.

Ang unang halimbawa ng pagpapatupad ng mga transformer ay ipinapakita sa eskematiko sa fig. 2 single-phase transpormer ng tinatawag na uri ng baras. Ang pangunahin at pangalawang coils nito c1 at c2 ay matatagpuan sa mga bakal na baras a — a, na konektado sa mga dulo na may mga bakal na plato b — b, na tinatawag na mga pamatok. Sa ganitong paraan, ang dalawang rods a, a at dalawang yokes b, b ay bumubuo ng saradong singsing na bakal, kung saan dumadaan ang magnetic flux na hinarangan ng pangunahin at pangalawang windings. Ang singsing na bakal na ito ay tinatawag na core ng transpormer.

kanin. 2.

Ang pangalawang sagisag ng mga transformer ay ipinapakita sa eskematiko sa fig. 3 single-phase transformer ng tinatawag na armored type. Sa transpormer na ito ang pangunahin at pangalawang windings c, bawat isa ay binubuo ng isang hilera ng flat windings, ay inilalagay sa isang core na nabuo ng dalawang bar ng dalawang bakal na singsing a at b. Ang mga singsing na a at b na nakapalibot sa mga paikot-ikot ay sumasakop sa kanila halos lahat ng nakasuot, samakatuwid ang inilarawan na transpormer ay tinatawag na nakabaluti. Ang magnetic flux na dumadaan sa loob ng coils c ay nahahati sa dalawang pantay na bahagi, ang bawat isa ay nakapaloob sa sarili nitong bakal na singsing.

kanin. 3

Ang paggamit ng closed iron magnetic circuits sa mga transformer ay nakakamit ng isang makabuluhang pagbawas sa kasalukuyang pagtagas. Sa ganitong mga transformer, ang mga flux na konektado sa pangunahin at pangalawang windings ay halos katumbas ng bawat isa. Kung ipagpalagay natin na ang pangunahin at pangalawang paikot-ikot ay natagos ng parehong magnetic flux, maaari tayong sumulat ng mga expression batay sa kabuuang sapilitan na pagkabigla para sa mga agarang halaga ng mga electromotive na puwersa ng mga paikot-ikot:

Sa mga expression na ito, w1 at w2 — ang bilang ng mga pagliko ng pangunahin at pangalawang paikot-ikot, at ang dFt ay ang laki ng pagbabago sa tumatagos na paikot-ikot ng magnetic flux sa bawat elemento ng oras dt, samakatuwid mayroong isang rate ng pagbabago ng magnetic flux. . Mula sa mga huling expression, ang sumusunod na kaugnayan ay maaaring makuha:

i.e. ipinahiwatig sa pangunahin at pangalawang paikot-ikot / at // ang panandaliang mga puwersa ng electromotive ay nauugnay sa bawat isa sa parehong paraan tulad ng bilang ng mga pagliko ng mga coils. Ang huling konklusyon ay may bisa hindi lamang tungkol sa mga agarang halaga ng mga puwersa ng electromotive, kundi pati na rin tungkol sa kanilang pinakadakila at epektibong mga halaga.

Ang puwersa ng electromotive na sapilitan sa pangunahing paikot-ikot, bilang isang electromotive na puwersa ng self-induction, halos ganap na binabalanse ang boltahe na inilapat sa parehong paikot-ikot... Kung sa pamamagitan ng E1 at U1 ipinapahiwatig mo ang mga epektibong halaga ng electromotive force ng pangunahing paikot-ikot at ang boltahe na inilapat dito, pagkatapos ay maaari mong isulat:

Ang puwersang electromotive na naudyok sa pangalawang paikot-ikot, sa kaso na isinasaalang-alang, ay katumbas ng boltahe sa mga dulo ng paikot-ikot na ito.

Kung, tulad ng nauna, sa pamamagitan ng E2 at U2 ay ipinapahiwatig mo ang mga epektibong halaga ng electromotive force ng pangalawang paikot-ikot at ang boltahe sa mga dulo nito, maaari mong isulat:

Samakatuwid, sa pamamagitan ng paglalapat ng ilang boltahe sa isang paikot-ikot ng transpormer, maaari kang makakuha ng anumang boltahe sa mga dulo ng kabilang coil, kailangan mo lamang kumuha ng angkop na ratio sa pagitan ng bilang ng mga pagliko ng mga coil na ito. Ito ang pangunahing pag-aari ng transpormer.

Ang ratio ng bilang ng mga pagliko ng pangunahing paikot-ikot sa bilang ng mga pagliko ng pangalawang paikot-ikot ay tinatawag ratio ng pagbabagong-anyo ng transpormer... Ipatukoy natin ang koepisyent ng pagbabagong kT.

Samakatuwid, ang isa ay maaaring sumulat:

Ang isang transpormer na ang ratio ng pagbabagong-anyo ay mas mababa sa isa ay tinatawag na isang step-up na transpormer, dahil ang boltahe ng pangalawang paikot-ikot, o ang tinatawag na pangalawang boltahe, ay mas malaki kaysa sa boltahe ng pangunahing paikot-ikot, o ang tinatawag na pangunahing boltahe. . Ang isang transpormer na may ratio ng pagbabagong-anyo na higit sa isa ay tinatawag na isang step-down na transpormer, dahil ang pangalawang boltahe nito ay mas mababa kaysa sa pangunahin.

Ang operasyon ng isang single-phase transpormer sa ilalim ng pagkarga

Sa panahon ng idling ng transpormer, ang magnetic flux ay nilikha ng pangunahing paikot-ikot na kasalukuyang o sa halip ng magnetomotive na puwersa ng pangunahing paikot-ikot. Dahil ang magnetic circuit ng transpormer ay gawa sa bakal at samakatuwid ay may mababang magnetic resistance, at ang bilang ng mga pagliko ng pangunahing paikot-ikot ay karaniwang ipinapalagay na malaki, ang walang-load na kasalukuyang ng transpormer ay maliit, ito ay 5- 10% ng normal.

Kung isasara mo ang pangalawang coil sa ilang pagtutol, pagkatapos ay sa hitsura ng kasalukuyang sa pangalawang coil, lilitaw din ang magnetomotive force ng coil na ito.

Ayon sa batas ni Lenz, ang magnetomotive force ng secondary coil ay kumikilos laban sa magnetomotive force ng primary coil

Tila na ang magnetic flux sa kasong ito ay dapat na bumaba, ngunit kung ang isang pare-pareho ang boltahe ay inilapat sa pangunahing paikot-ikot, pagkatapos ay halos walang pagbaba sa magnetic flux.

Sa katunayan, ang puwersa ng electromotive na sapilitan sa pangunahing paikot-ikot kapag ang transpormer ay na-load ay halos katumbas ng inilapat na boltahe. Ang electromotive force na ito ay proporsyonal sa magnetic flux.Samakatuwid, kung ang pangunahing boltahe ay pare-pareho sa magnitude, kung gayon ang puwersa ng electromotive sa ilalim ng pagkarga ay dapat manatiling halos pareho sa panahon ng walang-load na operasyon ng transpormer. Ang pangyayaring ito ay humahantong sa halos kumpletong katatagan ng magnetic flux sa ilalim ng anumang pagkarga.

Kaya, sa isang pare-parehong halaga ng pangunahing boltahe, ang magnetic flux ng transpormer ay halos hindi nagbabago sa pagbabago ng pagkarga at maaaring ipagpalagay na katumbas ng magnetic flux sa panahon ng walang-load na operasyon.

Ang magnetic flux ng transpormer ay maaaring mapanatili ang halaga nito sa ilalim ng pagkarga lamang dahil habang lumilitaw ang isang kasalukuyang sa pangalawang paikot-ikot, ang kasalukuyang sa pangunahing paikot-ikot ay tumataas din, kaya't ang pagkakaiba sa pagitan ng mga magnetomotive forces o ampere turn ng pangunahin at pangalawang. ang mga windings ay nananatiling halos katumbas ng magnetomotive force o ampere-turns sa panahon ng idling ... Kaya, ang hitsura ng isang demagnetizing magnetomotive force o ampere-turn sa pangalawang winding ay sinamahan ng isang awtomatikong pagtaas sa magnetomotive force ng pangunahing winding.

Dahil, tulad ng nabanggit sa itaas, ang isang maliit na magnetomotive force ay kinakailangan upang lumikha ng isang transpormer magnetic flux, maaari itong sabihin na ang isang pagtaas sa pangalawang magnetomotive force ay sinamahan ng isang pagtaas sa pangunahing magnetomotive force, na halos pareho sa magnitude.

Samakatuwid, ang isa ay maaaring sumulat:

Mula sa pagkakapantay-pantay na ito, ang pangalawang pangunahing katangian ng transpormer ay nakuha, lalo na ang ratio:

kung saan ang kt ay ang transformation factor.

Samakatuwid, ang ratio ng mga alon ng pangunahin at pangalawang windings ng transpormer ay katumbas ng isang hinati sa ratio ng pagbabagong-anyo.

Kaya, ang mga pangunahing katangian ng transpormer magkaroon ng relasyon

at

Kung i-multiply natin ang kaliwang bahagi ng relasyon sa isa't isa at ang kanang bahagi sa isa't isa, makukuha natin

at

Ang huling pagkakapantay-pantay ay nagbibigay ng ikatlong katangian ng transpormer, na maaaring ipahayag sa mga salitang tulad nito: ang kapangyarihan na inihatid ng pangalawang paikot-ikot ng transpormer sa volt-amperes ay halos katumbas ng kapangyarihan na inihatid sa pangunahing paikot-ikot din sa volt-amperes .

Kung balewalain natin ang pagkalugi ng enerhiya sa tanso ng mga windings at sa bakal ng core ng transpormer, pagkatapos ay masasabi natin na ang lahat ng kapangyarihan na ibinibigay sa pangunahing paikot-ikot ng transpormer mula sa pinagmumulan ng kapangyarihan ay inililipat sa pangalawang paikot-ikot nito, at ang Ang transmiter ay ang magnetic flux.