Формули трансформаторів: визначення, принципи, типи, приклади задач

У математичній формулі трансформатор розрахований для знаходження напруги на електричному пристрої.

Трансформатор або те, що також часто називають "трансформатором", є одним з десятків інструментів, важливих при використанні електронного обладнання.

Наприклад, коли ви граєте в ігри Nintendo, вам знадобиться 80 вольт, але електрична напруга в будинку є 110 вольт, тож вам знадобиться трансформатор, щоб перетворити 110 вольт домашньої електроенергії лише на 80 вольт.

Детальніше про формулу трансформатора дивіться в наступному огляді.

Розуміння трансформатора

Трансформатор - це пристрій, що використовується для передачі електричної потужності між 2 або більше ланцюгами за допомогою електромагнітної індукції.

Наприклад, щоб знизити напругу змінного струму з 220 В до 12 В змінного струму або збільшити напругу з 110 до 220 В змінного струму.

Трансформатор працює за принципом електромагнітної індукції і може працювати лише в напругах змінного струму (змінного / змінного струму).

У розподілі електричної потужності трансформатору відводиться дуже важлива роль, оскільки він може збільшити електроенергію, що надходить від електростанцій, на PLN до сотень кіло вольт до розподілений.

Крім того, трансформатор також знижує напругу мережі до необхідної напруги в кожному будинку чи офісі, який зазвичай використовує напругу змінного струму 220 Вольт.

Деталі трансформатора

Загалом трансформатор складається з 3 частин наступним чином:

• Первинна котушка (N_стор) - де вводиться початкова напруга.
• Вторинна котушка (N_s), де протікає вихідна напруга.
• Залізне ядро ​​(магнітне ядро) виготовлене з шару динамічної пластини, розташованого шарами.

Робочий принцип трансформатора

Трансформатор приймає напругу від електрики, а потім перетворює її в електрику з іншою напругою.

В основному цей трансформатор працює, змінюючи напругу, використовуючи 2 електричні властивості.

По-перше, електрика, яка протікає через котушку, створить магнітне поле.

Обидві зміни магнітного поля (магнітного потоку) спричинять індуковану ЕРС.

Потім змінний струм, який надходить у первинну котушку, призведе до змінного магнітного потоку з магнітопроводом.

Після цього змінний магнітний потік пройде через вторинну котушку і спричинить індуковану ЕРС.

Величина індукованої ЕРС також залежить від швидкості зміни потоку та кількості витків у вторинній котушці.

Рівняння / формули трансформатора

У трансформаторі рівняння або математична формула для трансформатора можна скласти таким чином:

Опис формули трансформатора:

• V_стор = напруга в первинній котушці.
• V_s = напруга у вторинній котушці.
• N_стор = кількість витків у первинній котушці.
• N_s = кількість витків у вторинній котушці.

Типи трансформаторів

Судячи зі змін напруги, які проводяться, трансформатори поділяються на 2 різних типи, серед яких:

1. Підсилювальний трансформатор

Має функцію збільшення або збільшення змінної напруги на джерелі.

Підвищувальний трансформатор має такі характеристики:

• Напруга у вторинній котушці більша, ніж напруга у первинній котушці (Vs> Vp).
• Кількість витків у вторинній котушці більше, ніж у первинній котушці (Ns> Np).
• Струм у первинній котушці більший за електричний струм у вторинній котушці (Ip> Is).

2. Ступінчастий трансформатор

Служить для зменшення або зниження змінної напруги від джерела.

Знижувальний трансформатор має такі характеристики:

• Vp> Vs.
• NP> Ns.
• Ip

На додаток до двох типів вище, трансформатори також мають ще кілька типів, таких як:

а. Якщо трансформатор

ПЧ-трансформатор або також відомий як трансформатор проміжної частоти служить для посилення проміжної частоти 10,7 МГц, яка зазвичай використовується як в AM, так і в FM радіоприймачах.

Ви можете знайти цей тип трансформатора на звичайному радіо.

b. Імпульсний трансформатор

Імпульсні трансформатори спеціально розроблені для забезпечення вихідної імпульсної хвилі.

Використовуючи матеріал серцевини, який швидко насичується, після досягнення первинним струмом певної точки магнітний потік перестане змінюватися.

Оскільки, індукована ЕРС у вторинній обмотці утворюється лише в тому випадку, якщо відбувається зміна магнітного потоку, тоді Трансформатор забезпечить вихід лише тоді, коли сердечник ненасичений, тобто коли струм у первинній обмотці зворотний.

c. Трансформаторний адаптер / блок живлення

Служить для зміни напруги від змінного струму до постійного струму, який широко використовується з вибором різних напруг і струмів.

Трансформатор, що використовується в адаптері, включає понижуючий тип, який за необхідності знижує напругу з відстані електроенергії PLN до електронного пристрою.

d. Трансформатор Автотрансформатор

Цей тип трансформатора має лише одну обмотку, де частина первинної обмотки також належить вторинній.

Обмотки цього типу трансформаторів можуть бути виконані з більш тонким дротом, ніж інші типи.

Перевага використання цього трансформатора полягає в тому, що він має менший розмір і менший ризик втрат, ніж двообмоточний трансформатор.

Однак цей тип трансформатора не можна використовувати для багаторазового підвищення напруги мережі.

e. Ізоляційний трансформатор

Він має таку ж кількість вторинних витків, як і первинна, тому вторинна напруга така ж, як і первинна напруга.

Але в деяких інших конструкціях вторинна обмотка виконана дещо більше, щоб компенсувати величину втрат.

Цей тип трансформатора використовується для ізоляції між двома ланцюгами.

При застосуванні аудіосигналу цей тип трансформаторів замінено муфтою.

f. Трифазний трансформатор

Цей тип трансформаторів складається з трьох трансформаторів, які спеціально з’єднані між собою.

Для обмоток первинна котушка, як правило, з'єднана зіркою (Y), а вторинна обмотка - трикутно.

g. Змінний автотрансформатор

Змінний автотрансформатор - це звичайний автотрансформатор, середні відведення якого можна змінювати. А також забезпечує співвідношення первинно-вторинної обмотки, яке також змінюється.

Ефективність трансформатора

Ефективність - це величина, яка визначає співвідношення між вхідною потужністю (Pin) та вихідною потужністю (Pout).

Значення ККД трансформатора формулюється наступним чином:

Інформація:

• = ККД трансформатора (%)
• Ps = потужність у вторинній котушці (Вт)
• Pp = потужність первинної котушки (Вт)
• Is = струм у вторинній котушці (A)
• Ip = струм у первинній котушці (A)

Якщо ефективність трансформатора дорівнює 100%, це означає, що електрична потужність у первинній котушці така ж, як електрична потужність у вторинній котушці.

Ps = Pp
Vp Ip = Vs Is
Vp / Vs = Is / Ip

Для формули трансформатора:

Vp / Vs = Np / Ns

Отже, формула трансформатора:

Is / Ip = Np / Ns

Такий трансформатор називають ідеальним трансформатором.

Якщо ККД трансформатора менше 100%, то відбувається втрата електричної потужності або її називають втратою потужності. Такі трансформатори називаються неідеальними трансформаторами.

Кількість втраченої потужності формулюється таким чином:

Ph = Pin - Pout = Pp - Ps

Інформація:

• Ph = втрачена електрична потужність або втрата потужності (Вт)

Втрати на трансформаторі

Трансформатор / трансформатор містить багато недоліків, включаючи наступне:

1. Втрата зчеплення

Втрати, які виникають через те, що первинно-вторинна зв'язок не є досконалою, так що не весь магнітний потік, викликаний первинною, перерізає вторинну обмотку.

Цю одну втрату можна зменшити, прокочуючи обмотки шарами між первинною та вторинною.

2. Втрати від гістерезису

Ця одна втрата відбувається, коли первинний струм змінного струму змінює напрямок. Це тому, що сердечник трансформатора не може миттєво змінити напрямок магнітного потоку.

Цей тип втрат можна зменшити, використовуючи матеріал серцевини з низьким рівнем охоплення.

3. Втрати міді

Втрати I 2 R в мідній обмотці викликані опором міді та електричним струмом, що протікає через неї.

4. Дика втрата ємності

Ці втрати обумовлені розсіяною ємністю, що міститься в обмотках трансформатора.

Ці втрати можуть вплинути на ефективність трансформатора у високих частотах.

Втрати можна зменшити, намотуючи первинну та вторинну обмотки напіввипадково.

5. Втрати на вихрові струми

Ці втрати зумовлені вхідною ЕРС, яка створює струм в магнітопроводі, який протистоїть зміні магнітного потоку і генерує ЕРС.

Внаслідок зміни магнітного потоку відбувається відштовхування магнітного потоку в матеріалі серцевини.

Втрати можна зменшити, якщо використовувати кілька шарів.

6. Недоліки ефекту шкіри

Інші провідники завжди несуть змінний струм, але цей струм має тенденцію протікати в поверхні провідника.

Це збільшить втрату потужності і збільшить відносний опір обмотки.

Збитки можна зменшити, використовуючи дріт Litz, яка являє собою дріт, що складається з декількох невеликих проводів, які ізольовані один від одного.

Для використання радіочастот спробуйте використовувати замість звичайного дроту точений дріт або тонкий лист міді.

Приклади проблем з трансформаторами

Щоб краще зрозуміти вищезазначений огляд, тут ми представляємо кілька прикладів проблем трансформатора, серед яких: