Μετασχηματιστής: μια επισκόπηση || 4 σημαντικές προϋποθέσεις για καλή απόδοση

Μετασχηματιστής

Ένας μετασχηματιστής είναι μια απλή ηλεκτρική συσκευή, η οποία χρησιμοποιεί την ιδιότητα της αμοιβαίας επαγωγής για να μετατρέψει μια εναλλασσόμενη τάση από τη μία στην άλλη με μεγαλύτερη ή μικρότερη τιμή.

Το σεμινάριο  Το πρώτο σταθερό δυναμικό εφευρέθηκε το 1885, και από τότε, έχει καταστεί αναγκαιότητα ως βασική συσκευή για τη μετάδοση, τη διανομή και τη χρήση εναλλασσόμενου ρεύματος (AC).

μετασχηματιστής σχεδιασμού μορφής κελύφους DBZ το 1885
Μετασχηματιστής σχεδίασης Shell από DBZ το 1885, Image Credit - Zátonyi Sándor, (ifj.), DBZ trafoCC BY-SA 3.0

Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι μετασχηματιστών με διαφορετικά σχέδια κατάλληλα για διαφορετικές εφαρμογές ηλεκτρονικής και ηλεκτρικής ενέργειας. Τα μεγέθη τους κυμαίνονται από εφαρμογή Ραδιοσυχνότητας με όγκο μικρότερο από ένα κυβικό εκατοστό, έως τεράστιες μονάδες βάρους εκατοντάδων τόνων που χρησιμοποιούνται σε δίκτυα ισχύος.

μετασχηματιστής
μετασχηματιστές σε ηλεκτρικό υποσταθμό, Image Credit - Αλαλόνε89Τερματικός σταθμός της Μελβούρνης, επισημαίνεται ως δημόσιος τομέας, περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με Wikimedia Commons

Χρησιμοποιούνται ευρύτερα στη μετάδοση και τη διανομή ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις, αυξάνοντας την έξοδο τάσης από τον μετασχηματιστή έτσι ώστε το ρεύμα να μειωθεί και, στη συνέχεια, η αντίσταση πυρήνα αντίστασης να είναι λιγότερο σημαντική, έτσι ώστε το σήμα να μπορεί να μεταφερθεί κατά τις αποστάσεις στο υποσταθμός γειτονικός με τους καταναλωτές όπου η τάση μειώνεται και πάλι για περαιτέρω χρήση.

Βασική δομή και εργασία του μετασχηματιστή

Η βασική δομή ενός μετασχηματιστή αποτελείται γενικά από δύο πηνία που τυλίγονται γύρω από έναν μαλακό πυρήνα σιδήρου, δηλαδή πρωτογενή και δευτερεύοντα πηνία. Η τάση εισόδου εναλλασσόμενου ρεύματος εφαρμόζεται στο πρωτεύον πηνίο και η τάση εξόδου εναλλασσόμενου ρεύματος παρατηρείται στη δευτερεύουσα πλευρά. 

Όπως γνωρίζουμε ότι ένα επαγόμενο emf ή τάση παράγεται μόνο όταν η ροή μαγνητικού πεδίου αλλάζει σε σχέση με το πηνίο ή το κύκλωμα, ως εκ τούτου, η αμοιβαία επαγωγή μεταξύ δύο πηνίων είναι δυνατή μόνο με εναλλασσόμενο, δηλαδή αλλαγή / τάση AC και όχι με άμεση , δηλαδή σταθερή / συνεχής τάση.

λειτουργία μετασχηματιστή και ροής διαρροής
Λειτουργία μετασχηματιστή και ροής διαρροής
Πιστωτική εικόνα:Εγώ ο ίδιος, Ροή μετασχηματιστήCC BY-SA 3.0

Οι μετασχηματιστές χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση των επιπέδων τάσης και ρεύματος σύμφωνα με την αναλογία στροφών εισόδου προς εξόδου. Οι στροφές στο πρωτεύον και το δευτερεύον πηνίο είναι Νp και Νs, αντίστοιχα. Αφήστε το Φ να είναι η ροή που συνδέεται τόσο με πρωτεύοντα όσο και με δευτερεύοντα πηνία. Τότε,

Προκληθέν emf κατά μήκος του πρωτογενούς πηνίου,  Μετασχηματιστής: μια επισκόπηση || 4 σημαντικές προϋποθέσεις για καλή απόδοση = Μετασχηματιστής: μια επισκόπηση || 4 σημαντικές προϋποθέσεις για καλή απόδοση

Προκληθέν emf στο δευτερεύον πηνίο, Μετασχηματιστής: μια επισκόπηση || 4 σημαντικές προϋποθέσεις για καλή απόδοση = Μετασχηματιστής: μια επισκόπηση || 4 σημαντικές προϋποθέσεις για καλή απόδοση

Από αυτές τις εξισώσεις, μπορούμε να το συσχετίσουμε αυτό  Μετασχηματιστής: μια επισκόπηση || 4 σημαντικές προϋποθέσεις για καλή απόδοση

Όπου τα σύμβολα έχουν τις ακόλουθες έννοιες:

 Μετασχηματιστής: μια επισκόπηση || 4 σημαντικές προϋποθέσεις για καλή απόδοση        

Ισχύς, P = IpVp = ΙsVs

Σχετικά με τις προηγούμενες εξισώσεις, Μετασχηματιστής: μια επισκόπηση || 4 σημαντικές προϋποθέσεις για καλή απόδοση

Έτσι έχουμε Vs = (Μετασχηματιστής: μια επισκόπηση || 4 σημαντικές προϋποθέσεις για καλή απόδοση)Vκαι Is = Μετασχηματιστής: μια επισκόπηση || 4 σημαντικές προϋποθέσεις για καλή απόδοση IP

Για αύξηση: Vs > Vp έτσι Νs>Np και Is<Ip

Για το βήμα προς τα κάτω: Vs <Vp έτσι Νs p και Is > Ιp

Πρωτεύον και δευτερεύον πηνίο σε μετασχηματιστή

μετασχηματιστής
Πρωτεύουσα και δευτερεύουσα περιέλιξη
Πιστωτική εικόνα: ανώνυμη, Μετασχηματιστής 3d colCC BY-SA 3.0

Η παραπάνω σχέση βασίζεται σε ορισμένες παραδοχές, οι οποίες έχουν ως εξής:

  • Η ίδια ροή συνδέει τόσο την κύρια όσο και τη δευτερεύουσα χωρίς διαρροή ροής.
  • Το δευτερεύον ρεύμα είναι μικρό.
  • Η πρωτογενής αντίσταση και το ρεύμα είναι αμελητέα.

Ως εκ τούτου, η απόδοση του μετασχηματιστή δεν μπορεί να είναι 100%. Αν και ένα καλά σχεδιασμένο μπορεί να έχει απόδοση έως και 95%. Για να έχετε υψηλότερη απόδοση, πρέπει να έχετε υπόψη τους τέσσερις βασικούς λόγους απώλειας ενέργειας.

Αιτία απώλειας ενέργειας μετασχηματιστή:

  • Διαρροή ροής: Υπάρχει πάντα κάποια διαρροή ροής, καθώς είναι σχεδόν αδύνατο για όλη τη ροή από το πρωτεύον να περάσει στη δευτερεύουσα χωρίς διαρροή.
  • Ρεύματα Eddy: Η μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή θα προκαλέσει ρευματοειδή ρεύματα στον πυρήνα του σιδήρου, κάτι που μπορεί να προκαλέσει θέρμανση και συνεπώς απώλεια ενέργειας. Αυτά θα μπορούσαν να ελαχιστοποιηθούν χρησιμοποιώντας έναν πυρήνα από στρωματοποιημένο σίδηρο.
  • Αντίσταση στην περιέλιξη: Η ενέργεια χάνεται με τη μορφή απαγωγής θερμότητας μέσω των καλωδίων αλλά μπορεί να ελαχιστοποιηθεί με τη χρήση συγκριτικά παχιών καλωδίων.
  • Υστέρηση: Όταν ο μαγνητισμός του πυρήνα αντιστρέφεται επανειλημμένα από ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο, οδηγεί σε δαπάνες ή απώλεια ενέργειας από την παραγωγή θερμότητας μέσα στον πυρήνα. Αυτό μπορεί να μειωθεί χρησιμοποιώντας υλικά που έχουν χαμηλότερη απώλεια μαγνητικής υστέρησης.

Θα μελετήσουμε Eddy ρεύμαs και Μαγνητική Υστέρηση αναλυτικά στις επόμενες ενότητες.

Για περισσότερο ηλεκτρονικό υλικό μελέτης Κάνε κλικ εδώ

Σχετικά με τον Amrit Shaw

Μετασχηματιστής: μια επισκόπηση || 4 σημαντικές προϋποθέσεις για καλή απόδοσηΣυνδεθείτε στον πρώην συντάκτη μας: LinkedIn (https://www.linkedin.com/in/amrit-shaw/)

en English
X