Трансформатор с двумя катушками: принцип работы и основные концепции

Идеальный трансформатор имеет первичную обмотку с N₁ витков и вторичной обмотки с N₂ включает общее ядро. Напряжение источника первичной обмотки E = √2 V cos ωt, в то время как вторичная обмотка изначально считается разомкнутой.

а) Z_p = Z_s/n²

б) Z_p = п²Z_s

в) Z_p = Z_s/n

г) Z_p = нZ_s

Отношение импедансов первичной обмотки к вторичной обмотке прямо пропорционально обратной величине квадрата отношения витков трансформатора. Следовательно, отношение первичного импеданса к вторичному импедансу будет Z_p = Z_s/n².

Некоторые приемы намотки трансформаторов для аудио » Журнал практической электроники Датагор

Предыдущей статье я рассказал о изготовлениии простого намоточного станочка. Пришло время показать изготовленные трансформаторы для ламповой техники. Первым был выходной трансформатор для гитарного комбоусилителя JCM800. Попалось хорошее железо 0,35 мм на развале. Хорошее сечение 12,5 см.кв. Мотать стал на своём станке. Особо не спешил, за 2-3 часа одна обмотка в день. Каждый слой при помощи строительного фена и свечи пропитывал воском, чтобы потом не варить в парафине весь трансформатор.

Какую схему питания УНЧ выбрать?

Для питания микросхемы, я решил использовать двухполярное питание.

При двухполярном питании не требуется бороться с фоном и щелчками при включении. Кроме того, отпадает необходимость в разделительных конденсаторах на выходе усилителя.

Ну, и самое главное, микросхемы, рассчитанные на однополярное питание и имеющие соизмеримый уровень искажений, в несколько раз дороже.

Это схема блока питания. В нём применён двухполярный двухполупериодный выпрямитель, которому требуются трансформатор с двумя совершенно одинаковыми обмотками «III» и «IV» соединёнными последовательно. Далее все основные расчёты будут вестись только для одной из этих обмоток.

Обмотка «II» предназначена для питания электронных регуляторов громкости, тембра и стереобазы, собранных на микросхеме TDA1524. Думаю описать темброблок в одной из будущих статей.

Ток, протекающий через обмотку «II» будет крайне мал, так как микросхема TDA1524 при напряжении питания 8,5 Вольта потребляет ток всего 35мА. Так что потребление здесь ожидается менее одного Ватта и на общей картине сильно не отразится.

Вернуться наверх к меню

Направление витков

Я с трудом нашел информацию про направление витков обмотки, — для этого пришлось освежить школьный курс физики (правило буравчика и т.п.). Хотя этот вопрос неизбежно возникает у новичка.

Главное правило — направление витков обмотки не имеет значения

… до тех пор пока возникает необходимость соединять обмотки друг с другом (последовательно или параллельно), либо в случае применения трансформатора в каких-нибудь устройствах, где важна фаза сигнала.

Не важно в каком направлении наматывать витки — важно как потом соединяются обмотки

Последовательное соединение обмоток

При последовательном соединении обмоток трансформатора, нужно мысленно представить, что одна обмотка является продолжением другой, а точка их соединения — это разрыв единой обмотки

, в которой
направление вращения
витков вокруг сердечника сохраняется неизменным (и конечно не может разворачиваться в обратную сторону!).

При этом любой вывод обмотки может быть началом или концом, а само направление вращения может быть любым. Главное, чтобы это направление оставалось одинаковым у соединяемых обмоток.

При этом, движение соединяемых обмоток сверху вниз катушки или снизу вверх не имеет значения (см. рисунок — увеличивается кликом мыши).

В трансформаторах, у которых сердечник имеет форму буквы «О», и катушки намотаны на двух каркасах справа и слева, действует те же правила. Но для простоты понимания можно мысленно «разорвать» сердечник (сверху или снизу), и представить, что он выпрямляется в один стержень, — так легче будет понять, как одна обмотка переходит в другую с сохранением направления вращения витков (по или против часовой стрелки). См. рисунок ниже (рисунок увеличивается кликом мыши).

Параллельное соединение обмоток

При параллельном соединении важна длина провода в обмотках.

Даже при одинаковом количестве витков, разные обмотки могут иметь разную длину провода (та обмотка, которая ближе к середине — будет короче, а та что дальше — длиннее). В результате этого могут возникать перетоки

.

Если предполагается параллельное соединение обмоток, то лучше мотать их одновременно в два (три, четыре…) провода. Тогда они будут одинаковой длины, что максимально исключит перетоки при их дальнейшем параллельном соединении.

Намотку в несколько проводов также используют при отсутствии провода нужного сечения (набирают большое сечение несколькими проводами меньшего).

Проверка направления витков при помощи батарейки и мультиметра

Если есть трансформатор, в котором нужно соединить две обмотки последовательно, но направление витков не видно и не известно, можно подать импульс постоянного тока от батарейки на одну из обмоток, наблюдая за скачком напряжения на другой обмотке.

Когда скачок напряжения в момент подключения батарейки на мультиметре (на второй обмотке) будет в «+», то точками соединения обмоток будут любые «+» и «-» разных обмоток (например «+» мультиметра и «-» батарейки, или наоборот). Два других конца при этом будут выводами этих обмоток после соединения (см. рисунок — кликнуть мышью для увеличения).

Направление витков на разных катушках

Повторюсь — не важно направление намотки, важно подключение обмоток.

Хотя есть одно «но». Если говорить об удобстве, то на таком типе трансформатора (с сердечником в виде буквы «О» и двумя катушками), удобнее правую и левую катушку мотать одинаково (не зеркально, а одинаково). В этом случае удобнее будет ставить перемычки при последовательном соединении двух обмоток на разных катушках — перемычки будут с одной стороны, и не через весь каркас сверху вниз.

См. рисунок (для увеличения — кликнуть мышью на рисунке):

Сборка понижающего трансформатора

Понижающий трансформатор будет отличаться большим количеством витков на первичке. В быту их можно часто встретить в блоках питания, сварочных аппаратах и прочем оборудовании. Правда, в импульсных блоках используется другая технология, поэтому ремонт таких устройств производится без трансформаторов.

Так как изготовление сварочного трансформатора своими руками довольно актуально для домашних самоделок, рассмотрим на примере этот вариант. Требования к процессу сборки соответствует предыдущему. Отличительной особенностью такого агрегата является большое сечение провода во вторичной обмотке, так как сварочный ток может достигать сотен ампер.

Процесс изготовления заключается в следующем:

1. Возьмите старое или изготовьте основание для катушки.
2. Зафиксируйте на трансформаторном каркасе слой изоляции.
3. Намотайте первичную обмотку с попеременной изоляцией слоев.
4. Заизолируйте первичку и намотайте вторичную обмотку, так как большой диаметр проводов не позволит сделать это вручную, используйте слесарный инструмент.
5. Зафиксируйте выводы обеих катушек.
6. Установите пластины сердечника.

Ключевые отличия от силового

Трансформатор звуковой частоты отличается от привычного силового в первую очередь тем, что в нем присутствует устройство для пропуска диапазона звуковых частот. Широкополосные довольно трудны в просчетах, особенно если речь идет о полных сопротивлениях и при работе на большой мощности. Всегда присутствует постоянной ток на одной из обмоток. Проблемы со схематической частью вызваны трудностями в расчете из-за числа октав, с которыми работает устройство, а не диапазона.

Импульсный трансформатор для питания усилителя звуковых частот занимает меньше места, если сравнивать его с аналогом силовым с идентичными техническими показателями. К усилителю обязательно идет генератор, а к силовому трансформатору — только первичная обмотка к электрической сети, вторичная обмотка к диодам и различные конденсаторы.

Виды

Трансформатор звукового типа работает от сопротивления источника на сопротивление нагрузки. Это неоспоримая аксиома, вне зависимости от того, в какому типу относится тс — меж каскадному или выходному.

Устройство передачи звука подключается к первичной обмотке оборудования. У него есть сопротивление, вторичка подключена к нему. Принцип работы далее определяется типом трансформатора.

Межкаскадные

Эти устройства практически не выпускаются современными производителями. Дело в том, что принцип их работы основывается на передаче импульса между двумя сопротивлениями или импедансами. Это не удобно и приводит к потере коэффициента полезного действия.

Выходные

Выходного типа тс функционируют не от импедансов обоих, а от конкретного сопротивления источника. В зависимости от вариации оборудования это может быть тетрод или пентод, которые подключены к активному сопротивлению.

Как сделать своими руками

Особых сложностей и отличий в изготовлении согласующих трансформаторов нет. Технология сходна со сборкой понижающих устройств. Но необходимо соблюдать следующие рекомендации:

• Обмотки укладываются равномерно без повреждения изоляции.
• Пластины малогабаритных устройств не нуждаются в дополнительной изоляции, лакируют только детали наборных сердечников более мощных трансформаторов.
• При выборе типа сердечника необходимо обращать на технические характеристики трансформаторной стали или ферромагнитных колец.

Отметим, что самостоятельное изготовление устройств такого типа экономически нецелесообразно. Закупка отдельных комплектующих обойдется дороже. Согласующее устройство с требуемым коэффициентом трансформации по сопротивлению в заводском исполнении обойдется дешевле.

Исследование модифицируемого трансформатора

Трансформатор ТСА-30-1

оказался намотан алюминиевым проводом (буква «А» как раз означает алюминий).

Информации о нем в Интернет, к счастью, было достаточно, хотя реальность не совпала с найденным на него паспортом. По паспорту одна из обмоток должна была быть вроде бы как медной (провод ПЭВ-1, не имеет буквы «А» в названии как другие — ПЭВА), и я планировал ее не трогать, но в процессе работы оказалось, что эта обмотка тоже алюминиевая. Поэтому я ее тоже удалил. Т.е. осталась нетронутой только первичная обмотка.

Экран из алюминиевой фольги

В процессе разборки, я из любопытства отмотал немного пропарафиненной бумаги над первичной обмоткой хотел на нее посмотреть, и натолкнулся на один виток фольги, который присутствовал между первичной обмоткой и вторичной. Этот виток фольги шел внахлест вместе с бумагой, т.е. он не замыкался, и только один из концов был отрезком медного провода соединен точечной сваркой с корпусом. Такое разделение используют в качестве экрана от помех, хотя по поводу его эффективности идут споры. Трансформатор советский и экран был заложен на заводе изготовителе — я его трогать не стал.

Направление витков

Витки на трансформаторе были намотаны на разных катушках (левой и правой) абсолютно одинаково (не зеркально, а именно одинаково). В дальнейшем стало понятно, что такая намотка сделана исключительно для удобства при последующем последовательном соединении обмоток с разных катушек. Видимо, по той же причине направление разных вторичных обмоток чередуется. В этом случае перемычки между обмотками при последовательном соединении просто удобнее ставить с одной стороны.

Металлические клеммы

Клеммы этого трансформатора очень трудно паять и лудить, поскольку они судя по-всему сделаны не из меди. Медь, чем лучше ее прогреешь, тем лучше она паяется, а у стальных (?) клемм прогрев приводит к скатыванию припоя в шарик и его перетеканию с клеммы на жало паяльника. Нужно ловить один из начальных моментов прогрева, чтобы припой остался на клемме в приемлемом виде.

В исследуемом трансформаторе было тяжело вдвойне, т.к. к металлическим клеммам был припаян алюминий. Пришлось использовать для пайки ортофосфорную кислоту

с последующей промывкой водой и сушкой на радиаторе.

Первичная обмотка

В этом трансформаторе две катушки, и каждая обмотка разделена на две равные части, которые намотаны на каждую из двух катушек, с последовательным соединением. Считается, что так выше КПД — равномернее нагрузка.

Первичная обмотка состоит из двух по 110v на каждой катушке, соединенных последовательно перемычкой. Кроме того к каждой из обмоток последовательно присоединена небольшая добавочная обмотка, которую я отсоединил и использовал в своих целях (превратив таким образом во вторичную). Напряжение этой добавочной пары — около 36v (при 230v в сети).

Как определить необходимую мощность силового трансформатора для питания УНЧ?

Для колонок описанных здесь, я решил собрать простой усилитель мощностью 8-10 Ватт в канале, на самых дешёвых микросхемах, которые только удалось найти на местном радиорынке. Ими оказались – TDA2030 ценой всего по 0,38$.

Предполагаемая мощность в нагрузке должна составить 8-10 Ватт в канале:

10 * 2 = 20W

КПД микросхемы TDA2030 по даташиту (datasheet) – 65%.

20 / 0,65 = 31W

Я подобрал трансформатор с витым броневым магнитопроводом, так что, КПД можно принять равным – 90%. https://oldoctober.com/

31 / 0,9 = 34W

Приблизительно оценить КПД трансформатора можно по таблице.

Значит, понадобится сетевой трансформатор мощностью около 30-40 Ватт. Такой трансформатор должен весить около килограмма или чуть больше, что, на мой взгляд, прибавит моему мини усилителю устойчивости и он не будет «бегать» за шнурами.

Если мощность трансформатора больше требуемой, то это всегда хорошо. У более мощных трансформаторов выше КПД. Например, трансформатор мощностью 3-5 Ватт может иметь КПД всего 50%, в то время как у трансформаторов мощностью 50–100 Ватт КПД обычно около 90%.

Итак, с мощностью трансформатора вроде всё более или менее ясно.

Теперь нужно определиться с выходным напряжением трансформатора.

Вернуться наверх к меню

Техника безопасности

Тестирование на безопасность, использование, а также самостоятельная сборка оборудования требуют соблюдения определенных мер предосторожности.

Если собираются проводить ремонт, то оборудование обязательно отключат от сети. Нельзя, чтоб было напряжение. Для работы, в том числе и вводами, а не самой внутренней частью, специалисты надевает защитные очки. Для тестирования применяются специальные приборы. Помните, что устанавливать показатели, превышающие максимальный номинальный порог устройства в зависимости от расчетных характеристик небезопасно.

Намотка

Я наматывал одновременно четыре параллельных провода. В результате получил четыре обмотки на каждой катушке в каждом ряду. Такое количество обмоток дает возможность, соединяя их последовательно (или параллельно), комбинировать необходимое напряжение (и ток).

Для лабораторного блока питания, используемого как инструмент при работе, это наиболее удобный вариант.

ВАЖНО!

Для трансформатора имеющего сердечник в виде буквы «О», с двумя катушками справа и слева (такого, как рассматривается в этой статье), лучше всего каждую обмотку разделить на две (одинаковые), намотанные на разные катушки и соединенные последовательно. В этом случае будет выше КПД.

КСТАТИ

при укладке на каркас, желательно слегка выгибать провод наружу перед каждым загибом на углах, чтобы витки потом не отходили в стороны от каркаса, образуя зазор при котором ухудшается плотность намотки. Я дополнительно еще придавливал провод сосновым бруском после каждого загиба на каркасе.

Расчет длины провода.

Перед намоткой необходимо замерять ширину каркаса и ширину окна между каркасами катушек (или каркасом и сердечником). После этого необходимо рассчитать длину провода, и учесть его диаметр (с лаковой изоляцией!). Если намотка происходит без разборки сердечника, способом продевания провода в окно, то кусок/куски провода необходимой длины нужно будет «откусить» заранее, поэтому важно не ошибиться. Если провод достаточно тонкий (например менее ᴓ 0,5 мм) и длинный, то имеет смысл сделать тонкий челнок, на который намотать провод нужной длины — так его будет легче протаскивать в окно.

У меня здесь например внутренняя длина каркаса была 54 мм, и рассчитывая уложить 52 витка провода диаметром 1мм, я не угадал — последние пол витка мне пришлось делать частично внахлест (видимо я не учел толщину лаковой изоляции). См. рисунок (для увеличения — нажать мышью):

При расчете возможностей окна нужно учитывать суммарную толщину изоляционных прокладок из бумаги или лакоткани между обмотками.

Для точного расчета необходимой длины нужно сделать контрольный виток и замерять его длину. При этом, в каждом следующем ряду виток будет немного длиннее (скажется толщина нижнего ряда и толщина междурядной изоляционной прокладки). Надо понимать, что например при 50 витках ошибка длины в один миллиметр на виток даст погрешность 5 см на 50 витках. Также надо учесть запас на выводы (я добавлял к общей длине кусков по 10 см с каждой стороны, т.е. всего 20 см. — этого было достаточно и на выводы, и на возможную ошибку).

. Какова цель наличия двух катушек в трансформаторе?

Спросил 5 лет, 6 месяцев назад

Просмотрено 572 раза

$\begingroup$

Я узнал о передаче электроэнергии на большие расстояния от энергетических компаний в дома людей. Я знаю, что энергия изначально передается от энергетической компании к трансформатору высокого напряжения, чтобы уменьшить ток, который затем достигает другого трансформатора, расположенного рядом с домом людей, где ток затем увеличивается с помощью понижающих трансформаторов. Однако чего я здесь не понимаю, так это почему у каждого трансформатора две катушки? Почему вы не можете просто работать с одной катушкой или проводом, где постоянный ток с высоким напряжением передается от энергокомпании на ближайшую подстанцию, где затем снижается напряжение, чтобы увеличить ток, который течет в дома людей? Идея иметь две катушки в трансформаторах кажется мне избыточной.

Редактировать: После того, как кто-то указал, что вопросы не ясны, мой вопрос вкратце: зачем трансформаторам две катушки? Почему он не может выполнять ту же работу или изменять напряжение и ток только с одной катушкой, где каждая катушка с разным количеством катушек и на разных станциях индуцирует друг друга?

• электромагнетизм
• электрические цепи
• электрический ток

$\endgroup$

6

$\begingroup$

Вы можете сделать трансформатор только с «одной катушкой». Называется автотрансформатор.

Однако для распределения электроэнергии высокого напряжения это может иметь серьезные проблемы с безопасностью, поскольку «низковольтная» (110 В или 240 В) бытовая сеть будет подключена непосредственно к «высоковольтной» проводке, и любые неисправности, такие как отсоединенная нейтраль или заземление провод может быть смертельным или вызвать пожар, потому что проводка дома с «низким напряжением» не предназначена для обеспечения безопасности при гораздо более высоком напряжении. (конечно

Кроме того, когда напряжение понижается трансформатором, ток увеличивается в той же пропорции . Поэтому обмотка низкого напряжения обычно выполняется из более толстого провода, чем обмотка высокого напряжения. Соединение двух проводов разной толщины в середине «одной обмотки» скорее противоречит точке зрения , имеющей одну обмотку — вы могли бы также сделать оба конца соединения доступными и иметь две отдельные обмотки.

Автотрансформаторы полезны в некоторых маломощных и низковольтных приложениях, таких как электронные генераторы (например, схема генератора Хартли) или там, где разница между первичными и вторичными напряжениями и токами довольно мала, например, для преобразования 120 В в 240 В.

$\endgroup$

1

$\begingroup$

Ваш вопрос касается передачи электроэнергии, но трансформаторы используются во всех видах приложений, от крошечных высокочастотных трансформаторов, которые могут иметь только половину катушки с отводом на 1/8, до сложных в источниках питания оборудования с дюжиной катушек! Времени слишком мало, чтобы дать вам полную лекцию о трансформаторах, но ответ выше (@alephzero) обычно касается трансформаторов для распределения электроэнергии. Я добавлю еще немного … по соображениям экономии система распределения от электростанции до дома не хочет иметь слишком много промежуточных трансформаторов, поэтому коэффициенты витков часто бывают большими. Например, первичное напряжение 11 кВ, вторичное 415 В. Около 25:1. Таким образом, на 100 А у вас будет 2500 А на выходе. Толщина проволоки катушки несколько другая, как видите. Другая причина, по которой две стороны трансформатора должны быть электрически разделены при распределении электроэнергии, связана с тем, как работает защита от короткого замыкания. Вам нужен полностью изолированный (т. е. 2-х витковый) трансформатор, чтобы защита сети 11 кВ работала независимо от системы 415 В, а также до сетей 33 кВ / 66 кВ / 132 кВ / 275 кВ и, наконец, от выхода генератора. Трансформаторы (с двумя неподключенными катушками) изолируют электрические системы с обеих сторон.

$\endgroup$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

Объяснение урока: Электромагнитная индукция в трансформаторах

В этом объяснении мы узнаем, как рассчитать изменение потенциала разность и ток, создаваемый трансформатором.

Мы помним, что термин «электромагнитная индукция» означает производство электрический ток в проводнике, когда проводник движется вблизи магнита.

Пример электромагнитной индукции с использованием движущегося стержневого магнита и катушки проводящего провода показано на следующем рисунке.

Показана только одна линия магнитного поля стержневого магнита. Поле линии на самом деле исходят от северного полюса магнита к южному полюсу симметрично во всех направлениях.

Перемещение стержневого магнита к лицевой стороне катушки или от нее вызывает изменение напряженности магнитного поля через катушку. Производимый ток результате изменения напряженности магнитного поля.

Электромагнитная индукция включает не только производство тока с помощью изменение магнитного поля, но также включает создание магнитного поля с помощью изменение тока. Например, при изменении силы тока в витке провода это индуцирует магнитное поле в катушке.

Когда ток в катушке с множеством круговых витков изменяется, индуцируется магнитное поле, форма которого очень похожа на стержень магнит. Это можно увидеть на следующем рисунке.

Катушка провода такой формы часто называется соленоидом.

Рассмотрим два соленоида, расположенных рядом друг с другом. Изначально, ни в одном соленоиде нет тока.

Затем мы увеличиваем с нуля ток в одном соленоиде, который мы называем первичная катушка. Эффект от этого показан на следующем рисунке.

Мы видим, что изменение тока в первичной обмотке индуцирует магнитное поле. Это поле содержит вторичную катушку.

Изменение магнитного поля через вторичную катушку создает ток в вторичная катушка.

Величина тока зависит от скорости изменения магнитного поля через вторичную катушку.

На следующем рисунке показано, как напряженность магнитного поля в регионе в первичной обмотке по сравнению с вторичной обмоткой.

Мы видим, что магнитное поле во вторичной катушке гораздо менее сильное чем в первичной обмотке. Это означает, что ток, создаваемый в вторичная обмотка будет иметь гораздо меньшую величину, чем ток в первичная катушка.

Итак, мы видим, что соленоиды неэффективны при передаче электроэнергии. Неэффективность связана с формой магнитного поля первичной обмотки. катушка. Если форма поля изменена, более эффективная передача возможна передача энергии из первичной катушки во вторичную.

Магнитное поле между двумя соленоидами можно перенаправить, соединив соленоиды с общим сердечником из намагничиваемого вещества, например железа. Этот показано на следующем рисунке.

Два соленоида с общим сердечником образуют объект, называемый трансформатором.

Величина магнитного поля, создаваемого первичной катушкой в материала ядра намного больше, чем в воздухе.

На следующем рисунке сравнивается плотность силовых линий магнитного поля в сердечник трансформатора и вне сердечника.

Полностью показаны только некоторые силовые линии внутри ядра. Мы видим что эти линии гораздо ближе друг к другу, чем линии вне ядра, и от того что, напряженность магнитного поля в сердечнике гораздо больше чем вне ядра.

Трансформатор может передавать энергию между соленоидами с высокой эффективностью. Это является разумным приближением для моделирования трансформатора как передачи энергии между соленоидами с КПД 100%.

Энергия может передаваться между соленоидами без использования электромагнитных индукции, просто подключив соленоиды в электрическую цепь.

Электромагнитная индукция используется для передачи энергии между соленоидами, т.к. это позволяет иметь разные значения тока и потенциала разница в соленоиде, которому передается энергия, и соленоиде от которого передается энергия.

Имеющие неодинаковые значения токов и разностей потенциалов для первичной и вторичные катушки трансформатора требует, чтобы первичная катушка и вторичная Катушка должна быть разной длины, как показано на следующем рисунке.

Для идеально эффективного трансформатора электрическая энергия, передаваемая первичная катушка должна равняться электрической энергии, передаваемой во вторичную катушка.

Передача энергии между катушками происходит во временном интервале. Энергия передача в этот интервал времени равна подводимой электрической мощности от первичной обмотке, а также равной выходной мощности вторичной обмотки. катушка.

Электрическая мощность, 𝑃, определяется по формуле 𝑃=𝑉𝐼, где 𝑉 — разность потенциалов на катушке и 𝐼 это ток в катушке.

Должно быть так, что 𝑃=𝑃,вводвывод так что должно быть так, что 𝑉×𝐼=𝑉×𝐼.inputinputoutputoutput

На следующем рисунке показаны входной и выходной ток и потенциал разница в трансформаторе.

Мы видим, что 1×1=𝑉×𝐼.VAвыходвыход

Витки соленоида можно считать последовательными друг с другом. Каждый виток будет иметь одинаковую разность потенциалов. Сумма разность потенциалов на витках будет равна разности потенциалов через соленоид.

Для показанного трансформатора первичная обмотка имеет 6 витков, а вторичная катушка имеет 2 витка, как показано на следующем рисунке.

Итак, мы видим, что 16=𝑉2.Voutput

Мы можем изменить это, чтобы определить 𝑉выход: 2×16=𝑉𝑉=13.VVoutputoutput

Так как это правда, что 𝑉×𝐼=𝑉×𝐼,вводвводвыводвыводвывод Мы видим, что 1×1=13×𝐼.VAVoutput

Мы можем изменить это, чтобы определить 𝐼выход: 1×1=𝐼𝐼=3.VAVAвыходвыход

Выход этого трансформатора увеличивает входной ток и уменьшает входная разность потенциалов.

Трансформаторы названы так из-за их влияния на входную разность потенциалов, поэтому трансформатор такой конструкции называется понижающим трансформатором.

Трансформатор, увеличивающий входную разность потенциалов, называется повышающим трансформатор, как показано на следующем рисунке.

Что делает трансформатор повышающим или понижающим трансформатором, так это соотношение число витков первичной обмотки к числу витков вторичная катушка. Предполагая, что каждый виток каждой катушки имеет одинаковую длину, отношение витков равно отношению разностей потенциалов по катушкам. Это можно записать как 𝑁𝑁=𝑉𝑉.вводвыводвводвыводвывод

Трансформаторы используются для передачи электроэнергии на больших расстояния.

Когда по проводу течет ток, сопротивление провода рассеивает энергия тока. Чем больше ток, тем больше энергия рассеивается проводом.

С помощью повышающего трансформатора электроэнергия может передаваться через провода, по которым текут очень малые токи и большие разности потенциалов. Тогда мощность, рассеиваемая в таких проводах, уменьшается.

Понижающий трансформатор может увеличить значение тока передаваемая электроэнергия, когда она поступает в цепи, где она необходима делать работу.

Давайте теперь рассмотрим несколько примеров с трансформаторами.

Пример 1. Определение разности выходных потенциалов трансформатора

Трансформатор имеет 200 витков на первичной обмотке и 50 витков на вторичная катушка. Если входная разность потенциалов 20 В, какова разность потенциалов на выходе?

Ответ

Отношение количества витков 𝑁 во входной и выходной катушках трансформатор такой же, как отношение разности потенциалов, 𝑉, через эти катушки.

Соотношение витков в катушках определяется выражением 𝑁𝑁=20050𝑁𝑁=4.inputoutputinputoutput

Тогда должно быть так, что 𝑉𝑉=4.inputoutput

В вопросе говорится, что разность потенциалов на входной катушке 20 В.

Тогда мы видим, что 20𝑉=4.Voutput

Мы можем изменить это так, чтобы 𝑉вывод субъекта. VVVVV

вторичная катушка, как и на первичной. Если ток через первичная катушка 20 А, какой ток через вторичку катушка?

Ответ

Отношение количества витков 𝑁 во входной и выходной катушках трансформатора такое же, как отношение разности потенциалов, 𝑉, через эти катушки.

Заявлено, что трансформатор имеет в 5 раз больше витков на вторичной обмотке. катушка, как на его первичной обмотке. Мы можем выразить это как 𝑁𝑁=15.inputoutput

Отсюда мы видим, что 𝑉𝑉=15,вводвывод где 𝑉 — разность потенциалов на катушке.

Это можно записать как 𝑉=15×𝑉.inputoutput

Мощность 𝑃 в каждой катушке одинакова и определяется выражением 𝑃=𝑉𝐼, где 𝐼 — ток в катушке.

Это означает, что 𝑉×𝐼=𝑉×𝐼.inputinputoutputoutput

Подставляя выражение для 𝑉input в это уравнение, мы имеем 15×𝑉×𝐼=𝑉×𝐼.outputinputoutputoutput

Мы можем разделить обе части этого уравнения на 𝑉выход. Тогда у нас есть 15×𝐼=𝐼.вводвывод

Вопрос гласит, что ток во входной катушке 20 А.

Тогда ток в выходной катушке определяется выражением 15×20=𝐼205×=𝐼𝐼=4.AAAвыходвыводвыводвывод

Пример 3. Определение числа витков первичной обмотки трансформатора

Понижающий трансформатор изменяет разность потенциалов переменный ток от 10‎ ‎000 В до 250 В. Если в нем 25 витков его вторичная катушка, сколько витков у него на первичной катушке?

Ответ

Отношение количества витков 𝑁 во входной и выходной катушках трансформатора такое же, как отношение разности потенциалов, 𝑉, через эти катушки. Это означает, что 𝑁𝑁=𝑉𝑉.inputoutputinputoutput

В вопросе указана разность потенциалов на каждой катушке. Отношение этих разностей потенциалов можно определить: 𝑉𝑉=10000250𝑉𝑉=40.inputoutputinputoutput

Тогда мы видим, что 𝑁𝑁=40.вводвывод

В вопросе указано, что 𝑁выход равен 25. Тогда мы видим, что 𝑁25=40.input

𝑁input можно сделать предметом этого уравнение, поэтому мы видим, что 𝑁=25×40𝑁=1000.inputinput

Давайте теперь обобщим то, что было изучено в этом объяснителе.

Ключевые моменты

• Трансформатор использует электромагнитную индукцию для передачи энергии между соленоидами, которые не связаны друг с другом в электрическом схема.
• Трансформатор состоит из двух соленоидов, соединенных сердечником из намагничиваемого вещества.
• Изменение тока в одном из соленоидов (называемом входной катушкой) в трансформатор производит ток в другом соленоиде (называемом выходным катушка).
• Для идеально эффективного трансформатора мощность двух соленоидов равна равный. Следовательно, 𝑉×𝐼=𝑉×𝐼,вводвводвыводвыводвывод где 𝑉 и 𝐼 — разности потенциалов и токи на входе и выходные катушки трансформатора.
• Для идеально эффективного трансформатора отношение числа витков, 𝑁, во входной и выходной катушках трансформатора такое же, как отношение разности потенциалов 𝑉 на этих катушках. Следовательно, 𝑁𝑁=𝑉𝑉.inputoutputinputoutput
• Трансформатор, для которого 𝑉>𝑉выходввод называется повышающим трансформатором.
• Трансформатор, для которого 𝑉𝑉выводввод называется понижающим трансформатором.
• Когда электричество передается на большие расстояния по проводу, Для уменьшения тока можно использовать повышающие трансформаторы. передано. Чем меньше передаваемый ток, тем меньше энергии рассеивается проводом.

Базовая электроника — трансформаторы, повышающие и понижающие трансформаторы

В предыдущих статьях мы узнали о резисторах, конденсаторах и катушках индуктивности. При обсуждении катушек индуктивности мы говорили о взаимной индуктивности, которая является результатом магнитной связи между двумя катушками индуктивности. Если две катушки индуктивности используются в цепи для работы в качестве «катушек индуктивности», эта взаимная индуктивность или любая магнитная связь между двумя катушками индуктивности, как правило, нежелательны. Однако магнитная связь между двумя индукторами может быть полезной. Трансформатор является одним из таких электрических и электронных устройств, в котором используется магнитная связь между индукторами.

Электромагнитная индукция
Если два провода расположены близко друг к другу и по одному из них течет переменный ток, то ток индуцируется и в другом проводе. Если вместо проводов две катушки имеют общую ось, индуцируемый ток будет значительно выше. Ток индуцируется от одного провода или катушки к другому при прохождении флуктуирующего тока в одном из них за счет магнитной связи между ними. Это явление называется электромагнитной индукцией. Если по проводу или катушке протекает переменный ток, в другом проводе или катушке индуцируется переменный ток той же частоты и той же формы волны. Электромагнитная индукция намного заметнее в катушках или индукторах по сравнению с прямыми проводами. Не только ток может индуцироваться в одной катушке из другой, но переменный ток также может увеличиваться или уменьшаться в других катушках за счет изменения числа их витков.

Трансформатор — это просто пара катушек индуктивности, которые намотаны таким образом, чтобы между ними была максимальная магнитная связь. Трансформаторы используются для повышения или понижения переменного напряжения/тока. Поскольку электромагнитная индукция возникает только при флуктуирующих или переменных токах, трансформаторы также используются для изоляции постоянного тока электронных цепей, где трансформаторы пропускают только переменное напряжение через одну цепь в другую. Трансформаторы также используются для согласования импеданса между различными цепями или цепью с ее нагрузкой. Они также используются для соединения симметричных и несимметричных цепей, нагрузок и систем обратной связи.

Катушка или индуктор, в котором проходит ток источника, называется первичной обмоткой или просто первичной. Катушка или индуктор, в котором индуцируется ток, называется вторичной обмоткой, или просто вторичной. Повышающий трансформатор имеет более высокое вторичное напряжение, чем его первичное напряжение. Понижающий трансформатор имеет более низкое вторичное напряжение, чем его первичное напряжение. Как и в идеальном трансформаторе, электрическая мощность должна сохраняться (согласно закону сохранения энергии), в повышающем трансформаторе вторичный ток меньше первичного тока, а в понижающем трансформаторе вторичный ток выше первичного тока.

Коэффициент связи
Величина общего магнитного потока, связанного с другой катушкой, по сравнению с полным магнитным потоком в катушке называется коэффициентом связи. Он определяется как отношение количества линий магнитного потока, общих между двумя катушками (катушками индуктивности), к количеству линий магнитного потока в катушке. Коэффициент связи обозначается буквой «К». Его значение может принимать значения от 0 до 1. Если две катушки имеют идеальную магнитную связь, их коэффициент связи будет равен 1. Если две катушки идеально экранированы друг от друга, их коэффициент связи будет равен 0. Таким образом, коэффициент связи — это способ квантования магнитной связи между двумя катушками. В идеальном трансформаторе коэффициент связи между первичной и вторичной обмотками должен быть равен 1. То есть они должны быть идеально магнитно связаны. Чем лучше магнитно связаны катушки, тем эффективнее будет электромагнитная индукция между ними.

Коэффициент трансформации
Коэффициент трансформации трансформатора представляет собой отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке. Это соотношение играет важную роль в определении наведенного напряжения и тока во вторичной обмотке от первичной. Следующее уравнение дает соотношение витков:

Коэффициент витков = N _P /N _s
Где,
N _P = количество витков в первичной обмотке
N _S = количество витков во вторичной обмотке

Коэффициент напряжения
Коэффициент напряжения трансформатора представляет собой отношение напряжения, индуцированного во вторичной обмотке, к напряжению в первичной обмотке. Следующее уравнение дает напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке:

В _S = N _S dΦ _M /dt
Где
В _S = Напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке Число витков вторичной обмотки
Φ _M = Магнитный поток, индуцируемый во вторичной обмотке
dΦ _M /dt = Скорость изменения магнитного потока во вторичной обмотке

Следующее уравнение дает магнитный поток, индуцируемый во вторичной обмотке:
Φ _M = ∫(V _P /N _P ). dt
Где,
В _P = Напряжение первичной обмотки
Н _P = Число витков первичной обмотки

Если предположить, что существует идеальная магнитная связь между первичной и вторичной обмотками, то коэффициент связи будет равно 1. Тогда, дифференцируя уравнение для магнитного потока во вторичной катушке, получим следующее уравнение:

dΦ _M /dt = d(∫(V _P /N _P ).dt)/dt
= V _P /N _P

Подставляя приведенное выше уравнение, получаем:
V _S = N _S * V _P /N _P

Следовательно,
V _S /V _P = N _S /V _P = N _S /V _P = N _S /V . , индуцированное напряжение во вторичной обмотке по отношению к напряжению в первичной обмотке напрямую связано с коэффициентом трансформации трансформатора. Если во вторичной обмотке больше витков, чем в первичной, то вторичное напряжение будет во столько же раз больше, чем первичное. Такой трансформатор будет повышать переменное напряжение. Если вторичная катушка имеет меньшее количество витков по сравнению с первичной, вторичное напряжение будет меньше первичного напряжения в том же отношении. Такой трансформатор будет понижать напряжение переменного тока.

Таким образом, просто обеспечив идеальную магнитную связь между двумя индукторами, переменное напряжение можно точно повысить или понизить, просто намотав первичную и вторичную катушки до заданного соотношения числа витков.

Коэффициент трансформации по току
Поскольку коэффициент трансформации трансформатора по напряжению связан с его коэффициентом трансформации, коэффициент трансформации по току также может быть определен через коэффициент трансформации. Если предположить, что это идеальный трансформатор, состоящий из идеальных катушек индуктивности, магнитно связанных с коэффициентом связи, равным 1, то в трансформаторе не должно быть внутренних потерь. Тогда по закону сохранения энергии мощность, наводимая во вторичной обмотке, должна быть равна мощности, подводимой к первичной.

P _S = P _P
Где,
P _S = электрическая мощность, индуцируемая во вторичной обмотке due to perfect magnetic coupling

Therefore,
I _S V _S = I _P V _P
I _S /I _P = V _P /V _S
I _S /I _P = N _P /N _S

Где,
I _S = ток во вторичной обмотке
I _P = ток в первичной обмотке

Мы видим, что коэффициент тока идеального трансформатора равен его витку коэффициент, а его коэффициент напряжения равен обратному коэффициенту его витка. Напомним, что эти уравнения выведены при условии, что первичная и вторичная обмотки трансформатора являются идеальными индукторами, т. е. не имеют рабочих потерь, и между первичной и вторичной обмотками имеется идеальная магнитная связь. В таком случае, когда к вторичной обмотке не подключена цепь нагрузки, трансформатор должен вести себя как идеальный индуктор, а ток в первичной обмотке должен быть 90 градусов не совпадают по фазе с первичным напряжением.

Коэффициент полезного действия трансформатора
Коэффициент полезного действия трансформатора определяется как процентное отношение электрической мощности, индуцированной во вторичной обмотке, к электрической мощности, подводимой к первичной обмотке, как видно из следующего уравнения:

КПД Коэффициент = (P _S /P _P )*100

В идеальном трансформаторе коэффициент полезного действия должен составлять 100 процентов, или мощность, индуцируемая во вторичной обмотке, должна быть равна мощности, подаваемой на первичную обмотку. В таком случае мощность, подаваемая на первичную обмотку, должна передаваться на вторичную обмотку без каких-либо рабочих потерь. Это возможно только в том случае, если между первичной и вторичной обмотками существует идеальная магнитная связь, а первичная и вторичная катушки являются идеальными индукторами, т. Е. Имеют чисто индуктивный импеданс.

Практически существуют резистивные потери в катушках индуктора и рабочие потери из-за гистерезиса и вихревых токов в сердечнике индуктора. Также невозможно добиться коэффициента связи между катушками, точно равного 1. Вот почему мощность, индуцируемая во вторичной катушке, всегда меньше мощности, подаваемой в первичную катушку. Таким образом, КПД всегда меньше 100 процентов. Силовые трансформаторы имеют коэффициент полезного действия от 80 до 90 процентов. Большинство других трансформаторов имеют гораздо меньший коэффициент полезного действия. Даже если на вторичной обмотке подключить чисто реактивную нагрузку, в трансформаторе будут рабочие потери из-за резистивных потерь в катушках. Практически ни осуществимо, ни экономически нецелесообразно проектировать высокоэффективные трансформаторы. Тем не менее производители стараются изо всех сил добиться максимального КПД.

Коэффициент передачи импеданса
Импеданс – это эффективное сопротивление цепи или компонента переменному току, объединяющее омическое сопротивление и реактивное сопротивление. Коэффициент передачи полного сопротивления трансформатора определяется как отношение полного сопротивления первичной обмотки к полному сопротивлению вторичной обмотки. Это важный фактор, когда трансформатор используется для соединения цепей переменного тока. Он определяется следующим уравнением:

Коэффициент передачи импеданса = Z _P /Z _S
= (V _P /I _P )/(V _S /I _S )
= (V _P /V 9028)208*08 9028 S /I _P )
= (N _P /N _S ) ²

Если сопротивление нагрузки на вторичной обмотке увеличивается или уменьшается, полное сопротивление на первичной обмотке также увеличивается или уменьшается пропорционально квадрату передаточного отношения и наоборот. Следовательно, используя трансформатор с заданным коэффициентом трансформации для соединения двух цепей переменного тока, можно согласовать импеданс двух цепей. Предположим, что для правильной работы цепи требуется определенный импеданс нагрузки, но ее фактический импеданс может отличаться от импеданса источника питания из-за рабочих потерь. Затем можно использовать трансформатор с подходящим коэффициентом трансформации для соединения источника питания и схемы, чтобы согласовать их фактические импедансы. Это называется согласованием импеданса.

Соотношение фаз в трансформаторе
Напряжение во вторичной обмотке либо совпадает по фазе, либо не совпадает по фазе на 180 градусов относительно напряжения в первичной обмотке в зависимости от направления обмотки вторичной обмотки или от того, как указана обмотка вторичной обмотки. в цепи. Если вторичная обмотка намотана в таком направлении и отсчете, что ток в ней течет в направлении, противоположном направлению тока в первичной, то первичное напряжение и вторичное напряжение совпадают по фазе, т. е. они не имеют разности фаз. .

Например, если ток течет по часовой стрелке в первичной обмотке, а вторичная обмотка намотана и отрегулирована таким образом, что индуцированный ток течет во вторичной обмотке против часовой стрелки, то первичное и вторичное напряжения будут равны в фазе. Точно так же, если ток течет в направлении против часовой стрелки в первичной катушке, а вторичная катушка намотана и отрегулирована так, что индуцированный ток течет во вторичной катушке в направлении по часовой стрелке, то первичное и вторичное напряжения также будут в фазе.

Если вторичная обмотка намотана и настроена таким образом, что ток как в первичной, так и во вторичной обмотках течет в одном направлении, то первичное и вторичное напряжения будут сдвинуты по фазе на 180 градусов. Например, если вторичная обмотка намотана и отрегулирована таким образом, что и в первичной, и во вторичной обмотках ток течет по часовой стрелке или против часовой стрелки, первичное и вторичное напряжения будут сдвинуты по фазе на 180 градусов. Следует отметить, что разность фаз между током и напряжением во вторичной обмотке будет сохраняться такой же, как разность фаз между током и напряжением в первичной обмотке.

Реактивное сопротивление
Если две цепи переменного тока, подключенные через трансформатор, не имеют реактивного сопротивления (они являются чисто резистивными), их полное сопротивление легко согласовать путем выбора подходящего коэффициента трансформации. Однако, когда цепи имеют некоторое реактивное сопротивление, импеданс становится функцией частоты сигнала, и две цепи не могут быть точно согласованы по импедансу. Поэтому всякий раз, когда цепи переменного тока с некоторым реактивным сопротивлением подключаются через трансформатор, важно компенсировать их реактивное сопротивление. Поскольку индуктивное и емкостное реактивное сопротивление противоположны друг другу, индуктивное реактивное сопротивление цепи можно компенсировать путем последовательного подключения подходящего конденсатора перед подключением его к трансформатору.

Аналогичным образом, если цепь имеет емкостное реактивное сопротивление, ее можно нейтрализовать путем последовательного подключения соответствующей катушки индуктивности перед подключением ее к трансформатору. Некоторое небольшое реактивное сопротивление может быть допустимо в низкочастотных цепях. Однако в высокочастотных радиоцепях согласование импедансов должно быть практически идеальным. Можно добиться почти идеального согласования импеданса, используя схемы подавления реактивного сопротивления с обеих сторон и используя регулируемое согласование импеданса.

Трансформаторы со средним отводом
Любой трансформатор представляет собой двухпортовое устройство, имеющее как минимум четыре клеммы. Тем не менее, большинство коммерческих трансформаторов имеют центральные отводы. Центральные отводы представляют собой электрические соединения между концами обмотки. Они могут быть на одной или обеих первичной и вторичной обмотке. Средние отводы делят число витков обмотки на целые коэффициенты и позволяют получать напряжения в долях от максимального выходного напряжения. Например, если центральный отвод разделяет вторичную обмотку на две половины, половина выходного напряжения может проходить между одним концом и центральным отводом обмотки. Если центральный отвод используется в качестве земли, между центральным отводом и другими концами обмотки могут возникать симметричные напряжения. Точно так же можно разделить напряжение питания, обеспечив отводы от центра первичной обмотки.

Неидеальные электрические свойства трансформаторов
Как и любые другие электрические и электронные компоненты, трансформаторы тоже не идеальны. Трансформаторы имеют несколько неидеальных характеристик. Вот некоторые из наиболее важных, неидеальных характеристик:

Поток рассеяния – Никогда не бывает идеальной связи между первичной и вторичной обмотками. На самом деле невозможно достичь коэффициента связи, который может быть точно равен 1. Магнитный поток, который не является общим для обеих обмоток, называется потоком рассеяния. Из-за потока рассеяния в первичной обмотке возникает самоиндукция, и на первичной обмотке индуцируется некоторое индуктивное напряжение, противоположное напряжению питания.

Реактивное сопротивление рассеяния – В обеих обмотках имеется небольшая индуктивность рассеяния. Эта индуктивность вызывает некоторое реактивное сопротивление на обеих катушках, которое называется реактивным сопротивлением рассеяния. Реактивное сопротивление рассеяния действует как нежелательная индуктивность, последовательно соединенная с катушками трансформатора. Из-за этих индуктивностей рассеяния на обеих катушках возникает некоторое падение напряжения. Падение напряжения увеличивается по мере увеличения тока через катушки трансформатора, и больше мощности потребляется на вторичной обмотке.

Сопротивление катушки — Катушки имеют некоторое сопротивление, которое служит внутренним сопротивлением трансформатора. Эти внутренние сопротивления появляются на обеих катушках и действуют как последовательное сопротивление катушек трансформатора. Из-за внутренних сопротивлений на обеих катушках возникает вторичное падение напряжения.

Паразитная емкость – Паразитная емкость появляется на катушках трансформатора из-за немного разных уровней напряжения витков катушки. Эти емкости появляются на обеих катушках и моделируются как конденсаторы, параллельные катушкам. На низких частотах паразитная емкость не оказывает существенного влияния, но на высоких частотах эта емкость может резонировать с индуктивностью рассеяния. Это изменяет ожидаемое поведение трансформатора вблизи резонансной частоты.

Взаимная емкость — Между двумя катушками трансформатора также имеется некоторая емкость. Это моделируется как взаимная емкость, подключенная между катушками трансформатора. Существует также некоторая взаимная емкость между катушками и сердечником, катушками и экраном, катушками и шасси.

Потери в сердечнике – Имеются внутренние (силовые) потери из-за вихревых токов и гистерезиса в сердечнике трансформатора. Чтобы свести к минимуму эти потери, сердечник часто ламинируется в листы, чтобы можно было избежать круговых вихревых токов.

Можно ли использовать понижающий трансформатор для повышения?
Соотношение числа витков первичной и вторичной обмоток делает трансформатор повышающим или понижающим. Итак, можем ли мы не использовать понижающий трансформатор для повышения напряжения переменного тока, просто поменяв местами соединения или наоборот. Это кажется очевидным, но это невыполнимо. Вторичная обмотка трансформаторов имеет низкий импеданс. Это делается для максимального повышения КПД трансформатора и минимизации эксплуатационных потерь. Если соединения поменять местами, чтобы использовать вторичную обмотку в качестве первичной, через нее будет протекать большой импульсный ток, который может необратимо повредить трансформатор или вызвать короткое замыкание.

Во-вторых, обе обмотки имеют соответствующие номиналы напряжения. При попытке использовать понижающий трансформатор в качестве повышающего или наоборот номинальное напряжение другой обмотки будет опасно превышено. Это может даже привести к возгоранию или взрыву трансформатора.

Таким образом, при использовании трансформатора важно позаботиться о следующих вопросах –

• Всегда используйте первичную обмотку в качестве первичной, а вторичную обмотку в качестве вторичной. Невозможно поменять местами соединения для использования повышающего трансформатора в качестве понижающего или наоборот из-за разных значений импеданса двух катушек.
• Никогда не превышайте номинальное напряжение катушек трансформатора. Любое избыточное напряжение может привести к необратимому повреждению катушек или сердечника трансформатора.