Трансформатор с двумя катушками: Трансформатор с двумя катушками — Все промышленные производители

Содержание

как соединить две первичные и две вторичные обмотки трансформатора

Как соединить две первичные и две вторичные обмотки трансформатора

Типичный понижающий трансформатор с двумя первичными (Primary) и двумя вторичными (Secondary) обмотками, представлен на изображении.

Темная точка обозначает начало  обмотки (идентичную полярность обмоток в данной точке)

Объединяя обмотки первичные между собой, мы тем самым назначим применение трансформатору либо в сети с напряжением переменного тока — 110 -120 vv, либо в сети переменного тока 220 — 240 vv .

Объединяя   вторичные обмотки трансформатора и в зависимости от схемы объединения, мы тем самым определяем какое схемное решение будет использовать ту или иную схемы объединения вторичных обмоток трансформатора.

Манипулируя способом объединения между собой первичных и между собой вторичных обмоток трансформатора мы можем увеличить или уменьшить выходное напряжение или мощность. А также пределы входного напряжения.

Как соединить две первичные и две вторичные обмотки трансформатора

Типовое соединение первичных обмоток

трансформатора показано на изображении с лева.

При параллельным (Parallel) соединении, напряжение питания параллельно соединенных первичных обмоток трансформатора останется неизменным в нашем примере 120 v.

В случае же последовательного (Series) соединения, напряжение питания удвоится. При таком соединении мы сможем подать, теперь уже на одну обмотку общую 240v напряжения.

 

Типовое соединение вторичных обмоток трансформатора.

1.Первый вариант — это когда используем как есть . Каждая вторичная обмотка трансформатора запитывает свою нагрузку.

2. Второй вариант — это последовательное соединение вторичных обмоток трансформатора.

В итоге мы получим удвоенное напряжение на выходе 2*12.

Мы получим выходное напряжение 24v при тех же токах, что и в схеме независимой работы вторичных обмоток.

 

 

3. Третий вариант

— это схема со средней точкой. Этот вариант применим в схемах  с двуполярным питанием.

4. Четвертый вариант — это параллельное соединение вторичных обмоток трансформатора. Такая схема увеличивает в двое выходной ток. Увеличивает выходную мощность , напряжение остается прежним.

Как соединить две первичные и две вторичные обмотки трансформатора. Трансформаторы с двойными обмотками перевичными и двойными обмотками вторичными, имеют хорошую универсальность, что дает возможность их использования в различных схемных решениях.

Один из таких трансформаторов, с двумя первичными обмотками на напряжение 115 v (2*115v) и двумя вторичными обмотками на напряжение 12 v (2*12v)  номинальной мощностью 8va , предназначенный для использования в цепях переменного тока 50-60gz — Трансформатор 2x115V 2x12V 8VA 50-60hz, смотреть Здесь.

Post Views: 29 297

эквивалентная схема, важные часто задаваемые вопросы

FAQ и Проблемы взаимной индуктивности

Источник изображения: «Катушка» by cpradi под лицензией CC BY 2.0

Содержание

Как в трансформаторе используется взаимная индуктивность?

Трансформатор взаимной индуктивности«SEM Filament Transformer» от hslphotosync под лицензией CC BY-SA 2.0

Трансформатор состоит из двух типов обмоток.

  • Первичная обмотка.
  • Вторичная обмотка.

По принципу взаимной индуктивности всякий раз, когда изменяется ток в первичной катушке, изменяется ток во вторичной катушке. Переменный ток в первичной катушке создает переменный магнитный поток в сердечнике. Этот магнитный поток в сердечнике индуцирует переменное напряжение во вторичной обмотке; таким образом, в трансформаторе применяется взаимная индуктивность.

Формула взаимной индуктивности

Формула взаимной индуктивности для любых двух катушек индуктивности: где phi — магнитный поток, создаваемый в одной катушке, а i — ток через другую катушку, благодаря которому создается магнитный поток.

Что такое самоиндукция и взаимная индуктивность?

Самоиндукция — это свойство катушки индуктивности, для которого она противодействует любому изменению тока. Если имеется две или более катушек, то любое изменение тока, проходящего через одну катушку, вызывает ЭДС в других катушках. Это взаимная индукция. Взаимная индуктивность — это эффект взаимной индукции.

Каков эффект взаимной индуктивности?

Основное влияние взаимной индуктивности заключается в том, что изменение тока в одной катушке приведет к возникновению ЭДС в другой катушке.

Какова формула взаимной индуктивности двух катушек между ними?

Взаимная индуктивность двух соленоидов

Взаимная индуктивность двух соленоидов,

Где,

        µo = проницаемость свободного пространства (4π x 10-7).

        µr = относительная проницаемость железного сердечника.

        N1 и н2 = количество витков катушки в двух катушках.

        A = площадь поперечного сечения.

        ℓ = длина катушки.

Что такое индуктивность и взаимная индуктивность?

Индукция — это свойство катушки индуктивности, благодаря которому они противодействуют любому изменению тока в ней, а взаимная индуктивность является причиной того, что ЭДС индуцируется в одной катушке для изменения тока в другой близко расположенной катушке.

Каковы свойства взаимности взаимной индуктивности?

Свойство взаимности взаимной индуктивности говорит, что M12 = М21, т.е. нет индивидуальной взаимной индуктивности двух катушек и взаимная индуктивность будет одинаковой для двух.

Чтобы узнать больше о взаимной индуктивности нажмите сюда

Каковы электрические характеристики емкости, индуктивности и взаимной индуктивности 40 метров размотанного трехжильного удлинительного кабеля 3 кв. Мм, медного гибкого провода?

Как правило, 3 удлинителя сердечника имеют значение индуктивности 1 мГн / метр. Таким образом, мы можем сделать следующие выводы:

  • Взаимная индуктивность может достигать 0.8 микрогенри / метр, потому что провода расположены рядом друг с другом.
  • Его диаметр может составлять около 0.7 мм, а расстояние между ними составляет около 0.5 мм.
  • Диэлектрическая проницаемость имеет приблизительное значение 2 (немного воздуха, немного пластика). Следовательно, емкость составляет около 20 пФ.

Что вы имеете в виду под собственной индуктивностью и взаимной индуктивностью? Найти связь между ними, определив коэффициент связи?

Ток, проходящий через катушку, генерируемую ее собственным магнитным полем, известен как самоиндукция, и, наоборот, ток, протекающий в одной катушке из-за влияния магнитного поля в другой катушке, называется взаимной индуктивностью.

Дробная часть магнитного потока, генерируемого током в одной катушке, которая связана с другой катушкой, известна как коэффициент связи и обычно обозначается (k).

Где k = коэффициент связи.

M = взаимная индуктивность между двумя катушками.

L1, L2 = собственная индуктивность двух катушек.

Когда взаимная индуктивность между двумя катушками равна нулю?

Предположим, одна катушка размещена на одном плече сердечника. Другая катушка может быть намотана таким образом, чтобы половина витков была направлена ​​по часовой стрелке, а другая половина — против часовой стрелки. Магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой одной половины катушки, компенсируется магнитным потоком второй половины катушки. Следовательно, общее влияние первичной стороны на вторичную сторону равно нулю, и взаимная индуктивность также равна нулю.

Как изолировать две катушки, чтобы предотвратить взаимную индуктивность?

Изоляция может быть выполнена двумя способами для предотвращения взаимной индуктивности:

  • При намотке катушек в противоположных направлениях первая катушка влево или против часовой стрелки, вторая катушка вправо или по часовой стрелке.
  • Поместив одну прохладу поверх PWB (печатной монтажной платы)
  • Расположив их под углом 90 градусов друг к другу

Почему самоиндукция и взаимная индуктивность идеального трансформатора бесконечны?

Говорят, что идеальный трансформатор имеет бесконечную магнитную проницаемость. Таким образом, самоиндукция и взаимная индуктивность впоследствии становятся бесконечными.

Как добиться нулевой индуктивности?

Нулевая индуктивность может быть достигнута с помощью процесса, называемого неиндуктивной привязкой. Резисторы в блоке сопротивлений изготовлены из манганиновой проволоки. Проволока необходимой длины сгибается посередине и затем наматывается на бобину. Два конца провода припаяны к двум концам зазора, если провод сложен вдвое и намотан таким образом, ток течет по часовой стрелке в одном наборе витков, но против часовой стрелки в другом наборе витков. Таким образом, эффекты индуктивности компенсируются. Итак, это называется неиндуктивной обмоткой.

Найти взаимную индуктивность двух концентрических копланарных катушек?

Предположим, что две концентрические копланарные катушки радиусом R и r, где R> r, ток = i. Следовательно, магнитное поле в центре = μ0i / 2R

Поток через внутреннюю катушку = μ0i / 2R x πr2

Следовательно, взаимная индуктивность M = поток / ток = μ.0πr2/ 2R

Может ли взаимная индуктивность быть отрицательной?

Порядок величины взаимной индуктивности никогда не может быть отрицательным, однако ее знак может быть отрицательным или положительным в зависимости от полярности наведенной ЭДС и направления наведенного тока.

Что такое ток намагничивания?

Трансформаторы потребляют постоянный ток от источника питания для создания магнитного потока. Он известен как ток намагничивания. Это не зависит от характера нагрузки.

Что может случиться, если трансформатор выйдет из строя?

Неисправность трансформатора может вызвать отключение электроэнергии во всей зоне подачи питания. Масло, используемое в сердечнике трансформатора, может увеличить риск возгорания.

Определите автотрансформатор.

Автотрансформатор — это устройство с одинаковой обмоткой для первичной и вторичной обмоток, в отличие от изолирующих трансформаторов.

Что такое однофазный и трехфазный трансформатор?

Если трансформатор работает от однофазной сети, то он называется однофазным трансформатором. Точно так же трансформаторы рабочие при трехфазном питании называются трехфазными трансформаторами.

Проблема цепи взаимной индуктивности — Связанные с трансформатором взаимной индуктивности | Анализ взаимной индуктивности сетки

Найдите входное сопротивление и ток, проходящий через катушку, подключенную к напряжению питания в схеме ниже. Z1 = 60 — j100 Ом, Z2 = 30 + j40 Ом и сопротивление нагрузки ZL = 80 + j60 Ом. Напряжение питания = 50∠60, взаимная индуктивность = j5 Ом, полное сопротивление первичной обмотки = j20 Ом, полное сопротивление вторичной обмотки = j40 Ом. 

Предположим, что входной импедансный ток равен i1 и отраженный импедансный ток равен i2. Оба движутся по часовой стрелке.

Мы знаем, входное сопротивление,

Подставляя все заданные значения, мы получаем,

Входной импеданс, ток i1 = V / Zin = 50∠60 / 84∠-45 = 0.6∠105

Формула трансформатора взаимной индуктивности

В идеальном трансформаторе нет потерь мощности. Итак, входная мощность = выходная мощность.

or

Следовательно,

Поскольку напряжение прямо пропорционально ном. витков в катушке.,
мы можем писать,

Если V2>V1, то преобразователь называется повышающий трансформатор.
Если V2 Шаг вниз трансформатор .

Численные задачи | Пример проблемы взаимной индуктивности

Если 2 коаксиальных соленоида построены с использованием обмотки тонким изолированным проводом по трубе с поперечным сечением A = 10 см2 и L = 20 см, и если один соленоид имеет 300 витков, а другой — 400 витков, вычислите взаимные индуктивности между ними.

Подробное решение:

Мы знаем, взаимная индуктивность двух коаксиальных соленоидов =

Проблема самоиндукции и взаимной индуктивности

Два соленоида (одинаковой длины) s1 и с2 имеют соотношение площадей 3: 4 и количество витков 5: 6. Если самоиндукция s1 составляет 10 мГн, найти взаимную индуктивность соленоидов.

Подробное решение:

Самоиндукция s1,

Взаимная индуктивность,

Итак, M = 8/5 x L = 16 мГн

Комбинация индукторов с взаимной индуктивностью | Три последовательно включенных индуктора с взаимной индуктивностью

Q. Найдите общую индуктивность трех последовательно соединенных взаимно связанных катушек с L1 = 2 H, L2 = 4 H, L3 = 6 H и M12 = 1 Н, М23 = 2 Н, М13 = 1 Н

Подробное решение:

Полная индуктивность катушки1 = L1 + М12 — МИСТЕР13 = 2 Н

Полная индуктивность катушки2 = L2 + М12 — МИСТЕР23 = 3 Н

Полная индуктивность катушки3 = L3 — МИСТЕР13 — МИСТЕР23 = 3 Н

Следовательно, всего = 2 + 3 + 3 = 8 H

MCQ на индукторе

1. Если в индукторе с железным сердечником удалить железный сердечник, чтобы сделать его воздушным сердечником, индуктивность будет равна
  1. Еще              б. Меньше                 c. То же d. Недостаточные данные

Подробное решение:

Индуктивность индуктора с железным сердечником = μ0μrN2A / l, где μr относительная проницаемость железного сердечника.

Если железный сердечник удален, индуктивность индуктора с воздушным сердечником = μ.0N2А / л

μr> 1, поэтому при удалении железного сердечника индуктивность уменьшается.

2. Если ток в одной катушке стабилизируется, что произойдет с взаимной индуктивностью?
  1.   0           б. ∞ c. Дважды д. половина.

Подробное решение:

При изменении магнитного потока индуцируется ток. Индуцированный ток в другой катушке равен «0», если ток стабилизируется в одной катушке. Итак, ответ — 0.

3. Вычислите значение x, если взаимная индуктивность равна 20 Генри, индуктивность катушки 1 равна x Генри, а индуктивность катушки 2 равна 8 Генри, предположим, что коэффициент связи равен 5.
  1.  2 HЭнри.        б) 4 Генри. в) 6 Генри. г) 8 Генри.

Подробное решение:

Мы знаем, что M = k√L1L

20 = 5√8x, поэтому x = 2 H

4. Имеются два длинных коаксиальных соленоида одинаковой длины l. Внутренняя и внешняя катушки имеют радиус r1,r2 и нет. витков на единицу длины n1, N2. Затем рассчитайте отношение взаимной индуктивности / самоиндукции внутренней катушки.
  1. n2/n1          б. (п2/n1)(р22/r12) c. (п2/n1)(р1/r2) d. п1/n2

Подробное решение:

Взаимная индуктивность M = μ0NpNsAs/lp где p обозначает параметры первичной обмотки, а s обозначает параметры вторичной обмотки.

Следовательно, M = μ0 n1lxn2лк A2/ l = μ0n1n2A2l

Самоиндукция L2 внутренней катушки = μ0n22A2/l

Итак, соотношение M / L2 = п2/n1

5. Две круглые катушки расположены в трех положениях, показанных ниже. Их взаимная индуктивность будет максимальной в какой из схем расположения.
  1. В (i)             б. В (ii) c. В (iii) d. Во всем одинаково

Подробное решение:

Взаимная индуктивность M = ϕi, где ϕ — поток, проходящий через одну катушку за счет тока i в другой катушке, и поток ϕ = BA, где B — вектор магнитного поля, A — вектор площади, а B и A параллельны в (i) но перпендикулярно в (ii) и (iii). Итак, магнитный поток и взаимная индуктивность максимальны в (i).

MCQ на трансформаторе взаимной индуктивности, связанном с

1. Номинальные параметры трансформатора измеряются в _____________.

а) кВт

б) кВАр

в) HP

г) кВА

Подробное решение:

Есть два вида потерь в трансформаторе: потери в меди и потери в сердечнике. Потери в меди зависят от тока, проходящего через обмотку, а потери в сердечнике зависят от напряжения. Таким образом, мощность трансформатора указывается в кВА.

2. Что трансформирует трансформатор?

а) частота

б) текущий

c) мощностью

г) напряжение

Подробное решение:

напряжение и ток изменяются в трансформаторе. Таким образом, мы можем сказать, что власть трансформируется.

3. Добавляем ___________, чтобы преобразовать идеальный трансформатор в настоящий трансформатор.

а) Сопротивление первичной обмотки и сопротивление вторичной обмотки.

б) Реактивное сопротивление утечки первичной обмотки и реактивное сопротивление утечки вторичной обмотки.

c) Первичная обмоткасопротивление, утечка-реактивность, и 2nd обмоткареактивное сопротивление утечки.

г) Не могу решить.

Подробное решение:

Сопротивления первичной и вторичной обмоток вместе с реактивным сопротивлением утечки соединены в цепи как последовательные параметры.

4. Однофазный трансформатор мощностью 250 кВА, 11000 В / 415 В, 50 Гц. Найдите первичный ток.

а) 602.4А

б) 602.4А

в) 22.7АТ. пл.

г) 11.35А

Подробное решение:

Первичный ток — это отношение мощности трансформатора к первичному напряжению. Таким образом, первичный ток = мощность / напряжение = 250000/11000 = 22.7 А.

5. Трансформатор 100 кВА с R = 700 Ом и L = 1.2 Гн может работать как на частотах 60, так и 50 Гц. Для того же рейтинга результат будет выше в

а) 60 Гц

б) 50 Гц

в) то же самое в обоих

г) недостаточно данных

Подробное решение:

На частоте 60 Гц,

реальная мощность трансформатора =

На частоте 50 Гц,

реальная мощность трансформатора =

Следовательно, для частоты 50 Гц выходная мощность выше.

6. Два однофазных трансформатора подключены параллельно. Какой из вариантов правильный?

а) Они должны иметь одинаковую эффективность.

б) Они должны иметь номинальную мощность.

в) Они должны иметь одинаковую полярность.

г) У них должно быть одинаковое количество витков вторичной обмотки.

Подробное решение:

Различный КПД, разная номинальная мощность или неравное количество витков в катушках не влияют на тип соединения в трансформаторах. Единственное требование для параллельного подключения — полярность обмоток должна быть одинаковой.

7. Какие факторы влияют на КПД трансформатора?

а) Ток нагрузки.

б) Частота подачи.

в) Коэффициент мощности нагрузки.

d) И A, и C опцию.

Подробное решение:

Эффективность трансформатора — это соотношение мощности o / p и мощности I / p. Для обоих расчетов нам необходимо знать значения коэффициента мощности и тока нагрузки.

8. Какой из них будет иметь максимальное количество ходов?

а) Первичная обмотка.

б) Вторичная обмотка.

в) Обмотка высокого напряжения.

г) Обмотка низкого напряжения.

Подробное решение:

Мы знаем, что напряжение прямо пропорционально номеру. оборота в катушке. Следовательно, обмотка высокого напряжения имеет наибольшее количество витков.

9. Что из следующего является правильным соотношением между напряжением, приложенным к первичной обмотке трансформатора (V), и индуцированной в ней ЭДС (E)?

а) V = E

b) E = √2Vcos ωt

в) V = √2Ecos ωt

г) E = Vcos ωt

Подробное решение:

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.

10. Соотношение количества витков первичной обмотки и вторичной обмотки трансформатора равно n, тогда каково будет соотношение их импедансов?

а) Zp = Zs/n2

б) Zp = п2Zs

в) Zp = Zs/n

г) Zp = nZs

Подробное решение:

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

 

  • Напряжение отвода трансформатора: что, зачем, как найти и подробные факты
  • Кран-трансформер: что, зачем, как найти и подробные факты
  • Падение напряжения в сети: что, почему, как и подробные факты
  • Multi Tap Transformer: что, почему, работа, приложения, подробные факты
  • Падение напряжения трансформатора: что, почему, как найти и подробные факты
  • Падение напряжения на диоде: что, почему, как и подробные факты

О Kaushikee Banerjee

Я энтузиаст электроники и в настоящее время занимаюсь электроникой и коммуникациями. Мой интерес заключается в изучении передовых технологий. Я с энтузиазмом учусь и возюсь с электроникой с открытым исходным кодом.
LinkedIn ID — https://www.linkedin.com/in/kaushikee-banerjee-538321175

Описание конструкции трансформатора TESLA

Трансформатор Тесла

Трансформатор Тесла основан на использовании резонансных стоячих электромагнитных волн в катушках. Его первичная обмотка содержит небольшое число витков и является частью искрового колебательного контура, включающего в себя также конденсатор и искровой промежуток. Вторичной обмоткой служит прямая катушка провода. При совпадении частоты колебаний колебательного контура первичной обмотки с частотой одного из собственных колебаний (стоячих волн) вторичной обмотки вследствие явления резонанса во вторичной обмотке возникнет стоячая электромагнитная волна и между концами катушки появится высокое переменное напряжение[2].

Работу резонансного трансформатора можно объяснить на примере обыкновенных качелей. Если их раскачивать в режиме принудительных колебаний, то максимально достигаемая амплитуда будет пропорциональна прилагаемому усилию. Если раскачивать в режиме свободных колебаний, то при тех же усилиях максимальная амплитуда вырастает многократно. Так и с трансформатором Тесла — в роли качелей выступает вторичный колебательный контур, а в роли прилагаемого усилия — генератор. Их согласованность («подталкивание» строго в нужные моменты времени) обеспечивает первичный контур или задающий генератор (в зависимости от устройства).

Описание простейшей конструкции

Схема простейшего трансформатора Тесла

Простейший трансформатор Тесла включает в себя входной трансформатор, катушку индуктивности, состоящую из двух обмоток — первичной и вторичной, разрядник (прерыватель, часто встречается английский вариант Spark Gap), конденсатортороид(используется не всегда) и терминал (на схеме показан как «выход»).

Первичная обмотка обычно содержит всего несколько витков медной трубки или провода большого диаметра, а вторичная около 1000 витков провода меньшей площади сечения. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от обычных 

трансформаторов, здесь нет ферромагнитного сердечника. Таким образом, взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у трансформаторов с ферромагнитным сердечником. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник.

Разрядник, в простейшем случае, обыкновенный газовый, представляет собой два массивных электрода с регулируемым зазором. Электроды должны быть устойчивы к протеканию больших токов через электрическую дугу между ними и иметь хорошее охлаждение.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора, главным образом, выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения 

электрического пробоя.

Терминал может быть выполнен в виде диска, заточенного штыря или сферы и предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины.

Таким образом, трансформатор Теслы представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов. Для полноценной работы трансформатора эти два колебательных контура должны быть настроены на одну резонансную частоту. Обычно в процессе настройки подстраивают первичный контур под частоту вторичного путём изменения ёмкости конденсатора и числа витков первичной обмотки до получения максимального напряжения на выходе трансформатора.

Функционирование

Трансформатор Теслы рассматриваемой простейшей конструкции, показанной на схеме, работает в импульсном режиме. Первая фаза — это заряд 

конденсатора до напряжения пробоя разрядника. Вторая фаза — генерация высокочастотных колебаний в первичном контуре. Разрядник, включенный параллельно, замыкая источник питания (трансформатор), исключает его из контура, иначе источник питания вносит определенные потери в первичный контур и этим снижает его добротность. На практике это влияние может в разы уменьшить длину разряда, поэтому в грамотно построенной схеме трансформатора Теслы разрядник всегда ставится параллельно источнику питания.

Заряд

Заряд конденсатора производится внешним источником высокого напряжения на базе повышающего низкочастотного трансформатора. Ёмкость конденсатора выбирается таким образом, чтобы вместе с индуктором она составляла резонансный контур с частотой резонанса, равной высоковольтному контуру. Однако ёмкость будет отличаться от расчетной, так как часть энергии тратится на «накачку» второго контура. Напряжение заряда ограничено напряжением пробоя разрядника, которое, (в случае воздушного разрядника), можно регулировать, изменяя расстояние между электродами или их форму. Обычно напряжение заряда конденсатора лежит в диапазоне 2-20 киловольт. Знак напряжения при заряде конденсатора имеет значение в том смысле, что он не должен сильно «закорачивать» конденсатор, на котором напряжение постоянно меняет знак — 

Колебательный контур тут

Генерация

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя, в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. После разряда конденсатора, напряжение пробоя разрядника резко уменьшается из-за оставшихся в газе носителей заряда (ионов). Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник, и в ней возникают высокочастотные колебания. Колебания постепенно затухают, в основном, из-за потерь в разряднике и ухода электромагнитной энергии на вторичную катушку, но продолжаются до тех пор, пока ток создаёт достаточное количество носителей заряда для поддержания напряжения пробоя разрядника существенно меньшего, чем амплитуда напряжения колебаний в LC контуре. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого 

напряжения.

Модификации трансформаторов Тесла

Во всех типах трансформаторов Теслы основной элемент трансформатора — первичный и вторичный контуры — остается неизменным. Однако, одна из его частей — генератор высокочастотных колебаний может иметь различную конструкцию.

На данный момент существуют:

SGTC (Spark Gap Tesla Coil) — классическая катушка Теслы — генератор колебаний выполнен на искровом промежутке (разряднике).

Для мощных трансформаторов Теслы наряду с обычными разрядниками (статическими) используются более сложные конструкции разрядника.

Например, RSG (от англ. Rotary Spark Gap, можно перевести как роторный/вращающийся искровой промежуток) или статический искровой промежуток с дополнительными дугогасительными устройствами. В этом случае, частоту работы промежутка целесообразно выбирать синхронно частоте подзарядки конденсатора, и схема в этом случае ближе к картинке, а не тому, как она здесь описана. В конструкции роторного искрового промежутка используется двигатель (обычно это электродвигатель), вращающий диск с электродами, которые приближаются, (или просто замыкают), к ответным электродам для замыкания первичного контура. Скорость вращения вала и расположение контактов выбираются исходя из необходимой частоты следования пачек колебаний. Различают синхронные и асинхронные роторные искровые промежутки в зависимости от управления двигателем. Также использование вращающегося искрового промежутка сильно снижает вероятность возникновения паразитной дуги между 

электродами. Иногда обычный статический разрядник заменяют многоступенчатым статическим разрядником. Для охлаждения разрядников, их иногда помещают в жидкие или газообразные диэлектрики, например, в масло. Типовой прием для гашения дуги в статическом разряднике — это продувка электродов мощной струей воздуха. Иногда классическую конструкцию дополняют вторым, защитным разрядником. Его задача — защита питающей (низковольтной части) от высоковольтных выбросов. 

VTTC (Vacuum Tube Tesla Coil) (рус. ЛКТ) — ламповая катушка Теслы. В ней в качестве генератора ВЧ колебаний используются электронные лампы. Обычно, это мощные генераторные лампы, такие как ГУ-81, однако встречаются и маломощные конструкции. Одна из особенностей — отсутствие необходимости в высоком напряжении. Для получения сравнительно небольших разрядов достаточно 300—600 Вольт. Также VTTC практически не издает шума, появляющегося при работе катушки Теслы на искровом промежутке.

SSTC (Solid State Tesla Coil) — генератор выполнен на полупроводниках. Он включает в себя задающий генератор (с регулируемой частотой, формой, длительностью импульсов) и силовые ключи (мощные полевые MOSFET транзисторы). Данный вид катушек Теслы является самым интересным по нескольким причинам: изменяя тип сигнала на ключах, можно кардинально изменять внешний вид разряда. Также ВЧ сигнал генератора можно промодулировать звуковым сигналом, например музыкой — звук будет исходить из самого разряда. Впрочем, аудиомодуляция возможна (с небольшими доработками) и в VTTC. К прочим достоинствам, можно отнести низкое питающее напряжение и отсутствие шумного искрового разрядника, как в SGTC.

DRSSTC (Dual Resonant Solid State Tesla Coil) — за счёт двойного резонанса, разряды у такого вида катушек значительно больше чем у обычной SSTC. Для накачки первичного контура используется генератор на полупроводниковых ключах — IGBT или MOSFET транзисторах.

В аббревиатурах названий катушек Теслы, питаемых постоянным током, часто присутствуют буквы DC, например DCSGTC.

QCW DRSSTC (Quasi Continious Wave) — особый тип транзисторных катушек Теслы, характеризующийся, так называемой, плавной накачкой: постепенным и плавным, (а не резким ударным, как в обычных катушках), нарастанием ряда параметров, (а именно: напряжения первичного контура и тока первичного контура, и, возможно, напряжения вторичного контура). В классической импульсной катушке Теслы рост тока в первичной обмотке обычно происходит в течение времени, сравнимым с длительностью периода (от 2—3 до 7—10 и более периодов) резонансной частоты, то есть, за время порядка десятков — сотен микросекунд. В QCW время нарастания составляет десятки миллисекунд, то есть, больше примерно на два порядка. Простым примером около-QCW являются ламповые катушки Теслы с шифтером. Из-за 50-герцового синуса на его выходе возникает эффект полуплавной накачки, которая обеспечивает довольно внушительный прирост длины разряда относительно типичного жёсткого прерывания (по катоду, или сетке). В результате данного приёма достигается характерный вид молний в виде длинных и практически прямых, мечевидных разрядов, длина которых многократно превышает длину намотки вторичной обмотки. Дело в том, что полное напряжение на терминале QCW DRSSTC никогда не достигает пробойного для вторички: оно всегда остаётся довольно небольшим, десятки киловольт или типа того. Возникший на небольшом напряжении стример продолжает подпитываться энергией в течение всего времени накачки, и поэтому растёт вверх, по силовым линиям поля, вместо того, чтобы пробиваться сбоку тороида на страйкринг. Именно для этого и делается плавная накачка в катушках Теслы. За счёт такого приёма достигается следующий эффект: вначале появляется небольшой разряд, который затем растёт не с высокой скоростью, пробивая плазменный канал в случайном направлении, а с низкой (так, что этот процесс развития можно даже заснять обычными видеокамерами), что обусловливает его неразветвление и огромную относительно длины вторичной обмотки длину. По сути, мы постоянно подогреваем небольшой возникший разряд, который удлиняется по мере перекачки энергии во вторичную обмотку. Но напряжение на выходе такой катушки Теслы невелико и не превышает десятков киловольт.

В отдельную категорию также относят магниферные катушки Теслы.

Использование трансформатора Теслы[править | править код]

Разряд трансформатора Теслы

Разряд с конца провода

Выходное напряжение трансформатора Теслы может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в частоте минимальной электрической прочности воздуха способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь многометровую длину. Эти явления очаровывают людей по разным причинам, поэтому трансформатор Теслы используется как декоративное изделие.

Трансформатор использовался Тесло для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление), беспроводной передачи данных (радио) и беспроводной передачи энергии. В начале XX века трансформатор Тесла также нашёл популярное использование в медицине.[3][4] Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые, протекая по тонкому слою поверхности кожи, не причиняли вреда внутренним органам (см.: скин-эффектДарсонвализация), оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающе» влияние.

Неверно считать, что трансформатор Теслы не имеет широкого практического применения. Он используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах. Тем не менее, основное его применение в наши дни — познавательно-эстетическое. В основном это связано со значительными трудностями при необходимости управляемого отбора высоковольтной мощности или тем более передача её на расстояние от трансформатора, так как при этом устройство неизбежно выходит из резонанса, а также значительно снижается добротность вторичного контура.

Эффекты, наблюдаемые при работе трансформатора Теслы

Во время работы катушка Теслы создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Многие люди собирают трансформаторы Теслы ради того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления. В целом катушка Теслы производит 4 вида разрядов:

Стримеры (от англ. Streamer) — тускло светящиеся тонкие разветвлённые каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщеплённые от них свободные электроны. Протекает от терминала (или от наиболее острых, искривлённых ВВ-частей) катушки прямо в воздух, не уходя в землю, так как заряд равномерно стекает с поверхности разряда через воздух в землю. Стример — это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора.

Спарк (от англ. Spark) — это искровой разряд. Идёт с терминала (или с наиболее острых, искривлённых ВВ частей) непосредственно в землю или в заземлённый предмет. Представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвлённых полосок — искровых каналов. Также имеет место особый вид искрового разряда — скользящий искровой разряд.

Коронный разряд — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг ВВ-частей конструкции с сильной кривизной поверхности.

Дуговой разряд — образуется во многих случаях. Например, при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет, между ним и терминалом может загореться дуга (иногда нужно непосредственно прикоснуться предметом к терминалу и потом растянуть дугу, отводя предмет на большее расстояние). Особенно это свойственно ламповым катушкам Теслы. Если катушка недостаточно мощна и надёжна, то спровоцированный дуговой разряд может повредить её компоненты.

Часто можно наблюдать (особенно вблизи мощных катушек), как разряды идут не только от самой катушки (её терминала и т. д.), но и в её сторону от заземлённых предметов. Также на таких предметах может возникать и коронный разряд. Редко можно наблюдать также тлеющий разряд. Интересно заметить, что некоторые ионные химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, ионы натрия меняют обычный окрас спарка на оранжевый, а бора — на зелёный.

Работа резонансного трансформатора сопровождается характерным электрическим треском. Появление этого явления связано с превращением стримеров в искровые каналы (см. статью искровой разряд), который сопровождается резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющейся в них. Каждый канал быстро расширяется, в нём скачкообразно повышается давление, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры.

Влияние на организм человека

Являясь источником высокого напряжения, трансформатор Теслы может быть смертельно опасен. Особенно это касается сверхмощных ТТ с управлением на лампах или полевых транзисторах. В любом случае, даже для маломощных трансформаторов Тесла характерен выброс высоковольтной высокочастотной энергии, способной вызвать локальные повреждения кожного покрова в виде плохо заживающих ожогов. Для трансформаторов Тесла средней мощности (50-150 Ватт), такие ожоги могут привести к повреждению нервных окончаний и значительное повреждение подкожных слоев включая повреждение мышц и связок. Трансформаторы Тесла с искровым возбуждением менее опасны с точки зрения ожогов, однако, высоковольтные разряды следующие с паузами, наносят больший вред нервной системе и способны вызвать остановку сердца (у людей с проблемами сердца). В любом случае, вред, который могут нанести высокочастотные мощные генераторы, к которым относятся Трансформаторы Тесла, сугубо индивидуален и, зависит от особенностей организма и психического состояния конкретного человека.

Замечен факт, что женщины наиболее остро реагируют на излучения мощных радиочастотных устройств, соответственно и реакция на ТТ у женщин острее чем у мужчин[источник не указан 221 день]. К трансформатору Теслы, как к любому электроприбору, нельзя допускать детей без присмотра взрослых.

Однако существует и другое мнение[источник не указан 1586 дней], касающееся некоторых видов трансформаторов Теслы. Так как высокочастотное высокое напряжение имеет скин-эффект, то несмотря на потенциал в миллионы вольт, разряд в тело человека не может вызвать остановку сердца или другие серьёзные повреждения организма, несовместимые с жизнью.

В противоположность этому другие высоковольтные генераторы, например, высоковольтный умножитель телевизора и иные бытовые высоковольтные генераторы постоянного тока, имеющие несравненно меньшее выходное напряжение (порядка 25 кВ), могут являться смертельно опасными. Всё это потому, что в вышеуказанных преобразователях используется частота в 50 герц (в умножителе классического телевизора частота около 15кГц, в мониторах еще выше), следовательно, скин-эффект отсутствует, или исчезающе слаб, и ток потечёт через внутренние органы человека (опасным для жизни считается ток в десятки мА).

Несколько другая картина со статическим электричеством, которое может очень чувствительно ударить током при разряде (при прикосновении к металлу), но при этом не смертельно, так как статический заряд сравнительно небольшой, и протекающий ток не успеет нанести вред человеку (заряд равен произведению тока и времени).[источник не указан 1586 дней]Еще одна опасность, которая подстерегает при использовании трансформатора Теслы, — это избыток озона в крови, который может повлечь за собой головные боли, так как при работе устройства производятся большие порции этого газа.

Трансформатор Теслы в культуре[править | править код]

В фильмах

В фильме Джима Джармуша «Кофе и сигареты» один из эпизодов строится на демонстрации трансформатора Теслы. По сюжету, Джек Уайт, гитарист и вокалист группы «The White Stripes» рассказывает Мег Уайт, барабанщице группы, о том, что земля является проводником акустического резонанса (теория электромагнитного резонанса — идея, которая занимала ум Теслы многие годы), а затем «Джек демонстрирует Мэг машину Тесла».

В фильме «Престиж» Кристофера Нолана, для победы одного иллюзиониста над другим в мастерстве «телепортации», Роберт Энджер (Хью Джекман), обращается к Николе Тесле за помощью. Никола же в свою очередь сделал ему машину, с трансформатором Теслы, у которой оказалась одна недоработка — она не телепортировала, а клонировала. Телепортация же была побочным эффектом.

В фильме «Ученик чародея» в одном из эпизодов демонстрируется музыкальное свойство катушек. Этот эффект достигается уменьшением и увеличением частоты.

В японском фильме «Легенда о маске» также присутствует трансформатор Теслы.

В фильме Три икса (xXx) в цитадели преступной организации, ночном клубе используют огромные трансформаторы Теслы, дающие внушительные разряды по всёму помещению, с декоративной целью.

В телесериале «Хранилище 13» главные герои используют трансформатор в виде оружия.

В фильме «Звуки шума» один из барабанщиков пробует играть на только что сделанной барабанной установке которая выдает электрические дуги в такт ударам по ней.

В фильме «Metallica: Сквозь невозможное» при исполнении песни «Ride the Lightning (песня)» были использованы трансформаторы Теслы для подачи разряда к подвешенному над сценой креслу, модель которого изображена на обложке альбома «Ride the Lightning».

В мультсериале «Смешарики: Пин-код» один из главных героев, Лосяш, создаёт аналог трансформатора Теслы — «Генератор Лосяша».

В компьютерных играх

В игре Kingdom Rush можно проапгрейдить обычную пушку до трансформатора Тесла.

В серии игр Command & Conquer: Red Alert советская сторона может строить оборонительное сооружение в виде башни со спиралевидным проводом (катушка Теслы), которая поражает противника мощными электрическими разрядами. Ещё в игре присутствуют танки (танк Теслы) и пехотинцы (солдат Теслы), использующие эту технологию. В игре Command & Conquer Red Alert 3 — Uprising есть скаты, это боевые амфибии оснащенные орудиями Тесла. Также в игре Tremulous люди (Humans) могут строить трансформаторы Теслы для защиты своих баз.

В играх серии Wolfenstein есть оружие, именуемое «Орудие Тесла», поражающее противника электрическим разрядом на большом расстоянии.

В игре Tomb Raider: Legend на одном из уровней есть статичные «установки Тесла» их можно использовать для притягивания и поднятия тяжелых объектов (почти также, как в «Half-Life 2»). А также с помощью одной из них можно умертвить огромного монстра-босса.

В модификации Half-Life 2 Dystopia также существует оружие «Tesla Gun», способное создавать разряды и в режиме альтернативной стрельбы — шаровые молнии. Состоит из цевья и металлического шара вместо дула, внешне похожего на сферическую астролябию.

В игре Fallout присутствует броня Теслы, также она есть и в игре Arcanum, также в загружаемом дополнении «Broken Steel» для игры «Fallout 3» присутствует пушка Теслы и сама катушка Теслы. В игре Fallout New Vegas это оружие можно приобрести в некоторых магазинах, например у Ван Граффов или у оружейников, в дополнении Fallout: New Vegas — Old World Blues, мозг главного героя заменили на катушку Теслы передающею сигналы мозга героя.

В игре Arcanum (жанр RPG) существуют соответствующие запчасти (Tesla coil и т. п.) и виды вооружения (Tesla rod, Tesla gun и т. п.), различные электрические щиты и т. п. Они имеют свойство наносить особый тип повреждений — electric damage.

В первой редакции игры Blood также присутствовало оружие под названием Tesla, поражавшее противника либо молниевидным разрядом, либо неким подобием шаровой молнии.

В игре Вивисектор присутствует оружие, называемое «Тесла», бьющее электрическим разрядом по противнику.

В игре Quake 4 есть оружие Lightning Gun, генерирующее электрический разряд, аннигилирующий слабых противников.

В игре Nancy Drew: Secret of the Old Clock, используется как вход в «тайный» чердак.

В игре Assassin’s Creed 2 при прохождении Истины рассказывается выдуманная история о Никола Тесле, якобы он получил всемогущий артефакт, но позже его отняли потомки тамплиеров. Также во время прохождении Истины появляются 2 фотографии трансформатора Теслы.

В игре Xenus: Точка кипения при прохождении последних заданий, в одной из комнат стоит огромная катушка Теслы.

В игре SCP-Containment Breach в коридорах могут сгенерироваться Тесла-ворота, которые при приближении к ним сразу убивают игрока.

В игре Minecraft с дополнением (модом) IndustrialCraft можно скрафтить катушку Теслы, которая вызывает смерть всем существам, находящимся в радиусе 4 блоков от катушки, а с дополнением (модом) GregTech можно скрафтить посох Теслы, который сжигает заряд брони другого игрока.

В игре Dishonored есть ТТ на различных уровнях, также есть миссия связанная с этим трансформатором

В игре Nancy Drew: The Deadly Device сюжет завязывается вокруг трансформатора Теслы, от которого погибает учёный.

В игре Clash of Clans есть защитное сооружение «Потайная Тесла», которая бьет нападающие войска электрическими разрядами, также в игре Clash Royal от разработчиков Clash of Clans существует персонаж Спарки (Sparky) который стреляет шаром электричества.

В игре Overwatch один из персонажей Винстон использует оружие, напоминающие катушку Тесла. Механика подразумевает бой на ближних дистанциях, из-за не дальнобойности электрических молний. Так же, такое оружие бьет сквозь любые барьеры и щиты, что обуславливается особенностями электрических молний.

В музыкальном искусстве

Российская группа Tesla Musiс Band записала первый в мире музыкальный альбом с оригинальным звучанием музыкального трансформатора Теслы[5]. Также группа Tesla Music Band использует музыкальные трансформаторы Теслы в создании шоу[6].

Американская группа ARC ATTACK использует трансформаторы Теслы в качестве источника звуков. То есть разряд, создаваемый трансформатором, может звучать, «петь».

Российская команда Tesla-FX утверждает, что впервые[7][нет в источнике] сыграла гимн России[8] на созданном ими музыкальном трансформаторе Теслы.

(ещё гимн России на трансформаторе Теслы: https://www.youtube.com/watch?v=QFFgeQ3ptLQ)

Для записи песни «Thunderbolt» с альбома Biophilia певица Бьорк также использовала катушку Теслы для создания звуков, имитирующих разряды молний[9].

В шоу-

Трансформатор Теслы может применяться для создания спецэффектов в различных шоу. Шоу Full-Moon-Party с использованием двух трансформаторов Теслы прошло в ночь с 13 на 14 августа 2011 года в Москве в клубе Arena-Moscow[10][11]. Первое в России шоу[12] с трансформаторами

Трансформатор Теслы — это… Что такое Трансформатор Теслы?

Разряды с провода на терминале

Трансформа́тор Те́сла, также катушка Теслы (англ. Tesla coil) — единственное из изобретений Николы Тесла, носящих его имя сегодня. Это классический резонансный трансформатор, производящий высокое напряжение при высокой частоте. Оно использовалось Теслой в нескольких размерах и вариациях для его экспериментов. Прибор был заявлен патентом № 568176 от 22 сентября 1896 года, как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Описание конструкции

Схема простейшего трансформатора Теслы

В элементарной форме трансформатор Теслы состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также обвязки, состоящей из разрядника (прерывателя, часто встречается английский вариант Spark Gap), конденсатора, тороида (используется не всегда) и терминала (на схеме показан как «выход»).

Первичная катушка построена из 5—30 (для VTTC — катушки Теслы на лампе — число витков может достигать 60) витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная из многих витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от многих других трансформаторов, здесь нет никакого ферромагнитного сердечника. Таким образом, взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у обычных трансформаторов с ферромагнитным сердечником. У данного трансформатора также практически отсутствует магнитный гистерезис, явления задержки изменения магнитной индукции относительно изменения тока и другие недостатки, вносимые присутствием в поле трансформатора ферромагнетика.

Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник (искровой промежуток). Разрядник, в простейшем случае, обыкновенный газовый; выполненный обычно из массивных электродов (иногда с радиаторами), что сделано для большей износостойкости при протекании больших токов через электрическую дугу между ними.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора выполняет ёмкостная связь между тороидом, оконечным устройством, витками самой катушки и другими электропроводящими элементами контура с Землей. Оконечное устройство (терминал) может быть выполнено в виде диска, заточенного штыря или сферы. Терминал предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины. Геометрия и взаимное положение частей трансформатора Теслы сильно влияют на его работоспособность, что аналогично проблематике проектирования любых высоковольтных и высокочастотных устройств.

Функционирование

Трансформатор Теслы рассматриваемой простейшей конструкции, показанной на схеме, работает в импульсном режиме. Первая фаза — это заряд конденсатора до напряжения пробоя разрядника. Вторая фаза — генерация высокочастотных колебаний.

Заряд

Заряд конденсатора производится внешним источником высокого напряжения, защищённым дросселями и построенным обычно на базе повышающего низкочастотного трансформатора. Так как часть электрической энергии, накопленной в конденсаторе, уйдёт на генерацию высокочастотных колебаний, то ёмкость и максимальное напряжение на конденсаторе пытаются максимизировать. Напряжение заряда ограничено напряжением пробоя разрядника, которое (в случае воздушного разрядника) можно регулировать, изменяя расстояние между электродами или их форму. Типовое максимальное напряжение заряда конденсатора — 2-20 киловольт. Знак напряжения для заряда обычно не важен, так как в высокочастотных колебательных контурах электролитические конденсаторы не применяются. Более того, во многих конструкциях знак заряда меняется с частотой бытовой сети электроснабжения (50 или 60 Гц).

Генерация

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. После разряда конденсатора напряжение пробоя разрядника резко уменьшается из-за оставшихся в газе носителей заряда. Практически, цепь колебательного контура первичной катушки остаётся замкнутой через разрядник, до тех пор, пока ток создаёт достаточное количество носителей заряда для поддержания напряжения пробоя существенно меньшего, чем амплитуда напряжения колебаний в LC контуре. Колебания постепенно затухают, в основном из-за потерь в разряднике и ухода электромагнитной энергии на вторичную катушку. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высоковольтного высокочастотного напряжения.

Модификации

Для мощных трансформаторов Теслы наряду с обычными разрядниками (статическими) используются более сложные конструкции разрядника.

Например, RSG (от англ. Rotary Spark Gap, можно перевести как роторный/вращающийся искровой промежуток) или статический искровой промежуток с дополнительными дугогасительными устройствами. В конструкции роторного искрового промежутка используется двигатель (обычно это электродвигатель), вращающий диск с электродами, которые приближаются (или просто замыкают) к ответным электродам для замыкания первичного контура. Скорость вращения вала и расположение контактов выбираются исходя из необходимой частоты следования пачек колебаний. Различают синхронные и асинхронные роторные искровые промежутки в зависимости от управления двигателем. Также использование вращающегося искрового промежутка сильно снижает вероятность возникновения паразитной дуги между электродами. Иногда обычный статический разрядник заменяют многоступенчатым статическим разрядником. Для охлаждения разрядников их иногда помещают в жидкие или газообразные диэлектрики (например, в масло). Типовой прием для гашения дуги в статическом разряднике — это продувка электродов мощной струей воздуха. Иногда классическую конструкцию дополняют вторым, защитным разрядником. Его задача — защита питающей (низковольтной части) от высоковольтных выбросов.

В качестве генератора ВЧ напряжения, в современных трансформаторах Теслы используют ламповые (VTTC — Vacuum Tube Tesla Coil) и транзисторные (SSTC — Solid State Tesla Coil, DRSSTC — Dual Resonance SSTC) генераторы. Это даёт возможность уменьшить габариты установки, повысить управляемость, снизить уровень шума и избавиться от искрового промежутка. Также существует разновидность трансформаторов Теслы, питаемая постоянным током. В аббревиатурах названий таких катушек присутствуют буквы DC, например DCDRSSTC. В отдельную категорию также относят магниферные катушки Теслы.

Многие разработчики в качестве прерывателя (разрядника) используют управляемые электронные компоненты, такие как IGBT транзисторы, модули на MOSFET транзисторах, электронные лампы, тиристоры.

Использование трансформатора Теслы

Разряд трансформатора Теслы Разряд с конца провода

Выходное напряжение трансформатора Теслы может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в резонансной частоте способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь многометровую длину. Эти явления очаровывают людей по разным причинам, поэтому трансформатор Теслы используется как декоративное изделие.

Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление), беспроводной передачи данных (радио) и беспроводной передачи энергии. В начале XX века трансформатор Теслы также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи якобы не причиняли вреда внутренним органам (см.: скин-эффект), оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние.

Последние исследования механизма воздействия мощных ВЧ токов на живой организм показали негативность их влияния. Так же он использовался как орудие пыток. Мощные разряды высокой частоты почти всегда приводили к смерти.

Похожая на этот трансформатор схема используется в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания, но там она низкочастотная.

В наши дни трансформатор Теслы не имеет широкого практического применения. Он изготовляется многими любителями высоковольтной техники и сопровождающих её работу эффектов. Также он иногда используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

Эффекты, наблюдаемые при работе трансформатора Теслы

Во время работы катушка Теслы создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Многие люди собирают трансформаторы Теслы ради того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления. В целом катушка Теслы производит 4 вида разрядов:

  1. Стримеры (от англ. Streamer) — тускло светящиеся тонкие разветвлённые каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщеплённые от них свободные электроны. Протекает от терминала (или от наиболее острых, искривлённых ВВ-частей) катушки прямо в воздух, не уходя в землю, так как заряд равномерно стекает с поверхности разряда через воздух в землю. Стример — это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора.
  2. Спарк (от англ. Spark) — это искровой разряд. Идёт с терминала (или с наиболее острых, искривлённых ВВ частей) непосредственно в землю или в заземлённый предмет. Представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвлённых полосок — искровых каналов. Также имеет место быть особый вид искрового разряда — скользящий искровой разряд.
  3. Коронный разряд — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг ВВ-частей конструкции с сильной кривизной поверхности.
  4. Дуговой разряд — образуется во многих случаях. Например, при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет, между ним и терминалом может загореться дуга (иногда нужно непосредственно прикоснуться предметом к терминалу и потом растянуть дугу, отводя предмет на большее расстояние). Особенно это свойственно ламповым катушкам Теслы. Если катушка недостаточно мощна и надёжна, то спровоцированный дуговой разряд может повредить её компоненты.

Часто можно наблюдать (особенно вблизи мощных катушек), как разряды идут не только от самой катушки (её терминала и т. д.), но и в её сторону от заземлённых предметов. Также на таких предметах может возникать и коронный разряд. Редко можно наблюдать также тлеющий разряд. Интересно заметить, что разные химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, натрий меняет обычный окрас спарка на оранжевый, а бром — на зелёный.

Работа резонансного трансформатора сопровождается характерным электрическим треском. Появление этого явления связано с превращением стримеров в искровые каналы (см. статью искровой разряд), который сопровождается резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющегося в них. Каждый канал быстро расширяется, в нём скачкообразно повышается давление, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры.

Неизвестные эффекты трансформатора Теслы

Многие люди считают, что катушки Теслы — это особенные артефакты с исключительными свойствами. Существует мнение, что трансформатор Теслы может быть генератором свободной энергии и является вечным двигателем, исходя из того, что сам Тесла считал, что его генератор берёт энергию из эфира (особой невидимой материи в которой распространяются электромагнитные волны) через искровой промежуток. Иногда можно услышать, что с помощью «Катушки Теслы» можно создать антигравитацию и эффективно передавать электроэнергию на большие расстояния без проводов. Данные свойства пока никак не проверены и не подтверждены наукой. Однако, сам Тесла говорил о том, что такие способности скоро будут доступны человечеству с помощью его изобретений. Но впоследствии посчитал, что люди не готовы к этому.

Также очень распространён тезис о том, что разряды, испускаемые трансформаторами Теслы, полностью безопасны, и их можно трогать руками. Это не совсем так. В медицине также используют «катушки Теслы» для оздоровления кожи. Это лечение имеет положительные плоды и благотворно действует на кожу, но конструкция медицинских трансформаторов сильно разнится с конструкцией обычных. Лечебные генераторы отличает очень высокая частота выходного тока, при которой толщина скин-слоя (см. Скин-эффект) безопасно мала, и крайне малая мощность. А толщина скин-слоя для среднестатистической катушки Теслы составляет от 1 мм до 5 мм и её мощности хватит для того, чтобы разогреть этот слой кожи, нарушить естественные химические процессы. При долгом воздействии подобных токов могут развиться серьёзные хронические заболевания, злокачественные опухоли и другие негативные последствия. Кроме того, надо отметить, что нахождение в ВЧ ВВ поле катушки (даже без непосредственного контакта с током) может негативно влиять на здоровье. Важно отметить, что нервная система человека не воспринимает высокочастотный ток и боль не чувствуется, но тем не менее это может положить начало губительным для человека процессам. Также существует опасность отравления газами, образующимися во время работы трансформатора в закрытом помещении без притока свежего воздуха. Плюс ко всему, можно обжечься, так как температуры разряда обычно достаточно для небольшого ожога (а иногда и для большого), и если человек всё же захочет «поймать» разряд, то это следует делать через какой-нибудь проводник (например, металлический прут). В этом случае непосредственного контакта горячего разряда с кожей не будет, и ток сначала потечет через проводник и только потом через тело.

Трансформатор Теслы в культуре

В фильме Джима Джармуша «Кофе и сигареты» один из эпизодов строится на демонстрации трансформатора Теслы. По сюжету, Джек Уайт, гитарист и вокалист группы «The White Stripes» рассказывает Мег Уайт, барабанщице группы о том, что земля является проводником акустического резонанса (теория электромагнитного резонанса — идея, которая занимала ум Теслы многие годы), а затем «Джек демонстрирует Мэг машину Теслы».

В фильме «Престиж» Кристофера Нолана, для победы одного иллюзиониста над другим в мастерстве «телепортации», Роберт Энджер (Хью Джекман), обращается к Николе Тесла за помощью. Никола же в свою очередь сделал ему машину, с трансформатором Теслы, у которой оказалась одна недоработка — она не телепортировала, а клонировала. Телепортация же была побочным эффектом.

В серии игр Command & Conquer: Red Alert советская сторона может строить оборонительное сооружение в виде башни со спиралевидным проводом, которая поражает противника мощными электрическими разрядами. Еще в игре присутствуют танки и пехотинцы, использующие эту технологию.

Tesla coil (в одном из переводов — башня Тесла) является в игре исключительно точным, мощным и дальнобойным оружием, однако потребляет относительно высокое количество энергии. Для увеличения мощности и дальности поражения можно «заряжать» башни. Для этого отдайте приказ Воину Тесла (это пехотинец) подойти и постоять рядом с башней. Когда воин дойдет до места, он начнет зарядку башни. При этом анимация будет как при атаке, но молнии из его рук будут желтого цвета.

Также в игре Tremulous люди (Humans) могут строить трансформаторы Теслы для защиты своих баз.

В играх серии Wolfenstein есть оружие, именуемое «Орудие Тесла», поражающее противника электрическим разрядом на большом расстоянии.

В игре Tomb Raider: Legend на одном из уровней есть статичные «Установки Тесла» их можно использовать для притягивания и поднятия тяжелых объектов (почти также, как в Half-Life 2). А также с помощью одной из них можно умертвить огромного монстра-босса.

В игре Fallout присутствует броня Теслы, также она есть и в игре Arcanum

В первой редакции игры Blood также присутствовало оружие под названием Tesla, поражавшее противника либо молниевидным разрядом, либо неким подобием шаровой молнии.

В игре «Вивисектор» присутствует оружие, называемое «Тесла», бьющее электрическим разрядом по противнику.

Сравнительные особенности

Напряжение на выходе данного трансформатора является переменным, а ток чрезвычайно мал. Это приводит к тому, что, несмотря на потенциал в миллионы вольт, прикосновение и разряд в тело человека может быть безопасным. В противоположность этому, другие высоковольтные генераторы, например, преобразователь для люстры Чижевского, высоковольтный умножитель телевизора, и иные бытовые ВВ генераторы постоянного тока, имеющие несравненно меньшее выходное напряжение — «всего» порядка 25 кВ — являются смертельно опасными. Их выходные выпрямительные ёмкости могут дать при прикосновении импульс тока величины, несовместимой с жизнью. В люстре Чижевского должны быть предусмотрены токоограничительные резисторы. Но в телевизоре их установить невозможно.

См. также

Ссылки

Межвитковая емкость сетевого трансформатора (CWW) и распределенная емкость катушки сетевого трансформатора (CD)

Руководство по электронике Huaqiangsheng: в этой статье подробно описаны линейная емкость (CWW) сетевого трансформатора и распределенная емкость (CD) катушки сетевого трансформатора.

Межвитковая емкость сетевого трансформатора (CWW) и распределенная емкость катушки сетевого трансформатора (CD)

Во-первых, определение емкости между линиями сетевого трансформатора и распределенной емкости (CD) катушки сетевого трансформатора.

Сетевой трансформатор состоит из катушки, намотанной на магнитное кольцо. Такая катушка в основном представляет собой индуктивность. Между катушками сетевого трансформатора, межпроводная емкость между витками каждой катушки и сопротивление катушек постоянному току — все это паразитные параметры распределения.

Межвитковая емкость, также называемая взаимной емкостью обмоток. Между первичной и вторичной обмотками трансформатора существует небольшая, но не равная нулю, емкость связи CWW, вызванная наличием недиэлектрических и физических зазоров между обмотками.

Cww определяется как емкость между первичной и вторичной обмотками.

Согласно «Electromagnetics», любые два проводника могут образовывать конденсатор, а конденсатор, образованный двумя параллельными металлическими пластинами, выглядит следующим образом:

C = (диэлектрическая проницаемость * площадь S двух параллельных металлических пластин) / D расстояние между металлическими грузами

Из уравнения (1) видно, что чем больше площадь двух металлических пластин, тем больше емкость; чем меньше расстояние между двумя металлическими пластинами, тем больше емкость; тем больше диэлектрическая проницаемость среды. между двумя металлическими пластинами, тем больше емкость.

Конденсатор, состоящий из двух любых геометрических проводов переключателя, выражение емкости далеко не простая формула (1), а более сложная математическая формула. Независимо от того, насколько сложно выражение емкости, можно с уверенностью сказать следующие три момента: чем больше диэлектрическая проницаемость между проводниками, тем больше емкость; чем ближе расстояние между проводниками, тем больше емкость; тем больше площадь поверхности Проводник, емкость больше.

Две катушки, намотанные на одно магнитное кольцо в сетевом трансформаторе, также являются двумя проводниками и также образуют конденсатор. Пусть CWW представляет собой распределенную емкость между двумя катушками.

В то же время каждая катушка состоит из многовитковой катушки, намотанной на магнитное кольцо, и каждая катушка имеет распределенную емкость между своими витками. Пусть CD представляет собой распределенную емкость между витками самой катушки.

Распределенная емкость между катушками сетевого трансформатора Cp: паразитная электростатическая емкость катушки.

  

 

Два, управление параметрами емкости между линиями сетевого трансформатора

Идеальный сетевой трансформатор теоретически представляет собой совершенный элемент цепи, который может передавать электрическую энергию между первичной и вторичной обмотками с идеальной магнитной связью. Идеальный трансформатор может передавать только переменные дифференциальные токи. Он не может передавать синфазный ток, поскольку разность потенциалов между двумя концами синфазного тока обмотки трансформатора равна нулю и не может создавать магнитное поле на обмотке трансформатора.

Между первичной и вторичной обмотками реального трансформатора существует небольшая, но не равная нулю, емкость связи CWW, вызванная наличием недиэлектрических и физических зазоров между обмотками. Увеличение зазора между обмотками и заполнение пространства между обмотками материалами с низкой диэлектрической проницаемостью может снизить значение емкости между обмотками. Конденсатор Cww обеспечивает канал через трансформатор для синфазного тока, а его полное сопротивление определяется величиной емкости и частотой сигнала.

Выражения CWW и CD должны быть сложными. Но также несомненно следующие 3 пункта: чем больше диэлектрическая проницаемость погружаемого материала между катушками, тем больше емкость; чем сильнее сжаты витки эмалированного провода катушки, тем больше емкость; тем больше число витков катушки, чем толще диаметр эмалированного провода, тем больше емкость.

В-третьих, влияние емкости между линиями сетевого трансформатора на параметры сетевого трансформатора.

Если емкость между линиями сетевого трансформатора мала, она не повлияет на сигнал трансформатора, а если она слишком велика, она обеспечит путь с низким импедансом для синфазного тока, что будет иметь неблагоприятные последствия.

Размер межвитковой емкости в большей степени влияет на работу трансформатора на высоких частотах. Чем больше межвитковая емкость, тем лучше связь высокочастотного сигнала. Но большая межвитковая емкость обеспечивает канал для синфазного шума (EMI), который снижает способность трансформатора противостоять электромагнитным помехам. И при увеличении межвитковой емкости трансформатора, емкость (Cd) между той же обмоткой трансформатора также увеличивается, так что несущий сигнал напрямую передается от положительного полюса к отрицательному через Cd, тем самым уменьшая передачу мощность высокочастотных сигналов.

Кроме того, межвитковая емкость и индуктивность рассеяния противоречат друг другу.Если межвитковая емкость слишком мала, это неизбежно приведет к чрезмерной индуктивности рассеяния, тем самым уменьшив высокочастотные характеристики трансформатора.

  

Трансформатор — Электрический, Катушка, Силовой и Магнитный

Трансформатор представляет собой электрическое устройство, которое изменяет или преобразует сигнал переменного тока из Трансформатор высокого напряжения. Фотография Тардоса Камези. Фондовый рынок. Воспроизведено с разрешения.
одного уровня на другой. Устройство обычно состоит из двух наборов изолированных проводов, намотанных на общий сердечник из железа марки . Электроэнергия подается на одну из этих катушек, называемую первичной катушкой, а затем магнитным образом передается на другую катушку, называемую вторичной.Эта магнитная связь электрической мощности происходит без какого-либо прямого электрического контакта и позволяет трансформаторам изменять уровень переменного напряжения и полностью изолировать две электрические цепи друг от друга.

Когда на катушку с проводом подается напряжение, протекает электрический ток (точно так же, как вода течет по трубе, когда прикладывается давление ). Однако протекающий электрический ток создает магнитное поле вокруг катушки . Этот принцип можно продемонстрировать, просто обернув изолированный провод вокруг гвоздя и прикрепив к концам этого провода батарею .Достаточное количество петель и достаточная электрическая мощность позволят этому электромагниту поднимать маленькие металлических предмета так же, как обычный магнит. Если, однако, батарею заменить другим источником питания, например, переменным током, магнитное поле также изменится. Это изменяющееся магнитное поле необходимо для работы трансформатора.

Поскольку две катушки трансформатора расположены очень близко друг к другу, электрический ток через первичную катушку создает магнитное поле, которое также окружает вторичную катушку.Когда это магнитное поле меняется со временем (как это происходит при подаче переменного тока), оно объединяется с вторичной катушкой, образуя генератор типа . (Вспомним, что генератор вырабатывает электроэнергию, перемещая витки проволоки через стационарное магнитное поле, что противоположно ситуации с трансформатором.) При любой скорости электроэнергия в первичной катушке преобразуется в магнитное поле, которое затем генерирует электроэнергию. во вторичной катушке. Прелесть трансформатора в том, что, хотя мощность при этой передаче не увеличивается и не уменьшается (за исключением незначительных потерь), уровень напряжения можно изменить путем преобразования.Отношение напряжений между двумя катушками равно отношению числа витков в двух катушках. Изменение количества обмоток позволяет трансформатору легко повышать или понижать напряжение. Это чрезвычайно полезно, так как уровень напряжения многократно преобразуется между электростанцией, через линии электропередачи, в дом, а затем в бытовой прибор.

Соленоиды и трансформаторы

3. Катушки и трансформаторы

3.1 катушки

Катушки не очень распространенный компонент в электронных схемах, однако, когда они используются, они нужно понять. Они встречаются в генераторах, радиоприемниках, передатчиках и подобных устройствах, содержащих колебательные контуры. В любительских устройств, катушки могут быть изготовлены путем намотки одного или нескольких слоев изолированный медный провод на форму, такую ​​как ПВХ, картон, и т.д. Катушки заводского изготовления бывают разной формы и размеров, но общим для всех является утепленный корпус с витками медной проволоки.

Основной характеристикой каждой катушки является ее индуктивность. Индуктивность измеряется в Генри (Гн), но чаще используются миллигенри (мГн) и микрогенри (Гн). Генри — довольно высокое значение индуктивности. Напоминаю:

1H = 1000 мГн = 10 6 H.

Катушка индуктивность отмечена как X L и может быть рассчитана с помощью следующую формулу:

, где f представляет частоту напряжения в Гц, а L представляет индуктивность катушки в Гн.

Например, если f равно 684 кГц, а L=0,6 мГн, импеданс катушки составит:

Такая же катушка Импеданс в три раза выше, чем в три раза выше частота. Как видно из приведенной выше формулы, импеданс катушки прямо пропорционален частоте, так что катушки, как как и конденсаторы, используются в схемах для фильтрации на заданных частотах. Обратите внимание, что импеданс катушки равен нулю для постоянного тока ( f =0).

Несколько катушек показаны на рисунках 3.1, 3.2, 3.3 и 3.4.

Самая простая катушка однослойная катушка с воздушным сердечником. Это сделано на цилиндрическом изолятор (ПВХ, картон и т.п.), как показано на рисунке 3.1. На рисунке 3.1а, повороты между ними остается пространство, а общее Практика заключается в том, чтобы наматывать провод без промежутков между витками. Чтобы катушка не разматывалась, ее концы должны быть пропущены через небольшие отверстия, т.к. показано на рисунке.

Рис. 3.1: Однослойная катушка

На рис. 3.1b показано, как катушка сделана. Если катушке нужно 120 витков при отводе на тридцатый виток две катушки L1 с 30 витками и L2 с 90 витками. Когда конец первого и начало второго витка припаивается, получается «отвод».

Многослойная катушка показана на рис. 3.2а. внутри пластикового формирователя есть резьба, так что можно вставить ферромагнитный сердечник в форме маленького винта.Ввинчивание сердечника перемещает его вдоль оси в центр катушки для увеличения индуктивности. Таким образом, хорошо можно менять индуктивность.

Рис. 3.2: а. Многослойная катушка с сердечником,   б. Связанный катушки

На рис. 3.2b показан высокочастотный трансформатор. Как видно, это две катушки, связанные магнитной индукцией на общем теле. Когда катушки должны иметь точные значения индуктивности, каждая катушка имеет ферромагнитный сердечник, который можно регулировать вдоль катушки ось.

На очень высоком уровне частотах (выше 50 МГц) индуктивность катушки мала, поэтому катушкам требуется только мало оборотов. Эти катушки изготовлены из толстый медный провод (около 0,5 мм) без корпуса катушки, как показано на рисунке 3.3а. Их индуктивность можно регулировать путем физического растяжения или сжимая витки вместе.

Рис. 3.3: а. Катушка ВЧ , б. Межчастотный трансформатор

Рисунок 3.3б показан металлический корпус с двумя катушками, схема на право. Параллельное соединение первой катушки и конденсатора С образует колебательный контур. Вторая катушка используется для передачи сигнал к следующему этапу. Используется в радиоприемниках и подобные устройства. Металлический корпус служит экраном для предотвращения внешние сигналы, воздействующие на катушки. Чтобы обшивка была эффективной, он должен быть заземлен.

На рис. 3.4 показана катушка индуктивности с сердечником. Ядро состоит из двух половинки и склеиваются.Сердечник изготовлен из ферромагнитного материала, обычно называемый «феррит». Эти катушки индуктивности используются на частотах до 100 кГц. Регулировка индуктивности может производиться латунным или стальной винт в центре катушки.

Рис. 3.4: Катушка индуктивности с сердечником

 

3.2 Трансформаторы

Для электронных Для работы устройств необходимо иметь источник постоянного тока.Батарейки и перезаряжаемые элементы могут выполнять эту роль, но они гораздо более эффективны. Способ заключается в использовании БЛОКА ПИТАНИЯ. Основным элементом блока питания является трансформатор для преобразования «сети» 220 В в более низкое значение, скажем 12В. Обычный тип трансформатора имеет одну первичную обмотку, которая подключается к 220В и одну (или несколько) вторичных обмоток на меньшие напряжения. Чаще всего сердечники изготавливаются из E и Я ламинаты, но некоторые сделаны из ферромагнитного материала.Также используются трансформаторы с железным сердечником. для более высоких частот. На рисунке показаны различные типы трансформаторов. ниже.

Рис. 3.5: Различные типы трансформаторов

Символы для трансформатора показаны на рисунке 3.6    Две вертикальные линии указывают на то, что первичный и вторичный обмотки делят одно ядро.

Рис. 3.6: Символы трансформатора

С трансформатора производители обычно предоставляют схему, содержащую информацию о первичной и вторичной обмотках, напряжениях и максимальных токах.В случай, когда схема отсутствует, есть простой способ определить, какой обмотка первичная, а какая вторичная: первичная обмотка состоит из более тонкого провода и большего количества витков, чем вторичка. В нем есть более высокое сопротивление — и может быть легко проверено омметром. На рис. 3.6d показан символ трансформатор с двумя независимыми вторичные обмотки, одна из них имеет три отвода, всего 4 разное выходное напряжение. вторичка 5В изготовлен из более тонкой проволоки с максимальным током 0.3А, а другая обмотка выполнена из более толстого провода с максимальным током 1,5А. Максимальное напряжение на большей вторичной обмотке составляет 48 В, как показано на рис. фигура. Обратите внимание, что напряжения, отличные от указанных на можно составить схему — например, напряжение между ответвлениями с пометкой 27В и 36В равно 9В, напряжение между ответвлениями 27В и 42В равно 15В, и т. д.

3.2.1 Принципы работы и основные характеристики

Как уже было сказано, трансформаторы состоят из двух обмоток, первичной и вторичной (рисунок 3.7). При напряжении ВП подключается к первичной обмотке (в нашем случае «сеть» 220В), по ней протекает переменный ток Ip . Этот ток создает магнитное поле, которое проходит к вторичная обмотка через сердечник трансформатора, индуцирующее напряжение Us (в нашем примере 24В). «Нагрузка» подключена к вторичной обмотке, показанной на схеме как Rp (30 Ом в нашем примере). Типичной нагрузкой может быть электрическая лампочка, работающая на 24 В с расход 19т.2 Вт.

Рис. 3.7: Трансформатор: a. Принципы работы, б. Символ

Передача электрической энергии от между первичным и вторичным осуществляется через магнитное поле (называемое «поток») и магнитная цепь, называемая «сердечником трансформатора». К предотвратить потери, необходимо убедиться, что весь магнитный поле, созданное первичным, переходит к вторичному. Это достигается за счет использования железного сердечника, который имеет гораздо меньшее магнитное сопротивление чем воздух.

Первичное напряжение — это «сетевое» напряжение. Это значение может быть 220 В или 110 В, в зависимости от страны. Вторичное напряжение обычно намного ниже, например, 6 В, 9 В, 15 В, 24 В и т. д., но также может быть выше 220В, в зависимости от назначения трансформатора. Соотношение первичного и вторичного напряжения указано с следующая формула:

, где Ns и Np представляют собой количество витков на первичной и вторичной обмотке соответственно.Например, если Ns равно 80 и Np равно 743, вторичное напряжение будет быть:

Соотношение между первичным и вторичным током определяется по следующей формуле:

Например, если Rp равно 30 Ом, то вторичный ток равен Ip = Up / Rp = 24В/30Ом = 0,8А. Если Ns равно 80, а Np равно 743, первичный ток будет:

Мощность трансформатора можно рассчитать по следующей формуле:

В нашем примере мощность равно:

Все до этого момента относится к идеальный трансформер.Ясно, что идеальных вещей не бывает, поскольку потери неизбежный. Они присутствуют из-за того, что обмотки имеют определенное значение сопротивления, которое заставляет трансформатор нагреваться во время работы, и тот факт, что магнитное поле, создаваемое первичкой, не полностью перейти на вторичку. Вот почему выходная мощность меньше чем входная мощность. Их соотношение называется КПД:

Для поставки трансформаторов сотни ватт, КПД около =0.85, что означает, что 85% электрическая энергия, забираемая из сети, поступает к потребителю, а 15% теряется из-за ранее упомянутых факторов в виде тепла. За Например, если потребляемая потребителем мощность равна Up*Ip = 30 Вт, тогда мощность, которую трансформатор получает от сети равно:

Во избежание любого здесь путаница, имейте в виду, что производители уже приняли все меры по минимизации потерь трансформаторов и других электронных компонентов и что, практически, это максимально возможная эффективность.Приобретая трансформатор, следует только беспокоюсь о требуемое напряжение и максимальный ток вторичной обмотки. Разделение мощность и вторичное напряжение дает вам максимальное значение тока для потребителя. Разделив мощность на первичное напряжение, вы получите ток. что трансформатор потребляет из сети, что важно знать при покупка предохранителя. В любом случае, вы должны быть в состоянии вычислить любое значение, которое вы может потребоваться использование соответствующих формул выше.

3.3 Практические примеры с катушками и трансформаторы

На рисунке Катушки 2.6б вместе с конденсатором образуют два фильтра для проведения токи к динамикам.
Катушка и конденсатор C на рис. 2.6c образуют параллельный колебательный контур для «усиления» того или иного радиосигнала, при отклонении всех других частот.

Рис. 2.6: а. Усилитель с наушниками, б.Переключатель диапазонов, c. Детектор радиоприемник

Самый очевидный Применение трансформатора в блоке питания. Типичный трансформатор показан на рисунке 3.8 и используется для преобразования 220В до 24В.

Рис. 3.8: Стабилизированный преобразователь со схемой ЛМ317

Выходное напряжение постоянного тока может регулируется линейным потенциометром P в диапазоне 3~30 В.

Рис.3.9: а. Стабилизированный преобразователь с регулятором 7806, б. автотрансформатор, c. трансформатор для приборов работающий от 110В, д. разделительный трансформатор

Рисунок 3.9а показан простой источник питания с использованием трансформатора с центральным отводом на вторичной обмотке. обмотка. Это позволяет использовать два диода вместо моста в рисунок 3.8.

Специальный типы трансформаторы, в основном используемые в лаборатории, автотрансформаторы.Схема автотрансформатора показано на рис. 3.9б. Он имеет только одну обмотку, намотанную на железо. основной. Напряжение снимается с трансформатора через ползунок. Когда ползунок находится в крайнем нижнем положении, напряжение равно нулю. Перемещение ползунка вверх увеличивает напряжение U, до 220В. Дальнейшее движение ползунок увеличивает напряжение U выше 220В.

Трансформатор на рисунке 3.9c преобразует 220 В в 110 В и используется для питания устройств. рассчитан на работу от сети 110В.

В качестве последнего примера рис. 3.9d представляет собой разделительный трансформатор. Этот трансформатор имеет одинаковое количество витков на первичной и вторичной обмотках обмотки. Вторичное напряжение такое же, как и первичное, 220В, но полностью изолированы от «сети», сводя к минимуму риски поражения электрическим током шок. В результате человек может стоять на мокром полу и касаться любая часть вторичного без риска, которая не является чехол с обычной розеткой.

 

БАЗОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Полная теория на сайте electronics-tutorials.ws. Одна из основных причин, по которой мы используем переменные напряжения и токи переменного тока в наших домах и на работе, заключается в том, что источники переменного тока можно легко генерировать при удобном напряжении, преобразовывать (отсюда и название трансформатора) в гораздо более высокие напряжения, а затем распределять по стране с помощью национальная сеть опор и кабелей на очень большие расстояния.

Причина преобразования напряжения на гораздо более высокий уровень заключается в том, что более высокие распределительные напряжения предполагают меньшие токи при той же мощности и, следовательно, меньшие потери I2*R в кабельной сети, объединенной в сеть.Эти более высокие напряжения и токи передачи переменного тока затем могут быть снижены до гораздо более низкого, более безопасного и пригодного для использования уровня напряжения, где их можно использовать для питания электрооборудования в наших домах и на рабочих местах, и все это возможно благодаря базовому трансформатору напряжения.

Трансформатор напряжения можно рассматривать как электрический компонент, а не как электронный компонент. Трансформатор в основном представляет собой очень простое статическое (или стационарное) электромагнитное пассивное электрическое устройство, которое работает по принципу закона индукции Фарадея путем преобразования электрической энергии из одного значения в другое.Трансформатор делает это путем соединения двух или более электрических цепей с помощью общего колебательного магнитного контура, который создается самим трансформатором. Трансформатор работает по принципу «электромагнитной индукции» в форме взаимной индукции.

Взаимная индукция — это процесс, при котором катушка провода магнитно индуцирует напряжение в другую катушку, расположенную в непосредственной близости от нее. Тогда можно сказать, что трансформаторы работают в «магнитном домене», а трансформаторы получили свое название от того, что они «преобразовывают» один уровень напряжения или тока в другой.Трансформаторы способны увеличивать или уменьшать уровни напряжения и тока своего питания без изменения его частоты или количества электроэнергии, передаваемой от одной обмотки к другой через магнитную цепь.

Однофазный трансформатор напряжения в основном состоит из двух электрических катушек с проводом, одна из которых называется «первичная обмотка», а другая — «вторичная обмотка». В этом уроке мы определим «первичную» сторону трансформатора как сторону, которая обычно получает питание, а «вторичную» — как сторону, которая обычно подает питание.В однофазном трансформаторе напряжения первичная обмотка обычно является стороной с более высоким напряжением. Эти две катушки не находятся в электрическом контакте друг с другом, а вместо этого намотаны вместе на общую замкнутую магнитную железную цепь, называемую «сердечником». Этот сердечник из мягкого железа не является сплошным, а состоит из отдельных пластин, соединенных вместе, чтобы уменьшить потери в сердечнике.

Две обмотки катушки электрически изолированы друг от друга, но магнитно связаны через общий сердечник, что позволяет передавать электроэнергию от одной катушки к другой.Когда электрический ток проходит через первичную обмотку, создается магнитное поле, которое индуцирует напряжение во вторичной обмотке, как показано на рисунке.

Однофазный трансформатор напряжения

Другими словами, для трансформатора нет прямого электрического соединения между двумя обмотками катушки, поэтому он также называется изолирующим трансформатором.Как правило, первичная обмотка трансформатора подключается к источнику входного напряжения и преобразует или преобразует электрическую мощность в магнитное поле. В то время как работа вторичной обмотки состоит в том, чтобы преобразовывать это переменное магнитное поле в электрическую энергию, создавая требуемое выходное напряжение, как показано.

 

Конструкция трансформатора (однофазная)

Где:
— VP – первичное напряжение
— VS – вторичное напряжение
— NP – количество первичных обмоток
— NS – количество вторичных обмоток
— Φ (phi) – потокосцепление

Обратите внимание, что две обмотки катушки не связаны электрически, а связаны только магнитно.Однофазный трансформатор может увеличивать или уменьшать напряжение, подаваемое на первичную обмотку. Когда трансформатор используется для «повышения» напряжения на его вторичной обмотке по отношению к первичной, он называется повышающим трансформатором. Когда он используется для «уменьшения» напряжения на вторичной обмотке по отношению к первичной, он называется понижающим трансформатором.

Однако существует третье условие, при котором трансформатор вырабатывает на своей вторичной обмотке то же напряжение, что и на его первичной обмотке.Другими словами, его выходной сигнал идентичен передаваемому напряжению, току и мощности. Этот тип трансформатора называется «трансформатор импеданса» и в основном используется для согласования импеданса или изоляции соседних электрических цепей.

Разница в напряжении между первичной и вторичной обмотками достигается за счет изменения числа витков в первичной обмотке (NP) по сравнению с числом витков во вторичной обмотке (NS).

Поскольку трансформатор представляет собой в основном линейное устройство, теперь существует соотношение между числом витков первичной обмотки и числом витков вторичной обмотки.Это соотношение, называемое коэффициентом трансформации, более известное как «коэффициент витков» трансформаторов (TR). Это значение коэффициента трансформации определяет работу трансформатора и соответствующее напряжение на вторичной обмотке.

Необходимо знать соотношение числа витков провода на первичной обмотке по сравнению со вторичной обмоткой. Соотношение витков, которое не имеет единиц измерения, сравнивает две обмотки по порядку и записывается через двоеточие, например, 3:1 (3-к-1). В этом примере это означает, что если на первичной обмотке 3 вольта, то на вторичной обмотке будет 1 вольт, 3 вольта на 1 вольт.Тогда мы можем видеть, что если соотношение между числом витков изменяется, результирующие напряжения также должны измениться в том же отношении, и это верно.

Трансформаторы — это «соотношения». Отношение первичной обмотки к вторичной, отношение входа к выходу и соотношение витков любого данного трансформатора будет таким же, как его отношение напряжения. Другими словами, для трансформатора: «отношение витков = отношение напряжения». Фактическое количество витков провода на любой обмотке, как правило, не важно, важно только соотношение витков, и это отношение задается как:

A Коэффициент трансформации трансформаторов

Предполагая идеальный трансформатор и фазовые углы: ΦP ≡ ΦS Обратите внимание, что порядок чисел при выражении коэффициента трансформации трансформатора очень важен, так как коэффициент трансформации 3:1 выражает совсем другое соотношение трансформатора и выходное напряжение, чем тот, в котором соотношение оборотов дано как: 1:3.

 

Основы трансформатора Пример №1
Трансформатор напряжения имеет 1500 витков на первичной обмотке и 500 витков на вторичной обмотке. Каким будет коэффициент трансформации (TR) трансформатора.


Это соотношение 3:1 (3-к-1) просто означает, что на каждую вторичную обмотку приходится три первичные обмотки. По мере того, как отношение изменяется от большего числа слева к меньшему числу справа, значение первичного напряжения снижается, как показано на рисунке.

 


Основы трансформатора Пример №2
Если к первичной обмотке того же трансформатора, что и выше, приложено среднеквадратичное значение 240 вольт, каким будет результирующее вторичное напряжение без нагрузки.


Еще раз подтверждая, что трансформатор является «понижающим», так как первичное напряжение составляет 240 вольт, а соответствующее вторичное напряжение ниже на 80 вольт.

Тогда основной целью трансформатора является преобразование напряжения с заданными коэффициентами, и мы можем видеть, что первичная обмотка имеет заданное количество или количество обмоток (катушек провода) на ней, чтобы соответствовать входному напряжению.Если выходное напряжение вторичной обмотки должно быть таким же, как и входное напряжение первичной обмотки, то на вторичном сердечнике должно быть намотано такое же количество витков катушки, как и на первичном сердечнике, что обеспечивает равномерное соотношение витков 1:1. (1 к 1). Другими словами, одна катушка включает вторичную обмотку, а другая катушку включает первичную.

Если выходное вторичное напряжение должно быть больше или выше входного напряжения (повышающий трансформатор), то на вторичной обмотке должно быть больше витков, обеспечивающих соотношение витков 1:N (1-к-N), где N представляет число витков.Аналогичным образом, если требуется, чтобы вторичное напряжение было ниже или меньше первичного (понижающий трансформатор), количество вторичных обмоток должно быть меньше, обеспечивая соотношение витков N:1 (N-к-1). .

Мы видели, что количество витков вторичной обмотки по сравнению с первичной обмоткой, т. е. соотношение витков, влияет на величину напряжения вторичной обмотки. Но если две обмотки электрически изолированы друг от друга, как создается это вторичное напряжение? Ранее мы говорили, что трансформатор в основном состоит из двух катушек, намотанных на общий сердечник из мягкого железа.Когда переменное напряжение ( VP ) подается на первичную катушку, ток течет через катушку, которая, в свою очередь, создает вокруг себя магнитное поле, называемое взаимной индуктивностью, за счет этого тока в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. Сила магнитного поля возрастает по мере того, как ток увеличивается от нуля до максимального значения, которое выражается как dΦ/dt.

 

По мере того, как магнитные силовые линии, создаваемые этим электромагнитом, расширяются наружу от катушки, сердечник из мягкого железа формирует путь для магнитного потока и концентрирует его.Этот магнитный поток связывает витки обеих обмоток, увеличиваясь и уменьшаясь в противоположных направлениях под действием источника переменного тока.

Однако сила магнитного поля, индуцируемого в сердечнике из мягкого железа, зависит от силы тока и количества витков в обмотке. Когда ток уменьшается, напряженность магнитного поля уменьшается.

Когда магнитные линии потока обтекают сердечник, они проходят через витки вторичной обмотки, вызывая индукцию напряжения во вторичной катушке.Величина индуцируемого напряжения будет определяться: N*dΦ/dt (закон Фарадея), где N — количество витков катушки. Также это индуцированное напряжение имеет ту же частоту, что и напряжение первичной обмотки.

Тогда мы можем видеть, что одинаковое напряжение индуцируется в каждом витке обеих обмоток, потому что один и тот же магнитный поток связывает витки обеих обмоток вместе. В результате общее индуцированное напряжение в каждой обмотке прямо пропорционально количеству витков в этой обмотке. Однако пиковая амплитуда выходного напряжения, доступного на вторичной обмотке, будет уменьшена, если магнитные потери сердечника высоки.

Если мы хотим, чтобы первичная катушка создавала более сильное магнитное поле для преодоления магнитных потерь в сердечниках, мы можем либо пропустить больший ток через катушку, либо сохранить тот же ток, но вместо этого увеличить количество витков катушки ( NP ) обмотки. Произведение ампер на витки называется «ампер-витки», что определяет намагничивающую силу катушки.

Предположим, у нас есть трансформатор с одним витком на первичной обмотке и только с одним витком на вторичной обмотке.Если на один виток первичной обмотки подается один вольт, при условии отсутствия потерь, должен протекать достаточный ток и генерироваться достаточный магнитный поток, чтобы индуцировать один вольт на одном витке вторичной обмотки. То есть каждая обмотка поддерживает одинаковое количество вольт на виток.

Поскольку магнитный поток изменяется синусоидально, Φ = Φmax sinωt, то основное соотношение между ЭДС индукции ( E ) в обмотке катушки из N витков определяется выражением:

ЭДС = обороты x скорость изменения

 

Где:
— ƒ – частота потока в Герцах, = ω/2π
— Ν – количество витков катушки.
— Φ – величина потока в веберах

Это известно как уравнение ЭДС трансформатора. Для ЭДС первичной обмотки N будет числом витков первичной обмотки (NP), а для ЭДС вторичной обмотки N будет числом витков вторичной обмотки (NS).

Также обратите внимание, что, поскольку трансформаторам для правильной работы требуется переменный магнитный поток, трансформаторы нельзя использовать для преобразования или подачи постоянного напряжения или тока, поскольку магнитное поле должно изменяться, чтобы индуцировать напряжение во вторичной обмотке.Другими словами, трансформаторы НЕ работают на постоянном напряжении постоянного тока, а только на переменном или пульсирующем напряжении.

Если бы первичная обмотка трансформатора была подключена к источнику постоянного тока, индуктивное сопротивление обмотки было бы равно нулю, поскольку постоянный ток не имеет частоты, поэтому эффективное сопротивление обмотки будет очень низким и равным только сопротивлению меди использовал. Таким образом, обмотка будет потреблять очень большой ток от источника постоянного тока, что приведет к ее перегреву и, в конечном итоге, к перегоранию, потому что, как мы знаем, I = V/R.


Основы трансформатора Пример №3
Однофазный трансформатор имеет 480 витков на первичной обмотке и 90 витков на вторичной обмотке. Максимальное значение плотности магнитного потока составляет 1,1 Тл при подаче на первичную обмотку трансформатора напряжения 2200 вольт, 50 Гц. Вычислить:

а).  Максимальный поток в активной зоне.


б). Площадь поперечного сечения сердечника.


в). Вторичная ЭДС индукции.

Основы трансформатора — Эффективность

Трансформатору не требуются движущиеся части для передачи энергии. Это означает отсутствие потерь на трение или сопротивление воздуха, связанных с другими электрическими машинами. Однако трансформаторы страдают от других типов потерь, называемых «потери в меди» и «потери в железе», но, как правило, они довольно малы.Потери в меди, также известные как потери I2R, представляют собой потери электроэнергии в виде тепла в результате циркуляции токов вокруг медных обмоток трансформатора, отсюда и название. Потери в меди представляют собой наибольшие потери при работе трансформатора. Фактическую потерянную мощность в ваттах можно определить (в каждой обмотке) путем возведения в квадрат ампер и умножения на сопротивление обмотки в омах (I2R). Потери в железе, также известные как гистерезис, представляют собой отставание магнитных молекул внутри сердечника в ответ на переменный магнитный поток.Это отставание (или несовпадение по фазе) связано с тем, что для обращения магнитных молекул требуется мощность; они не меняются местами до тех пор, пока поток не достигнет достаточной силы, чтобы обратить их. Их реверсирование приводит к трению, а трение производит тепло в ядре, что является формой потери мощности. Гистерезис внутри трансформатора можно уменьшить, если сделать сердечник из специальных стальных сплавов. Интенсивность потерь мощности в трансформаторе определяет его КПД. КПД трансформатора отражается в потерях мощности (мощности) между первичной (входной) и вторичной (выходной) обмотками.Тогда результирующий КПД трансформатора равен отношению выходной мощности вторичной обмотки PS к подводимой мощности первичной обмотки PP и, следовательно, высок. Идеальный трансформатор имеет 100% КПД, потому что он отдает всю получаемую энергию. Настоящие трансформаторы, с другой стороны, не на 100% эффективны, и при полной нагрузке КПД трансформатора составляет от 94% до 96%, что вполне неплохо. Для трансформатора, работающего при постоянном напряжении и частоте с очень высокой мощностью, КПД может достигать 98%.КПД, η трансформатора определяется как:

 

Эффективность трансформатора


Где: Вход, выход и потери выражены в единицах мощности. Обычно при работе с трансформаторами первичные ватты называются «вольт-амперами», ВА, чтобы отличить их от вторичных ватт. Тогда приведенное выше уравнение эффективности можно изменить на:


Иногда легче запомнить взаимосвязь между входом, выходом и эффективностью трансформатора, используя изображения.Здесь три величины ВА, Вт и η были наложены друг на друга в виде треугольника, дающего мощность в ваттах вверху с вольт-амперами и эффективностью внизу. Такое расположение представляет фактическое положение каждой величины в формулах эффективности.

Треугольник эффективности трансформатора

и транспонирование приведенных выше треугольных величин дает нам следующие комбинации того же уравнения:

 

Затем, чтобы найти Вт (выход) = ВА x эфф., либо найти ВА (вход) = Вт/эфф., либо найти КПД, эфф. = Вт/ВА и т. д.

Краткий обзор основ трансформатора

Тогда подведем итоги этого урока по основам трансформеров. Трансформатор изменяет уровень напряжения (или уровень тока) на своей входной обмотке на другое значение на своей выходной обмотке с помощью магнитного поля. Трансформатор состоит из двух электрически изолированных катушек и работает по принципу Фарадея «взаимной индукции», при котором ЭДС индуцируется во вторичной катушке трансформатора магнитным потоком, создаваемым напряжениями и токами, протекающими в первичной обмотке катушки.

Первичная и вторичная обмотки катушек намотаны на общий сердечник из мягкого железа, состоящий из отдельных пластин, для снижения потерь на вихревые токи и мощности. Первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного тока, который должен быть синусоидальным по своей природе, а вторичная обмотка подает электроэнергию на нагрузку. Сказав это, трансформатор можно использовать в обратном направлении с питанием, подключенным к вторичной обмотке, при условии соблюдения номинальных значений напряжения и тока.

Мы можем представить трансформатор в виде блок-схемы следующим образом:

Основное представление трансформатора

 

Отношение первичных и вторичных обмоток трансформатора относительно друг друга дает либо повышающий трансформатор напряжения, либо понижающий трансформатор напряжения, при этом отношение числа первичных витков к числу вторичных витков называется «витками». коэффициент» или «коэффициент трансформации».

Если это отношение меньше единицы, n < 1, то NS больше NP и трансформатор классифицируется как повышающий. Если это отношение больше единицы, n > 1, то есть NP больше NS, трансформатор классифицируется как понижающий. Обратите внимание, что однофазный понижающий трансформатор также можно использовать в качестве повышающего трансформатора, просто поменяв местами его соединения и сделав обмотку низкого напряжения первичной, и наоборот, пока трансформатор работает в пределах исходного расчетного номинала ВА.

Если отношение витков равно единице, то есть n = 1, то и первичная, и вторичная обмотки имеют одинаковое количество витков, поэтому напряжения и токи будут одинаковыми как для первичной, так и для вторичной обмоток.

Этот тип трансформатора 1:1 классифицируется как изолирующий трансформатор, так как первичная и вторичная обмотки трансформатора имеют одинаковое число вольт на виток. КПД трансформатора — это отношение мощности, которую он отдает в нагрузку, к мощности, которую он поглощает из сети.В идеальном трансформаторе нет потерь, поэтому нет потери мощности, тогда PIN = POUT.

В следующем учебном пособии по основам трансформатора мы рассмотрим физическую конструкцию трансформатора и увидим различные типы магнитных сердечников и слоев, используемых для поддержки первичной и вторичной обмоток.

Как работают трансформаторы. Самодельные схемы

Согласно определению, данному в Википедии, электрический трансформатор — это стационарное оборудование, которое обменивает электроэнергию между парой близко намотанных катушек посредством магнитной индукции.

Постоянно изменяющийся ток в одной обмотке трансформатора создает переменный магнитный поток, который, следовательно, индуцирует переменную электродвижущую силу во второй катушке, построенной на том же сердечнике.

Основной принцип работы

Трансформаторы в основном работают путем передачи электроэнергии между парой катушек посредством взаимной индукции, независимо от какой-либо формы прямого контакта между двумя обмотками.

Этот процесс передачи электричества посредством индукции был впервые подтвержден законом индукции Фарадея в 1831 году.Согласно этому закону индуцированное напряжение на двух катушках создается из-за переменного магнитного потока, окружающего катушку.

Основной функцией трансформатора является повышение или понижение переменного напряжения/тока в различных пропорциях в соответствии с требованиями применения. Пропорции определяются количеством витков и коэффициентом витков обмотки.

Анализ идеального трансформатора

Мы можем представить идеальный трансформатор как гипотетическую конструкцию, которая может быть практически без потерь.Кроме того, в этой идеальной конструкции первичная и вторичная обмотки могут быть идеально соединены друг с другом.

Это означает, что магнитная связь между двумя обмотками осуществляется через сердечник с бесконечной магнитной проницаемостью и с индуктивностью обмотки при нулевой магнитодвижущей силе.

Мы знаем, что в трансформаторе переменный ток, подаваемый в первичную обмотку, пытается создать переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора, который также включает в себя вторичную обмотку, окружающую его.

Из-за этого переменного потока на вторичной обмотке индуцируется электродвижущая сила (ЭДС) за счет электромагнитной индукции. Это приводит к генерированию потока на вторичной обмотке с величиной, противоположной, но равной потоку первичной обмотки, в соответствии с законом Ленца.

Поскольку сердечник имеет бесконечную магнитную проницаемость, весь (100%) магнитный поток может передаваться через две обмотки.

Это означает, что когда первичная обмотка подвергается воздействию источника переменного тока, а нагрузка подключена к клеммам вторичной обмотки, ток протекает через соответствующую обмотку в направлениях, указанных на следующей схеме.В этом состоянии магнитодвижущая сила сердечника нейтрализуется до нуля.

Изображение предоставлено: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Transformer3d_col3.svg

В этой идеальной конструкции трансформатора, поскольку передача потока через первичную и вторичную обмотки составляет 100%, согласно закону Фарадея Индуцированное напряжение на каждой обмотке будет точно пропорционально количеству витков обмотки, как показано на следующем рисунке:

Тестовое видео Проверка линейной зависимости между первичным и вторичным коэффициентом витков.

ВИТКИ И ОТНОШЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ

Давайте попробуем разобраться в расчетах коэффициентов витков в деталях:

Чистая величина напряжения, индуцированного от первичной обмотки к вторичной, просто определяется отношением числа витков намотаны на первичную и вторичную секции.

Однако это правило применяется только в том случае, если трансформатор близок к идеальному.

Идеальным трансформатором является трансформатор с незначительными потерями в виде скин-эффекта или вихревых токов.

Возьмем пример с рисунка 1 ниже (для идеального трансформатора).

Предположим, что первичная обмотка состоит примерно из 10 витков, а вторичная обмотка состоит только из одного витка. Из-за электромагнитной индукции линии потока, генерируемые на первичной обмотке в ответ на входной переменный ток, попеременно расширяются и схлопываются, прорезая 10 витков первичной обмотки. Это приводит к тому, что во вторичной обмотке индуцируется точно пропорциональное количество напряжения в зависимости от коэффициента трансформации.

Обмотка, на которую подается переменный ток, становится первичной обмоткой, а дополнительная обмотка, производящая выходной сигнал за счет магнитной индукции от первичной, становится вторичной обмоткой.

Рисунок (1)

Поскольку вторичная обмотка имеет только один виток, на ее один виток действует пропорциональный магнитный поток относительно 10 витков первичной обмотки.

Следовательно, поскольку напряжение, приложенное к первичной обмотке, равно 12 В, то на каждую ее обмотку будет воздействовать противоЭДС 12/10 = 1.2 В, и это именно то значение напряжения, которое будет влиять на один виток, присутствующий во вторичной секции. Это связано с тем, что он имеет одну обмотку, которая способна извлекать только такое же эквивалентное количество индукции, которое может быть доступно на одном витке первичной обмотки.

Таким образом, вторичная обмотка за один виток сможет получить 1,2 В от первичной обмотки.

Приведенное выше объяснение показывает, что количество витков первичной обмотки трансформатора линейно соответствует напряжению питания на нем, а напряжение просто делится на количество витков.

Таким образом, в приведенном выше случае, поскольку напряжение составляет 12 В, а количество витков равно 10, суммарная ЭДС счетчика, индуцированная на каждом из витков, будет 12/10 = 1,2 В

Пример #2

Теперь давайте визуализируем рисунок 2 ниже, он показывает тот же тип конфигурации, что и на рисунке 1. ожидайте вторичного, который теперь имеет 1 дополнительный виток, то есть 2 числа витков.

Излишне говорить, что теперь вторичная обмотка будет проходить через вдвое большее количество линий магнитного потока по сравнению с состоянием, показанным на рисунке 1, которое имело только один виток.

Таким образом, здесь вторичная обмотка будет показывать около 12/10 x 2 = 2,4 В, потому что на два витка будет влиять величина противоЭДС, которая может быть эквивалентной для двух обмоток на первичной стороне трансформатора.

Таким образом, из приведенного выше обсуждения в целом можно сделать вывод, что в трансформаторе соотношение между напряжением и числом витков на первичной и вторичной обмотках вполне линейно и пропорционально.

Число витков трансформатора

Таким образом, полученная формула для расчета количества витков для любого трансформатора может быть выражена как:

Es/Ep = Ns/Np

где,

  • Es = вторичное напряжение

    3 ,

  • Ep = первичное напряжение,
  • Ns = количество витков вторичной обмотки,
  • Np = количество витков первичной обмотки.

Соотношение витков первичной вторичной обмотки

Было бы интересно отметить, что вышеприведенная формула показывает прямое отношение между отношением напряжения вторичной обмотки к первичному и числом витков вторичной обмотки к первичной, которые указаны как пропорциональные и равны.

Таким образом, приведенное выше уравнение может быть также выражено как:

Ep x Ns = Es x Np

Далее, мы можем вывести приведенную выше формулу для решения Es и Ep, как показано ниже:

Es = (Ep x Ns)/Np

аналогично,

Ep = (Es x Np)/Ns

Приведенное выше уравнение показывает, что если доступны любые 3 величины, четвертую величину можно легко определить, решив формулу .

Решение практических проблем с обмоткой трансформатора

Пример №1: Трансформатор имеет 200 витков в первичной части, 50 витков во вторичной и 120 вольт, подключенных к первичной обмотке (Ep). Каким может быть напряжение на вторичной обмотке (E s)?

Дано:

  • Np = 200 витков
  • Ns = 50 витков
  • Ep = 120 вольт
    905 Volts

Ответ:

ES = EPNS/NP

Замена:

ES = (120 В x 50 поворотов). 2 : Предположим, у нас есть 400 витков провода в катушке с железным сердечником.

Предположим, что катушка должна использоваться в качестве первичной обмотки трансформатора. Рассчитайте количество витков, которые необходимо намотать на катушку, чтобы получить вторичную обмотку трансформатора, чтобы обеспечить вторичное напряжение в один вольт в ситуации где первичное напряжение 5 вольт?

Дано:

  • Np = 400 витков
  • Ep = 5 вольт
  • Es = 1 вольт
  • 9007? повороты

Ответ:

EPNS = EsNp

Транспонирование для Ns:

Ns = EsNp / Ер

Подставив:

Ns = (1V х 400 оборотов) / 5 вольт

Ns = 80 витков

Имейте в виду: Отношение напряжения (5:1) эквивалентно коэффициенту обмотки (400:80).Иногда, вместо определенных значений, вам присваивается соотношение витков или напряжения.

В таких случаях вы можете просто принять любое произвольное число для одного из напряжений (или обмотки) и вычислить другое альтернативное значение из соотношения.

В качестве иллюстрации предположим, что соотношение обмотки задано как 6:1, вы можете представить количество витков для первичной части и вычислить эквивалентное количество витков вторичной обмотки, используя такие пропорции, как 60:10, 36:6, 30:5 и т. д.

Трансформатор во всех приведенных выше примерах имеет меньшее количество витков во вторичной части по сравнению с первичной частью. По этой причине вы можете найти меньшее напряжение на вторичной стороне трансформатора, чем на первичной стороне.

Что такое повышающие и понижающие трансформаторы

Трансформатор, у которого номинальное напряжение на вторичной стороне ниже номинального напряжения на первичной стороне, называется ПОНИЖАЮЩИМ трансформатором.

Или, в качестве альтернативы, если вход переменного тока подается на обмотку с большим числом витков, то трансформатор действует как понижающий трансформатор.

Коэффициент понижающего трансформатора четыре к одному обозначен как 4:1. Трансформатор, который включает меньшее количество витков на первичной стороне по сравнению со вторичной стороной, будет генерировать более высокое напряжение на вторичной стороне по сравнению с напряжением, подключенным на первичной стороне.

Трансформатор, у которого номинальное напряжение вторичной обмотки превышает напряжение первичной обмотки, называется ПОВЫШАЮЩИМ трансформатором. Или, альтернативно, если вход переменного тока подается на обмотку с меньшим числом витков, то трансформатор действует как повышающий трансформатор.

Передаточное отношение повышающего трансформатора один к четырем должно быть указано как 1:4. Как видно из двух соотношений, в начале последовательно упоминается величина первичной боковой обмотки.

Можно ли использовать понижающий трансформатор в качестве повышающего и наоборот?

Да, безусловно! Все трансформаторы работают по одному и тому же фундаментальному принципу, описанному выше. Использование повышающего трансформатора в качестве понижающего просто означает перестановку входных напряжений на их первичной/вторичной обмотке.

Например, если у вас есть обычный повышающий трансформатор источника питания, который обеспечивает выходное напряжение 12-0-12 В от входного переменного тока 220 В, вы можете использовать тот же трансформатор в качестве повышающего трансформатора для получения выходного напряжения 220 В от источника переменного тока. Вход 12 В переменного тока.

Классическим примером является инверторная схема, в которой трансформаторы не имеют ничего особенного. Все они работают на обычных понижающих трансформаторах, включенных наоборот.

Воздействие нагрузки

Всякий раз, когда нагрузка или электрическое устройство подключаются к вторичной обмотке трансформатора, ток или сила тока проходит через вторичную обмотку вместе с нагрузкой.

Магнитный поток, создаваемый током во вторичной обмотке, взаимодействует с магнитными линиями потока, создаваемого током в первичной обмотке. Этот конфликт между двумя линиями потоков создается в результате общей индуктивности между первичной и вторичной обмотками.

Взаимный поток

Абсолютный поток в материале сердечника трансформатора преобладает как в первичной, так и во вторичной обмотках. Кроме того, это способ, по которому электрическая энергия может мигрировать из первичной обмотки во вторичную обмотку.

В связи с тем, что этот поток объединяет обе обмотки, явление, известное как ВЗАИМНЫЙ ПОТОК. Кроме того, индуктивность, создающая этот поток, преобладает в обеих обмотках и называется взаимной индуктивностью.

На рисунке (2) ниже показан поток, создаваемый токами в первичной и вторичной обмотках трансформатора каждый раз, когда ток питания включается в первичной обмотке.

Рисунок (2)

Всякий раз, когда сопротивление нагрузки подключается ко вторичной обмотке, напряжение, подаваемое во вторичную обмотку, вызывает циркуляцию тока во вторичной обмотке.

Этот ток создает кольца потока вокруг вторичной обмотки (обозначены пунктирными линиями), что может быть альтернативой полю потока вокруг первичной обмотки (закон Ленца).

Следовательно, поток вокруг вторичной обмотки компенсирует большую часть потока вокруг первичной обмотки.

При меньшем количестве потока, окружающего первичную обмотку, обратная ЭДС уменьшается, и из источника питания высасывается больше ампер. Дополнительный ток в первичной обмотке высвобождает дополнительные линии потока, в значительной степени восстанавливая исходное количество линий абсолютного потока.

ТУРЫ И ОТНОШЕНИЯ ТОКОВ

Количество силовых линий, образующихся в сердечнике trafo, пропорционально силе намагничивания

(В АМПЕР-ТУРАХ) первичной и вторичной обмоток.

Ампер-виток (I x N) указывает на магнитодвижущую силу; ее можно понимать как магнитодвижущую силу, создаваемую током в один ампер, протекающим по катушке с 1 витком.

Поток, присутствующий в сердечнике трансформатора, окружает вместе первичную и вторичную обмотки.

Учитывая, что поток идентичен для каждой обмотки, ампер-витки в каждой, первичной и вторичной обмотке всегда должны быть одинаковыми.

По этой причине:

IPNP = ISNS

Где:

IPNP = AMPERE/OUPLIN выражение по
Ip , получаем:
Np/Ns = Is/Ip

так как: Es/Ep = Ns/Np

Тогда: Ep/Es = Np/Ns 9

80004 9000 Ep/Es = Is/Ip

где

  • Ep = напряжение на первичной обмотке в вольтах
  • Es = напряжение на вторичной обмотке в вольтах
  • Ip = ток в первичной обмотке в амперах вторичная обмотка в амперах

Обратите внимание, что уравнения показывают, что отношение ампер является обратным соотношением обмотки или витка, а также отношением напряжения.

Это означает, что трансформатор с меньшим числом витков на вторичной обмотке по сравнению с первичной обмоткой может понижать напряжение, но повышать ток. Например:

Допустим, трансформатор имеет отношение напряжения 6:1.

Попытайтесь определить ток или ампер на вторичной стороне, если ток или ампер на первичной стороне составляет 200 миллиампер.

Предположим,

Ep = 6 В (например)
Es = 1 В
Ip = 200 мА или 0.2 Ампер
Is = ?

Ответ:

EP/ES = IS/IP

Транпозирование для IS:

IS = EPIP/ES

Заместительство:

IS = (6V x 0,2A)/1V
Is = 1,2 А

В приведенном выше сценарии рассматривается тот факт, что, несмотря на то, что напряжение на вторичной обмотке составляет одну шестую от напряжения на первичной обмотке, сила тока во вторичной обмотке в 6 раз превышает силу тока в первичной обмотке.

Приведенные выше уравнения вполне можно рассматривать с альтернативной точки зрения.

Коэффициент обмотки означает сумму, на которую трансформатор увеличивает, увеличивает или уменьшает напряжение, подаваемое на первичную обмотку.

Для иллюстрации предположим, что если вторичная обмотка трансформатора имеет в два раза больше витков, чем первичная обмотка, то напряжение, подаваемое на вторичную обмотку, вероятно, будет в два раза больше напряжения на первичной обмотке.

В случае, если вторичная обмотка содержит половину количества витков первичной обмотки, напряжение на вторичной стороне будет равно половине напряжения на первичной обмотке.

При этом коэффициент обмотки вместе с коэффициентом усиления трансформатора составляют обратную зависимость.

В результате повышающий трансформатор 1:2 может иметь половину силы тока во вторичной обмотке по сравнению с первичной. Понижающий трансформатор 2:1 может иметь в два раза больший ток во вторичной обмотке по сравнению с первичной обмоткой.

Иллюстрация: Трансформатор с соотношением обмоток 1:12 имеет ток во вторичной обмотке 3 ампера.Узнать величину ампер в первичной обмотке?

Дано:

Np = 1 виток (например)
Ns = 12 витков
Is = 3Amp
Lp = ?

Ответ:

NP/NS = IS/IP

Заместитель:

IP = (12 поворотов x 3 AMP)/1 Turn

IP = 36A

Расчет мутолого индукта

111111 Взаимная индукция — это процесс, при котором одна обмотка подвергается индукции ЭДС из-за скорости изменения тока соседней обмотки, что приводит к индуктивной связи между обмотками.

Другими словами Взаимная индуктивность представляет собой отношение ЭДС индуктивности в одной обмотке к скорости изменения тока в другой обмотке, выражаемое следующей формулой:

М = ЭДС / di(t) / dt

Фазировка в трансформаторах:

Обычно, когда мы исследуем трансформаторы, большинство из нас считает, что напряжение и ток первичной и вторичной обмоток находятся в фазе друг с другом. Однако это может быть не всегда так.В трансформаторах соотношение между напряжением и фазовым углом тока на первичной и вторичной обмотках зависит от того, как эти обмотки повернуты вокруг сердечника. Это зависит от того, направлены ли они оба против часовой стрелки или по часовой стрелке, или может быть одна обмотка повернута по часовой стрелке, а другая обмотка против часовой стрелки.

Давайте обратимся к следующим схемам, чтобы понять, как ориентация обмотки влияет на фазовый угол:

В приведенном выше примере направления обмотки выглядят одинаково, то есть и первичная, и вторичная обмотки повернуты по часовой стрелке.Из-за этой одинаковой ориентации фазовый угол выходного тока и напряжения идентичен фазовому углу входного тока и напряжения.

Во втором приведенном выше примере направление обмотки трансформатора можно увидеть с противоположной ориентацией. Как видно, первичка намотана по часовой стрелке, а вторичка намотана против часовой стрелки. Из-за этой противоположной ориентации обмотки фазовый угол между двумя обмотками составляет 180 градусов, а индуцированный вторичный выход показывает противофазную реакцию тока и напряжения.

Обозначение точками и условное обозначение точек

Во избежание путаницы для обозначения ориентации обмотки трансформатора используется обозначение точками или условное обозначение точками. Это позволяет пользователю понять характеристики входного и выходного фазового угла, независимо от того, находятся ли первичная и вторичная обмотки в фазе или в противофазе.

Точечные метки реализуются в виде точечных меток поперек начальной точки обмотки, указывая, находятся ли обмотки в фазе или в противофазе друг с другом.

На следующей схеме трансформатора обозначены точки, и это означает, что первичная и вторичная обмотки трансформатора находятся в фазе друг с другом.

Обозначение точками, используемое на приведенном ниже рисунке, показывает точки, расположенные на противоположных точках первичной и вторичной обмотки. Это указывает на то, что ориентация обмоток двух сторон не одинакова, и, следовательно, фазовый угол между двумя обмотками будет сдвинут по фазе на 180 градусов, когда на одну из обмоток подается вход переменного тока.

Потери в реальном трансформаторе

Расчеты и формулы, рассмотренные в предыдущих параграфах, были основаны на идеальном трансформаторе. Однако в реальном мире и для реального трансформатора сценарий может сильно отличаться.

Вы обнаружите, что в идеальной конструкции следующие фундаментальные линейные коэффициенты реальных трансформаторов будут игнорироваться:

(a) Многие типы потерь в сердечнике, вместе известные как потери тока намагничивания, которые могут включать следующие типы потерь:

  • Гистерезисные потери: вызваны нелинейным влиянием магнитного потока на сердечник трансформатора.
  • Потери на вихревые токи : эти потери возникают из-за явления, называемого джоулевым нагревом в сердечнике трансформатора. Оно пропорционально квадрату напряжения, подаваемого на первичную обмотку трансформатора.

(б) В отличие от идеального трансформатора сопротивление обмотки реального трансформатора никогда не может быть нулевым. Это означает, что обмотка в конечном итоге будет иметь некоторое сопротивление и индуктивность, связанные с ними.

  • Потери в джоулях: как объяснялось выше, сопротивление, создаваемое на клеммах обмотки, приводит к потерям в джоулях.
  • Поток рассеяния: Мы знаем, что трансформаторы сильно зависят от магнитной индукции их обмотки. Однако, поскольку обмотки построены на общем одиночном сердечнике, магнитный поток имеет тенденцию просачиваться через обмотку через сердечник. Это приводит к импедансу, называемому первичным/вторичным реактивным сопротивлением, который способствует потерям трансформатора.

(c) Поскольку трансформатор также является своего рода катушкой индуктивности, на него также влияют такие явления, как паразитная емкость и собственный резонанс из-за распределения электрического поля.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.