Transformers ทำงานอย่างไร

ตามคำจำกัดความที่ให้ไว้ใน Wikipedia หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์เครื่องเขียนที่แลกเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้ากับขดลวดสองเส้นที่ปิดสนิทผ่านการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

กระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องในขดลวดหนึ่งของหม้อแปลงจะสร้างฟลักซ์แม่เหล็กที่แตกต่างกันซึ่งทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่แตกต่างกันเหนือขดลวดที่สองที่สร้างขึ้นบนแกนเดียวกัน

หลักการทำงานพื้นฐาน

โดยทั่วไปหม้อแปลงทำงานโดยการถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าระหว่างขดลวดคู่หนึ่งผ่านการเหนี่ยวนำซึ่งกันและกันโดยไม่ขึ้นอยู่กับการสัมผัสโดยตรงระหว่างรูปแบบใด ๆ ระหว่างขดลวดทั้งสอง

กระบวนการถ่ายโอนกระแสไฟฟ้าผ่านการเหนี่ยวนำนี้ได้รับการพิสูจน์ครั้งแรกโดยกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ในปี พ.ศ. 2374 ตามกฎหมายนี้แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำระหว่างขดลวดสองขดถูกสร้างขึ้นเนื่องจากฟลักซ์แม่เหล็กที่แตกต่างกันรอบขดลวด

หน้าที่พื้นฐานของหม้อแปลงคือการเพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้า / กระแสสลับในสัดส่วนที่แตกต่างกันตามความต้องการของการใช้งาน สัดส่วนจะถูกกำหนดโดยจำนวนรอบและอัตราส่วนการหมุนของขดลวด

การวิเคราะห์หม้อแปลงไฟฟ้าในอุดมคติ

เราสามารถจินตนาการถึงหม้อแปลงในอุดมคติที่จะออกแบบโดยสมมุติฐานที่แทบจะไม่มีการสูญเสียใด ๆ เลย ยิ่งไปกว่านั้นการออกแบบในอุดมคตินี้อาจมีขดลวดหลักและขดลวดทุติยภูมิควบคู่กันอย่างสมบูรณ์แบบ

ความหมายพันธะแม่เหล็กระหว่างขดลวดทั้งสองคือผ่านแกนกลางที่มีความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กไม่สิ้นสุดและด้วยการเหนี่ยวนำที่คดเคี้ยวที่แรงแม่เหล็กโดยรวมเป็นศูนย์

เรารู้ว่าในหม้อแปลงกระแสสลับที่ใช้ในขดลวดปฐมภูมิพยายามบังคับใช้ฟลักซ์แม่เหล็กที่แตกต่างกันภายในแกนของหม้อแปลงซึ่งรวมถึงขดลวดทุติยภูมิที่ล้อมรอบด้วย

เนื่องจากฟลักซ์ที่แตกต่างกันนี้จึงเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) ที่ขดลวดทุติยภูมิผ่านการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า สิ่งนี้ส่งผลให้เกิดการสร้างฟลักซ์บนขดลวดทุติยภูมิที่มีขนาดตรงข้าม แต่เท่ากับฟลักซ์ขดลวดปฐมภูมิตาม กฎหมาย Lenz'z .

เนื่องจากแกนกลางมีความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กที่ไม่มีที่สิ้นสุดฟลักซ์แม่เหล็กทั้งหมด (100%) จึงสามารถถ่ายโอนผ่านขดลวดทั้งสองได้

นี่หมายความว่าเมื่อกระแสหลักอยู่ภายใต้แหล่งจ่ายไฟ AC และโหลดเชื่อมต่อกับขั้วขดลวดทุติยภูมิกระแสจะไหลผ่านขดลวดตามลำดับตามที่ระบุในแผนภาพต่อไปนี้ ในสภาพนี้แรงเคลื่อนของแกนแม่เหล็กจะถูกทำให้เป็นกลางเป็นศูนย์

เอื้อเฟื้อภาพ: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Transformer3d_col3.svg

ในการออกแบบหม้อแปลงในอุดมคตินี้เนื่องจากการถ่ายโอนฟลักซ์ข้ามขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิเป็น 100% ตามกฎของฟาราเดย์แรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำในแต่ละขดลวดจะเป็นสัดส่วนที่สมบูรณ์แบบกับจำนวนรอบของขดลวดดังที่แสดงในต่อไปนี้ รูป:

วิดีโอทดสอบการตรวจสอบความสัมพันธ์เชิงเส้นระหว่างอัตราส่วนการเลี้ยวหลัก / รอง

อัตราการหมุนและแรงดันไฟฟ้า

มาลองทำความเข้าใจการคำนวณอัตราส่วนการเลี้ยวโดยละเอียด:

ขนาดสุทธิของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากขดลวดปฐมภูมิถึงทุติยภูมินั้นพิจารณาจากอัตราส่วนของจำนวนรอบการหมุนของส่วนหลักและส่วนรอง

อย่างไรก็ตามกฎนี้ใช้เฉพาะในกรณีที่หม้อแปลงอยู่ใกล้กับหม้อแปลงในอุดมคติเท่านั้น

หม้อแปลงในอุดมคติคือหม้อแปลงที่มีการสูญเสียเล็กน้อยในรูปแบบของเอฟเฟกต์ผิวหนังหรือกระแสไหลวน

ลองดูตัวอย่างรูปที่ 1 ด้านล่าง (สำหรับหม้อแปลงในอุดมคติ)

สมมติว่าขดลวดปฐมภูมิประกอบด้วยรอบ 10 รอบในขณะที่ขดลวดทุติยภูมิมีเพียงการหมุนรอบเดียว เนื่องจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเส้นของฟลักซ์ที่สร้างขึ้นบนขดลวดปฐมภูมิเพื่อตอบสนองต่อ AC อินพุตสลับกันขยายและยุบตัดผ่าน 10 รอบของขดลวดปฐมภูมิ สิ่งนี้ส่งผลให้เกิดแรงดันไฟฟ้าในสัดส่วนที่แม่นยำตลอดขดลวดทุติยภูมิขึ้นอยู่กับอัตราส่วนการหมุน

ขดลวดที่ให้มาพร้อมกับอินพุต AC จะกลายเป็นขดลวดปฐมภูมิในขณะที่ขดลวดเสริมที่สร้างเอาต์พุตผ่านการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจากหลักกลายเป็นขดลวดทุติยภูมิ

รูปที่ 1)

เนื่องจากรอบรองมีเพียงเทิร์นเดียวจึงสัมผัสกับฟลักซ์แม่เหล็กตามสัดส่วนในเทิร์นเดียวที่สัมพันธ์กับ 10 เทิร์นของหลัก

ดังนั้นเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับกระแสหลักคือ 12 V ดังนั้นการคดเคี้ยวแต่ละครั้งจะต้องอยู่ภายใต้ EMF ตัวนับ 12/10 = 1.2 V และนี่คือขนาดของแรงดันไฟฟ้าที่จะมีผลต่อการเปิดครั้งเดียว ส่วนรอง เนื่องจากมีขดลวดเดี่ยวซึ่งสามารถดึงการเหนี่ยวนำได้ในปริมาณที่เท่ากันซึ่งอาจมีอยู่ในการหมุนครั้งเดียวเหนือหลัก

ดังนั้นตัวรองที่มีเทิร์นเดียวจะสามารถแยก 1.2V จากตัวหลักได้

คำอธิบายข้างต้นบ่งชี้ว่าจำนวนรอบของหม้อแปลงหลักตรงตามแนวเส้นตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่อยู่ตรงข้ามและแรงดันไฟฟ้าจะถูกหารด้วยจำนวนรอบ

ดังนั้นในกรณีข้างต้นเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าคือ 12V และจำนวนรอบเท่ากับ 10 ตัวนับสุทธิ EMF ที่เกิดขึ้นในแต่ละรอบจะเป็น 12/10 = 1.2V

ตัวอย่าง # 2

ทีนี้มาดูรูปที่ 2 ด้านล่างซึ่งจะแสดงประเภทของการกำหนดค่าที่คล้ายกันในรูปที่ 1 คาดหวังรองซึ่งตอนนี้มีเทิร์นเพิ่มอีก 1 เทิร์นนั่นคือ 2 เทิร์น

ไม่จำเป็นต้องพูดว่าตอนนี้รองจะต้องผ่านเส้นฟลักซ์มากกว่าสองเท่าเมื่อเทียบกับเงื่อนไขรูปที่ 1 ซึ่งมีเพียงเทิร์นเดียว

ดังนั้นที่นี่ขดลวดทุติยภูมิจะอ่านได้ประมาณ 12/10 x 2 = 2.4V เนื่องจากการหมุนทั้งสองจะได้รับอิทธิพลจากขนาดของตัวนับ EMF ที่อาจเทียบเท่ากับทั้งสองขดลวดที่ด้านหลักของ trafo

ดังนั้นจากการอภิปรายข้างต้นโดยทั่วไปเราสามารถสรุปได้ว่าในหม้อแปลงความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าและจำนวนรอบของกระแสหลักและรองนั้นค่อนข้างเป็นเส้นตรงและเป็นสัดส่วน

Transformer Turn Numbers

ดังนั้นสูตรที่ได้รับสำหรับการคำนวณจำนวนรอบของหม้อแปลงใด ๆ จึงสามารถแสดงเป็น:

Es / Ep = นส / นป

ที่ไหน

• Es = แรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิ ,
• Ep = แรงดันไฟฟ้าหลัก
• Ns = จำนวนรอบรอง
• Np = จำนวนรอบหลัก

อัตราส่วนการเลี้ยวรองหลัก

เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะทราบว่าสูตรข้างต้นแสดงถึงความสัมพันธ์ที่ตรงไปตรงมาระหว่างอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิต่อแรงดันไฟฟ้าและจำนวนรอบรองกับหลักซึ่งระบุว่าเป็นสัดส่วนและเท่ากัน

ดังนั้นสมการข้างต้นจึงสามารถแสดงเป็น:

Ep x Ns = เอส x นป

นอกจากนี้เราสามารถได้รับสูตรข้างต้นสำหรับการแก้ Es และ Ep ดังที่แสดงด้านล่าง:

Es = (ตอน x นส) / นภ

ในทำนองเดียวกัน

Ep = (Es x Np) / นส

สมการข้างต้นแสดงให้เห็นว่าถ้ามี 3 ขนาดใด ๆ ขนาดที่สี่สามารถหาได้ง่ายโดยการแก้สูตร

การแก้ปัญหาการม้วนหม้อแปลงในทางปฏิบัติ

กรณีในจุด # 1: หม้อแปลงไฟฟ้ามีจำนวนรอบ 200 รอบในส่วนหลัก 50 จำนวนรอบในส่วนรองและ 120 โวลต์ที่เชื่อมต่อกับหลัก (Ep) อะไรคือแรงดันไฟฟ้าที่อยู่ในตัวรอง (E s)?

ให้:

• Np = 200 รอบ
• Ns = 50 รอบ
• Ep = 120 โวลต์
• คือ =? โวลต์

ตอบ:

Es = EpNs / Np

การเปลี่ยนตัว:

Es = (120V x 50 รอบ) / 200 รอบ

Es = 30 โวลต์

กรณีในจุด # 2 : สมมติว่าเรามีลวดจำนวน 400 รอบในขดลวดแกนเหล็ก

สมมติว่าต้องใช้ขดลวดเป็นขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงคำนวณจำนวนรอบที่ต้องพันบนขดลวดเพื่อให้ได้ขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงเพื่อให้แน่ใจว่ามีแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิหนึ่งโวลต์พร้อมกับสถานการณ์ที่หลัก แรงดันไฟฟ้า 5 โวลต์?

ให้:

• Np = 400 รอบ
• Ep = 5 โวลต์
• Es = 1 โวลต์
• Ns =? ผลัดกัน

ตอบ:

EpNs = เอสเอ็นพี

การย้ายสำหรับ Ns:

Ns = EsNp / Ep

การเปลี่ยนตัว:

Ns = (1V x 400 รอบ) / 5 โวลต์

Ns = 80 รอบ

จำไว้: อัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้า (5: 1) เทียบเท่ากับอัตราส่วนขดลวด (400: 80) ในบางครั้งเมื่อใช้แทนค่าใดค่าหนึ่งคุณพบว่าตัวเองถูกกำหนดด้วยอัตราส่วนการเลี้ยวหรือแรงดันไฟฟ้า

ในกรณีเช่นนี้คุณสามารถสมมติตัวเลขใดก็ได้ตามอำเภอใจสำหรับแรงดันไฟฟ้าตัวใดตัวหนึ่ง (หรือขดลวด) และคำนวณค่าทางเลือกอื่น ๆ จากอัตราส่วน

ตามภาพประกอบสมมติว่าอัตราส่วนการคดเคี้ยวถูกกำหนดให้เป็น 6: 1 คุณสามารถจินตนาการถึงจำนวนรอบของส่วนหลักและหาจำนวนรอบรองที่เท่ากันโดยใช้สัดส่วนที่ใกล้เคียงกันเช่น 60:10, 36: 6, 30: 5 ฯลฯ

หม้อแปลงในตัวอย่างทั้งหมดข้างต้นมีจำนวนรอบน้อยกว่าในส่วนรองเมื่อเทียบกับส่วนหลัก ด้วยเหตุนี้คุณจะพบแรงดันไฟฟ้าที่น้อยกว่าในส่วนรองของ trafo แทนที่จะข้ามด้านหลัก

Step-up และ Step-Down Transformers คืออะไร

หม้อแปลงไฟฟ้าที่มีระดับแรงดันไฟฟ้าด้านทุติยภูมิต่ำกว่าระดับแรงดันไฟฟ้าด้านหลักเรียกว่า a หม้อแปลง STEP-DOWN .

หรืออีกทางเลือกหนึ่งถ้าอินพุต AC ถูกนำไปใช้กับขดลวดซึ่งมีจำนวนรอบมากกว่าหม้อแปลงจะทำหน้าที่เหมือนหม้อแปลงแบบ step-down

อัตราส่วนของหม้อแปลงแบบ step-down แบบสี่ต่อหนึ่งระบุไว้เป็น 4: 1 หม้อแปลงที่มีจำนวนรอบน้อยกว่าในด้านหลักเมื่อเทียบกับด้านทุติยภูมิจะสร้างแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าในด้านทุติยภูมิเมื่อเทียบกับแรงดันไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับด้านหลัก

หม้อแปลงไฟฟ้าที่มีด้านทุติยภูมิสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าในด้านหลักเรียกว่าหม้อแปลง STEP-UP หรืออีกทางเลือกหนึ่งถ้าอินพุต AC ถูกนำไปใช้กับขดลวดที่มีจำนวนรอบต่ำกว่าหม้อแปลงจะทำหน้าที่เหมือนหม้อแปลงแบบ step-up

อัตราส่วนของหม้อแปลงแบบ step-up แบบหนึ่งต่อสี่จะต้องระบุไว้เป็น 1: 4 ดังที่คุณเห็นในสองอัตราส่วนว่าขนาดของขดลวดด้านหลักถูกกล่าวถึงอย่างสม่ำเสมอในตอนต้น

เราสามารถใช้ Step-down Transformer เป็น Step-up transformer และในทางกลับกันได้หรือไม่?

ใช่แน่นอน! หม้อแปลงทั้งหมดทำงานโดยใช้หลักการพื้นฐานเดียวกันกับที่อธิบายไว้ข้างต้น การใช้หม้อแปลงแบบ step-up เป็นหม้อแปลงแบบ step-down นั้นหมายถึงการสลับแรงดันไฟฟ้าเข้ากับขดลวดหลัก / ทุติยภูมิ

ตัวอย่างเช่นหากคุณมีหม้อแปลงไฟฟ้าแบบ step-up แบบธรรมดาซึ่งให้เอาต์พุต 12-0-12V จากอินพุต AC 220V คุณสามารถใช้หม้อแปลงตัวเดียวกันกับหม้อแปลงแบบ step up เพื่อผลิตเอาต์พุต 220V จาก 12V AC อินพุต.

ตัวอย่างคลาสสิกคือไฟล์ วงจรอินเวอร์เตอร์ โดยที่หม้อแปลงไม่มีอะไรพิเศษในพวกมัน พวกเขาทั้งหมดทำงานโดยใช้หม้อแปลงแบบ step-down ธรรมดาที่เชื่อมต่อในทางตรงกันข้าม

ผลกระทบของการโหลด

เมื่อใดก็ตามที่โหลดหรืออุปกรณ์ไฟฟ้าเกี่ยวกับขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าหรือแอมป์จะไหลผ่านด้านทุติยภูมิของขดลวดพร้อมกับโหลด

ฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสในขดลวดทุติยภูมิโต้ตอบกับเส้นแม่เหล็กของฟลักซ์ที่สร้างโดยแอมป์ในด้านปฐมภูมิ ความขัดแย้งระหว่างฟลักซ์ทั้งสองบรรทัดนี้ถูกสร้างขึ้นอันเป็นผลมาจากการเหนี่ยวนำที่ใช้ร่วมกันระหว่างขดลวดหลักและขดลวดทุติยภูมิ

ฟลักซ์ซึ่งกันและกัน

ฟลักซ์สัมบูรณ์ในวัสดุหลักของหม้อแปลงนั้นแพร่หลายทั้งในขดลวดหลักและขดลวดทุติยภูมิ นอกจากนี้ยังเป็นวิธีที่พลังงานไฟฟ้าสามารถโยกย้ายจากขดลวดปฐมภูมิไปยังขดลวดทุติยภูมิ

เนื่องจากความจริงที่ว่าฟลักซ์นี้รวมขดลวดทั้งสองเข้าด้วยกันจึงเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า MUTUAL FLUX นอกจากนี้การเหนี่ยวนำที่ทำให้เกิดฟลักซ์นี้แพร่หลายไปยังขดลวดทั้งสองและเรียกว่าการเหนี่ยวนำร่วมกัน

รูปที่ (2) ด้านล่างแสดงฟลักซ์ที่สร้างขึ้นโดยกระแสในขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิของหม้อแปลงทุกครั้งที่กระแสไฟฟ้าจ่ายเปิดในขดลวดปฐมภูมิ

รูปที่ (2)

เมื่อใดก็ตามที่ความต้านทานโหลดเชื่อมต่อกับขดลวดทุติยภูมิแรงดันไฟฟ้าที่กระตุ้นเข้าไปในขดลวดทุติยภูมิจะกระตุ้นให้กระแสไหลเวียนในขดลวดทุติยภูมิ

กระแสไฟฟ้านี้สร้างวงแหวนฟลักซ์รอบขดลวดทุติยภูมิ (ระบุเป็นเส้นประ) ซึ่งอาจเป็นทางเลือกแทนสนามฟลักซ์รอบปฐมภูมิ (กฎของ Lenz)

ดังนั้นฟลักซ์รอบขดลวดทุติยภูมิจะยกเลิกฟลักซ์ส่วนใหญ่รอบขดลวดปฐมภูมิ

ด้วยฟลักซ์จำนวนน้อยที่ล้อมรอบขดลวดปฐมภูมิแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับจะถูกตัดลงและแอมป์จะถูกดูดออกจากแหล่งจ่ายมากขึ้น กระแสไฟฟ้าเสริมในขดลวดปฐมภูมิจะปล่อยเส้นฟลักซ์เพิ่มเติมซึ่งเป็นการสร้างจำนวนเส้นฟลักซ์สัมบูรณ์ขึ้นมาใหม่

TURNS และอัตราปัจจุบัน

ปริมาณของเส้นฟลักซ์ที่ผลิตในแกนทราโฟเป็นสัดส่วนกับแรงแม่เหล็ก

(ใน AMPERE-TURNS) ของขดลวดหลักและรอง

แอมแปร์ - เทิร์น (I x N) เป็นตัวบ่งชี้ถึงแรงจูงใจของแม๊กซึ่งสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นแรงแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสหนึ่งแอมแปร์ที่วิ่งในขดลวด 1 รอบ

ฟลักซ์ที่มีอยู่ในแกนกลางของหม้อแปลงล้อมรอบขดลวดหลักและรองเข้าด้วยกัน

เนื่องจากฟลักซ์เหมือนกันสำหรับแต่ละขดลวดแอมแปร์ - เทิร์นในแต่ละขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิควรเท่ากันเสมอ

ด้วยเหตุผลดังกล่าว:

IpNp = IsNs

ที่ไหน:

IpNp = แอมแปร์ / หมุนในขดลวดปฐมภูมิ
IsNs - แอมแปร์ / เปลี่ยนในขดลวดทุติยภูมิ

โดยหารทั้งสองด้านของนิพจน์ด้วย
Ip , เราได้รับ:
Np / Ns = คือ / Ip

ตั้งแต่: Es / Ep = นส / นป

จากนั้น: Ep / Es = Np / นส

นอกจากนี้: Ep / Es = คือ / Ip

ที่ไหน

• Ep = แรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับโวลต์หลัก
• Es = แรงดันไฟฟ้าทั่วทุติยภูมิเป็นโวลต์
• Ip = กระแสหลักในแอมป์
• คือ = กระแสในรองในแอมป์

สังเกตว่าสมการบ่งชี้อัตราส่วนแอมแปร์เป็นค่าผกผันของขดลวดหรืออัตราส่วนการหมุนรวมทั้งอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้า

หมายความว่าหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีจำนวนรอบน้อยกว่าในด้านทุติยภูมิเมื่อเทียบกับตัวหลักอาจลดแรงดันไฟฟ้าลง แต่จะทำให้กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น:

หม้อแปลงสมมติว่ามีอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้า 6: 1

ลองหากระแสหรือแอมป์ในด้านทุติยภูมิถ้ากระแสหรือแอมป์ในด้านหลักเท่ากับ 200 มิลลิแอมป์

สมมติ

Ep = 6V (ดังตัวอย่าง)
คือ = 1V
Ip = 200mA หรือ 0.2Amps
คือ =?

ตอบ:

Ep / Es = คือ / Ip

การย้ายสำหรับ Is:

คือ = EpIp / Es

การเปลี่ยนตัว:

คือ = (6V x 0.2A) / 1V
คือ = 1.2A

สถานการณ์ข้างต้นกล่าวถึงแม้ว่าแรงดันไฟฟ้าของขดลวดทุติยภูมิจะเป็นแรงดันไฟฟ้าหนึ่งในหกของขดลวดปฐมภูมิ แต่แอมป์ในขดลวดทุติยภูมิจะเท่ากับ 6 เท่าของแอมป์ในขดลวดปฐมภูมิ

สมการข้างต้นสามารถดูได้จากมุมมองทางเลือก

อัตราส่วนขดลวดหมายถึงผลรวมที่หม้อแปลงเพิ่มหรือเพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับด้านปฐมภูมิ

เพื่อเป็นตัวอย่างสมมติว่าถ้าขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงมีจำนวนรอบมากเป็นสองเท่าของขดลวดปฐมภูมิแรงดันไฟฟ้าที่กระตุ้นไปทางด้านทุติยภูมิอาจเป็นสองเท่าของแรงดันไฟฟ้าในขดลวดปฐมภูมิ

ในกรณีที่ขดลวดทุติยภูมิมีจำนวนรอบครึ่งหนึ่งของจำนวนรอบของด้านหลักแรงดันไฟฟ้าที่ข้ามด้านทุติยภูมิจะเท่ากับครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าในขดลวดปฐมภูมิ

ต้องบอกว่าอัตราส่วนขดลวดพร้อมกับอัตราส่วนแอมป์ของหม้อแปลงประกอบด้วยการเชื่อมโยงผกผัน

เป็นผลให้หม้อแปลงแบบ step-up 1: 2 อาจมีครึ่งหนึ่งของแอมป์ในด้านรองเมื่อเทียบกับด้านหลัก หม้อแปลงแบบ step-down 2: 1 สามารถมีแอมป์ได้สองเท่าในขดลวดทุติยภูมิที่สัมพันธ์กับด้านหลัก

ภาพประกอบ: หม้อแปลงที่มีอัตราส่วนการคดเคี้ยว 1:12 มีกระแสไฟฟ้า 3 แอมแปร์ในด้านทุติยภูมิ ค้นหาขนาดของแอมป์ในขดลวดปฐมภูมิหรือไม่?

ให้:

Np = 1 เทิร์น (เช่น)
Ns = 12 รอบ
คือ = 3Amp
Lp =?

ตอบ:

Np / Ns = คือ / Ip

การเปลี่ยนตัว:

Ip = (12 เทิร์น x 3 แอมป์) / 1 เทิร์น

Ip = 36A

การคำนวณความเหนี่ยวนำซึ่งกันและกัน

การเหนี่ยวนำร่วมกันเป็นกระบวนการที่ขดลวดหนึ่งต้องผ่านการเหนี่ยวนำ EMF เนื่องจากอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าของขดลวดที่อยู่ติดกันซึ่งนำไปสู่การมีเพศสัมพันธ์แบบอุปนัยระหว่างขดลวด

กล่าวอีกนัยหนึ่ง การเหนี่ยวนำซึ่งกันและกัน คืออัตราส่วนของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำในขดลวดหนึ่งต่ออัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าบนขดลวดอื่น ๆ ดังที่แสดงในสูตรต่อไปนี้:

M = emf / ดิ (t) / dt

Phasing ใน Transformers:

โดยปกติเมื่อเราตรวจสอบหม้อแปลงพวกเราส่วนใหญ่เชื่อว่าแรงดันและกระแสของขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิอยู่ในเฟสซึ่งกันและกัน อย่างไรก็ตามนี่อาจไม่เป็นความจริงเสมอไป ในหม้อแปลงความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้ามุมเฟสปัจจุบันระหว่างหลักและรองขึ้นอยู่กับว่าขดลวดเหล่านี้หมุนรอบแกนอย่างไร ขึ้นอยู่กับว่าทั้งคู่อยู่ในทิศทางทวนเข็มนาฬิกาหรือทิศทางตามเข็มนาฬิกาหรืออาจเป็นหนึ่งม้วนที่หมุนตามเข็มนาฬิกาในขณะที่อีกด้านหนึ่งหมุนทวนเข็มนาฬิกา

ลองดูแผนภาพต่อไปนี้เพื่อทำความเข้าใจว่าการวางแนวคดเคี้ยวมีผลต่อมุมเฟสอย่างไร:

ในตัวอย่างข้างต้นทิศทางการคดเคี้ยวมีลักษณะเหมือนกันนั่นคือทั้งขดลวดหลักและขดลวดทุติยภูมิจะหมุนไปในทิศทางตามเข็มนาฬิกา เนื่องจากการวางแนวที่เหมือนกันนี้มุมเฟสของกระแสไฟฟ้าขาออกและแรงดันไฟฟ้าจะเหมือนกับมุมเฟสของกระแสไฟฟ้าขาเข้าและแรงดันไฟฟ้า

ในตัวอย่างที่สองข้างต้นทิศทางการคดเคี้ยวของหม้อแปลงสามารถเห็นได้โดยมีการวางแนวตรงกันข้าม ดังที่เห็นได้หลักดูเหมือนว่าจะเป็นทิศทางตามเข็มนาฬิกาในขณะที่ตัวรองถูกพันในทวนเข็มนาฬิกา เนื่องจากการวางแนวขดลวดที่ตรงกันข้ามนี้มุมเฟสระหว่างขดลวดทั้งสองจึงห่างกัน 180 องศาและเอาต์พุตทุติยภูมิที่เหนี่ยวนำจะแสดงการตอบสนองของกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าที่ไม่อยู่ในเฟส

Dot Notation และ Dot Convention

เพื่อหลีกเลี่ยงความสับสนจึงใช้สัญกรณ์ Dot หรือ Dot เพื่อแสดงการวางแนวคดเคี้ยวของหม้อแปลง สิ่งนี้ช่วยให้ผู้ใช้เข้าใจข้อกำหนดมุมเฟสอินพุตและเอาต์พุตไม่ว่าขดลวดหลักและรองจะอยู่ในเฟสหรือนอกเฟส

รูปแบบดอทถูกนำไปใช้โดยเครื่องหมายจุดบนจุดเริ่มต้นที่คดเคี้ยวซึ่งระบุว่าการคดเคี้ยวอยู่ในเฟสหรืออยู่นอกเฟสซึ่งกันและกัน

แผนผังของหม้อแปลงดังต่อไปนี้มีการแสดงจุดอนุสัญญาและแสดงว่าตัวหลักและตัวรองของหม้อแปลงอยู่ในเฟสซึ่งกันและกัน

สัญกรณ์จุดที่ใช้ในภาพประกอบด้านล่างแสดง DOT ที่วางอยู่ตรงข้ามจุดที่อยู่ตรงข้ามของขดลวดหลักและขดลวดทุติยภูมิ สิ่งนี้บ่งชี้ว่าการวางแนวคดเคี้ยวของทั้งสองด้านไม่เหมือนกันดังนั้นมุมเฟสของขดลวดทั้งสองจะอยู่ที่ 180 องศานอกเฟสเมื่อใช้อินพุต AC กับหนึ่งในขดลวด

การสูญเสียในหม้อแปลงจริง

การคำนวณและสูตรที่พิจารณาในย่อหน้าข้างต้นขึ้นอยู่กับหม้อแปลงในอุดมคติ อย่างไรก็ตามในโลกแห่งความเป็นจริงและสำหรับหม้อแปลงจริงสถานการณ์อาจแตกต่างกันมาก

คุณจะพบว่าในการออกแบบในอุดมคติปัจจัยเชิงเส้นพื้นฐานต่อไปนี้ของหม้อแปลงจริงจะถูกละเลย:

(ก) การสูญเสียหลักหลายประเภทรวมกันเรียกว่าการสูญเสียกระแสแม่เหล็กซึ่งอาจรวมถึงการสูญเสียประเภทต่อไปนี้:

• การสูญเสีย Hysteresis: เกิดจากอิทธิพลที่ไม่เป็นเชิงเส้นของฟลักซ์แม่เหล็กที่แกนของหม้อแปลง
• การสูญเสียกระแสวน: การสูญเสียนี้เกิดขึ้นเนื่องจากปรากฏการณ์ที่เรียกว่า joule heating ในแกนหม้อแปลง เป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับตัวหลักของหม้อแปลง

(b) ตรงกันข้ามกับหม้อแปลงในอุดมคติความต้านทานของขดลวดในหม้อแปลงจริงจะไม่มีความต้านทานเป็นศูนย์ ความหมายในที่สุดขดลวดจะมีความต้านทานและการเหนี่ยวนำบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับพวกเขา

• การสูญเสียจูล: ตามที่อธิบายไว้ข้างต้นความต้านทานที่เกิดขึ้นบนขั้วที่คดเคี้ยวก่อให้เกิดการสูญเสียจูล
• ฟลักซ์การรั่วไหล: เรารู้ว่าหม้อแปลงขึ้นอยู่กับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กในขดลวดอย่างมาก อย่างไรก็ตามเนื่องจากขดลวดถูกสร้างขึ้นบนแกนเดี่ยวทั่วไปฟลักซ์แม่เหล็กจึงแสดงแนวโน้มของการรั่วไหลผ่านขดลวดผ่านแกน สิ่งนี้ก่อให้เกิดอิมพีแดนซ์ที่เรียกว่าอิมพีแดนซ์ปฏิกิริยาหลัก / รองซึ่งก่อให้เกิดการสูญเสียของหม้อแปลง

(c) เนื่องจากหม้อแปลงเป็นตัวเหนี่ยวนำชนิดหนึ่งจึงได้รับผลกระทบจากปรากฏการณ์เช่นความจุของกาฝากและการสั่นพ้องของตัวเองเนื่องจากการกระจายสนามไฟฟ้า ความจุของกาฝากเหล่านี้มักจะอยู่ใน 3 รูปแบบที่แตกต่างกันตามที่ระบุด้านล่าง:

• ความจุที่สร้างขึ้นระหว่างรอบหนึ่งเหนืออีกชั้นหนึ่งภายในชั้นเดียว
• ความจุที่สร้างขึ้นจากเลเยอร์ที่อยู่ติดกันสองชั้นขึ้นไป
• ความจุที่สร้างขึ้นระหว่างแกนหม้อแปลงและชั้นขดลวดที่อยู่ติดกับแกน

สรุป

จากการอภิปรายข้างต้นเราสามารถเข้าใจได้ว่าในการใช้งานจริงในการคำนวณหม้อแปลงโดยเฉพาะหม้อแปลงแกนเหล็กอาจไม่ง่ายอย่างที่หม้อแปลงในอุดมคติจะเป็น

เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำที่สุดสำหรับข้อมูลที่คดเคี้ยวเราอาจต้องพิจารณาปัจจัยหลายอย่างเช่นความหนาแน่นของฟลักซ์พื้นที่แกนขนาดแกนความกว้างของลิ้นพื้นที่หน้าต่างประเภทวัสดุหลักเป็นต้น

คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการคำนวณเหล่านี้ทั้งหมด ใต้โพสต์นี้: