ขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้า
หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปในหลายๆ ด้าน ทั้งพลังงาน อุตสาหกรรม อิเล็กทรอนิกส์ และในชีวิตประจำวัน
โดยสังเขป วัตถุประสงค์ของหม้อแปลงไฟฟ้าสามารถอธิบายได้ดังนี้: เป็นอุปกรณ์ที่แปลงกระแสสลับของแรงดันหนึ่งเป็นกระแสสลับของแรงดันอื่น หม้อแปลงทั้งหมดได้รับการออกแบบให้ทำงานเฉพาะกับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเท่านั้น
หม้อแปลงไม่สามารถเชื่อมต่อกับเครือข่าย DC ได้ เนื่องจากเมื่อหม้อแปลงเชื่อมต่อกับเครือข่าย DC ฟลักซ์แม่เหล็กในหม้อแปลงจะคงที่ตามเวลาและจะไม่ทำให้เกิด EMF ในขดลวด เป็นผลให้กระแสขนาดใหญ่จะไหลในขดลวดปฐมภูมิเนื่องจากในกรณีที่ไม่มี EMF จะถูก จำกัด ด้วยความต้านทานที่ค่อนข้างเล็กของขดลวดเท่านั้น กระแสนี้สามารถทำให้เกิดความร้อนที่ยอมรับไม่ได้ของขดลวดและแม้กระทั่งความเหนื่อยหน่าย
มีหม้อแปลงสเต็ปอัพและสเต็ปดาวน์ ในหม้อแปลงไฟฟ้าแบบสเต็ปอัพ ขดลวดปฐมภูมิมีแรงดันไฟฟ้าต่ำ จำนวนรอบในขดลวดทุติยภูมิมากกว่าในขดลวดปฐมภูมิ ในหม้อแปลงแบบสเต็ปดาวน์ ขดลวดทุติยภูมิมีแรงดันไฟฟ้าต่ำและจำนวนรอบของขดลวดทุติยภูมิน้อยกว่าในหลัก
อัตราส่วนของจำนวนรอบ ขดลวดปฐมภูมิถึงจำนวนรอบของขดลวดทุติยภูมิเรียกว่าอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงและเขียนแทนด้วยตัวอักษร ถึง:
ที่ไหน U1และ U2คือ แรงดันไฟฟ้าที่อินพุตและเอาต์พุตของหม้อแปลงไฟฟ้า N1และ N2- จำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิ I1และ I2คือกระแสของวงจรปฐมภูมิและทุติยภูมิ
หลักการทำงาน
หลักการทำงานของหม้อแปลงทั้งหมดเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
หม้อแปลงประกอบด้วยวงจรแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติก Ф ประกอบจากแผ่นเหล็กไฟฟ้าที่แยกจากกัน ซึ่งมีขดลวดสองเส้น (1 - หลัก 2 - รอง) ทำจากลวดหุ้มฉนวน
ขดลวดที่เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟเรียกว่าสายหลักและขดลวดที่ผู้บริโภคเชื่อมต่อเรียกว่าสายรอง
เมื่อกระแสสลับไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิ ฟลักซ์แม่เหล็กกระแสสลับจะปรากฏขึ้นที่แกนกลาง ซึ่งกระตุ้น EMF ในขดลวดทุติยภูมิ ความแรงของกระแสในขดลวดทุติยภูมิซึ่งไม่ได้เชื่อมต่อกับวงจรที่ใช้พลังงานจะเป็นศูนย์ หากเชื่อมต่อวงจรและใช้ไฟฟ้า ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน กระแสในขดลวดปฐมภูมิจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน
ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงและการกระจายพลังงานไฟฟ้าจึงเกิดขึ้น
ประเภทของหม้อแปลงไฟฟ้า
หม้อแปลงไฟฟ้า- หม้อแปลงชนิดนี้ออกแบบมาเพื่อแปลงพลังงานไฟฟ้าในเครือข่ายไฟฟ้า เพื่อเป็นพลังงานให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ในวงจรไฟส่องสว่าง
หม้อแปลงไฟฟ้า- สำหรับหม้อแปลงชนิดนี้ ขดลวดจะเชื่อมต่อกันด้วยไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้ว autotransformers จะใช้ในการเปลี่ยนและควบคุมแรงดันไฟฟ้า
หม้อแปลงกระแส- หม้อแปลงไฟฟ้าที่ออกแบบให้ลดกระแสหลักให้เป็นค่าที่ใช้ในวงจรวัด ป้องกัน ควบคุม และส่งสัญญาณ ค่าเล็กน้อยของขดลวดทุติยภูมิคือ 1A, 5A ขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงกระแสเชื่อมต่อกับวงจรด้วยกระแสสลับที่วัดได้และเครื่องมือวัดเชื่อมต่อกับวงจรทุติยภูมิ กระแสที่ไหลผ่านขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงกระแสเป็นสัดส่วนกับกระแสที่ไหลในขดลวดปฐมภูมิตามอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลง
หม้อแปลงแยก- มีขดลวดปฐมภูมิที่ไม่ได้ต่อด้วยไฟฟ้ากับขดลวดทุติยภูมิ หม้อแปลงไฟฟ้าแยกทำหน้าที่เพิ่มความปลอดภัยในเครือข่ายไฟฟ้า หม้อแปลงแยกสัญญาณได้รับการออกแบบมาเพื่อให้มีการแยกวงจรไฟฟ้าด้วยไฟฟ้า
กระแสสลับ.
แผนผังของหม้อแปลงไฟฟ้าแสดงในรูปที่ หนึ่ง.
ข้าว. 1. แผนผังไดอะแกรมของหม้อแปลง
ส่วนหลักของหม้อแปลง: แกนเหล็กปิด 1 และขดลวด 2 และ 3 วางอยู่บนแกนนี้ ขดลวดถูกแยกออกจากแกนเหล็กและจากกันนั่นคือขดลวดไม่ได้เชื่อมต่อกันทางไฟฟ้า
แกนหม้อแปลงทำจากแผ่นเหล็กพิเศษที่เรียกว่าหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีความหนา 0.35 หรือ 0.5 มม.
แผ่นเหล็กถูกแยกออกจากกันด้วยกระดาษพิเศษหรือฉนวนเคลือบเงา
เหล็กหม้อแปลงมีความต้านทานไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับเหล็กธรรมดาซึ่งมีส่วนทำให้มีปะเก็นและสารเคลือบเงาเพื่อลดกระแสน้ำวนที่เกิดขึ้นในแกนกลางและความสูญเสียที่เกี่ยวข้อง
ในเหล็กหม้อแปลงไฟฟ้า ความสูญเสียที่เกี่ยวข้องจะน้อยกว่าในเกรดเหล็กอื่นๆ
ขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้าที่ให้พลังงานไฟฟ้าเรียกว่า ขดลวดปฐมภูมิอีกอันหนึ่งติดเครื่องรับพลังงาน - ขดลวดทุติยภูมิ.
ดังนั้น ปริมาณไฟฟ้าทั้งหมด (กำลัง แรงดัน กระแส ความต้านทาน ฯลฯ) ที่เกี่ยวข้องกับวงจรไฟฟ้าของขดลวดปฐมภูมิจะเรียกว่าปฐมภูมิ และปริมาณที่เกี่ยวข้องกับขดลวดทุติยภูมิจะเรียกว่าทุติยภูมิ
ขดลวดที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าเรียกว่าขดลวดแรงสูง (V.N. ) ขดลวดที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าเรียกว่าขดลวดไฟฟ้าแรงต่ำ (N.N. )
หากแรงดันทุติยภูมิน้อยกว่าแรงดันหลัก หม้อแปลงจะเรียกว่าสเต็ปดาวน์ และถ้ามากกว่านั้น - สเต็ปอัพ
โหมดการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าซึ่งขดลวดทุติยภูมิเปิดอยู่และแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับขั้วของหลักเรียกว่า ไม่ทำงาน.
หากใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ U 1 กับขั้วของขดลวดปฐมภูมิ กระแสจะไหลในขดลวดปฐมภูมิ ซึ่งจะสร้างฟลักซ์แม่เหล็กกระแสสลับ
ส่วนเด่นของเส้นฟลักซ์แม่เหล็กจะปิดตามแนวแกนเหล็ก เจาะเกลียวทั้งหมดของขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิ ส่วนนี้ของฟลักซ์แม่เหล็กเรียกว่าฟลักซ์แม่เหล็กหลักหรือการทำงาน F เช่น
ส่วนอื่น ๆ ของกระแสมักจะเล็กกว่ามากปิดผ่านอากาศเจาะเฉพาะรอบของขดลวดปฐมภูมิและเรียกว่า ฟลักซ์กระเจิงขดลวดปฐมภูมิФ s1 เมื่อวงจรทุติยภูมิ (วงจรที่ขับเคลื่อนโดยขดลวดทุติยภูมิ) เปิดอยู่ จะไม่มีกระแสไฟฟ้าอยู่ในนั้นและไม่มีสนามแม่เหล็กที่เกี่ยวข้อง
เมื่อปิดวงจรทุติยภูมิจะมีกระแสไฟฟ้าปรากฏขึ้น สนามแม่เหล็กที่เกี่ยวข้องกับมันก่อให้เกิดกระแสสองกระแส: หนึ่งอยู่ในแกนกลาง, อีกอันหนึ่ง, ปิดผ่านอากาศ, Ф s2; ดังนั้น ฟลักซ์เร่ร่อนจึงถูกสร้างขึ้นใกล้กับขดลวดทุติยภูมิ
ฟลักซ์การรั่วไหลคล้ายกับฟลักซ์แม่เหล็กเหนี่ยวนำตัวเอง ซึ่งสร้างกระแสในตัวเหนี่ยวนำและลวดใดๆ ลำธารเหล่านี้เป็นอันตราย
พลังงานที่ใช้ในการให้ความร้อนแก่แกนเหล็กเรียกว่า การสูญเสียเหล็กและถูกกำหนด R st.
พลังงานที่ใช้ทำให้ขดลวดร้อนเรียกว่า การสูญเสียทองแดงและแสดง R m.
อัตราส่วนของกำลัง R 2 ที่กำหนดโดยขดลวดทุติยภูมิต่อผู้ใช้ไฟฟ้าในปัจจุบัน (กำลังสำรอง) ต่อกำลัง R 1 ที่จ่ายให้กับขดลวดปฐมภูมิ (กำลังหลัก) เรียกว่า ประสิทธิภาพ(ประสิทธิภาพ) ของหม้อแปลงไฟฟ้า:
คือกำลังไฟฟ้าที่หม้อแปลงจ่ายให้
ประสิทธิภาพของหม้อแปลงมีค่าสูงมาก ประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังสูงบางตัวอยู่ที่ 98-99%
หม้อแปลงที่ใช้กันทั่วไปในการติดตั้งบนบกจะถูกแช่อยู่ในถังน้ำมันหม้อแปลงชนิดพิเศษ น้ำมันมีความจุความร้อนสูงกว่าอากาศ นำความร้อนได้ดีกว่าและเป็นวัสดุฉนวนที่ดี น้ำมันช่วยเพิ่มความแข็งแรงทางไฟฟ้าของฉนวนของขดลวดหม้อแปลงไฟฟ้า ดังนั้นหม้อแปลงน้ำมันจึงมีขนาดที่เล็กกว่าหม้อแปลงลมที่มีกำลังเท่ากันและมีแรงดันไฟฟ้าเท่ากัน ผนังของถังเพื่อการถ่ายเทความร้อนที่ดีขึ้นทำจากเหล็กลูกฟูก บางครั้งหม้อน้ำพิเศษติดอยู่กับถัง
หม้อแปลงไฟฟ้าที่มีขดลวดเพียงเส้นเดียวซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของวงจรหลักและวงจรรองเรียกว่า ตัวแปลงอัตโนมัติ(รูปที่ 3b).
ข้าว. 3.แปลงอัตโนมัติ
ขดลวดปฐมภูมิ (รูปที่ 3, a) - เปลี่ยน w 1 (ส่วนที่คดเคี้ยว 1-3) และส่วนรอง - เปลี่ยน w 2 (ส่วนที่คดเคี้ยว 1 "-2")
ในส่วนทั่วไปของขดลวด 1-2 กระแสจะเท่ากับความแตกต่าง I 2 - I 1 เนื่องจากในตัวแปลงอัตโนมัติ ขดลวดทุติยภูมิจะรวมกับขดลวดปฐมภูมิ
ทัศนคติ
เรียกว่าอัตราส่วนการแปลงของตัวเปลี่ยนรูปแบบอัตโนมัติ
ข้อดีของหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติ (เมื่อเทียบกับหม้อแปลง) คือการลดส่วนตัดขวางของส่วนทั่วไปของขดลวด มีประสิทธิภาพมากขึ้น และน้ำหนักน้อยลง
นอกจากข้อดีเหล่านี้แล้ว ตัวแปลงอัตโนมัติยังมี ข้อเสียที่สำคัญกล่าวคือ: ความเป็นไปได้ของการเจาะไฟฟ้าแรงสูงในเครือข่ายแรงดันต่ำเนื่องจากขดลวดปฐมภูมิมีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้า ดังนั้นหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติจึงใช้เป็นหลักในการติดตั้งแรงดันต่ำ
หม้อแปลงไฟฟ้าทางทะเล
หม้อแปลงที่ออกแบบมาสำหรับการติดตั้งชายฝั่งและอุตสาหกรรมทั่วไปนั้นแตกต่างจากที่ติดตั้งในเรือ โดยปกติ หม้อแปลงไฟฟ้าที่มีกำลังมากกว่า 10 kVA ซึ่งใช้ในการติดตั้งบนบก จะถูกแช่ในถังบรรจุน้ำมันหม้อแปลงชนิดพิเศษ
สำหรับการติดตั้งบนเรือ อุตสาหกรรมในประเทศจะผลิตหม้อแปลงสำหรับเรือชนิดพิเศษ - เฟสเดียวและสามเฟส หม้อแปลงของเรือทั้งหมดระบายความร้อนด้วยอากาศตามธรรมชาติ หม้อแปลงน้ำมัน แม้จะมีข้อดี แต่ก็ไม่ได้ใช้บนเรือ เนื่องจากน้ำมันติดไฟได้และสามารถกระเด็นออกมาได้เมื่อกลิ้ง
หม้อแปลงไฟฟ้าแบบเรือเฟสเดียวผลิตด้วยกำลังสูงถึง 10.5 kVA และสามเฟส - สูงถึง 50 kVA
แรงดันไฟฟ้าหลักคือ 400, 230 และ 133 V (รุ่นหลังสำหรับหม้อแปลงเฟสเดียวเท่านั้น) และแรงดันไฟฟ้ารองคือ 230, 133, 115 และ 25 V
เพื่อให้สามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิได้ ขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้ามีหลายสาย สำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าสำหรับแรงดันไฟฟ้าหลักที่กำหนดที่ 380 V ขั้วเหล่านี้สอดคล้องกับแรงดันไฟหลักที่ 400, 390, 380 และ 370 V และสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าสำหรับ 220 V - 230, 225, 220 และ 215 V.
ถ้าที่แรงดันไฟฟ้าของเครือข่ายหลัก สเตจแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นของขดลวดหลักเชื่อมต่ออยู่ (เช่น 400 หรือ 390 V ที่ค่าเล็กน้อย 380 V) แสดงว่าแรงดันไฟฟ้าที่ด้านรองของหม้อแปลงไฟฟ้า จะต่ำกว่าที่กำหนด เมื่อเชื่อมต่อที่ด้านหลักในระดับที่ต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด ด้านทุติยภูมิเราจะได้แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าระดับที่กำหนด
หม้อแปลงสำหรับเรือผลิตขึ้นสำหรับติดตั้งบนดาดฟ้าเปิดและสำหรับติดตั้งในพื้นที่ปิด
ประกอบด้วยขดลวดสองอันแยกกัน เรียกว่า ขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิ แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับถูกนำไปใช้กับขดลวดปฐมภูมิและสร้างสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง สนามแม่เหล็กนี้ทำปฏิกิริยากับขดลวดทุติยภูมิทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (แม่นยำยิ่งขึ้นคือ EMF) ในนั้น แรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำในขดลวดทุติยภูมิมีความถี่เท่ากับแรงดันไฟฟ้าขาเข้า แต่แอมพลิจูดของขดลวดนั้นพิจารณาจากอัตราส่วนของจำนวนรอบของขดลวดทุติยภูมิและขดลวดปฐมภูมิ
ถ้าแรงดันไฟเข้าที่ขั้วของขดลวดปฐมภูมิ = V1
แรงดันไฟขาออกที่ขั้วทุติยภูมิ = V2
จำนวนรอบหลัก = T1
จำนวนรอบรอง = T2
แล้ว
นอกจากนี้ I1/ I2 = T1/ T2 โดยที่ I1 และ I2 เป็นกระแสหลักและกระแสรองตามลำดับ
ค่าสัมประสิทธิ์สมรรถนะ (COP) ของหม้อแปลงไฟฟ้า
อัตราส่วนข้างต้นถือว่าหม้อแปลงมีประสิทธิภาพ 100% นั่นคือไม่มีการสูญเสียพลังงานเลย เพราะเหตุนี้,
กำลังไฟฟ้าเข้า I1 V1 = กำลังขับ I2 V2
ในทางปฏิบัติ หม้อแปลงมีประสิทธิภาพประมาณ 96-99% เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของหม้อแปลง ขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิจะพันบนแกนแม่เหล็กเดียวกัน (รูปที่ 7.10)
หม้อแปลงสเต็ปอัพและสเต็ปดาวน์
หม้อแปลงไฟฟ้าแบบสเต็ปอัพสร้างแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุต (ในขดลวดทุติยภูมิ) สูงกว่าที่ใช้ที่อินพุต (กับขดลวดปฐมภูมิ) ด้วยเหตุนี้ จำนวนรอบของขดลวดทุติยภูมิจึงมากกว่าจำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิ
หม้อแปลงไฟฟ้าแบบสเต็ปดาวน์สร้างแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตน้อยกว่าที่อินพุต เนื่องจากขดลวดทุติยภูมิมีรอบน้อยกว่าขดลวดปฐมภูมิ
หม้อแปลงไฟฟ้าที่แสดงในรูปที่ 7.11 มีตัวต้านทานโหลด r2 ในวงจรขดลวดทุติยภูมิ ความต้านทาน r2 สามารถคำนวณใหม่ได้หรืออย่างที่พวกเขาบอกว่านำไปสู่ขดลวดปฐมภูมินั่นคือความต้านทานของหม้อแปลง r1 จากด้านข้างของขดลวดปฐมภูมิ อัตราส่วน r1/r2 เรียกว่า สัมประสิทธิ์การลาก อัตราส่วนนี้สามารถคำนวณได้ดังนี้ เนื่องจาก r1 = V1 / I1 และ r2 = V2 / I2 ดังนั้น
ข้าว. 7.10. หม้อแปลงไฟฟ้า
ข้าว. 7.11. ปัจจัยการลด
ความต้านทาน
r1/ r2 = T12/ T22 = n2
ข้าว. 7.12. ออโต้ทรานส์ฟอร์มเมอร์
ข้าว. 7.13. หม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติพร้อมก๊อกหลายอัน
แต่ V1 / V2 = T1 / T2 = n และ I2 / I1 = T1 / T2 = n ดังนั้น
r1 / r2 = n2
ตัวอย่างเช่นถ้าความต้านทานโหลด r2 \u003d 100 โอห์มและอัตราส่วนของจำนวนรอบของขดลวด (อัตราส่วนการแปลง) T1 / T2 \u003d n \u003d 2: 1 จากนั้นจากด้านข้างของขดลวดปฐมภูมิหม้อแปลงสามารถ ถือเป็นตัวต้านทานที่มีความต้านทาน r1 \u003d 100 โอห์ม 22 \u003d 100 4 \u003d 400 โอห์ม
หม้อแปลงไฟฟ้าอาจมีขดลวดเดียวโดยแตะเพียงครั้งเดียวจากส่วนหนึ่งของการหมุนของขดลวดนี้ ดังแสดงในรูปที่ 7.12. โดยที่ T1 คือจำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิ และ T2 คือจำนวนรอบของขดลวดทุติยภูมิ แรงดัน กระแส ความต้านทาน และอัตราส่วนการแปลงถูกกำหนดโดยสูตรเดียวกับที่ใช้กับหม้อแปลงทั่วไป
ในรูป 7.13 แสดงหม้อแปลงอีกตัวหนึ่งที่มีขดลวดเดียว ซึ่งขดลวดนี้ทำมาจากก๊อกหลายอัน อัตราส่วนทั้งหมดสำหรับแรงดัน กระแส และความต้านทานยังคงถูกกำหนดโดยอัตราส่วนการแปลง (V1/Va = T1/Ta, V1/Vb = T1/Tb ฯลฯ)
ในรูป 7.14 แสดงหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีการต๊าปจากตรงกลางของขดลวดทุติยภูมิ แรงดันเอาต์พุต Va และ Vb ถูกนำมาจากครึ่งบนและล่างของขดลวดทุติยภูมิ อัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าอินพุต (บนขดลวดปฐมภูมิ) ต่อแรงดันเอาต์พุตแต่ละอันถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของจำนวนรอบ และ
V1/Va = T1/Ta V1/Vb = T1/Tb
โดยที่ T1, Ta และ Tb คือจำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิ ทุติยภูมิ a และทุติยภูมิ b ตามลำดับ เนื่องจากก๊อกทำจากตรงกลางของขดลวดทุติยภูมิ แรงดันไฟฟ้า Va และ Vb จึงมีแอมพลิจูดเท่ากัน หากจุดกึ่งกลางต่อกราวด์ดังในวงจรในรูปที่ 7.14 จากนั้นแรงดันเอาต์พุตที่นำมาจากสองส่วนของขดลวดทุติยภูมิอยู่ในแอนติเฟส
ตัวอย่าง
ลองหันไปที่รูปที่ 7.15. (a) คำนวณแรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้ว B และ C ของหม้อแปลง (b) หากมี 30 รอบระหว่างขั้ว A และ B ขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงมีกี่รอบ?
วิธีการแก้
ก) VBC = VAD - VAB - VCD = 36V - 6V - 12V = 18V
จำนวนรอบระหว่าง A และ B
ข) VAB / VAD == ---------------
จำนวนรอบระหว่าง A และ D
ดังนั้น 6V/36V = 30/TAD ดังนั้น TAD = 30 36/6 = 180 รอบ
ข้าว. 7.14. หม้อแปลงไฟฟ้าพร้อมก๊อกจากจุดกึ่งกลางของขดลวดทุติยภูมิ
ข้าว. 7.15. VAD = 36V, VAB = bV,
วีซีดี=12V.
วงจรแม่เหล็ก
เป็นเรื่องปกติที่จะบอกว่าในวงจรแม่เหล็ก ฟลักซ์แม่เหล็ก (หรือสนามแม่เหล็ก) ที่วัดในเทสลานั้นถูกสร้างขึ้นโดยแรงที่เรียกว่าแรงแม่เหล็ก (MMF) วงจรแม่เหล็กมักจะถูกเปรียบเทียบกับวงจรไฟฟ้า โดยฟลักซ์แม่เหล็กจะถูกเปรียบเทียบกับกระแสและแรงแม่เหล็กกับแรงเคลื่อนไฟฟ้า เช่นเดียวกับที่พูดถึงความต้านทาน R ของวงจรไฟฟ้า เราสามารถพูดถึงความต้านทานแม่เหล็ก S ของค่าแม่เหล็กได้ คำเหล่านี้มีความหมายเหมือนกัน ตัวอย่างเช่น วัสดุแม่เหล็กชนิดอ่อน เช่น เหล็กอ่อนมีความต้านทานแม่เหล็กต่ำ นั่นคือ ความต้านทานต่ำต่อฟลักซ์แม่เหล็ก
การซึมผ่านของแม่เหล็ก
การซึมผ่านของแม่เหล็กของวัสดุเป็นตัววัดความง่ายในการทำให้เป็นแม่เหล็ก ตัวอย่างเช่น เหล็กอ่อนและวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ เช่น เฟอร์ไรท์ มีการซึมผ่านของแม่เหล็กสูง วัสดุเหล่านี้ใช้ในหม้อแปลง ตัวเหนี่ยวนำ รีเลย์ และเสาอากาศเฟอร์ไรท์ ในทางตรงกันข้าม วัสดุที่ไม่ใช่แม่เหล็กมีการซึมผ่านของแม่เหล็กต่ำมาก โลหะผสมแม่เหล็ก เช่น เหล็กซิลิกอน มีความสามารถในการทำให้เป็นแม่เหล็กได้ในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็ก ดังนั้นจึงใช้เป็นแม่เหล็กถาวรในลำโพง (หัวไดนามิก) มิเตอร์แม่เหล็กแบบขดลวดเคลื่อนที่ ฯลฯ
ป้องกัน
พิจารณาทรงกระบอกกลวงที่วางอยู่ในสนามแม่เหล็ก (รูปที่ 7.16) หากทรงกระบอกนี้ทำจากวัสดุที่มีความต้านทานแม่เหล็กต่ำ (วัสดุแม่เหล็กอ่อน) สนามแม่เหล็กจะกระจุกตัวอยู่ในผนังของทรงกระบอกดังแสดงในรูปโดยไม่ตกลงไปในบริเวณด้านใน
ข้าว. 7.16. ป้องกันแม่เหล็ก
ข้าว. 7.17. การป้องกันไฟฟ้าสถิตในหม้อแปลงไฟฟ้า
ดังนั้นหากมีการวางวัตถุใด ๆ ไว้ในบริเวณนี้ วัตถุนั้นจะได้รับการปกป้อง (กำบัง) จากอิทธิพลของสนามแม่เหล็กในพื้นที่โดยรอบ การป้องกันนี้เรียกว่าการป้องกันด้วยแม่เหล็ก ใช้สำหรับปกป้องหลอดรังสีแคโทด เครื่องวัดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแบบขดลวดเคลื่อนที่ ลำโพงไดนามิก ฯลฯ จากสนามแม่เหล็กภายนอก
หม้อแปลงไฟฟ้าบางครั้งใช้การป้องกันประเภทอื่นที่เรียกว่าป้องกันไฟฟ้าสถิตหรือไฟฟ้า โล่ของฟอยล์ทองแดงบาง ๆ ถูกวางไว้ระหว่างขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิของหม้อแปลงดังแสดงในรูปที่ 7.17. เมื่อหน้าจอดังกล่าวต่อสายดิน ผลกระทบของความจุระหว่างขดลวดซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากความต่างศักย์ระหว่างขดลวดเหล่านี้จะลดลงอย่างมาก ฉนวนป้องกันไฟฟ้าสถิตยังใช้ในสายโคแอกเซียลและทุกที่ที่ตัวนำมีศักย์ไฟฟ้าต่างกันและอยู่ใกล้กัน
วิดีโอนี้พูดถึงสิ่งที่เป็นหม้อแปลงไฟฟ้า:
หม้อแปลงไฟฟ้า เรียกว่าอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าแบบสถิตที่มีขดลวดคู่ขนานอุปนัยสองตัว (หรือมากกว่า) และได้รับการออกแบบมาเพื่อแปลงระบบกระแสสลับ (หลัก) เป็นระบบกระแสสลับอื่น (ทุติยภูมิ) ผ่านปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
ในกรณีทั่วไป ระบบไฟกระแสสลับรองอาจแตกต่างจากระบบหลักในพารามิเตอร์ใดๆ: ค่าแรงดันและกระแสไฟ จำนวนเฟส รูปคลื่นแรงดันไฟ (กระแส) ความถี่ แอปพลิเคชั่นที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในการติดตั้งระบบไฟฟ้าตลอดจนในระบบส่งและจ่ายพลังงานคือหม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้งานทั่วไปซึ่งค่าของแรงดันและกระแสสลับจะเปลี่ยนไป ในกรณีนี้ จำนวนเฟส รูปร่างของเส้นโค้งแรงดัน (กระแส) และความถี่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง
เมื่อพิจารณาประเด็นของการบรรยายนี้ เราจะนึกถึงหม้อแปลงไฟฟ้าสำหรับใช้งานทั่วไป
พิจารณาหลักการทำงานของหม้อแปลงเฟสเดียวที่ง่ายที่สุด หม้อแปลงไฟฟ้าแบบเฟสเดียวที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยวงจรแม่เหล็ก (แกน) ที่ทำจากวัสดุแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติก (โดยปกติคือแผ่นเหล็กไฟฟ้า) และขดลวดสองเส้นที่อยู่บนแกนของวงจรแม่เหล็ก
เหตุใดแกนแม่เหล็กของหม้อแปลงจึงทำจากวัสดุที่เป็นเฟอร์โรแมกเนติก
หนึ่งในขดลวดที่เรียกว่า หลักเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายกระแสสลับสำหรับแรงดันไฟฟ้า U 1 สู่อีกม้วนหนึ่งเรียกว่า รองผู้บริโภคที่เชื่อมต่อ Zн. ขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้าไม่มีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างกัน และพลังงานจากขดลวดอันหนึ่งไปยังอีกอันหนึ่งจะถูกส่งผ่านทางแม่เหล็กไฟฟ้า
จุดประสงค์ของแกนหม้อแปลงคืออะไร?
วงจรแม่เหล็กที่ขดลวดเหล่านี้ตั้งอยู่ทำหน้าที่ปรับปรุงคัปปลิ้งแบบอุปนัยระหว่างขดลวด
การกระทำของหม้อแปลงไฟฟ้าขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (รูปที่ 2)
ข้าว. 2. วงจรแม่เหล็กไฟฟ้าของหม้อแปลงไฟฟ้า
เมื่อเชื่อมต่อขดลวดหลักของหม้อแปลงกับเครือข่ายกระแสสลับที่มีแรงดัน ยู 1 กระแสสลับจะไหลผ่านขดลวด ผม 1 ซึ่งจะสร้างตัวแปรฟลักซ์แม่เหล็กในวงจรแม่เหล็ก F . ฟลักซ์แม่เหล็กที่เจาะทะลุรอบของขดลวดทุติยภูมิเหนี่ยวนำในนั้น อี 2 , ซึ่งสามารถนำไปใช้จ่ายไฟได้ ปิดในวงจรแม่เหล็ก ฟลักซ์นี้จับคู่กับขดลวดทั้งสอง (หลักและรอง) และเหนี่ยวนำ EMF ในนั้น:
ใน EMF หลักของการเหนี่ยวนำตนเอง:
ใน EMF รองของการเหนี่ยวนำร่วมกัน:
เมื่อเชื่อมต่อโหลด Zn กับขั้วของขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้าภายใต้การกระทำของ EMF อี 2 กระแสจะถูกสร้างขึ้นในวงจรของขดลวดนี้ ผม 2 , และแรงดันไฟฟ้า U 2 ตั้งไว้ที่ขั้วของขดลวดทุติยภูมิ
หม้อแปลงไฟฟ้าใช้กระแสตรงได้หรือไม่?
หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์กระแสสลับ หากขดลวดปฐมภูมิเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดกระแสตรง ฟลักซ์แม่เหล็กในวงจรแม่เหล็กของหม้อแปลงจะคงที่ทั้งในขนาดและทิศทาง (dФ / dt \u003d 0) ดังนั้น EMF ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าจะไม่เป็น เหนี่ยวนำให้เกิดในขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้า ดังนั้น กระแสไฟฟ้าจากวงจรปฐมภูมิจะไม่ถูกถ่ายโอนไปยังวงจรทุติยภูมิ
ปัญหาของการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้า เช่น การเพิ่มขึ้นของขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงแก้ไขได้อย่างไร?
ปัญหาการเพิ่มแรงดันไฟแก้ไขได้ดังนี้ การหมุนของขดลวดหม้อแปลงใด ๆ มีแรงดันไฟฟ้าเท่ากันหากจำนวนรอบของขดลวดทุติยภูมิเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับขดลวดปฐมภูมิ ผลัดกันเชื่อมต่อเป็นอนุกรม แรงดันไฟฟ้าที่ได้รับในแต่ละรอบจะถูกสรุป ดังนั้นการเพิ่มหรือลดจำนวนรอบจึงเป็นไปได้ที่จะเพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของหม้อแปลง
เนื่องจากขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิของหม้อแปลงถูกเจาะด้วยฟลักซ์แม่เหล็กเดียวกัน F , นิพจน์สำหรับค่าประสิทธิผลของ EMF สามารถเขียนเป็น
ที่ไหน ฉ - ความถี่ไฟฟ้ากระแสสลับ; w 1 และ w 2 - จำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิ
หารความเท่าเทียมกันเราได้รับพารามิเตอร์ที่สำคัญของหม้อแปลง - อัตราส่วนการแปลง:
ที่ไหน k - ค่าสัมประสิทธิ์การแปลง
หากวงจรของขดลวดทุติยภูมิเปิดอยู่ (ไม่ได้ใช้งาน) แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของขดลวดจะเท่ากับ EMF: ยู 2 = อี 2 , และแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟเกือบจะสมดุลโดย EMF ของขดลวดปฐมภูมิ ยู 1 ≈ อี 1 . จึงเขียนได้ว่า
ด้วยประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้าที่สูง สามารถสันนิษฐานได้ว่า ส 1 ≈ ส 2 , ที่ไหน ส 1 = ยู 1 ฉัน 1 - พลังงานที่ใช้จากเครือข่าย ส 2 = ยู 2 ฉัน 2 - กำลังส่งไปยังโหลด
ทางนี้, ยู 1 ฉัน 1 ≈ ยู 2 ฉัน 2 , ที่ไหน
อัตราส่วนของกระแสของขดลวดทุติยภูมิและปฐมภูมิมีค่าเท่ากับอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงโดยประมาณ ดังนั้นกระแส ฉัน 2 เพิ่มขึ้นกี่ครั้ง (ลดลง) ลดลงกี่ครั้ง (เพิ่มขึ้น) ยู 2 .
ในหม้อแปลงสเต็ปอัพ ยู 2 > ยู 1 , ในการลดลง ยู 2 < ยู 1 . หม้อแปลงมีคุณสมบัติของการย้อนกลับ หม้อแปลงเดียวกันสามารถใช้เป็น step-up และ step-down แต่โดยปกติแล้ว หม้อแปลงไฟฟ้าจะมีจุดประสงค์เฉพาะ: ไม่ว่าจะเป็นแบบเลื่อนขึ้นหรือลง ขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าเรียกว่าขดลวดแรงสูง (HV) ขดลวดที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายแรงดันไฟฟ้าต่ำ - ขดลวดแรงดันต่ำ (LV)
เหตุใดจึงใช้ไฟฟ้าแรงสูงในการส่งกำลัง
คำตอบนั้นง่าย - เพื่อลดการสูญเสียความร้อนของสายไฟระหว่างการส่งในระยะทางไกล การสูญเสียขึ้นอยู่กับปริมาณกระแสที่ไหลและเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวนำ ไม่ใช่แรงดันไฟฟ้าที่ใช้
สมมติว่าจากโรงไฟฟ้าไปยังเมืองที่อยู่ห่างจากโรงไฟฟ้า 100 กม. จำเป็นต้องส่งไฟฟ้า 30 เมกะวัตต์ในหนึ่งสาย เนื่องจากสายไฟมีความต้านทานไฟฟ้ากระแสจึงร้อนขึ้น ความร้อนนี้กระจายไปและไม่สามารถใช้งานได้ พลังงานที่ใช้ในการทำความร้อนคือการสูญเสีย
เป็นไปไม่ได้ที่จะลดความสูญเสียให้เป็นศูนย์ แต่ต้องจำกัด ดังนั้นการสูญเสียที่อนุญาตจึงถูกทำให้เป็นมาตรฐานเช่น เมื่อคำนวณส่วนตัดขวางของสายไฟและเลือกแรงดันไฟฟ้าจะถือว่าการสูญเสียไม่เกินเช่น 10% ของพลังงานที่มีประโยชน์ที่ส่งผ่านสาย
ในตัวอย่างของเรา นี่คือ 0.1x30 MW = 3 MW
หากไม่ใช้การแปลงสภาพ กล่าวคือ กระแสไฟฟ้าถูกส่งที่แรงดันไฟฟ้า 220 V จากนั้นเพื่อลดการสูญเสียให้เป็นค่าที่กำหนด ส่วนตัดขวางของสายไฟจะต้องเพิ่มขึ้นเป็น 10 ม. 2 โดยประมาณ เส้นผ่านศูนย์กลางของ "เส้นลวด" ดังกล่าวเกิน 3 ม. และมวลในช่วงนั้นคือหลายร้อยตัน
การนำการแปลงไปใช้ กล่าวคือ การเพิ่มแรงดันไฟในสาย แล้วลดใกล้กับที่ตั้งของผู้บริโภค พวกเขาใช้วิธีอื่นเพื่อลดการสูญเสีย: พวกเขาลดกระแสในสาย
ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานที่ใช้งานและกระแสคืออะไร?
การสูญเสียในการส่งไฟฟ้าเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของกระแสไฟ
เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า กระแสจะลดลงครึ่งหนึ่งและความสูญเสียจะลดลง 4 เท่า หากแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น 100 เท่า ความสูญเสียจะลดลง 100 2 เช่น 10,000 ครั้ง
เราแสดงนิพจน์นี้ด้วยตัวอย่างต่อไปนี้ รูปแสดงแผนภาพการถ่ายเทพลังงาน (รูปที่ 3) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีแรงดันขั้ว 6.3 kV เชื่อมต่อกับขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบสเต็ปอัพ แรงดันไฟฟ้าที่ปลายขดลวดทุติยภูมิคือ 110 kV
ข้าว. 3. รูปแบบการส่งกำลัง:
1 - เครื่องกำเนิด; 2 - หม้อแปลงไฟฟ้าแบบสเต็ปอัพ; 3 - สายไฟ;
หม้อแปลง 4 สเต็ปดาวน์; 5 - ผู้บริโภค
ที่แรงดันไฟฟ้านี้ พลังงานจะถูกถ่ายโอนไปตามสายส่ง ให้กำลังส่ง 10,000 kW ไม่มีการเลื่อนเฟสระหว่างกระแสและแรงดัน
เนื่องจากกำลังในขดลวดทั้งสองเท่ากัน กระแสในขดลวดปฐมภูมิจึงเท่ากับ I \u003d P / U \u003d 10000 / 6.3 \u003d 1590 A และในขดลวดทุติยภูมิ 10,000/110 \u003d 91 A. กระแสในสายไฟจะมีค่าส่งเท่ากัน
หลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าสามารถแสดงได้โดยภาพยนตร์การศึกษาต่อไปนี้: "หลักการทำงานของหม้อแปลงแบบสเต็ปดาวน์", "การทำน้ำร้อนโดยใช้หม้อแปลงไฟฟ้า"
มารวมเนื้อหาที่ครอบคลุมโดยตอบคำถามต่อไปนี้
หลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าขึ้นอยู่กับ ...
กฎของแอมแปร์
กฎของโอห์ม
กฎของเคิร์ชฮอฟฟ์
กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
หากจำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงคือ w1=100 และจำนวนรอบของขดลวดทุติยภูมิคือ w2=20 ให้กำหนดอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลง
ข้อมูลไม่เพียงพอที่จะตอบ
ค่าประสิทธิผลของ EMF ที่เหนี่ยวนำในขดลวดของหม้อแปลงถูกกำหนดโดยสูตร
สรุปคำถามแรก:หลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้นหม้อแปลงจึงเป็นอุปกรณ์กระแสสลับ การแปลงแรงดันไฟฟ้าในหม้อแปลงไฟฟ้าทำได้โดยการเปลี่ยนจำนวนรอบในขดลวดทุติยภูมิ วัตถุประสงค์หลักของหม้อแปลงไฟฟ้าคือการแปลงไฟฟ้าแรงดันหนึ่งเป็นไฟฟ้าแรงดันอื่น เพื่อลดเงินลงทุนในการก่อสร้างและการดำเนินงานของสายส่งไฟฟ้า
หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าคงที่ (คงที่) ที่แปลงกระแสสลับของแรงดันไฟฟ้าหนึ่งเป็นกระแสสลับของแรงดันไฟฟ้าอื่นที่มีความถี่เดียวกัน
หม้อแปลงที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยแกนแม่เหล็กแบบปิดและขดลวดสองเส้น ขดลวดที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเรียกว่าขดลวดปฐมภูมิ ขดลวดที่เชื่อมต่อโหลดเรียกว่าทุติยภูมิ
การทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับที่ไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิทำให้เกิดกระแสสลับแม่เหล็กในแกนหม้อแปลง Fซึ่งทะลุผ่านขดลวด ทำให้เกิดอีบางส่วนในแต่ละเทิร์น ดีเอส (จ). ค่าปัจจุบัน e d.s. ถูกกำหนดโดยสูตร
โดยที่ E คือค่าประสิทธิผลของ ed กับ.;
ω-จำนวนรอบ;
ความถี่ f, Hz;
Φ m - ค่าแอมพลิจูดของฟลักซ์แม่เหล็ก wb
ถ้าเราหาจำนวนรอบ ω=1 แล้ว E=4.44fΦm
แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากฟลักซ์แม่เหล็ก Φ ในขดลวดของหม้อแปลงจะเห็นได้ชัดว่าเป็นสัดส่วนกับจำนวนรอบ หากจำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิแสดงด้วย ω 1 และ ω 2 ตามลำดับ ดังนั้นสำหรับค่าประสิทธิผลของ e ดีเอส การเหนี่ยวนำตนเองของขดลวดปฐมภูมิ (E 1) เราจะมี E 1 \u003d ω 1 Eคล้ายกับอี ดีเอส การเหนี่ยวนำร่วมกันของขดลวดทุติยภูมิ E 2 \u003d ω 2 E.
ทัศนคติ
เรียกว่าอัตราส่วนการแปลงและเขียนแทนด้วยตัวอักษร ถึง:
หากไม่ได้โหลดหม้อแปลงไฟฟ้า (เช่น วงจรขดลวดทุติยภูมิเปิดอยู่) แสดงว่าแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของมันคือ e ดีเอส ( U 2= E 2). ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากขดลวดปฐมภูมิมีความต้านทานอุปนัยที่ค่อนข้างใหญ่ และกระแสไฟที่ใช้จากเครือข่ายมีขนาดเล็ก แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมความต้านทานเชิงแอ็คทีฟจึงสามารถละเลยได้ จากนั้นแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับขดลวดปฐมภูมิจะเท่ากับ e ดีเอส การเหนี่ยวนำตนเอง ( U 1 ≈E 1). ไม่มีภาระ U 1 ≈E 1และ คุณ 2= อี 2 .ดังนั้น อัตราส่วน E 1 / E 2แทนที่ด้วยความสัมพันธ์ U1/U2, เช่น.
ดังนั้นอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงคืออัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของขดลวดปฐมภูมิต่อแรงดันที่ขั้วของขดลวดทุติยภูมิในกรณีที่ไม่มีโหลด (หรืออย่างที่พวกเขาพูดด้วย ไม่ทำงานหม้อแปลงไฟฟ้า)
หม้อแปลงแบ่งออกเป็น:
บน เพิ่มขึ้น ω 1<ω 2 ; U 1 ;
บน ลดระดับ ω 1>ω 2 ; U 1>ยู 2 ; ถึง>1 ;
บน ช่วงเปลี่ยนผ่าน ω 1 =ω 2 ; U 1=ยู 2 ; เค=1.
การวิเคราะห์การทำงานของหม้อแปลง
1. โหมดว่าง
ในโหมดนี้ ขดลวดทุติยภูมิจะเปิดขึ้น สวิตช์อยู่ใน ตำแหน่ง 1. กระแสไฟที่ใช้โดยวงจรหลักมีน้อยและเรียกว่ากระแสไม่มีโหลด สนามแม่เหล็กรอบๆ ขดลวดปฐมภูมิ เรียกว่า สนามแม่เหล็กไร้โหลด โหมดนี้ไม่เป็นอันตรายต่อหม้อแปลงไฟฟ้า
2. การทำงานของหม้อแปลงในโหมดโหลด
เปิดสวิตช์ ตำแหน่ง 2ในขณะที่หม้อแปลงไฟฟ้าจากโหมดเดินเบาจะเข้าสู่โหมดโหลด กระแสไหลผ่านขดลวดทุติยภูมิ ฉัน2ซึ่งฟลักซ์แม่เหล็กตามกฎของเลนซ์พุ่งตรงไปที่สนามแม่เหล็กของขดลวดปฐมภูมิ Φ . ส่งผลให้ฟลักซ์แม่เหล็ก Φ ในช่วงแรกลดลงซึ่งทำให้ค่า e ลดลง ดีเอส การเหนี่ยวนำตนเอง อี 1ในขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้า เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ U 1 (ไฟหลัก เครื่องกำเนิดไฟฟ้า) ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ความสมดุลทางไฟฟ้าระหว่างแรงดันไฟฟ้าและ e ดีเอส การเหนี่ยวนำตัวเองเสียและมีกระแสเพิ่มขึ้นในขดลวดปฐมภูมิ การเพิ่มขึ้นของกระแสนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของฟลักซ์แม่เหล็ก ซึ่งจะทำให้ e เพิ่มขึ้น ดีเอส การเหนี่ยวนำตนเอง กระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปจนกว่าความสมดุลทางไฟฟ้าระหว่างแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับ e จะถูกเรียกคืน ดีเอส การเหนี่ยวนำตนเอง แต่ในกรณีนี้ กระแสของขดลวดปฐมภูมิจะมากกว่าเมื่อไม่ได้ใช้งาน นั่นคือ ฟลักซ์แม่เหล็กทั้งหมดของขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิของหม้อแปลงในโหมดโหลดจะเท่ากับฟลักซ์แม่เหล็กของขดลวดปฐมภูมิในโหมดว่าง
ดังนั้นในโหมดโหลด นั่นคือ เมื่อกระแสทุติยภูมิปรากฏขึ้น กระแสหลักจะเพิ่มขึ้น แรงดันตกคร่อมจะถูกสร้างขึ้นในขดลวดทุติยภูมิและแรงดันทุติยภูมิจะลดลง เมื่อโหลดลดลงนั่นคือ เมื่อกระแสทุติยภูมิลดลงผลการล้างอำนาจแม่เหล็กของขดลวดทุติยภูมิจะลดลงฟลักซ์แม่เหล็กในแกนกลางจะเพิ่มขึ้นและ e เพิ่มขึ้นตามลำดับ ดีเอส การเหนี่ยวนำตนเอง E 1 . สมดุลทางไฟฟ้าระหว่าง U 1 และ E 1 ถูกรบกวน กระแสในขดลวดปฐมภูมิจะลดลง ในขณะที่ฟลักซ์แม่เหล็กและ e จะลดลง ดีเอส การเหนี่ยวนำตนเอง กระบวนการนี้ดำเนินต่อไปจนกว่าความสมดุลทางไฟฟ้าที่ถูกรบกวนชั่วคราวระหว่าง U 1 และ E 1 จะถูกเรียกคืน แต่ที่กระแสไฟต่ำกว่า ผม 1 .
ดังนั้นการลดลงของกระแส I 2 ทำให้กระแส I 1 ลดลง แรงดันตกในขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงจะลดลงและแรงดันทุติยภูมิเพิ่มขึ้น
การเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในกระแสทุติยภูมิทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในกระแสหลักโดยมุ่งรักษาฟลักซ์แม่เหล็กให้คงที่ในแกนกลางของหม้อแปลงไฟฟ้า
ตอนนี้เปิดสวิตช์ ตำแหน่ง 4.
ความต้านทานของวงจรทุติยภูมิจะเท่ากับศูนย์ กระแสของวงจรทุติยภูมิจะสูงสุด สนามแม่เหล็กของขดลวดทุติยภูมิจะสูงสุด สนามแม่เหล็กของขดลวดปฐมภูมิจะลดลงและน้อยที่สุด ดังนั้น ความต้านทานอุปนัยของขดลวดปฐมภูมิก็จะน้อยที่สุดเช่นกัน กระแสไฟที่ใช้โดยวงจรปฐมภูมิจะเพิ่มขึ้นเป็นสูงสุด โหมดนี้เรียกว่าโหมดลัดวงจร โหมดนี้เป็นอันตรายต่อหม้อแปลงและวงจรทั้งหมด เพื่อป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร มีการติดตั้งฟิวส์ในวงจรหลักหรือวงจรทุติยภูมิ
หม้อแปลงสามารถรับกำลังได้หรือไม่?
กำลังที่พัฒนาในวงจรหลักเท่ากับผลคูณของ U 1 * I 1 ในวงจรทุติยภูมิ U 2 * I 2 หม้อแปลงไฟฟ้าไม่ให้กำลังเพิ่มขึ้นเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นด้วยความช่วยเหลือของหม้อแปลงคือ พร้อมกับการลดลงของกระแสที่สอดคล้องกันนั่นคือ หม้อแปลงจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้ากี่ครั้งจึงจะลดปริมาณกระแสในวงจรทุติยภูมิ ในหม้อแปลงแบบสเต็ปดาวน์ กี่ครั้งที่หม้อแปลงจะลดแรงดันไฟลงได้กี่ครั้ง จะทำให้ปริมาณกระแสไฟในวงจรทุติยภูมิเพิ่มขึ้น
ประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้า
ประสิทธิภาพคืออัตราส่วนของพลังงานสำรอง P 2 ต่อ P 1 หลัก (พลังงานที่มีประโยชน์ต่อการบริโภค) แสดงเป็น%
ตัวอย่างเช่น ประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้าคือ 90% ซึ่งหมายความว่า 90% ของพลังงานที่ได้รับจากขดลวดปฐมภูมิจากแหล่งจ่ายกระแสจะเข้าสู่ขดลวดทุติยภูมิและสูญเสีย 10% ในหม้อแปลงที่ความต้านทานแอคทีฟของหม้อแปลงไฟฟ้า การปรากฏตัวของการสูญเสียนำไปสู่ความจริงที่ว่าพลังงานที่ปล่อยออกมาในโหลดของขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้าจะน้อยกว่าพลังงานที่ใช้โดยขดลวดปฐมภูมิเสมอ
การสูญเสียพลังงานในหม้อแปลงไฟฟ้าประกอบด้วยการสูญเสียแกนและการสูญเสียที่คดเคี้ยว การสูญเสียหลักรวมถึงการสูญเสียฮิสเทรีซิสแม่เหล็กและการสูญเสียกระแสน้ำวน การสูญเสียในขดลวดเกิดจากการให้ความร้อนตามปกติของขดลวดตามกระแส
ประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้าอยู่กับที่สูงถึง 99% ประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังต่ำที่ใช้ในอุปกรณ์สื่อสารนั้นคิดเป็น 80%
1. ไขลาน
สำหรับการผลิตขดลวดหม้อแปลงนั้นใช้ลวดพันกันเป็นทองแดงและมีฉนวนหุ้ม
เคลือบลวด PE
PEL ลวดเคลือบเคลือบเงาทน
ลวดเคลือบ PEV ความแข็งแรงสูง
PEL ได้รับการออกแบบสำหรับอุณหภูมิสูงสุด 90 0 สั้น ๆ 105 0 ; PEV สูงถึง 105 0, ระยะสั้นสูงถึง 125 0
ขดลวดถูกพันบนกรอบ (พลาสติก, textolite, getinaks, กระดาษแข็ง) นอกจากนี้ยังมีขดลวดแบบไม่มีกรอบ ต้องยึดปลายลวดที่คดเคี้ยว ขดลวดจะพันกันเป็นแถวๆ หลังจากแต่ละแถวมีการวางฉนวน (แถบตัวเก็บประจุหรือกระดาษเคเบิล) เพื่อไม่ให้เกิดการแตกหัก ปลายอีกด้านของขดลวดจะต้องได้รับการแก้ไขด้วย หลังจากการไขลานครั้งแรกจะวางฉนวนที่ดีกว่าเช่นแถบผ้าเคลือบเงาแล้วม้วนถัดไปจะพัน ขดลวดพันทับกัน บ่อยครั้ง ในการผลิตหม้อแปลง ขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิจะถูกแบ่งออกเป็นส่วนๆ ในกรณีนี้ สนามแม่เหล็กของขดลวดปฐมภูมิจะครอบคลุมขดลวดทุติยภูมิได้ดีกว่า
2. แกน
แกนคือ: ร็อด เกราะ และวงแหวน
สำหรับการผลิตแกนมักใช้เหล็กหม้อแปลงเกรดต่างๆ แกนกลางทำจากแผ่นเหล็กบางๆ แยกออกจากกัน ในฐานะที่เป็นฉนวน มักใช้ออกไซด์ (สเกล) ซึ่งก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของเพลตเมื่อถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิสูง หากแกนกลางไม่ได้ทำจากแผ่นแยกที่แยกจากกัน แต่ทำจากสองชิ้นที่พับแล้วแกนจะถูกทำให้ร้อนด้วยกระแสน้ำวน กระแสน้ำวนของเพลตแต่ละแผ่นมีขนาดเล็ก และโดยทั่วไปแล้ว แกนกลางจะร้อนขึ้นเล็กน้อย แกนของหม้อแปลงต้องถูกบีบอัดอย่างดีเพื่อไม่ให้มีเสียงฮัม วิธีที่ดีที่สุดการบีบอัดคือการบีบอัดโดยใช้ปุ่มสตั๊ดกับน๊อต มักใช้แรงอัดกับลวดเย็บกระดาษที่พันรอบแกนกลาง
แกนเหล็กของหม้อแปลงไฟฟ้ามีแม่เหล็กอ่อนในจุดอ่อน สนามแม่เหล็ก. ดังนั้นที่ความถี่เสียงต่ำจึงใช้แกนเพอร์มัลลอย เพอร์มัลลอยเป็นโลหะผสมของนิกเกิล โมลิบดีนัม โครเมียม แมงกานีส ทองแดง ซิลิกอนและเหล็ก
แกนเฟอร์ไรท์ใช้ในวงจรกระแสความถี่สูง เฟอร์ไรต์เป็นแม่เหล็กไดอิเล็กทริกนั่นคือไดอิเล็กตริกที่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก มันทำจากโลหะออกไซด์ในรูปแบบผงผสมกับเรซินหรือสไตรีน