1. Что такое повышающие и понижающие трансформаторы
2. Обратимость работы трансформатора
3. Строительные трансформаторы
4. Практическое значение повышающих и понижающих трансформаторов
5. Анализ работы повышающего и понижающего трансформаторов

До сих пор мы наблюдали моделирование трансформеры где первичная и вторичная обмотки имели одинаковую индуктивность, давая примерно одинаковые уровни напряжения и тока в обеих цепях. Равенство напряжение и ток между первичной и вторичной сторонами трансформатора, однако, не является нормой для всех трансформаторов.

Если индуктивности двух обмоток не равны, происходит нечто интересное:

трансформатор v1 1 0 ac 10 sin rbogus1 1 2 1e-12 rbogus2 5 0 9e12 l1 2 0 10000 l2 3 5 100 k l1 l2 0.999 vi1 3 4 ac 0 rload 4 5 1k .ac lin 1 60 60 .print ac v (2 , 0) i (v1). Print ac v (3,5) i (vi1) .end freq v (2) i (v1) 6.000E + 01 1.000E + 01 9.975E-05 Частота первичной обмотки v (3, 5) i (vi1) 6.000E + 01 9.962E-01 9.962E-04 Вторичная обмотка

Обратите внимание, что вторичное напряжение примерно в десять раз меньше, чем первичное напряжение (0,9962 В по сравнению с 10 В), тогда как вторичный ток примерно в десять раз больше (0,9962 мА по сравнению с 0,09975 мА). У нас есть устройство, которое понижает напряжение в десять раз и увеличивает ток в десять раз:

Отношение поворотов 10: 1 дает соотношение первичное: вторичное напряжение 10: 1 и первичное: вторичное соотношение 1:10.

Что такое повышающие и понижающие трансформаторы

Это очень полезное устройство , в самом деле. С его помощью мы можем легко умножить или разделить напряжение и ток в цепях переменного тока. Действительно, трансформатор сделал передачу электроэнергии на большие расстояния практической реальностью, поскольку переменное напряжение может быть «повышено», а ток «понижен» для уменьшения потерь мощности на сопротивлении проводов вдоль линий электропередач, соединяющих электростанции с нагрузками. На обоих концах (как на генераторе, так и на нагрузках) уровни напряжения снижаются с помощью трансформаторов для более безопасной работы и менее дорогостоящего оборудования.

Трансформатор, который увеличивает напряжение от первичной до вторичной (больше витков вторичной обмотки, чем витков первичной обмотки), называется повышающим трансформатором.

И наоборот, трансформатор, предназначенный для противоположного действия, называется понижающим трансформатором.

Давайте еще раз рассмотрим фотографию, показанную в предыдущем разделе:

Поперечное сечение трансформатора с первичной и вторичной обмотками имеет высоту несколько дюймов (приблизительно 10 см).

Это понижающий трансформатор, о чем свидетельствует большое число витков первичной обмотки и низкое число витков вторичной обмотки. В качестве понижающего устройства этот трансформатор преобразует высоковольтную слаботочную мощность в низковольтную, сильноточную. Провод большего диаметра, используемый во вторичной обмотке, необходим из-за увеличения тока. Первичная обмотка, которая не должна проводить такой большой ток, может быть изготовлена ​​из провода меньшего калибра.

Обратимость работы трансформатора

Если вам интересно, можно использовать один из этих типов трансформаторов в обратном направлении (питание вторичной обмотки от источника переменного тока и позволить первичной обмотке питать нагрузку) для выполнения противоположной функции: повышение может выполнять функцию шага вниз и наоборот.

Однако, как мы видели в первом разделе этой главы, эффективная работа трансформатора требует, чтобы отдельные индуктивности обмотки были спроектированы для конкретных рабочих диапазонов напряжения и тока, поэтому, если трансформатор должен использоваться «назад», как это, он должен использовать в исходных расчетных параметрах напряжения и тока для каждой обмотки, чтобы она не оказалась неэффективной (или чтобы ее не повредило чрезмерное напряжение или ток!).

Строительные трансформаторы

Трансформаторы часто конструируются таким образом, что не очевидно, какие провода ведут к первичной обмотке, а какие - к вторичной. Одно соглашение, используемое в электроэнергетике для облегчения путаницы, - это использование обозначений «H» для обмотки более высокого напряжения (первичная обмотка в понижающем устройстве; вторичная обмотка при повышении) и «X» обозначения для низковольтной обмотки. Поэтому простой силовой трансформатор будет иметь провода с маркировкой «H1», «H2», «X1» и «X2». Обычно это важно для нумерации проводов (H1 по сравнению с H2 и т. Д.), Которые мы рассмотрим чуть позже в этой главе.

Практическое значение повышающих и понижающих трансформаторов

Тот факт, что напряжение и ток «ступают» в противоположных направлениях (одно вверх, другое вниз), имеет смысл, когда вы вспоминаете, что мощность равна напряжению, умноженному на ток, и понимаете, что трансформаторы не могут генерировать мощность, а только преобразуют ее. Любое устройство, которое могло бы выдавать больше энергии, чем требовалось, нарушало бы закон сохранения энергии в физике, а именно то, что энергия не может быть создана или уничтожена, только преобразована. Как и в первом примере трансформатора, который мы рассмотрели, эффективность передачи энергии очень хорошая от первичной к вторичной сторонам устройства.

Практическая значимость этого становится более очевидной, когда рассматривается альтернатива: до появления эффективных трансформаторов преобразование уровня напряжения / тока могло быть достигнуто только при использовании электродвигателей / генераторных установок. Чертеж двигателя / генераторной установки показывает основной принцип: (Рисунок ниже )

знак равно

Мотор-генератор иллюстрирует основной принцип работы трансформатора.

В такой машине двигатель механически соединен с генератором, который предназначен для создания желаемых уровней напряжения и тока при скорости вращения двигателя. Хотя и двигатели, и генераторы являются довольно эффективными устройствами, использование обоих этих способов усугубляет их неэффективность, так что общий КПД находится в диапазоне 90% или менее. Кроме того, поскольку двигатели / генераторные установки, очевидно, требуют движущихся частей, механический износ и баланс являются факторами, влияющими как на срок службы, так и на производительность. Трансформаторы, с другой стороны, способны преобразовывать уровни переменного напряжения и тока с очень высокой эффективностью без движущихся частей, что делает возможным широкое распространение и использование электроэнергии, которую мы считаем само собой разумеющимся.

Справедливости ради следует отметить, что двигатели / генераторные установки не обязательно были заменены трансформаторами для всех применений. Хотя трансформаторы явно превосходят мотор / генераторные установки для Переменное напряжение и преобразование текущего уровня, они не могут преобразовать одну частоту переменного тока в другую или (сами по себе) преобразовать постоянный ток в переменный или наоборот. Моторные / генераторные установки могут делать все это с относительной простотой, хотя с уже описанными ограничениями эффективности и механическими факторами.

Двигатель / генераторные установки также обладают уникальным свойством накопления кинетической энергии: то есть, если по какой-либо причине питание двигателя на мгновение прерывается, его угловой момент (инерция этой вращающейся массы) будет поддерживать вращение генератора в течение короткого периода времени. тем самым изолируя любые нагрузки, питаемые от генератора, от «глюков» в основной системе питания.

Анализ работы повышающего и понижающего трансформаторов

Внимательно глядя на цифры в SPICE Анализ, мы должны увидеть соответствие между коэффициентом трансформации и двух индуктивностей. Обратите внимание, что первичный индуктор (l1) имеет в 100 раз больше индуктивности, чем вторичный индуктор (10000 H против 100 H), и что измеренное отношение понижения напряжения составило 10 к 1. Обмотка с большей индуктивностью будет иметь более высокое напряжение и меньше тока, чем другие. Поскольку два индуктора намотаны вокруг одного и того же материала сердечника в трансформаторе (для наиболее эффективной магнитной связи между двумя), параметры, влияющие на индуктивность для двух катушек, одинаковы, за исключением числа витков в каждой катушке. Если мы еще раз посмотрим на нашу формулу индуктивности, мы увидим, что индуктивность пропорциональна квадрату числа витков катушки:

Таким образом, должно быть очевидно, что наши два индуктора в последней примерной схеме трансформатора SPICE - с коэффициентами индуктивности 100: 1 - должны иметь отношения витков катушки 10: 1, потому что 10 в квадрате равно 100. Это получается одинаково Мы нашли соотношение между первичным и вторичным напряжениями и токами (10: 1), поэтому, как правило, можно сказать, что коэффициент преобразования напряжения и тока равен отношению витков обмотки между первичным и вторичным.

Понижающий трансформатор: (много оборотов: мало оборотов).

Эффект повышения / понижения коэффициентов поворота катушки в трансформаторе аналогичен коэффициентам зубьев шестерни в механических редукторных системах, преобразуя значения скорости и крутящего момента практически таким же образом:

Редуктор крутящего момента понижает крутящий момент, увеличивая скорость.

Повышающие и понижающие трансформаторы для целей распределения энергии могут быть гигантскими пропорционально ранее показанным силовым трансформаторам, некоторые блоки стоят как дома. На следующей фотографии показан трансформатор подстанции высотой около двенадцати футов:

Подстанция трансформаторная.

ОБЗОР:

• • Трансформаторы «повышают» или «понижают» напряжение в соответствии с соотношениями витков первичного и вторичного провода.

• • Трансформатор, предназначенный для увеличения напряжения от первичного до вторичного, называется повышающим трансформатором. Трансформатор, предназначенный для снижения напряжения от первичного до вторичного, называется понижающим трансформатором.
• • Коэффициент трансформации трансформатора будет равен квадратному корню из его отношения первичной и вторичной индуктивности (L).

Похожие

Комментарии