Átalakítási arány

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2019. szeptember 20-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 5 szerkesztést igényelnek .

A transzformátor transzformációs aránya egy olyan érték, amely a transzformátor skálázási (konvertálási) karakterisztikáját fejezi ki az elektromos áramkör valamely paraméteréhez (feszültség, áram, ellenállás stb.) viszonyítva.

Erőátviteli transzformátorok esetében a GOST 16110-82 az átalakítási arányt a következőképpen határozza meg: "két tekercs kapcsain lévő feszültség aránya üresjáratban ", és "a menetek számának arányával egyenlő" [1] :p. 9.1.7 .

Általános információk

A leírásban az "átalakítás" helyett a "skálázás" kifejezést használjuk annak érdekében, hogy összpontosítsunk arra a tényre, hogy a transzformátorok nem alakítanak át egyfajta energiát a másikra, és még az elektromos hálózat egyik paraméterét sem alakítják át másik paraméterré. (ahogyan néha átalakításról beszélnek, például feszültség az áramcsökkentő transzformátorokhoz). Az átalakítás csak az áramkör bármely paraméterének értékének változása növekedés vagy csökkenés irányába. És bár az ilyen átalakítások az elektromos áramkör szinte minden paraméterét érintik, szokás kiemelni a „legfontosabbat” közülük, és hozzárendelni az átalakítási arány kifejezést. Ezt a választást indokolja a transzformátor funkcionális célja, a tápoldali csatlakozó áramkör stb.

Feszültségskálázás

A primer tekercset az áramforrással párhuzamosan csatlakoztatott transzformátorok esetében általában a feszültséghez viszonyított skálázás érdekes, ami azt jelenti, hogy a k transzformációs arány az elsődleges (bemeneti) és szekunder (kimeneti) feszültségek arányát fejezi ki. :

k={\frac {U_{1}}{U_{2}}}={\frac {\varepsilon \cdot N_{1}+I_{1}\cdot R_{1}}{\varepsilon \ cdot N_{2}-I_{2}\cdot R_{2}}}

ahol

$U_{1}$ , - bemeneti és kimeneti feszültségek; $U_{2}$
$\varepsilon$ - EMF indukált egy adott transzformátor bármely tekercsének minden menetében;
$N_1$ , - a primer és szekunder tekercsek fordulatszáma; $N_2$
$I_1$ , - áramok a transzformátor primer és szekunder áramkörében; $én_{2}$
$R_{1}$ , - a tekercsek aktív ellenállása. $R_{2}$

Ha figyelmen kívül hagyjuk a tekercsek veszteségeit, azaz nullával egyenlőnek tekintjük, akkor $R_{1}$ $R_{2}$

k={\frac {U_{1}}{U_{2}}}={\frac {N_{1}}{N_{2}}}

Az ilyen transzformátorokat feszültségtranszformátoroknak is nevezik .

Aktuális méretezés

Azon transzformátorok esetében, amelyeknél a primer tekercs az áramforráshoz sorosan kapcsolódik, a skálázást az áramerősséghez viszonyítva számítják ki, azaz a k transzformációs arány az elsődleges (bemeneti) és a szekunder (kimeneti) áramok arányát fejezi ki:

k={\frac {I_{1}}{I_{2}}}

Ezenkívül ezeket az áramokat egy másik függőség is összefügg

{\displaystyle I_{1}\cdot N_{1}=I_{2}\cdot N_{2}+I_{0))

ahol

$I_1$ , - áramok a transzformátor primer és szekunder áramkörében; $én_{2}$
$N_2$ , - a primer és szekunder tekercsek fordulatszáma; $N_1$
$I_0$ - "üresjárati" áram, amely a mágnesezési áramból és a mágneses áramkör aktív veszteségéből áll.

Ha figyelmen kívül hagyjuk a mágneses kör minden mágnesezési és fűtési veszteségét, azaz nullával egyenlőnek tekintjük, akkor $I_0$

{\displaystyle I_{1}\cdot N_{1}=I_{2}\cdot N_{2))

{\frac {I_{1}}{I_{2}}}={\frac {N_{2}}{N_{1}}}

k={\frac {I_{1}}{I_{2}}}={\frac {N_{2}}{N_{1}}}

Az ilyen transzformátorokat áramváltóknak is nevezik .

Ellenállás skálázás

A primer tekercset áramforráshoz párhuzamosan csatlakoztató transzformátorok másik alkalmazása az ellenállás-skálázás.

Ezt az opciót akkor használják, ha a feszültség vagy áram változása nem közvetlenül érdekli, de olyan bemeneti impedanciájú terhelést kell csatlakoztatni az áramforráshoz, amely jelentősen eltér az e forrás által biztosított értékektől.

Például az audio teljesítményerősítők kimeneti fokozatai nagyobb terhelési impedanciát igényelnek, mint az alacsony impedanciájú hangszórók . Egy másik példa a nagyfrekvenciás készülékek, amelyeknél a forrás és a terhelés hullámimpedanciáinak egyenlősége lehetővé teszi a terhelésben disszipált maximális teljesítmény elérését. És még a hegesztőtranszformátorok is nagyobb mértékben ellenállás-átalakítók, mint a feszültség, mivel az utóbbi a munka biztonságának növelését szolgálja, az előbbi pedig az elektromos hálózatok terhelési ellenállásának követelménye. Bár a hegesztő számára nem mindegy, hogy a fém felmelegítéséhez milyen hőenergiát nyert a hálózatból, az teljesen egyértelmű, hogy a hálózatban gyakorlatilag „zárlatot” az áramszolgáltatói oldal nem fogadja szívesen.

Ennek megfelelően azt mondhatjuk, hogy az ellenállás-skálázást úgy tervezték, hogy a legcivilizáltabb módon, a forrás "sokk" üzemmódjai nélkül és minimális veszteséggel adják át a teljesítményt egy forrásról bármilyen terhelésre (például ha összehasonlítjuk a transzformátor skálázását és egyszerűen a terhelési ellenállás növelése egy soros előtétellenállás segítségével , amely a forrásnál lévő energia jelentős részét "megeszi").

Az ilyen skálázás kiszámításának elve szintén a teljesítményátvitelen alapul, nevezetesen a teljesítmények feltételes egyenlőségén: a transzformátor fogyasztja a primer áramkörből (a forrásból), és adja a szekundernek (terhelés), figyelmen kívül hagyva a transzformátoron belüli veszteségeket.

S_{1}=S_{2}+\Delta S

ahol

$S_{1}$ , - a transzformátor által fogyasztott és adott teljesítmény; $S_{2}$
$\Delta S$ - veszteség magában a transzformátorban (átlagosan 1-2%-a ), ami ebben az esetben elhanyagolható. $S_{1}$

S_{1}=U_{1}\cdot I_{1}={\frac {U_{1}^{2}}{Z_{1}}}

….. ,

S_{2}=U_{2}\cdot I_{2}={\frac {U_{2}^{2}}{Z_{2}}}

ahol

$Z_{1}$ , - a transzformátor bemeneti impedanciája a primer áramköréhez viszonyított terheléssel és a szekunder kör terhelésének bemeneti ellenállásával együtt (azaz az első az energiaforrás terhelése transzformátor jelenlétében, a második - hiányában); $Z_{2}$

S_{1}=S_{2}

=> =>

{\frac {U_{1}^{2}}{Z_{1}}}={\frac {U_{2}^{2}}{Z_{2}}}

{\frac {U_{1}^{2}}{U_{2}^{2}}}={\frac {Z_{1}}{Z_{2}}}=k_{Z}= k_{U}^{2}

Mint fentebb látható, az ellenállás transzformációs arány megegyezik a feszültség transzformációs arány négyzetével.

Az ilyen transzformátorokat néha illesztő transzformátoroknak nevezik (különösen a rádiótechnikában).

Záró megjegyzések

A kapcsolóáramkörök különbségei ellenére maga a transzformátor működési elve nem változik, és ennek megfelelően a transzformátoron belüli feszültségek és áramok összes függősége megegyezik a fentiekkel. Ez azt jelenti, hogy még egy áramváltónak is amellett, hogy „fő” feladata az áramerősség skálázása, ugyanazok a primer és szekunder feszültségek függőségei lesznek, mintha egy feszültségváltó lenne, és bekerül a soros áramkörbe, amelyben van. tartalmazza a terhelésének ellenállását, az illesztő transzformátor elv szerint változtatva.

Emlékeztetni kell arra is, hogy a változó áramkörökben lévő áramoknak, feszültségeknek, ellenállásoknak és teljesítményeknek az abszolút értékeken kívül fáziseltolása is van, ezért a számításokban (beleértve a fenti képleteket is) vektormennyiségek. Ezt nem annyira fontos figyelembe venni az általános célú transzformátorok transzformációs arányánál, ahol alacsony az átalakítási pontosság követelménye, de nagy jelentősége van az áram- és feszültségváltók mérésénél.

Bármely skálázási paraméternél, ha , akkor a transzformátort step-upnak nevezhetjük; ellenkező esetben - süllyesztés [2] . Azonban a GOST 16110-82 [1] :p. A 9.1.7 nem ismer ilyen megkülönböztetést: „Kéttekercses transzformátorban az átalakítási arány egyenlő a legmagasabb feszültség és a legalacsonyabb feszültség arányával ”, vagyis az átalakítási arány mindig nagyobb, mint egy. $k<1$

További információk

A fordulatok számlálása

A transzformátorok mágneses tér segítségével adják át az energiát az elsődleges áramkörből a szekunder áramkörbe. Az úgynevezett „levegőtranszformátorok” kivételével a mágneses mezőt speciális mágneses áramkörök (például elektromos acélból vagy más ferromágneses anyagokból) továbbítják, amelyek mágneses áteresztőképessége sokkal nagyobb, mint a levegőé vagy a vákuumé. Ez a mágneses erővonalakat a mágneses kör testében koncentrálja, csökkentve a mágneses szórást, és ezen felül növeli a mágneses fluxus sűrűségét (indukcióját) a térnek ezen a részén, amelyet a mágneses áramkör elfoglal. Ez utóbbi a mágneses tér növekedéséhez és az "üresjárati" áram alacsonyabb fogyasztásához vezet, azaz kisebb veszteségekhez.

Amint az a fizika tantárgyából ismeretes, a mágneses erővonalak koncentrikus és önálló "gyűrűk", amelyek egy áramvezető vezetőt vesznek körül. Egy egyenes áramvezető vezetőt teljes hosszában mágneses térgyűrűk vesznek körül. Ha a vezető meg van hajlítva, akkor a mágneses tér gyűrűi a vezető hosszának különböző szakaszaiból közelítenek egymáshoz a kanyar belső oldalán (mint egy tekercsrugó, oldalra hajlítva, a tekercseket belül nyomják és kívül feszítik). a kanyar). Ez a lépés lehetővé teszi az erővonalak koncentrációjának növelését a kanyarban, és ennek megfelelően növeli a mágneses mezőt a tér azon részén. Még jobb, ha a vezetőt gyűrűvé hajlítjuk, és akkor a kör kerületén elosztott összes mágneses vonal „összeér” a gyűrűn belül. Az ilyen lépést áramvezető tekercs létrehozásának nevezzük.

A fentiek mindegyike nagyon jól használható mag nélküli transzformátorokhoz (vagy más olyan esetekhez, ahol viszonylag homogén mágneses környezet van a menetek körül), de teljesen használhatatlan mágneses zárt magok jelenlétében, amelyek sajnos geometriai okokból nem tudják kitölteni az egészet. tér a transzformátor tekercselése körül. Ezért a transzformátor tekercsének fordulatát lefedő mágneses erővonalak egyenlőtlen körülmények között vannak a fordulat kerülete mentén. Egyes távvezetékek "szerencsésebbek", és csak a mágneses vezető megkönnyített útvonalán haladnak át, míg másoknak részben a magon (a tekercsen belül), a többinek pedig a levegőn kell haladniuk, hogy létrejöjjön egy zárt hatalom "gyűrű". A mágneses légellenállás szinte kioltja az ilyen erővonalakat, és ennek megfelelően kiegyenlíti a tekercs azon részének jelenlétét, amely ezt a mágneses vonalat generálta.

A fentiekből és az ábrán láthatóból levonható egy következtetés - nem a teljes tekercs vesz részt egy zárt ferromágneses áramkörrel rendelkező transzformátor működésében, hanem csak egy kis része, amelyet ez a mágneses áramkör teljesen körülvesz. Vagy más szóval - a transzformátor zárt magján áthaladó fő mágneses fluxust csak a vezetéknek az a része hozza létre, amely áthalad ennek a magnak az "ablakán". Az ábra azt mutatja, hogy 2 "fordulat" létrehozásához elegendő a vezetéket kétszer átvezetni a mágneses áramkör "ablakon", miközben spórol a tekercsen.

Jegyzetek

↑ 1 2 Erőátviteli transzformátorok. Kifejezések és meghatározások. GOST 16110-82 (ST SEV 1103-78) (elérhetetlen link) . Letöltve: 2017. február 10. Az eredetiből archiválva : 2016. augusztus 9.. (határozatlan)
↑ A fel- és lecsökkentő transzformátornak ez a definíciója megtalálható különböző iskolai szintű oktatási anyagokban: [1] Archivált 2017. február 11-én a Wayback Machine -nél , [2] Archivált 2017. április 28-án a Wayback Machine -nél .