Tek fazlı bir transformatörün çalışma prensibi ve cihazı

Tek fazlı yüksüz trafo

Elektrik mühendisliğinde transformatörler, bir sabit tel bobininden gelen alternatif akım elektrik enerjisinin, birincisine elektriksel olarak bağlı olmayan başka bir sabit tel bobinine aktarıldığı elektrikli cihazlar olarak adlandırılır.

Enerjiyi bir bobinden diğerine ileten bağlantı, iki bobinle birbirine kenetlenen ve büyüklüğü ve yönü sürekli değişen manyetik akıdır.

Pirinç. 1.

İncirde. Şekil 1a, birbirinin üzerinde koaksiyel olarak düzenlenmiş iki / ve / / sargısından oluşan en basit transformatörü göstermektedir. Bobine / teslim alternatif akım alternatör D'den. Bu sargıya birincil sargı veya birincil sargı denir. İkincil sargı veya ikincil sargı adı verilen bir sargı // ile, elektrik enerjisi alıcıları aracılığıyla bir devre bağlanır.

Transformatörün çalışma prensibi

Transformatörün eylemi aşağıdaki gibidir. Akım birincil sargıda aktığında / oluşturulur manyetik alan, kuvvet hatları yalnızca onları oluşturan sargıya değil, aynı zamanda kısmen ikincil sargıya da nüfuz eder //. Birincil sargı tarafından oluşturulan kuvvet çizgilerinin dağılımının yaklaşık bir resmi, Şekil 1'de gösterilmektedir. 1b.

Şekilden de görülebileceği gibi, / bobininin iletkenlerinin etrafındaki tüm kuvvet çizgileri kapalıdır, ancak bunların bir kısmı şekil 2'dedir. 1b'de, elektrik telleri 1, 2, 3, 4 de bobin // tellerinin etrafına kapatılmıştır. Böylece // bobini, manyetik alan çizgileri vasıtasıyla bobine // manyetik olarak bağlanır.

Bobinlerin / ve // ​​manyetik kuplaj derecesi, koaksiyel düzenlemeleri ile aralarındaki mesafeye bağlıdır: bobinler birbirinden ne kadar uzaksa, aralarındaki manyetik kuplaj o kadar az olur, çünkü üzerindeki kuvvet çizgileri o kadar az olur. bobin / bobine yapış //.

Bobin / geçtiği için, varsaydığımız gibi, tek fazlı alternatif akımyani bazı kanunlara göre zamanla değişen bir akım, örneğin sinüs kanununa göre, bunun oluşturduğu manyetik alan da aynı kanuna göre zamanla değişecektir.

Örneğin / bobinindeki akım en büyük değerden geçtiğinde, ürettiği manyetik akı da en büyük değerden geçer; bobindeki akım / yönünü değiştirerek sıfırdan geçtiğinde, manyetik akı da yönünü değiştirerek sıfırdan geçer.

/ bobinindeki akımın değiştirilmesinin bir sonucu olarak, her iki bobin / ve //, sürekli olarak değerini ve yönünü değiştiren bir manyetik akı tarafından delinir. Elektromanyetik indüksiyonun temel yasasına göre, bobine nüfuz eden manyetik akıdaki her değişiklik için bobinde bir alternatif akım indüklenir. elektrik hareket gücü… Bizim durumumuzda, / bobininde kendi kendine indüksiyonun elektromotor kuvveti indüklenir ve bobinde // karşılıklı indüksiyonun elektromotor kuvveti indüklenir.

Bobinin // uçları bir elektrik enerjisi alıcı devresine bağlanırsa (bkz. Şekil 1a), bu devrede bir akım görünecektir; bu nedenle alıcılar elektrik gücü alacaktır. Aynı zamanda jeneratörden //sargısına yönlendirilen enerji, sargının // devreye verdiği enerjiye hemen hemen eşit olacaktır. Bu şekilde, bir bobinden gelen elektrik enerjisi, galvanik (metalik) olarak birinci bobinden tamamen bağımsız olan ikinci bobinin devresine iletilecektir.Bu durumda, enerji iletim aracı sadece alternatif bir manyetik akıdır.

Şek. Şekil 1a'da, birincil sargı / ve ikincil sargı // arasında çok az manyetik bağlantı olduğu için transformatör çok kusurludur.

Genel olarak konuşursak, iki bobinin manyetik kuplajı, iki bobine bağlı manyetik akının bir bobin tarafından oluşturulan akıya oranı ile tahmin edilir.

İncir. Şekil 1b'de bobinin // alan çizgilerinin sadece bir kısmının bobin // etrafında kapalı olduğu görülmektedir. Güç hatlarının diğer kısmı (Şekil 1b'de - hat 6, 7, 8) sadece bobin / etrafında kapalıdır. Bu güç hatları, elektrik enerjisinin birinci bobinden ikinciye transferinde hiç yer almazlar, sözde başıboş alan oluştururlar.

Primer ve sekonder sargılar arasındaki manyetik kuplajı artırmak ve aynı zamanda manyetik akının geçişindeki manyetik direnci azaltmak için teknik transformatörlerin sargıları tamamen kapalı demir çekirdekler üzerine yerleştirilir.

Transformatörlerin uygulanmasının ilk örneği, Şek. Çubuk tipi denilen 2 tek fazlı transformatör. Birincil ve ikincil bobinleri c1 ve c2, uçlarında boyunduruk adı verilen demir plakalar b - b ile bağlanan demir çubuklar a - a üzerinde bulunur. Bu şekilde, iki çubuk a, a ve iki boyunduruk b, b, birincil ve ikincil sargılarla bloke edilen manyetik akının içinden geçtiği kapalı bir demir halka oluşturur. Bu demir halka, transformatörün çekirdeği olarak adlandırılır.

Pirinç. 2.

Transformatörlerin ikinci düzenlemesi, Şek. Sözde zırhlı tipte 3 tek fazlı transformatör. Bu transformatörde, her biri bir dizi düz sargıdan oluşan birincil ve ikincil sargılar c, iki demir halka a ve b'den oluşan iki çubuktan oluşan bir çekirdek üzerine yerleştirilir. Sargıları çevreleyen a ve b halkaları onları neredeyse tamamen zırhla kaplar, bu nedenle açıklanan transformatöre zırhlı denir. Bobinlerin c içinden geçen manyetik akı, her biri kendi demir halkası içine alınmış iki eşit parçaya bölünür.

Pirinç. 3

Transformatörlerde kapalı demir manyetik devrelerin kullanılması, kaçak akımda önemli bir azalma sağlar. Bu tür transformatörlerde primer ve sekonder sargılara bağlı akılar hemen hemen birbirine eşittir. Birincil ve ikincil sargılara aynı manyetik akı tarafından nüfuz edildiğini varsayarsak, sargıların elektromotor kuvvetlerinin anlık değerleri için toplam indüklenen şoka dayalı ifadeler yazabiliriz:

Bu ifadelerde, w1 ve w2 - birincil ve ikincil sargıların dönüş sayısı ve dFt, dt zaman elemanı başına manyetik akının nüfuz eden sargısındaki değişimin büyüklüğüdür, bu nedenle manyetik akıda bir değişim oranı vardır. . Son ifadelerden aşağıdaki ilişki elde edilebilir:

yani birincil ve ikincil sargılarda belirtilen / ve // ​​anlık elektromotor kuvvetleri, bobinlerin dönüş sayısı ile aynı şekilde birbiriyle ilişkilidir. Son sonuç, yalnızca elektromotor kuvvetlerinin anlık değerleri açısından değil, aynı zamanda en büyük ve etkili değerleri açısından da geçerlidir.

Birincil sargıda indüklenen elektromotor kuvveti, kendinden endüksiyonlu bir elektromotor kuvveti olarak, aynı sargıya uygulanan voltajı neredeyse tamamen dengeler... E1 ve U1 ile elektromotor kuvvetinin etkin değerlerini belirtirseniz birincil sargının ve ona uygulanan voltajın, ardından şunu yazabilirsiniz:

İkincil sargıda indüklenen elektromotor kuvveti, söz konusu durumda, bu sargının uçlarındaki gerilime eşittir.

Bir önceki gibi, E2 ve U2 aracılığıyla ikincil sargının elektromotor kuvvetinin etkin değerlerini ve uçlarındaki voltajı belirtirseniz, şunları yazabilirsiniz:

Bu nedenle, transformatörün bir sargısına bir miktar voltaj uygulayarak, diğer bobinin uçlarında herhangi bir voltaj elde edebilirsiniz, sadece bu bobinlerin sarım sayıları arasında uygun bir oran almanız yeterlidir. Transformatörün ana özelliği budur.

Birincil sargının sarım sayısının ikincil sargının sarım sayısına oranına denir. trafonun dönüşüm oranı... kT dönüşüm katsayısını göstereceğiz.

Bu nedenle, yazılabilir:

Dönüşüm oranı birden az olan bir transformatöre yükseltici transformatör denir, çünkü sekonder sargının voltajı veya sekonder voltaj olarak adlandırılan voltaj, birincil sargının voltajından veya sözde birincil voltajdan daha büyüktür. . Dönüşüm oranı birden büyük olan bir transformatöre, sekonder voltajı birincil voltajdan daha düşük olduğu için düşürücü transformatör denir.

Tek fazlı bir transformatörün yük altında çalışması

Transformatörün boşta çalışması sırasında, manyetik akı, birincil sargı akımı veya daha doğrusu birincil sargının manyetomotor kuvveti tarafından oluşturulur. Transformatörün manyetik devresi demirden yapıldığından ve bu nedenle düşük bir manyetik dirence sahip olduğundan ve birincil sargının sarım sayısı genellikle büyük olarak kabul edildiğinden, transformatörün yüksüz akımı küçüktür, 5- normalin %10'u.

İkincil bobini bir miktar dirence kapatırsanız, ikincil bobinde akımın ortaya çıkmasıyla birlikte bu bobinin manyetomotor kuvveti de görünecektir.

Lenz yasasına göre, ikincil bobinin manyetomotiv kuvveti, birincil bobinin manyetomotiv kuvvetine karşı etki eder.

Görünüşe göre bu durumda manyetik akı azalmalıdır, ancak birincil sargıya sabit bir voltaj uygulanırsa, manyetik akıda neredeyse hiç azalma olmayacaktır.

Aslında, transformatör yüklendiğinde birincil sargıda indüklenen elektromotor kuvveti, uygulanan gerilime hemen hemen eşittir. Bu elektromotor kuvveti, manyetik akı ile orantılıdır.Bu nedenle, birincil voltajın büyüklüğü sabitse, yük altındaki elektromotor kuvveti, transformatörün yüksüz çalışması sırasında olduğu gibi hemen hemen aynı kalmalıdır. Bu durum, herhangi bir yük altında manyetik akının neredeyse tamamen sabit kalmasına yol açar.

Bu nedenle, birincil voltajın sabit bir değerinde, transformatörün manyetik akısı, yük değişimi ile neredeyse hiç değişmez ve yüksüz çalışma sırasındaki manyetik akıya eşit kabul edilebilir.

Transformatörün manyetik akısı ancak yük altında değerini koruyabilir, çünkü ikincil sargıda bir akım ortaya çıktıkça, birincil sargıdaki akım da artar, öyle ki, birincil ve ikincilin manyetomotor kuvvetleri veya amper dönüşleri arasındaki fark sargılar, rölanti sırasında manyetomotiv kuvvete veya amper-dönüşlere neredeyse eşit kalır ... Bu nedenle, ikincil sargıda manyetikliği giderici bir manyetomotiv kuvvetin veya amper-dönüşlerin ortaya çıkışına, birincil sargının manyetomotiv kuvvetinde otomatik bir artış eşlik eder.

Yukarıda bahsedildiği gibi, bir transformatör manyetik akısı oluşturmak için küçük bir manyetomotiv kuvveti gerektiğinden, ikincil manyetomotiv kuvvetindeki bir artışın, hemen hemen aynı büyüklükte olan birincil manyetomotiv kuvvetindeki bir artışın eşlik ettiği söylenebilir.

Bu nedenle, yazılabilir:

Bu eşitlikten, transformatörün ikinci ana özelliği, yani oran elde edilir:

burada kt dönüşüm faktörüdür.

Bu nedenle, transformatörün birincil ve ikincil sargılarının akımlarının oranı, bir bölü dönüşüm oranına eşittir.

Bu yüzden, Transformatörün ana özellikleri ilişkisi var

Ve

İlişkinin sol taraflarını birbiriyle ve sağ taraflarını birbiriyle çarparsak,

Ve

Son eşitlik, transformatörün şu şekilde ifade edilebilecek üçüncü özelliğini verir: transformatörün sekonder sargısı tarafından volt-amper olarak verilen güç, birincil sargıya yine volt-amper olarak verilen güce neredeyse eşittir. .

Sargıların bakırındaki ve trafo çekirdeğinin demirindeki enerji kayıplarını göz ardı edersek, güç kaynağından transformatörün birincil sargısına sağlanan gücün tamamının ikincil sargısına aktarıldığını ve ikincil sargıya aktarıldığını söyleyebiliriz. verici manyetik akıdır.