Transformationsforhold

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 20. september 2019; checks kræver 5 redigeringer .

Transformatortransformationsforholdet er en værdi, der udtrykker skalerings- (konverterings)karakteristikken for transformeren i forhold til en eller anden parameter i det elektriske kredsløb (spænding, strøm, modstand osv.).

For krafttransformatorer definerer GOST 16110-82 transformationsforholdet som "forholdet mellem spændingerne ved terminalerne af to viklinger i inaktiv tilstand " og "tages lig med forholdet mellem antallet af deres drejninger" [1] :p. 9.1.7 .

Generel information

Udtrykket "skalering" bruges i beskrivelsen i stedet for udtrykket "transformation" for at fokusere på det faktum, at transformere ikke konverterer en type energi til en anden, og ikke engang en af parametrene i det elektriske netværk til en anden parameter (som nogle gange bruges til at tale om transformation, f.eks. spænding til strømnedtrappende transformatorer). Transformation er blot en ændring i værdien af enhver af kredsløbets parametre i retning af stigende eller faldende. Og selvom sådanne transformationer påvirker næsten alle parametre i det elektriske kredsløb, er det sædvanligt at udvælge de mest "vigtige" af dem og forbinde termen for transformationsforholdet med det. Dette valg er begrundet i transformatorens funktionelle formål, tilslutningskredsløbet til forsyningssiden osv.

Spændingsskalering

For transformere med parallelforbindelse af primærviklingen til strømkilden er som udgangspunkt skalering i forhold til spænding af interesse, hvilket betyder, at transformationsforholdet k udtrykker forholdet mellem primær (indgangs) og sekundær (udgangs)spænding :

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}}}

hvor

$U_{1}$ , - henholdsvis indgangs- og udgangsspændinger; $U_{2}$
$\varepsilon$ - EMF induceret i hver vinding af enhver vikling af en given transformer;
$N_1$ , - antallet af vindinger af de primære og sekundære viklinger; $N_2$
$I_1$ , - strømme i transformatorens primære og sekundære kredsløb; $I_{2}$
$R_{1}$ , - aktiv modstand af viklingerne. $R_{2}$

Hvis vi forsømmer tabene i viklingerne, det vil sige , betragter lig med nul, så $R_{1}$ $R_{2}$

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

Sådanne transformere kaldes også spændingstransformatorer .

Aktuel skalering

For transformere med serieforbindelse af primærviklingen til strømkilden beregnes skaleringen i forhold til strømstyrken, det vil sige, at transformationsforholdet k udtrykker forholdet mellem de primære (input) og sekundære (output) strømme:

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

Derudover er disse strømninger forbundet med en anden afhængighed

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

hvor

$I_1$ , - strømme i transformatorens primære og sekundære kredsløb; $I_{2}$
$N_2$ , - antallet af vindinger af de primære og sekundære viklinger; $N_1$
$I_0$ - "tomgangsstrøm", bestående af magnetiseringsstrømmen og aktive tab i det magnetiske kredsløb.

Hvis vi forsømmer alle tabene af magnetisering og opvarmning af det magnetiske kredsløb, det vil sige, betragter det som lig med nul, så $I_0$

{\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}}}

Sådanne transformere kaldes også strømtransformatorer .

Modstandsskalering

En anden af anvendelserne af transformere med en parallel forbindelse af primærviklingen til en strømkilde er modstandsskalering.

Denne mulighed bruges, når ændringen i spænding eller strøm ikke er direkte af interesse, men det er påkrævet at forbinde en belastning med en indgangsimpedans til strømkilden, der adskiller sig væsentligt fra værdierne leveret af denne kilde.

For eksempel kræver udgangstrinene for lydeffektforstærkere en højere belastningsimpedans end højttalere med lav impedans . Et andet eksempel er højfrekvente enheder, for hvilke ligheden mellem kildens og belastningens bølgeimpedanser gør det muligt at opnå den maksimale effekt afgivet i belastningen. Og selv svejsetransformatorer er faktisk modstandsomformere i højere grad end spænding, da sidstnævnte tjener til at øge sikkerheden ved arbejde, og førstnævnte er et krav til belastningsmodstanden i elektriske netværk. Selvom det måske er ligegyldigt for svejseren, hvordan den nødvendige termiske energi blev opnået fra netværket for at opvarme metallet, er det helt klart, at en praktisk talt "kortslutning" i netværket ikke hilses velkommen af strømforsyningssiden.

I overensstemmelse hermed kan vi sige, at modstandsskalering er designet til at overføre strøm fra en kilde til enhver belastning på den mest "civiliserede" måde, uden "chok" tilstande for kilden og med minimale tab (for eksempel hvis vi sammenligner transformatorskalering og simpelthen øge belastningsmodstanden ved hjælp af en serie ballastmodstand , som vil "spise" en betydelig del af energien ved kilden).

Princippet om beregning af en sådan skalering er også baseret på effektoverførsel, nemlig på den betingede lighed af kræfter: forbrugt af transformeren fra det primære kredsløb (fra kilden) og givet til den sekundære (belastning), idet tab inde i transformeren ignoreres.

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

hvor

$S_{1}$ , - kraft, henholdsvis forbrugt og givet af transformeren; $S_{2}$
$\Delta S$ - tab i selve transformeren (i gennemsnit 1-2% af ), som i dette tilfælde kan negligeres. $S_{1}$

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}}}

hvor

$Z_{1}$ , - transformatorens indgangsimpedans sammen med belastningen i forhold til dens primære kredsløb og indgangsmodstanden for belastningen i det sekundære kredsløb, henholdsvis (det vil sige den første er belastningen for energikilden i nærværelse af en transformer, den anden - i fravær); $Z_{2}$

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}

Som det kan ses ovenfor, er modstandstransformationsforholdet lig med kvadratet af spændingstransformationsforholdet.

Sådanne transformere kaldes undertiden matchende transformere (især i radioteknik).

Afsluttende bemærkninger

På trods af forskellene i omskiftningskredsløbene ændres princippet for driften af selve transformatoren ikke, og følgelig vil alle afhængigheder af spændinger og strømme inde i transformeren være de samme som vist ovenfor. Det vil sige, at selv en strømtransformator, udover sin "hoved" opgave med at skalere strømstyrken, vil have de samme afhængigheder af primære og sekundære spændinger, som hvis den var en spændingstransformator, og indføre i seriekredsløbet, hvori den er inkluderet, modstanden af dens belastning, ændret i henhold til princippet matchende transformer.

Det skal også huskes, at strømme, spændinger, modstande og kræfter i variable kredsløb ud over absolutte værdier også har en faseforskydning, derfor er de i beregninger (inklusive ovenstående formler) vektormængder. Dette er ikke så vigtigt at tage højde for for transformationsforholdet for almentransformatorer, med lave krav til konverteringsnøjagtighed, men er af stor betydning for måling af strøm- og spændingstransformatorer.

For enhver skaleringsparameter, hvis , kan transformeren kaldes step-up; i det modsatte tilfælde - sænkning [2] . Men GOST 16110-82 [1] :s. 9.1.7 kender ikke sådan en sondring: "I en to-vindet transformer er transformationsforholdet lig med forholdet mellem den højeste spænding og den laveste ", det vil sige, at transformationsforholdet altid er større end én. $k<1$

Yderligere information

En funktion ved at tælle omdrejninger

Transformatorer overfører energi fra det primære kredsløb til det sekundære kredsløb ved hjælp af et magnetfelt. Med den sjældne undtagelse af de såkaldte "lufttransformatorer" overføres magnetfeltet gennem specielle magnetiske kredsløb (fremstillet af f.eks. elektrisk stål eller andre ferromagnetiske stoffer) med en magnetisk permeabilitet, der er meget større end luft eller vakuum. Dette koncentrerer de magnetiske kraftlinjer i kroppen af det magnetiske kredsløb, hvilket reducerer magnetisk spredning, og derudover øger det den magnetiske fluxtæthed (induktion) i denne del af rummet, som det magnetiske kredsløb optager. Sidstnævnte fører til en stigning i magnetfeltet og et lavere forbrug af "tomgangsstrømmen", det vil sige mindre tab.

Som det er kendt fra fysikkens forløb, er magnetiske kraftlinjer koncentriske og selvstændige "ringe", der omslutter en strømførende leder. En lige strømførende leder er omgivet af magnetfeltringe i hele sin længde. Hvis lederen er bøjet, nærmer magnetfeltets ringe fra forskellige sektioner af længden af lederen hinanden på indersiden af bøjningen (som en spiralfjeder, bøjet til siden, med spolerne presset inde og strakt udenfor bøjningen). Dette trin giver dig mulighed for at øge koncentrationen af feltlinjer inde i bøjningen og følgelig øge magnetfeltet i den del af rummet. Det er endnu bedre at bøje lederen til en ring, og så vil alle de magnetiske linjer fordelt langs cirklens omkreds "samle sig" inde i ringen. Et sådant trin kaldes at skabe en spole af strømførende leder.

Alt ovenstående er meget velegnet til kerneløse transformatorer (eller andre tilfælde med et relativt homogent magnetisk miljø omkring svingene), men er absolut ubrugeligt i nærværelse af magnetiske lukkede kerner, som desværre af geometriske årsager ikke kan fylde hele plads omkring transformatorviklingen. Og derfor er de magnetiske kraftlinjer, der dækker transformatorviklingens drejning, under ulige forhold langs vendingens omkreds. Nogle elledninger er "heldige" mere, og de passerer kun langs den lette rute af den magnetiske leder, mens andre skal gå en del af vejen langs kernen (inde i spolen), og resten gennem luften, for at skabe en lukket strøm "ring". Den magnetiske luftmodstand slukker næsten sådanne feltlinjer og udjævner følgelig tilstedeværelsen af den del af spolen, der genererede denne magnetiske linje.

Ud fra alt det ovenstående og vist i figuren er der en konklusion - ikke hele spolen deltager i driften af en transformer med et lukket ferromagnetisk kredsløb, men kun en lille del, der er fuldstændig omgivet af dette magnetiske kredsløb. Eller med andre ord - den vigtigste magnetiske flux, der passerer gennem transformatorens lukkede kerne, skabes kun af den del af ledningen, der passerer gennem "vinduet" af denne kerne. Figuren viser, at for at skabe 2 "drejninger" er det nok at føre ledningen med strøm gennem "vinduet" af det magnetiske kredsløb to gange, mens du sparer på viklingen.

Noter

↑ 1 2 Krafttransformere. Begreber og definitioner. GOST 16110-82 (ST SEV 1103-78) (utilgængeligt link) . Hentet 10. februar 2017. Arkiveret fra originalen 9. august 2016. (ubestemt)
↑ Denne definition af en step-up og step-down transformer kan findes i forskellige undervisningsmaterialer på skoleniveau: [1] Arkiveret 11. februar 2017 på Wayback Machine , [2] Arkiveret 28. april 2017 på Wayback Machine .