Why is AC voltage required for a transformer to operate?

A DC voltage across the primary winding is constant, so the resulting magnetic flux is also constant with zero rate of change. According to Faraday's Law, an induced voltage equals the flux's rate of change multiplied by the number of windings. Only AC voltage produces a magnetic flux with a non-zero rate of change, inducing voltage on the secondary winding.

How does the turns ratio determine transformer voltage and current relationships?

The turns ratio equals the number of primary turns divided by secondary turns. The voltage ratio across primary to secondary equals the turns ratio, while the current ratio is the inverse. For example, a 0.1 turns ratio steps up 120 volts to 1200 volts but reduces 10 amps to 1 amp, demonstrating how turns ratio controls voltage and current transformation.

What is mutual induction and how does it work in transformers?

Mutual induction occurs when voltage across the primary winding causes current to flow, creating a magnetic field. Magnetic flux couples through the core to the secondary winding, inducing voltage there. This principle enables transformers to transfer power between windings without direct electrical connection, providing the foundation for transformer operation.

How do real transformers differ from ideal transformers?

Ideal transformers transfer energy without loss, but real transformers experience leakage inductance from magnetic flux that doesn't contribute to energy transfer between windings. Additionally, winding resistances cause power dissipation and heating, while core loss resistance generates heat from magnetic flux induced in the core, reducing overall efficiency.

What does the DC winding resistance test measure and why is it important?

The DC winding resistance test measures the resistance of each primary and secondary winding by applying DC voltage and recording voltage and current readings. Dividing voltage by current yields winding resistance, which is essential for creating the equivalent circuit model of the transformer and understanding its real-world performance characteristics.

What parameters does the open-circuit test determine?

The open-circuit test measures core loss resistance and mutual reactance by applying voltage to the primary while leaving the secondary open. Using open-circuit voltage, current, real power, and power factor measurements, engineers calculate core loss resistance from voltage and power, and mutual reactance similarly, characterizing the transformer's magnetic properties.

How does electrical isolation in transformers enhance safety?

When input and output terminals don't share a common connection, transformers transfer power with complete physical separation between primary and secondary sides. This isolation prevents hazardous high-voltage electricity from reaching safe low-voltage circuits and people, making transformers critical for safe operation of laboratory instruments and medical devices.

محولات أحادية الطور

0 مشاهدة10:50 دقيقة

فئة

1. اختبار DC

قم بتشغيل مصدر طاقة التيار المستمر منخفض الجهد المتوفر على المقعد.
اضبط خرج الجهد على 0 فولت ، واضبط الحد الحالي على 0.8 أمبير.
تحقق جيدا من توصيلات الدائرة ، ثم قم بتوصيل خرج مصدر الطاقة عبر اللفات الجانبية الأساسية (IN1 و IN2). اترك اللفات الجانبية الثانوية (OUT1 و OUT2) مفتوحة.
قم بتشغيل الإمداد وقم بزيادة الجهد قليلا حتى يتم الوصول إلى الحد الحالي. لاحظ أن التوريد قد يكون محدودا بالتيار بالفعل عند تشغيل التوريد. لا تزيد من الحد الحالي.
سجل قراءات الجهد والتيار من شاشة مصدر الطاقة.
اضبط الجهد مرة أخرى على 0 فولت وافصل الإمداد.
اضبط الحد الحالي على 4 أمبير، ثم قم بتوصيل خرج الإمداد عبر اللفات الجانبية الثانوية (OUT1 و OUT2). اترك اللفات الجانبية الأساسية (IN1 و IN2) مفتوحة.
قم بتشغيل الإمداد وقم بزيادة الجهد قليلا حتى يتم الوصول إلى الحد الحالي. لاحظ أن التوريد قد يكون محدودا بالتيار بالفعل عند تشغيل التوريد. لا تزيد من الحد الحالي.
سجل قراءات الجهد والتيار من شاشة مصدر الطاقة. بالنسبة لهذا المحول ، يبلغ جهد الدخل 3.5 فولت والتيار 0.8 أمبير.
اضبط الجهد مرة أخرى على 0 فولت ، وقم بإيقاف تشغيل مصدر الإمداد ، وافصله.
قم بقياس المقاومة عبر اللفات الأولية باستخدام متر متعدد.
قم بقياس المقاومة عبر اللفات الثانوية باستخدام متر متعدد.
من الشائع أن تكون مقاومة جانب الجهد العالي أعلى من مقاومة جانب الجهد المنخفض نظرا لحقيقة أن الطاقة على كلا الجانبين متساوية بشكل مثالي ، والجهد العالي يعني تيارا أقل وبالتالي مقاومة أقل. يجب أن يتطابق اختبار التيار المستمر والمقاومة المقاسة على جهاز القياس المتعدد بشكل وثيق.

2. اختبار الدائرة المفتوحة

تأكد من إيقاف تشغيل المصدر ثلاثي الطور.
قم بتوصيل الدائرة لاختبار الدائرة المفتوحة (الشكل 1). استخدم عداد طاقة رقمي.
تأكد من أن VARIAC عند 0٪.
تحقق جيدا من أن توصيلات الدائرة كما هو متوقع من الشكل 1 ، ثم قم بتشغيل المصدر ثلاثي الطور.
اضبط مقبض VARIAC ببطء حتى تصل قراءة الجهد على عداد الطاقة الرقمي إلى 24 فولت.
سجل الجهد والتيار والطاقة الحقيقية وعامل الطاقة لمقياس الطاقة.
اضبط VARIAC مرة أخرى على 0٪ ، وقم بإيقاف تشغيل المصدر ثلاثي الطور ، وافصل خرج VARIAC.
في اختبار الدائرة المفتوحة أو عدم الحمل ، تم العثور على المفاعلة الممغنطة (X_m) ومقاومة فقدان اللب (R_C) من قياسات التيار (I_OC) والجهد (V_OC) والطاقة (P_OC) على النحو التالي:
R_C = V_OC² / P_OC (1)
و X_m = V_OC² / Q_OC (2)
حيث Q_OC² = (V_OCI_OC) ² < فئة SUP = "XREF" > - P_OC² (3)

الشكل 1: مخطط اختبار DC. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

3. اختبار ماس كهربائى

تأكد من إيقاف تشغيل المصدر ثلاثي الطور.
قم بتوصيل الدائرة لاختبار ماس كهربائى (الشكل 2). تأكد من توصيل IN1 و IN2 بإخراج VARIAC.
تأكد من أن VARIAC عند 0٪.
احسب تيار الإدخال المقنن للمحول. تم العثور على ذلك بقسمة تصنيف VA على تصنيف الجهد على جانب الإدخال. على سبيل المثال ، إذا كان الإدخال 115 فولت وتصنيف VA هو 100 فولت أمبير ، فإن تصنيف تيار الإدخال هو 100/115 = 0.87 أمبير.
تحقق من الدائرة ، ثم قم بتشغيل المصدر ثلاثي الطور.
اضبط مقبض VARIAC ببطء وحذر حتى تصل القراءة الحالية على مقياس الطاقة الرقمي إلى تيار الإدخال المقنن.
سجل الجهد والتيار والطاقة الحقيقية وعامل الطاقة على عداد الطاقة.
اضبط VARIAC مرة أخرى على 0٪ ، وقم بإيقاف تشغيل مفتاح الفصل ، وافصل خرج VARIAC. حافظ على توصيل كابل VARIAC ثلاثي الطور.
قم بإزالة ماس كهربائى الموضوعة عبر المحول الثانوي.
في اختبار ماس كهربائى ، تم العثور على مفاعلة التسرب (X₁ + X₂ '= X_eq) ومقاومة الأسلاك (R₁ + R₂ '= R_eq) لكلا اللفاتين من قياسات التيار (I_SC) والجهد (V_SC) والطاقة (P_SC) على النحو التالي:
R_eq = P_SC / I_SC² (4)
و X_eq = Q_SC / I_SC² (5)
حيث Q_SC² = (V_SCI_SC) ² < فئة SP = "XREF" > - P_SC² (6)
يفترض أن يكون X₁ مساويا ل X₂ '، بينما يمكن استخدام R₁ و R₂ ' من اختبار DC (أو واحد منهم على الأقل). إذا لم يتم إجراء اختبار DC ، فمن الشائع افتراض أن R₁ و R₂ 'متساويان.

الشكل 2: تخطيطي اختبار ماس كهربائى. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. 4. اختبار التحميل تظهر اختبارات الحمل

كيف ترتبط قيم التيار والجهد بين جانبي الإدخال والإخراج للمحول حيث من الناحية المثالية ، V₁ / V₂= I₂ / I₁ = N₁ / N₂ = a حيث N هو عدد المنعطفات ، والنصوص السفلية 1 و 2 للجانبين الأساسي والثانوي ، على التوالي ، و a هي نسبة المنعطفات. المعاوقة على الجانب الثانوي المنعكسة على الجانب الأساسي هي R '= a²R أو X' = a²X.

تأكد من إيقاف تشغيل المصدر ثلاثي الطور.
قم بتوصيل الدائرة لاختبار الحمل (الشكل 3). تأكد من توصيل IN1 و IN2 بإخراج VARIAC.
تأكد من أن VARIAC عند 0٪.
قم بتوصيل مسبار الجهد التفاضلي لراسم الذبذبات عبر الابتدائي بإعداد 1/200. اضبط قياس المسبار لإزاحة 0 فولت باستخدام عامل قياس مناسب.
قم بتوصيل مسبار تيار راسم الذبذبات لقياس تيار الحمل. اضبط قياس المسبار لإزاحة 0 مللي فولت مع عامل قياس 1X لإعداد 100 مللي فولت / أمبير.
تحقق من الدائرة ، ثم قم بتشغيل مفتاح الفصل ثلاثي الطور.
اضبط مقبض VARIAC ببطء حتى يقرأ V_P 115 فولت.
سجل الجهد والتيار والطاقة الحقيقية وعامل الطاقة لكل من عدادات الطاقة الرقمية.
التقط شاشة راسم الذبذبات مع عرض ثلاث دورات على الأقل.
قم بإيقاف تشغيل المصدر ثلاثي الطور واضبط VARIAC على 0٪.
استبدل المقاوم 100 Ω بثلاثة مقاومات 100 Ω بالتوازي.
قم بتشغيل المصدر ثلاثي الطور واضبط مقبض VARIAC ببطء حتى يقرأ V_P115 فولت.
سجل قراءتي عداد الطاقة الرقمية فقط (لا يوجد التقاط شاشة راسم الذبذبات).
اضبط VARIAC مرة أخرى على 0٪ ، وقم بإيقاف تشغيل مفتاح الفصل ، وافصل الإعداد.

الشكل 3: مخطط اختبار التحميل. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

المصدر: علي بزي ، قسم الهندسة الكهربائية ، جامعة كونيتيكت ، ستورز ، كونيتيكت

المحولات هي آلات كهربائية ثابتة ترفع أو تخفض جهد التيار المتردد. تتكون عا…