Transformatory jednofazowe

Transformatory jednofazowe są stosowane w zasilaczach i innych urządzeniach do konwersji napięć i prądów przemiennych z jednej wartości na drugą. Transformatory mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia izolacji elektrycznej, która jest niezbędna do bezpiecznej pracy wielu instrumentów laboratoryjnych i urządzeń medycznych. Jeśli wejście i wyjście nie mają wspólnego zacisku, transformator może przenosić moc z całkowitą fizyczną separacją. Zapobiega to przedostawaniu się energii elektrycznej po niebezpiecznej stronie wysokiego napięcia systemu do obwodów i ludzi po bezpiecznej stronie niskiego napięcia. Zrozumienie komponentów w transformatorze jest ważne dla analizy i projektowania transformatora. Ten film pokaże, jak mierzyć parametry elektryczne elementów transformatora, wykonując różne testy.

Transformator ma parę zacisków wejściowych połączonych z uzwojeniem pierwotnym lub cewką oraz parę zacisków wyjściowych połączonych z uzwojeniem wtórnym. Rdzeń składający się ze stali, ferrytu lub nawet po prostu powietrza magnetycznie sprzęga dwa uzwojenia. Napięcie na jednym uzwojeniu powoduje przepływ przez nie prądu, tworząc pole magnetyczne. Strumień magnetyczny, czyli ilość pola magnetycznego przechodzącego przez obszar, jest następnie sprzężony przez rdzeń z uzwojeniem wtórnym, gdzie indukuje napięcie. Ta zasada nazywa się wzajemną indukcją. Prawo Faradaya mówi, że szybkość zmian strumienia pomnożona przez liczbę uzwojeń jest równa indukowanemu napięciu. Nazywany również siłą elektromotoryczną lub polem elektromagnetycznym. Napięcie prądu stałego na uzwojeniu pierwotnym jest stałe, dlatego wynikowy strumień magnetyczny jest również stały, a szybkość zmian wynosi zero. Jednak napięcie przemienne wytwarza strumień magnetyczny o niezerowej szybkości zmian i w konsekwencji indukuje napięcie. Innymi słowy, do działania transformatora wymagane jest napięcie przemienne. Stosunek zwojów transformatora to liczba zwojów drutu na uzwojeniu pierwotnym podzielona przez liczbę zwojów na uzwojeniu wtórnym. Stosunek napięcia na uzwojeniu pierwotnym do napięcia na uzwojeniu wtórnym jest równy stosunkowi zwojów. W zależności od stosunku zwojów transformator może zwiększać napięcie, obniżać napięcie lub utrzymywać je na tym samym poziomie. Stosunek prądu płynącego przez prąd pierwotny do prądu przepływającego przez prąd wtórny jest równy odwrotności stosunku zwojów. Na przykład, jeśli cewka pierwotna ma trzy zwoje, a cewka wtórna ma 30 zwojów, stosunek zwojów wynosi 0,1. W ten sposób 120 woltów na uzwojeniu pierwotnym tego transformatora staje się 1200 woltów na wtórnym. 10 amperów przez przód podstawowy staje się 1 amp przez wtórny. Wreszcie, jeśli cewka wtórna ma obciążenie o impedancji Z2, cewka pierwotna ma obciążenie pozorne lub odbiciowe, Z2 prime. Wartość tego obciążenia odblaskowego to impedancja po stronie wtórnej pomnożona przez kwadrat stosunku zwojów. Transformator można uznać za parę sprzężonych cewek indukcyjnych, które idealnie przenoszą energię bez strat z jednej cewki na drugą. Jednak prawdziwy transformator ma wyciek strumienia magnetycznego lub indukcyjności upływu, która nie przyczynia się do przenoszenia energii między uzwojeniami. Co więcej, prawdziwy transformator doświadcza rozpraszania mocy i nagrzewania się od rezystancji uzwojenia. Strumień magnetyczny indukowany w rdzeniu jest dodatkowym źródłem ciepła ze względu na odporność na utratę rdzenia. Aby uniknąć uszkodzeń, stosuje się określoną maksymalną moc wejściową, zwaną wartością VA lub iloczynem napięcia wejściowego i prądu, który jest mocą. Teraz, gdy podstawy transformatora zostały przedstawione, przyjrzyjmy się, jak mierzyć parametry elektryczne transformatora.

Transformator użyty w tym eksperymencie jest przystosowany do tolerowania maksymalnego napięcia 115 woltów na uzwojeniu pierwotnym i maksymalnie 24 woltów na uzwojeniu wtórnym. Co więcej, transformator ten ma moc znamionową 100 VA, co oznacza, że może przyjąć maksymalnie 100 watów mocy. Ten test prądu stałego mierzy rezystancję każdego uzwojenia do zastosowania w równoważnym modelu obwodu transformatora. Najpierw ustaw napięcie wyjściowe zasilacza prądu stałego niskiego napięcia na zero woltów, a ograniczenie prądu na 0,8 ampera. Następnie wyłącz zasilanie. Podłącz wyjście zasilania przez uzwojenie pierwotne. Nie podłączaj niczego do uzwojenia wtórnego. Włącz zasilanie prądem stałym i stopniowo zwiększaj napięcie, aż do osiągnięcia limitu prądu. Zapisz odczyty napięcia i prądu z wyświetlacza zasilacza. Oblicz rezystancję uzwojenia pierwotnego, dzieląc napięcie przez prąd. Ustaw napięcie zasilania z powrotem na zero woltów i wyłącz je. Podłącz zasilacz przez uzwojenie wtórne, pozostawiając przerwę w obwodzie na uzwojeniu pierwotnym. Ustaw limit prądu w zasilaczu na cztery amperów. Następnie stopniowo zwiększaj napięcie, aż do osiągnięcia limitu prądu. Zapisz odczyty napięcia i prądu z wyświetlacza zasilacza. Oblicz rezystancję uzwojenia wtórnego. Ustaw napięcie zasilania z powrotem na zero woltów, wyłącz je i odłącz od transformatora. Na koniec użyj multimetru, aby potwierdzić obliczone rezystancje na uzwojeniu pierwotnym i wtórnym.

Test obwodu otwartego mierzy wzajemne reagenty lub opór wobec zmiany prądu z rezystancji strat rdzenia. Rezystancja strat rdzenia jest równoważnym parametrem obwodu dla rozpraszania mocy i przybliża straty mocy w rdzeniu transformatora. Przy wyłączonym trójfazowym źródle zasilania i Variac ustawionym na zero procent, zmontuj obwód, jak pokazano. Następnie użyj cyfrowego miernika mocy, aby zmierzyć prąd i napięcie w obwodzie otwartym po stronie pierwotnej. Włącz trójfazowe źródło zasilania i powoli wyreguluj pokrętło sterujące Variac, aby zwiększyć napięcie, aż cyfrowy miernik mocy wskaże 24 wolty. Zapisz napięcie obwodu otwartego, prąd obwodu otwartego, moc rzeczywistą obwodu otwartego i współczynnik mocy. Wartości te służą do obliczania równoważnych parametrów obwodu dla transformatora. Rezystancja strat rdzenia, RC jest obliczana na podstawie napięcia obwodu otwartego i mocy obwodu otwartego. Wzajemna reaktancja XM jest obliczana podobnie przy użyciu napięcia, mocy i prądu obwodu otwartego.

Test zwarciowy mierzy reagenty upływowe i może również określić rezystancję drutu obu uzwojeń. Najpierw oblicz znamionowy prąd wejściowy transformatora, dzieląc wartość znamionową VA przez napięcie znamionowe po stronie wejściowej. Gdy źródło zasilania jest wyłączone, a Variac ma zero procent mocy wyjściowej, zmontuj obwód, jak pokazano. Tym razem użyj cyfrowego miernika mocy do pomiaru prądu i napięcia zwarciowego. Włącz trójfazowe źródło zasilania i powoli wyreguluj Variac, aby zwiększyć napięcie, aż odczyt prądu na cyfrowym mierniku mocy osiągnie znamionowy prąd wejściowy. Zapisz napięcie i prąd zwarcia, a także rzeczywistą moc zwarcia i współczynnik mocy. Reagenty przecieku to suma reagentów po stronie pierwotnej i odbitych reagentów po stronie wtórnej, które zakłada się, że są równe. Oblicz reagenty wycieku na podstawie pomiarów z testu zwarciowego. Na koniec oblicz całkowitą rezystancję drutu obu uzwojeń jako sumę rezystancji uzwojenia pierwotnego i rezystancji odbitej uzwojenia wtórnego bocznego.

Transformatory są bardzo przydatnymi urządzeniami elektrycznymi, które mają zastosowanie w dziedzinie konwersji mocy i izolacji galwanicznej dla bezpieczeństwa. Test obciążenia mierzy stosunek napięcia na uzwojeniu pierwotnym do napięcia na uzwojeniu wtórnym, a także stosunek prądu przez uzwojenie pierwotne do prądu przez wtórne. Układ został zmontowany z rezystorem 100 Ohm podłączonym po stronie wtórnej, a prąd i napięcie mierzone były po obu stronach. Przy stronie pierwotnej o napięciu 115 woltów po obu stronach mierzono napięcie, prąd, moc rzeczywistą i współczynnik mocy. Stosunek napięcia pierwotnego do napięcia wtórnego powinien idealnie odpowiadać stosunkowi zwojów. Badanie węchowych neuronów czuciowych myszy wykorzystywało światło ultrafioletowe z ksenonowej lampy błyskowej do dysocjacji niektórych związków. Obwody do napędzania lampy błyskowej wymagały wysokich napięć generowanych przez transformator podwyższający napięcie. Podobnie jak w przypadku wszystkich urządzeń wysokonapięciowych, bezpieczna konstrukcja wykorzystuje transformatory do izolacji galwanicznej, aby zapobiec przypadkowym zwarciom między komponentami o niebezpiecznych napięciach a innymi elementami elektronicznymi w obwodzie.

Właśnie obejrzałeś wprowadzenie Jowisza do transformatorów jednofazowych. Powinieneś teraz zrozumieć, jak działa transformator, a także jak mierzyć jego równoważne parametry obwodu. Dzięki za oglądanie!