Raportul de transformare

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă revizuită de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 20 septembrie 2019; verificările necesită 5 modificări .

Raportul de transformare al transformatorului este o valoare care exprimă caracteristica de scalare (conversie) a transformatorului în raport cu un parametru al circuitului electric (tensiune, curent, rezistență etc.).

Pentru transformatoarele de putere, GOST 16110-82 definește raportul de transformare ca „raportul tensiunilor la bornele a două înfășurări în modul inactiv ” și „este luat egal cu raportul numărului de spire ale acestora” [1] :p. 9.1.7 .

Informații generale

Termenul „scalare” este folosit în descriere în locul termenului „transformare” pentru a se concentra asupra faptului că transformatoarele nu convertesc un tip de energie în altul și nici măcar unul dintre parametrii rețelei electrice la alt parametru. (așa cum se folosește uneori pentru a vorbi despre transformare, de exemplu, tensiune la transformatoare descendente de curent). Transformarea este doar o modificare a valorii oricăruia dintre parametrii circuitului în direcția de creștere sau scădere. Și, deși astfel de transformări afectează aproape toți parametrii circuitului electric, se obișnuiește să îi evidențiem pe cei mai „importanti” dintre ei și să asociem termenul raportului de transformare cu acesta. Această selecție este justificată de scopul funcțional al transformatorului, circuitul de conectare la partea de alimentare etc.

Scalare de tensiune

Pentru transformatoarele cu o conexiune paralelă a înfășurării primare la sursa de alimentare, de regulă, este interesantă scalarea în raport cu tensiunea, ceea ce înseamnă că raportul de transformare k exprimă raportul dintre tensiunile primare (de intrare) și secundare (de ieșire). :

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}}}

Unde

$U_{1}$ , - tensiunile de intrare și respectiv de ieșire; $U_{2}$
$\varepsilon$ - EMF indusă în fiecare tură a oricărei înfăşurări a unui transformator dat;
$N_1$ , - numărul de spire ale înfășurărilor primare și secundare; $N_2$
$I_1$ , - curenții în circuitele primar și secundar ale transformatorului; $eu_{2}$
$R_{1}$ , - rezistenţa activă a înfăşurărilor. $R_{2}$

Dacă neglijăm pierderile în înfășurări, adică , considerăm egal cu zero, atunci $R_{1}$ $R_{2}$

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

Astfel de transformatoare sunt numite și transformatoare de tensiune .

Scalare curentă

Pentru transformatoarele cu o conexiune în serie a înfășurării primare la sursa de alimentare, scalarea este calculată în raport cu puterea curentului, adică raportul de transformare k exprimă raportul dintre curenții primar (intrare) și secundar (ieșire):

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

În plus, acești curenți sunt legați de o altă dependență

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

Unde

$I_1$ , - curenții în circuitele primar și secundar ale transformatorului; $eu_{2}$
$N_2$ , - numărul de spire ale înfășurărilor primare și secundare; $N_1$
$I_0$ - curent „reactiv”, format din curentul de magnetizare și pierderile active în circuitul magnetic.

Dacă neglijăm toate pierderile de magnetizare și încălzire ale circuitului magnetic, adică, îl considerăm egal cu zero, atunci $I_0$

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}}}

Astfel de transformatoare sunt numite și transformatoare de curent .

Scalarea rezistenței

O altă aplicație a transformatoarelor cu o conexiune paralelă a înfășurării primare la o sursă de alimentare este scalarea rezistenței.

Această opțiune este utilizată atunci când modificarea tensiunii sau curentului nu este direct de interes, dar este necesară conectarea unei sarcini cu o impedanță de intrare la sursa de alimentare care diferă semnificativ de valorile furnizate de această sursă.

De exemplu, treptele de ieșire ale amplificatoarelor de putere audio necesită o impedanță de sarcină mai mare decât difuzoarele cu impedanță scăzută . Un alt exemplu sunt dispozitivele de înaltă frecvență, pentru care egalitatea impedanțelor de undă ale sursei și sarcinii face posibilă obținerea puterii maxime disipate în sarcină. Și chiar și transformatoarele de sudare , de fapt, sunt convertoare de rezistență într-o măsură mai mare decât tensiunea, deoarece acesta din urmă servește la creșterea siguranței muncii, iar primul este o cerință pentru rezistența la sarcină a rețelelor electrice. Deși pentru sudor nu contează cum a fost obținută energia termică necesară din rețea pentru a încălzi metalul, este destul de clar că un „scurtcircuit” în rețea nu este binevenit de partea sursei de alimentare.

În consecință, putem spune că scalarea rezistenței este concepută pentru a transfera puterea de la o sursă la orice sarcină în modul cel mai „civilizat”, fără moduri de „șoc” pentru sursă și cu pierderi minime (de exemplu, dacă comparăm scalarea transformatorului și pur și simplu creșterea rezistenței de sarcină folosind o rezistență de balast în serie , care va „mânca” o parte semnificativă a energiei la sursă).

Principiul calculării unei astfel de scalari se bazează și pe transferul de putere, și anume pe egalitatea condiționată a puterilor: consumate de transformator din circuitul primar (din sursă) și date secundarului (sarcină), neglijând pierderile din interiorul transformatorului.

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

Unde

$S_{1}$ , - puterea, respectiv, consumata si data de transformator; $S_{2}$
$\Delta S$ - pierderi în transformatorul propriu-zis (în medie 1-2% din ), care pot fi neglijate în acest caz. $S_{1}$

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}}}

Unde

$Z_{1}$ , - impedanța de intrare a transformatorului împreună cu sarcina relativă la circuitul său primar și respectiv rezistența de intrare a sarcinii în circuitul secundar (adică prima este sarcina pentru sursa de energie în prezența unui transformator, al doilea - în absență); $Z_{2}$

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}

După cum se poate vedea mai sus, raportul de transformare a rezistenței este egal cu pătratul raportului de transformare a tensiunii.

Astfel de transformatoare sunt uneori numite transformatoare de potrivire (în special în inginerie radio).

Observații finale

În ciuda diferențelor dintre circuitele de comutare, principiul de funcționare al transformatorului în sine nu se schimbă și, în consecință, toate dependențele tensiunilor și curenților din interiorul transformatorului vor fi aceleași ca cele prezentate mai sus. Adică, chiar și un transformator de curent, pe lângă sarcina sa „principală” de a scala puterea curentului, va avea aceleași dependențe de tensiuni primare și secundare ca și cum ar fi un transformator de tensiune și va introduce în circuitul serie în care se află. inclusă, rezistența sarcinii sale, modificată în funcție de principiul transformatorului de potrivire.

De asemenea, trebuie amintit că curenții, tensiunile, rezistențele și puterile din circuitele variabile, pe lângă valorile absolute, au și o defazare, prin urmare, în calcule (inclusiv formulele de mai sus), sunt mărimi vectoriale. Acest lucru nu este atât de important de luat în considerare pentru raportul de transformare al transformatoarelor de uz general, cu cerințe scăzute pentru precizia conversiei, dar este de mare importanță pentru măsurarea transformatoarelor de curent și tensiune.

Pentru orice parametru de scalare, dacă , atunci transformatorul poate fi numit step-up; în cazul opus - coborârea [2] . Cu toate acestea, GOST 16110-82 [1] :p. 9.1.7 nu cunoaște o astfel de distincție: „Într-un transformator cu două înfășurări, raportul de transformare este egal cu raportul dintre tensiunea cea mai mare și cea mai mică ”, adică raportul de transformare este întotdeauna mai mare decât unu. $k<1$

Informații suplimentare

O caracteristică de numărare a turelor

Transformatoarele transferă energie de la circuitul primar la circuitul secundar prin intermediul unui câmp magnetic. Cu excepția rară a așa-numitelor „transformatoare de aer”, câmpul magnetic este transmis prin circuite magnetice speciale (din oțel electric, de exemplu, sau alte substanțe feromagnetice) cu o permeabilitate magnetică mult mai mare decât cea a aerului sau a vidului. Acest lucru concentrează liniile magnetice de forță în corpul circuitului magnetic, reducând împrăștierea magnetică și, în plus, crește densitatea fluxului magnetic (inducție) în această parte a spațiului ocupat de circuitul magnetic. Acesta din urmă duce la o creștere a câmpului magnetic și la un consum mai mic al curentului „de mers în gol”, adică mai puține pierderi.

După cum se știe din cursul fizicii, liniile magnetice de forță sunt „inele” concentrice și autonome care înconjoară un conductor care transportă curent. Un conductor drept care poartă curent este înconjurat de inele de câmp magnetic pe toată lungimea sa. Dacă conductorul este îndoit, atunci inelele câmpului magnetic din diferite secțiuni ale lungimii conductorului se apropie unul de celălalt în interiorul curbei (ca un arc elicoidal, îndoit în lateral, cu bobinele presate în interior și întinse în exterior). curba). Acest pas vă permite să creșteți concentrația liniilor de câmp în interiorul curbei și, în consecință, să creșteți câmpul magnetic în acea parte a spațiului. Este chiar mai bine să îndoiți conductorul într-un inel, iar apoi toate liniile magnetice distribuite de-a lungul circumferinței cercului se vor „aduna” în interiorul inelului. Un astfel de pas se numește crearea unei bobine de conductor purtător de curent.

Toate cele de mai sus sunt foarte potrivite pentru transformatoarele fără miez (sau alte cazuri cu un mediu magnetic relativ omogen în jurul spirelor), dar sunt absolut inutile în prezența miezurilor magnetice închise, care, din păcate, din motive geometrice, nu pot umple întregul spațiu în jurul înfășurării transformatorului. Și, prin urmare, liniile magnetice de forță care acoperă tura înfășurării transformatorului sunt în condiții inegale de-a lungul perimetrului spirei. Unele linii electrice sunt mai „norocoase” și trec doar de-a lungul traseului facilitat al conductorului magnetic, în timp ce altele trebuie să parcurgă o parte din drum de-a lungul miezului (în interiorul bobinei), iar restul prin aer, pentru a crea un „Inel” de putere închis. Rezistența magnetică a aerului aproape stinge astfel de linii de câmp și, în consecință, nivelează prezența acelei părți a bobinei care a generat această linie magnetică.

Din toate cele de mai sus și prezentate în figură, există o concluzie - nu întreaga bobină ia parte la funcționarea unui transformator cu un circuit feromagnetic închis, ci doar o mică parte care este complet înconjurată de acest circuit magnetic. Sau, cu alte cuvinte, fluxul magnetic principal care trece prin miezul închis al transformatorului este creat numai de acea parte a firului care trece prin „fereastra” acestui miez. Figura arată că pentru a crea 2 „întors” este suficient să treci de două ori firul cu curent prin „fereastra” circuitului magnetic, economisind în același timp înfășurarea.

Note

↑ 1 2 Transformatoare de putere. Termeni și definiții. GOST 16110-82 (ST SEV 1103-78) (link inaccesibil) . Consultat la 10 februarie 2017. Arhivat din original pe 9 august 2016. (nedefinit)
↑ Această definiție a unui transformator step-up și step-down poate fi găsită în diferite materiale educaționale la nivel de școală: [1] Arhivat 11 februarie 2017 la Wayback Machine , [2] Arhivat 28 aprilie 2017 la Wayback Machine .