Вихідна напруга трансформатора залежить від співвідношення кількості обмоток первинної та вторинної котушок, але чи впливає на продуктивність трансформатора фактичне число обмоток?
Скажіть, я хочу мати співвідношення 1: 2, я можу намотувати обмотки 10:20 або 100: 200.
Взагалі, більше обмоток - більший опір, індуктивність та вартість. Чи є сенс накручувати більше або чисельність намотування доводиться до абсолютного мінімуму? Як визначається мінімальний кількість обмоток?
Відповіді:
Індуковане магнітне поле пропорційне ампер-оборотам, тобто кількість потоків, що випливають у поточний час. Електрична енергія перетворюється на магнітну енергію в ядрі і назад в електричну. Ядро повинно бути досить великим, щоб утримати це, не насичуючи. Для трансформатора потужністю 100 ВА ви хочете передати більше енергії магнітно, ніж для трансформатора 10 ВА. На 100 ВА більший, оскільки він має більше витків для створення більш сильного поля, а також потребує більшого ядра, щоб уникнути його насичення.
Скажіть, я хочу мати співвідношення 1: 2, я можу намотувати обмотки 10:20 або 100: 200
Є два причини, щоб відповісти на це, і Брайан зробив гідну роботу з поясненням основної проблеми з занадто малою кількістю поворотів на первинному, але пропустив пару тонкощів. Інша причина - вказати на помилку у прийнятій на даний момент відповідь.
Ігноруючи вторинну обмотку (і будь-яке навантаження, яка може бути пов'язана з нею), трансформатор стає просто індуктором. Якщо цей індуктор розміщений через джерело змінного струму, ви хочете, щоб індуктивність була достатньо високою, щоб уникнути великого реактивного струму, що приймається від живлення - енергокомпанії будуть готові, якби кожен первинний трансформатор брав 10 ампер реактивного струму - система електромережі зірветься і спалить !!
Але є й інша причина, і це стосується насичення ядра. Я все ще говорю тут про трансформатор як індуктор; повороти ампера і розміри сердечника визначають поле Н всередині сердечника, а ампер визначається індуктивністю (і напругою живлення). У свою чергу, індуктивність визначається іншими параметрами сердечника та кількістю витків.
Отже, порівняйте 10 оборотів із 100 оборотами - первинка на 100 оборотів має 100-кратну індуктивність первинної 10-ти оборотних, і це означає, що струм (для постійного живлення змінного струму) в 100 разів менший, ніж для первинного 10-ти витків.
Таким чином, ампер зменшився на 100, але оберти збільшилися на 10, таким чином, чистий ефект полягає в тому, що оберти ампер зменшилися на 10 - це означає, що поле Н зменшилося на десять, а ядро набагато рідше насичується.
Якщо підключити вторинне навантаження, струм в первинному збільшується від основного струму намагнічення до більш високого струму. Ця зміна струму називається первинним згаданим струмом, прийнятим вторинним навантаженням.
Отже, тепер може бути ще два набори амперних витків - вторинний ампер обертається, а додатковий первинний ампер обертається завдяки вторинному навантаженню. Я кажу "можливо", тому що насправді нам їх взагалі не потрібно розглядати - вони ідеально скасовуються всередині сердечника, а ядро не більш насичене через струм навантаження, ніж це було тоді, коли вторинного навантаження там не було.
Але, здається, дуже багато інженерів це не оцінює - це звучить неінтуїтивно, як я можу переконати невіруючого? Розглянемо чотири наступні сценарії:
Сценарій 1 і 2 стосуються перетворення однієї первинної обмотки на дві паралельні обмотки. S1 має струм намагнічення Im, і тому кожна обмотка в S2 приймає Im / 2. Іншими словами, тісно пов'язані паралельні дроти ведуть себе як один провід. Цікаво, що кожен провід S2 ОБОВ'ЯЗКОВО повинен мати подвійну індуктивність, і якщо ви переставили ці два дроти, щоб вони були послідовно, ви мали б первинну індуктивність, що в 4 рази перевищує показник S1 - це доводить, що подвоєння кількості витків в чотири рази індуктивність. Десять разів кількість витків означає стократну індуктивність.
S3 просить вас розглянути, що відбувається, коли одна з паралельних обмоток S2 відключена - яким би було фазове відношення напруги на цій відключеній обмотці порівняно з напругою первинної обмотки? Якщо ви вважаєте, що це антифаза первинної напруги, то те, що сталося б у сценарії 2, створило б пожежу !!
Отже, очевидно, що індукована напруга в відключеній обмотці (S3) є тією ж фазою (і величиною), що і первинна напруга.
S4 повинен бути зрозумілим - підключити навантаження до ізольованої обмотки, і струм, який тече в первинному, знаходиться в зворотному напрямку до струму, що протікає в "новій" вторинній.
Коротше кажучи, це означає, що ампер обертається в первинному (за рахунок струму вторинного навантаження), повністю скасовується амперними витками у вторинному.
Це також означає, що трансформатор, необхідний для роботи з більшою потужністю навантаження, не збільшується через можливість насичення сердечника. Він робиться більшим, щоб можна було використовувати більш товсті дроти (менші втрати міді), а товсті дроти потребують більше місця, отже, більший сердечник.
Для будь-якого трансформатора ви хочете передати основну частину енергії, що подається, у навантаження, тому ви хочете витратити якомога менше енергії в трансформаторі.
Однак вам потрібно витратити трохи енергії, щоб магнетизувати ядро за кожен півцикл, і кількість витків впливає на потужність, необхідну для цього. Ви можете моделювати цю витрачену потужність як індуктивність, з'єднану через первинний, так що ви хочете максимально використовувати опір цієї індуктивності, щоб мінімізувати витрачену потужність.
А індуктивність пропорційна квадрату числа витків, тому 100 первинних первинних матимуть 100x індуктивність первинного 10 витків.
Щоб збільшити імпеданс, можна виконати три дії: