Asas pengubah

Transformer umumnya, adalah peranti yang mampu menukar kuantiti dari satu nilai ke nilai yang lain. Untuk Artikel ini, kita akan memfokuskan pada voltan transformer yang merupakan komponen elektrik statik yang mampu menukar voltan AC dari satu nilai ke nilai lain tanpa mengubah frekuensi menggunakan prinsip induksi elektromagnetik.

Dalam salah satu artikel sebelumnya mengenai arus bolak-balik, kami menyebutkan betapa pentingnya pengubah, dalam sejarah arus ulang-alik. Ini adalah pemboleh utama yang memungkinkan arus bolak-balik mungkin. Pada mulanya ketika sistem berbasis DC digunakan, mereka tidak dapat dipindahkan dari jarak jauh kerana kehilangan kuasa di garis ketika jarak (panjang) meningkat, yang bermaksud stesen janakuasa DC harus ditempatkan di mana-mana, sehingga tujuan utama AC adalah untuk menyelesaikan masalah transmisi dan tanpa pengubah, itu tidak mungkin berlaku kerana kerugian masih akan berlaku walaupun dengan AC.

Dengan pengubah di tempatnya, AC dapat dihantar dari stesen penjana pada voltan yang sangat tinggi tetapi arus rendah yang menghilangkan kerugian dalam talian (wayar) kerana nilai I ² R (yang memberikan kehilangan kuasa dalam satu baris). The pengubah kemudiannya digunakan untuk menukar voltan tinggi, tenaga semasa yang rendah kepada voltan rendah, tenaga semasa yang tinggi untuk pengagihan akhir dalam masyarakat tanpa mengubah kekerapan dan pada kuasa yang sama yang telah dihantar dari stesen penjanaan (P = IV).

Untuk lebih memahami pengubah voltan, lebih baik menggunakan modelnya yang paling mudah iaitu pengubah fasa tunggal.

Transformer Fasa Tunggal

Transformer fasa tunggal adalah jenis transformer voltan yang paling biasa (dari segi bilangan yang digunakan). Ini terdapat di kebanyakan peralatan "terpasang" yang kami gunakan di rumah dan di tempat lain.

Ia digunakan untuk menerangkan prinsip operasi, pembinaan dll transformer kerana transformer lain seperti variasi atau modifikasi transformer fasa tunggal. Sebagai contoh, orang tertentu merujuk kepada pengubah tiga fasa sebagai terdiri daripada 3 pengubah fasa tunggal.

Transformer Fasa Tunggal terdiri daripada dua gegelung / penggulungan (gegelung utama dan sekunder). Kedua-dua belitan ini disusun sedemikian rupa sehingga tidak ada hubungan elektrik di antara mereka, sehingga mereka dililit pada Besi magnet biasa yang umumnya disebut sebagai inti pengubah, sehingga kedua gegelung hanya memiliki hubungan magnet di antara mereka. Ini memastikan bahawa daya dihantar hanya melalui aruhan elektromagnetik dan juga menjadikan transformer berguna untuk mengasingkan sambungan.

Prinsip Operasi Transformer:

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, pengubah terdiri daripada dua gegelung; yang rendah dan gegelung sekunder. Gegelung utama selalu mewakili input ke pengubah sementara gegelung sekunder, output dari pengubah.

Dua kesan utama menentukan operasi pengubah:

Yang pertama ialah, arus yang mengalir melalui wayar membentuk medan magnet di sekitar wayar. Besarnya medan magnet yang dihasilkan sentiasa berkadar terus dengan jumlah arus yang melalui wayar. Besarnya medan magnet meningkat, jika wayar dililit ke dalam bentuk seperti gegelung. Ini adalah prinsip di mana daya tarikan disebabkan oleh gegelung utama. Dengan menggunakan voltan pada gegelung utama, ia menghasilkan medan magnet di sekitar teras pengubah.

Kesan kedua yang apabila digabungkan dengan yang pertama menerangkan prinsip operasi pengubah yang berdasarkan pada fakta bahawa, jika konduktor dililit sepotong magnet dan medan magnet berubah, perubahan medan magnet akan menyebabkan arus di konduktor, besarannya akan ditentukan oleh bilangan lilitan gegelung konduktor. Ini adalah prinsip di mana gegelung sekunder mendapat tenaga.

Apabila voltan digunakan pada gegelung utama, ia menghasilkan medan magnet di sekitar teras kekuatan bergantung pada arus yang digunakan. Medan magnet yang dihasilkan dengan demikian mendorong arus dalam gegelung sekunder yang merupakan fungsi dari magnitud medan magnet dan bilangan lilitan gegelung sekunder.

Prinsip operasi transformer ini juga menjelaskan mengapa AC terpaksa dicipta kerana pengubah hanya akan berfungsi apabila terdapat penggantian voltan atau arus yang berlaku kerana hanya akan prinsip induksi elektromagnetik berfungsi. Oleh itu , transformer tidak dapat digunakan untuk DC ketika itu.

Pembinaan Transformer

Pada dasarnya, pengubah terdiri daripada dua bahagian yang merangkumi; dua gegelung induktif dan teras keluli berlapis. Gegelung terlindung satu sama lain dan juga terlindung untuk mengelakkan sentuhan dengan inti.

Oleh itu, pembinaan pengubah akan diperiksa di bawah pembinaan gegelung dan teras.

Teras Transformer

Inti pengubah sentiasa dibina dengan menyusun kepingan keluli berlapis bersama, memastikan jurang udara minimum ada di antara mereka. Inti pengubah sejak kebelakangan ini selalu terdiri daripada teras keluli berlapis dan bukannya teras besi untuk mengurangkan kerugian akibat arus eddy.

Terdapat tiga bentuk utama kepingan keluli berlapis untuk dipilih, iaitu E, I, dan L.

Semasa menyusun laminasi bersama untuk membentuk inti, mereka selalu disusun sedemikian rupa sehingga sisi sendi bergantian. Sebagai contoh, kepingan dipasang sebagai menghadap ke depan semasa pemasangan pertama, mereka akan menghadap ke belakang untuk pemasangan seterusnya seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah. Ini dilakukan untuk mengelakkan keengganan tinggi pada sendi.

Gegelung

Semasa membina pengubah, menjadi sangat penting untuk menentukan jenis pengubah sama ada naik atau turun kerana ini menentukan bilangan putaran yang akan ada di gegelung primer atau sekunder.

Jenis Transformer:

Sebilangan besar terdapat tiga jenis transformer voltan;

1. Transformer Step Down

2. Step Up Transformers

3. Pengubah Pengasingan

The langkah-down transformer adalah transformer yang memberikan nilai dikurangkan daripada voltan yang digunakan untuk gegelung utama pada gegelung sekunder, manakala bagi satu langkah ke atas pengubah, pengubah memberikan nilai peningkatan voltan yang digunakan untuk gegelung utama, di menengah gegelung.

Transformer pengasingan adalah transformer yang memberikan voltan yang sama yang dikenakan pada primer di sekunder dan pada dasarnya digunakan untuk mengasingkan litar elektrik.

Dari penjelasan di atas, membuat jenis transformer tertentu hanya dapat dicapai dengan merancang jumlah putaran di setiap gegelung primer dan sekunder untuk memberikan output yang diperlukan, ini dapat ditentukan oleh nisbah putaran. Anda boleh membaca tutorial terpaut untuk mengetahui lebih lanjut mengenai pelbagai jenis transformer.

Nisbah Pusing Transformer dan Persamaan EMF:

Nisbah pusingan pengubah (n) diberikan oleh persamaan;

n = Np / Ns = Vp / Vs

di mana n = nisbah putaran

Np = Bilangan putaran dalam gegelung primer

Ns = Bilangan putaran dalam gegelung sekunder

Vp = Voltan dikenakan pada primer

Vs = Voltan di sekunder

Hubungan yang dijelaskan di atas dapat digunakan untuk mengira setiap parameter dalam persamaan.

Rumus di atas dikenali sebagai tindakan voltan transformer.

Oleh kerana kami mengatakan kekuatannya tetap sama setelah transformasi;

Formula di atas disebut sebagai tindakan semasa pengubah. Yang berfungsi sebagai bukti bahawa pengubah tidak hanya mengubah voltan tetapi juga mengubah arus.

Persamaan EMF:

Jumlah giliran gegelung salah satu gegelung primer atau sekunder menentukan jumlah arus yang diinduksi atau disebabkan olehnya. Apabila arus yang diterapkan pada primer dikurangkan, kekuatan medan magnet dikurangkan dan sama untuk arus yang disebabkan pada penggulungan sekunder.

E = N (dΦ / dt)

Jumlah voltan yang disebabkan oleh penggulungan sekunder diberikan oleh persamaan:

Di mana N ialah bilangan putaran dalam belitan sekunder.

Oleh kerana fluks berubah secara sinusoidal, fluks magnet Φ = Φ _max sinwt

dengan demikian

E = N * w * Φmax * cos (wt) Emax = NwΦmax

Nilai punca kuasa dua punca Induced Emf diperoleh dengan membahagi nilai maksimum emf dengan √2

Persamaan ini dikenali sebagai persamaan EMF transformer.

Di mana: N ialah bilangan putaran dalam penggulungan gegelung

f ialah frekuensi fluks dalam hertz

Φ adalah ketumpatan fluks magnetik di Weber

Dengan semua nilai ini ditentukan, pengubah dapat dibina.

Kuasa elektrik

Seperti yang dijelaskan sebelumnya, transformer diciptakan untuk memastikan nilai daya elektrik yang dihasilkan di stesen jana dihantar kepada pengguna akhir dengan sedikit atau tanpa kerugian, oleh itu pada transformer Ideal, kuasa pada output (penggulungan sekunder) selalu sama dengan daya input. Transformer dengan itu disebut sebagai alat watt tetap, sementara mereka boleh mengubah nilai voltan dan arus, ia selalu dilakukan sedemikian rupa sehingga daya yang sama pada input tersedia pada output.

Oleh itu

P _s = P _p

di mana Ps adalah kuasa di sekunder dan Pp adalah kuasa di primer.

Oleh kerana P = IvcosΦ maka I _s V _s cosΦ _s = I _p V _p cosΦ _p

Kecekapan Transformer

Kecekapan pengubah diberikan oleh persamaan;

Kecekapan = (kuasa output / kuasa input) * 100%

Walaupun output daya transformer Ideal harus sama dengan input daya, kebanyakan transformer jauh dari transformer Ideal dan mengalami kerugian kerana beberapa faktor.

Sebilangan kerugian yang dapat dialami oleh pengubah disenaraikan di bawah;

1. Kerugian Tembaga

2. Kerugian histeresis

3. Kerosakan Eddy semasa

1. Kerugian Tembaga

Kerugian ini kadang-kadang disebut sebagai kerugian berliku atau kerugian I ² R. Kerugian ini dikaitkan dengan daya yang dikeluarkan oleh konduktor yang digunakan untuk penggulungan ketika arus dilaluinya kerana ketahanan konduktor. Nilai kerugian ini dapat dikira menggunakan formula;

P = I ² R

2. Kerugian histeresis

Ini adalah kerugian yang berkaitan dengan keengganan bahan yang digunakan untuk teras pengubah. Semasa arus bolak balik membalikkan arahnya, ia memberi kesan pada struktur dalaman bahan yang digunakan untuk inti kerana cenderung mengalami perubahan fizikal yang juga menghabiskan sebagian tenaga

3. Kerugian Eddy Semasa

Ini adalah kerugian yang biasanya ditanggung oleh penggunaan kepingan keluli nipis berlapis. Kerugian arus eddy berpunca dari kenyataan bahawa inti juga merupakan konduktor dan akan menyebabkan emf pada gegelung sekunder. Arus yang disebabkan oleh inti menurut undang-undang pada masa ini akan menentang medan magnet dan menyebabkan pembuangan tenaga.

Dengan memperhatikan kesan kerugian ini ke dalam pengiraan kecekapan pengubah, kita mempunyai;

Kecekapan = (daya input - kerugian / daya input) * 100% Semua parameter dinyatakan dalam unit kuasa.