بیایید یک سیم پیچ با یک هسته فرومغناطیسی را برداریم و مقاومت اهمی سیم پیچ را به عنوان یک عنصر جداگانه همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، برداریم.
شکل 1. سلف با هسته فرومغناطیسی
هنگامی که یک ولتاژ متناوب ec در سیم پیچ اعمال می شود، طبق قانون القای الکترومغناطیسی، یک EMF از خود القایی e L ایجاد می شود.
(1) کجا ψ
- شار، دبلیو- تعداد چرخش در سیم پیچ، افشار مغناطیسی اصلی است. ما از شار پراکندگی غفلت می کنیم. ولتاژ اعمال شده به سیم پیچ و EMF القایی متعادل هستند. طبق قانون دوم Kirchhoff برای مدار ورودی، می توانیم بنویسیم:
e c + e L = i × Rمبادله، (2)جایی که آر obm - مقاومت فعال سیم پیچ.
از آنجا که e L >> i × Rمبادله می کنیم، سپس از افت ولتاژ در مقاومت اهمی غفلت می کنیم e c ≈ -e L. اگر ولتاژ شبکه هارمونیک باشد، e c = E m cosω تی، سپس:
(3)
بیایید شار مغناطیسی را از این فرمول پیدا کنیم. برای انجام این کار، تعداد چرخش های سیم پیچ را به سمت چپ و شار مغناطیسی Ф را به سمت راست منتقل می کنیم:
(4)
حالا بیایید بگیریم انتگرال نامعیناز سمت راست و چپ:
(5)از آنجایی که ما مدار مغناطیسی را خطی در نظر می گیریم، فقط جریان هارمونیک در مدار جریان دارد و هیچ آهنربای دائمی یا جزء ثابتی از شار مغناطیسی وجود ندارد، پس ثابت ادغام c \u003d 0 است. سپس کسری جلوی سینوس، دامنه شار مغناطیسی است
(6)از آنجا دامنه EMF ورودی را بیان می کنیم
E m =اف m × W &زمان ω (7)ارزش مؤثر آن است
(8) (9)عبارت (9) نامیده می شود فرمول اصلی EMF ترانسفورماتور، که فقط برای ولتاژ هارمونیک معتبر است. با یک ولتاژ غیر هارمونیک، اصلاح می شود و به اصطلاح ضریب شکل، برابر با نسبت مقدار مؤثر به میانگین، وارد می شود:
(10)
ضریب شکل یک سیگنال هارمونیک را پیدا کنید، در حالی که مقدار متوسط در بازه 0 تا π/2 یافت می شود.
(11)
سپس فاکتور فرم است 
و فرمول اصلی EMF ترانسفورماتور شکل نهایی را به خود می گیرد:
اگر سیگنال یک دنباله باشد پالس های مستطیلیبا مدت زمان یکسان (پیچان)، سپس دامنه، مقادیر مؤثر و میانگین برای نیمی از دوره با یکدیگر برابر است و آن ک f = 1. می توانید فاکتور فرم را برای سیگنال های دیگر پیدا کنید. فرمول اصلی EMF ترانسفورماتور معتبر خواهد بود.
بیایید یک نمودار برداری از یک سیم پیچ با یک هسته فرومغناطیسی بسازیم. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، با یک ولتاژ سینوسی در پایانه های سیم پیچ، شار مغناطیسی آن نیز سینوسی است و ولتاژ را در فاز با یک زاویه π / 2 عقب می اندازد.
ما به آشنایی خود ادامه می دهیم قطعات الکترونیکیو در این مقاله در نظر خواهیم گرفت دستگاه و اصل عملکرد ترانسفورماتور.
ترانسفورماتورها به طور گسترده در مهندسی رادیو و برق استفاده می شوند و برای انتقال و توزیع انرژی الکتریکی در شبکه های برق، برای تغذیه مدارهای تجهیزات رادیویی، در دستگاه های مبدل، به عنوان ترانسفورماتور جوشکاری و غیره استفاده می شوند.
تبدیل کنندهطراحی شده برای تبدیل ولتاژ متناوب یک قدر به ولتاژ ACسایز دیگر
در بیشتر موارد، ترانسفورماتور شامل یک مدار مغناطیسی بسته (هسته) با دو (سیم پیچ) است که بر روی آن قرار دارند، که از نظر الکتریکی به یکدیگر متصل نیستند. مدار مغناطیسی از ماده فرومغناطیسی ساخته شده است و سیم پیچ ها با سیم مسی عایق پیچیده شده و روی مدار مغناطیسی قرار می گیرند.
یک سیم پیچ به منبع متصل است جریان متناوبو تماس گرفت اولیه(I)، ولتاژ از سیم پیچ دیگر برای تغذیه بار برداشته می شود و سیم پیچ فراخوانی می شود ثانوی(II). آرایش شماتیک یک ترانسفورماتور ساده با دو سیم پیچ در شکل زیر نشان داده شده است.
1. اصل عملکرد ترانسفورماتور.
اصل کار ترانسفورماتور بر اساس پدیده القای الکترومغناطیسی.
اگر ولتاژ متناوب به سیم پیچ اولیه اعمال شود U1، سپس یک جریان متناوب از طریق پیچ های سیم پیچ جریان می یابد io، که در اطراف سیم پیچ و در مدار مغناطیسی ایجاد خواهد کرد میدان مغناطیسی متناوب. میدان مغناطیسی یک شار مغناطیسی را تشکیل می دهد فو، که با عبور از مدار مغناطیسی از چرخش سیم پیچ های اولیه و ثانویه عبور می کند و EMF متغیر را در آنها القا می کند - e1و e2. و اگر یک ولت متر را به پایانه های سیم پیچ ثانویه وصل کنید، وجود ولتاژ خروجی را نشان می دهد. U2، که تقریباً برابر با emf القایی خواهد بود e2.
هنگامی که به سیم پیچ ثانویه یک بار، به عنوان مثال، یک لامپ رشته ای متصل می شود، جریانی در سیم پیچ اولیه ظاهر می شود. I1، که یک شار مغناطیسی متناوب را در مدار مغناطیسی تشکیل می دهد F1با همان فرکانس جریان تغییر می کند I1. تحت تأثیر یک شار مغناطیسی متناوب، جریانی در مدار سیم پیچ ثانویه ایجاد می شود I2، که به نوبه خود یک شار مغناطیسی متقابل را طبق قانون لنز ایجاد می کند F2، به دنبال مغناطیس زدایی شار مغناطیسی تولید کننده آن است.
در نتیجه عمل مغناطیس زدایی جریان F2شار مغناطیسی در مدار مغناطیسی ایجاد می شود فوبرابر با اختلاف جریان F1و F2و بخشی از جریان بودن F1، یعنی
شار مغناطیسی حاصل فوانتقال انرژی مغناطیسی از سیم پیچ اولیه به سیم پیچ ثانویه را تضمین می کند و باعث ایجاد نیروی الکتروموتور در سیم پیچ ثانویه می شود. e2، تحت تأثیر آن جریان در مدار ثانویه جریان می یابد I2. به دلیل وجود شار مغناطیسی فوو یک جریان وجود دارد I2، که هر چه بیشتر، بیشتر باشد فو. اما در عین حال، جریان بیشتر I2، جریان مخالف بیشتر است F2و بنابراین کمتر فو.
از آنچه گفته شد، نتیجه می شود که برای مقادیر معینی از شار مغناطیسی F1و مقاومت سیم پیچ ثانویهو بارهامقادیر EMF مناسب تنظیم شده است e2، جاری I2و جاری شود F2، تعادل شارهای مغناطیسی را در مدار مغناطیسی فراهم می کند که با فرمول بالا بیان می شود.
بنابراین، تفاوت جریان F1و F2نمی تواند برابر با صفر باشد، زیرا در این حالت نخ اصلی وجود نخواهد داشت فوو بدون آن جریانی وجود نخواهد داشت F2و جاری I2. بنابراین، شار مغناطیسی F1ایجاد شده توسط جریان اولیه I1، شار مغناطیسی همیشه بیشتر است F2تولید شده توسط جریان ثانویه I2.
بزرگی شار مغناطیسی به جریانی که آن را ایجاد می کند و تعداد دورهای سیم پیچی که از آن عبور می کند بستگی دارد.
ولتاژ سیم پیچ ثانویه بستگی دارد نسبت تعداد چرخش در سیم پیچ ها. با همین تعداد دور، ولتاژ روی سیم پیچ ثانویه تقریباً برابر با ولتاژ عرضه شده به سیم پیچ اولیه خواهد بود و چنین ترانسفورماتوری نامیده می شود. تقسيم كردن.
اگر سیم پیچ ثانویه دارای پیچ های بیشتری نسبت به سیم پیچ اولیه باشد، ولتاژ ایجاد شده در آن خواهد بود تنش بیشتربه سیم پیچ اولیه عرضه می شود و چنین ترانسفورماتور نامیده می شود بالا بردن.
اگر سیم پیچ ثانویه دارای پیچ های کمتری نسبت به سیم پیچ اولیه باشد، ولتاژ آن کمتر از ولتاژ تامین شده به سیم پیچ اولیه خواهد بود و چنین ترانسفورماتوری نامیده می شود. پایین آوردن.
در نتیجه. با انتخاب تعداد دور سیم پیچ ها، در یک ولتاژ ورودی معین U1به آنچه می خواهند برسند ولتاژ خروجی U2. برای این کار از روش های خاصی برای محاسبه پارامترهای ترانسفورماتورها استفاده می کنند که به کمک آنها سیم پیچ ها محاسبه می شود، مقطع سیم ها انتخاب می شود، تعداد چرخش ها تعیین می شود و همچنین ضخامت و نوع ترانسفورماتورها تعیین می شود. مدار مغناطیسی
ترانسفورماتور فقط می تواند در مدارهای AC کار کند. اگر سیم پیچ اولیه آن به منبعی متصل باشد جریان مستقیم، سپس شار مغناطیسی در مدار مغناطیسی تشکیل می شود که از نظر زمان، قدر و جهت ثابت است. در این حالت ولتاژ متناوب در سیم پیچ اولیه و ثانویه القا نمی شود و بنابراین انرژی الکتریکی از مدار اولیه به مدار ثانویه منتقل نمی شود. اما اگر جریان ضربانی در سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور جاری شود، در سیم پیچ ثانویه یک ولتاژ متناوب القا می شود که فرکانس آن برابر با فرکانس ریپل جریان در سیم پیچ اولیه خواهد بود.
2. دستگاه ترانسفورماتور.
2.1. هسته مغناطیسی مواد مغناطیسی
هدف هسته مغناطیسیایجاد یک مسیر بسته برای شار مغناطیسی است که دارای حداقل مقاومت مغناطیسی است. بنابراین مدارهای مغناطیسی ترانسفورماتورها از موادی با نفوذپذیری مغناطیسی بالا در میدان های مغناطیسی متناوب قوی ساخته می شوند. مواد باید تلفات جریان گردابی کم داشته باشند تا مدار مغناطیسی را در مقادیر کافی القای مغناطیسی بیش از حد گرم نکنند، به اندازه کافی ارزان باشند و به پردازش مکانیکی و حرارتی پیچیده نیاز نداشته باشند.
مواد مغناطیسی، که برای ساخت هسته های مغناطیسی استفاده می شود، به صورت ورق های جداگانه یا به صورت نوارهای بلند با ضخامت و عرض معین تولید می شوند و به نام فولادهای الکتریکی.
فولادهای ورق (GOST 802-58) با نورد سرد و گرم تولید می شوند، فولادهای نواری دانه گرا (GOST 9925-61) فقط با نورد سرد تولید می شوند.
همچنین آلیاژهای آهن نیکل با نفوذپذیری مغناطیسی بالا، به عنوان مثال، پرمالوی، پرمیندور، و غیره (GOST 10160-62) و فریت های نرم مغناطیسی با فرکانس پایین استفاده می شود.
برای ساخت انواع ترانسفورماتورهای نسبتا ارزان به طور گسترده ای استفاده می شود فولادهای الکتریکیبا داشتن هزینه کم و امکان کار ترانسفورماتور هم با مغناطش ثابت مدار مغناطیسی و هم بدون آن. پرمصرف ترین فولادهای نورد سرد بهترین عملکرددر مقایسه با فولادهای نورد گرم
آلیاژهای با نفوذپذیری مغناطیسی بالابرای ساخت ترانسفورماتورهای پالس و ترانسفورماتورهای طراحی شده برای کار در فرکانس های بالا و بالای 50 تا 100 کیلوهرتز استفاده می شود.
عیب چنین آلیاژهایی قیمت بالای آنهاست. بنابراین، به عنوان مثال، هزینه پرمالوی 10-20 برابر بیشتر از هزینه فولاد برق است، و پرمندور 150 برابر بیشتر است. با این حال، در برخی موارد، استفاده از آنها می تواند وزن، حجم و حتی هزینه کل ترانسفورماتور را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
معایب دیگر آنها تأثیر قوی بر نفوذپذیری مغناطیسی بایاس دائمی، میدان های مغناطیسی متناوب، و همچنین مقاومت کم در برابر استرس مکانیکی - شوک، فشار و غیره است.
از جانب فریت های با فرکانس پایین مغناطیسی نرمبا نفوذپذیری اولیه بالا ساخته می شوند هسته های مغناطیسی فشردهکه برای ساخت ترانسفورماتورهای پالسی و ترانسفورماتورهایی که در فرکانس های بالا از 50 تا 100 کیلوهرتز کار می کنند استفاده می شود. مزیت فریت ها هزینه پایین آنها است و عیب آن القای اشباع کم (0.4 - 0.5 T) و دما و ناپایداری دامنه نفوذپذیری مغناطیسی قوی است. بنابراین، آنها فقط در زمینه های ضعیف استفاده می شوند.
انتخاب مواد مغناطیسی بر اساس ویژگی های الکترومغناطیسی و با در نظر گرفتن شرایط عملیاتی و هدف ترانسفورماتور انجام می شود.
2.2. انواع مدارهای مغناطیسی
هسته های مغناطیسی ترانسفورماتورها به دو دسته تقسیم می شوند لمینیت شده(مهر شده) و نوار(پیچ خورده)، ساخته شده از مواد ورق و فشرده از فریت.
لمینت شدهمدارهای مغناطیسی از صفحات مهر شده مسطح با شکل مناسب مونتاژ می شوند. علاوه بر این، صفحات را می توان تقریباً از هر ماده، حتی بسیار شکننده ای ساخت، که مزیت این مدارهای مغناطیسی است.
نوارمدارهای مغناطیسی از یک نوار نازک زخمی به شکل مارپیچ ساخته شده اند که پیچ های آن محکم به هم متصل شده اند. مزیت مدارهای مغناطیسی نواری استفاده کامل از خواص مواد مغناطیسی است که باعث کاهش وزن، اندازه و هزینه ترانسفورماتور می شود.
بسته به نوع مدار مغناطیسی، ترانسفورماتورها به دو دسته تقسیم می شوند میله, زره پوشو حلقوی. علاوه بر این، هر یک از این انواع می تواند هم میله ای و هم نواری باشد.
راد.
در مدارهای مغناطیسی نوع میلهسیم پیچ روی دو میله قرار دارد ( میلهبه بخشی از مدار مغناطیسی که سیم پیچ ها روی آن قرار می گیرند). این امر طراحی ترانسفورماتور را پیچیده می کند، اما ضخامت سیم پیچ را کاهش می دهد که به کاهش اندوکتانس نشتی، مصرف سیم و افزایش سطح خنک کننده کمک می کند.
مدارهای مغناطیسی میله ای در ترانسفورماتورهای خروجی با سطح نویز کم استفاده می شوند، زیرا نسبت به اثرات میدان های مغناطیسی فرکانس پایین خارجی حساس نیستند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی خارجی، ولتاژهای مخالف فاز در هر دو سیم پیچ القا می شود، که اگر چرخش سیم پیچ ها برابر باشد، یکدیگر را خنثی می کنند. به عنوان یک قاعده، ترانسفورماتورهای هسته از توان بزرگ و متوسط ساخته می شوند.
زره پوش.
در مدار مغناطیسی نوع زرهیسیم پیچ روی میله مرکزی قرار دارد. این امر طراحی ترانسفورماتور را ساده می کند، امکان استفاده کامل تر از پنجره سیم پیچ را فراهم می کند و همچنین محافظت مکانیکی برای سیم پیچ ایجاد می کند. بنابراین، چنین مدارهای مغناطیسی بیشترین کاربرد را داشته اند.
برخی از معایب هسته های مغناطیسی زرهی افزایش حساسیت آنها به میدان های مغناطیسی با فرکانس پایین است که آنها را برای استفاده به عنوان ترانسفورماتور خروجی با سطح نویز پایین نامناسب می کند. اغلب ترانسفورماتورها و میکروترانسفورماتورهای با قدرت متوسط زره پوش ساخته می شوند.
حلقوی.
حلقوییا حلقهترانسفورماتورها اجازه استفاده بهتر از خواص مغناطیسی مواد را می دهند، شارهای نشتی کم دارند و میدان مغناطیسی خارجی بسیار ضعیفی ایجاد می کنند که به ویژه در فرکانس های بالا و بسیار مهم است. ترانسفورماتورهای پالسی. اما به دلیل پیچیدگی سیم پیچ های ساخت، کاربرد زیادی ندارند. اغلب آنها از فریت ساخته می شوند.
برای کاهش تلفات جریان گردابی، مدارهای مغناطیسی چند لایه از صفحات مهر و موم شده به ضخامت 0.35 - 0.5 میلی متر مونتاژ می شوند که از یک طرف با یک لایه لاک به ضخامت 0.01 میلی متر یا یک فیلم اکسید پوشیده شده اند.
نوار برای مدارهای مغناطیسی نوار دارای ضخامتی از چند صدم تا 0.35 میلی متر است و همچنین با یک سوسپانسیون یا فیلم اکسیدی عایق الکتریکی و همزمان چسب پوشانده شده است. و هر چه لایه عایق نازکتر باشد، سطح مقطع مدار مغناطیسی با مواد مغناطیسی پرتر شود، ابعاد کلی ترانسفورماتور کوچکتر می شود.
اخیراً در کنار انواع مدارهای مغناطیسی "سنتی" در نظر گرفته شده، از اشکال جدیدی استفاده شده است که از جمله آنها می توان به مدارهای مغناطیسی نوع "کابلی"، "چنبره معکوس"، سیم پیچ و غیره اشاره کرد.
بیایید فعلا این را تمام کنیم. بیایید در ادامه دهیم.
موفق باشید!
ادبیات:
1. V. A. Volgov - "جزئیات و اجزای تجهیزات رادیویی الکترونیکی"، انرژی، مسکو، 1977
2. V. N. Vanin - "ترانسفورماتورهای فعلی"، انتشارات Energia، مسکو 1966 لنینگراد.
3. I. I. Belopolsky - "محاسبه ترانسفورماتورها و چوک های کم توان"، M-L، Gosenergoizdat، 1963
4. G. N. Petrov - "ترانسفورماتورها. جلد 1. مبانی نظریه، انتشارات دولتی انرژی، مسکو 1934 لنینگراد.
5. V. G. Borisov، - " رادیو آماتور جوان، مسکو ، رادیو و ارتباطات ، 1992
بیایید یک سیم پیچ با یک هسته فرومغناطیسی را برداریم و مقاومت اهمی سیم پیچ را به عنوان یک عنصر جداگانه همانطور که در شکل 2.8 نشان داده شده است، برداریم.
شکل 2.8 - به اشتقاق فرمول EMF ترانسفورماتور
هنگامی که یک ولتاژ متناوب ec در سیم پیچ روشن می شود، طبق قانون القای الکترومغناطیسی، یک EMF از خود القایی e L ایجاد می شود.
(2.8)
جایی که ψ پیوند شار است،
W تعداد چرخش های سیم پیچ است،
Ф شار مغناطیسی اصلی است.
ما از شار پراکندگی غفلت می کنیم. ولتاژ اعمال شده به سیم پیچ و EMF القایی متعادل هستند. طبق قانون دوم Kirchhoff برای مدار ورودی، می توانیم بنویسیم:
تبادل e c + e L = i * R، (2.9)
که در آن R obm مقاومت فعال سیم پیچ است.
از آنجایی که e L >> i * R مبادله می شود، افت ولتاژ در مقاومت اهمی را نادیده می گیریم، سپس e c ≈ – . اگر ولتاژ شبکه هارمونیک است с = E m cos ωt، آنگاه E m cos ωt =، از این رو 
. بیایید شار مغناطیسی را پیدا کنیم. برای این کار انتگرال نامعین سمت راست و چپ را می گیریم. ما گرفتیم
, (2.10)
اما از آنجایی که ما مدار مغناطیسی را خطی در نظر می گیریم، فقط جریان هارمونیک در مدار جریان دارد و هیچ آهنربای دائمی یا جزء ثابتی وجود ندارد، پس ثابت ادغام c = 0. سپس کسری مقابل ضریب هارمونیک، دامنه است. شار مغناطیسی که از آن E m \u003d Ф m * W * ω را بیان می کنیم. ارزش مؤثر آن است
یا می گیریم
که در آن s مقطع مدار مغناطیسی (هسته، فولاد) است.
عبارت (2.11) فرمول اصلی EMF ترانسفورماتور نامیده می شود که فقط برای ولتاژ هارمونیک معتبر است. معمولاً اصلاح می شود و به اصطلاح ضریب شکل معادل نسبت مقدار مؤثر به میانگین معرفی می شود:
. (2.12)
بیایید آن را برای یک سیگنال هارمونیک پیدا کنیم، اما مقدار متوسط را در بازه پیدا می کنیم
سپس فاکتور فرم است 
و فرمول اصلی EMF ترانسفورماتور شکل نهایی را به خود می گیرد:
(2.13)
اگر سیگنال یک پیچ و خم باشد، دامنه، مقادیر مؤثر و میانگین برای نیمی از دوره با یکدیگر و آن برابر است. می توانید فاکتور فرم را برای سیگنال های دیگر پیدا کنید. فرمول اصلی EMF ترانسفورماتور معتبر خواهد بود.
بیایید یک نمودار برداری از یک سیم پیچ با یک هسته فرومغناطیسی بسازیم. با یک ولتاژ سینوسی در پایانه های سیم پیچ، شار مغناطیسی آن نیز سینوسی است و با زاویه π / 2 از ولتاژ در فاز عقب است، همانطور که در شکل 2.9a نشان داده شده است.
شکل 2.9 - نمودار برداری یک سیم پیچ با فرومغناطیسی
هسته الف) بدون ضرر. ب) با ضرر و زیان
در یک سیم پیچ بدون تلفات، جریان مغناطیسی - جریان راکتیو (I p) در فاز با شار مغناطیسی Ф m منطبق است. اگر تلفاتی در هسته () وجود داشته باشد، زاویه زاویه تلفات برای مغناطیس مجدد هسته است. جزء فعال جریان I a تلفات در مدار مغناطیسی را مشخص می کند.
سوال 7. EMF سیم پیچ ترانسفورماتور.
اصل عملکرد ترانسفورماتور بر اساس پدیده القای الکترومغناطیسی (القاء متقابل) است. القای متقابل شامل القای EMF در یک سیم پیچ القایی زمانی است که جریان در سیم پیچ دیگر تغییر می کند.
تحت تأثیر جریان متناوب در سیم پیچ اولیه، یک شار مغناطیسی متناوب در مدار مغناطیسی ایجاد می شود.
که در سیم پیچ های اولیه و ثانویه نفوذ کرده و باعث القای emf در آنها می شود
مقادیر دامنه EMF کجا هستند.
مقدار موثر EMF در سیم پیچ ها می باشد
;
.
نسبت EMF سیم پیچ ها را نسبت تبدیل می نامند
اگر، EMF ثانویه کمتر از اولیه است و ترانسفورماتور را ترانسفورماتور کاهنده با ترانسفورماتور افزایش دهنده می نامند.
سوال 8. نمودار برداری یک ترانسفورماتور ایده آل بیکار.
از آنجایی که ما یک ترانسفورماتور ایده آل را در نظر می گیریم، یعنی. بدون اتلاف و تلفات توان، سپس جریان x.x. کاملاً مغناطیسی است - یعنی. این یک نیروی مغناطیسی ایجاد می کند که یک شار ایجاد می کند، جایی که مقاومت مغناطیسی هسته متشکل از مقاومت فولاد و مقاومت در اتصالات هسته است. هم دامنه و هم شکل منحنی جریان به درجه اشباع سیستم مغناطیسی بستگی دارد. اگر جریان به صورت سینوسی تغییر کند، در فولاد غیر اشباع، منحنی جریان بدون بار تقریباً سینوسی است. اما وقتی فولاد اشباع می شود، منحنی جریان بیشتر و بیشتر از سینوسی متفاوت است (شکل 2.7.) منحنی جریان x.x. را می توان به هارمونیک تجزیه کرد. از آنجایی که منحنی در مورد محور x متقارن است، سری فقط شامل هارمونیک هایی با مرتبه فرد است. جریان هارمونیک اول من ( 01) با جریان اصلی در فاز است. از هارمونیک های بالاتر، هارمونیک سوم جریان بیشتر مشخص است من ( 03) .
شکل 2.7 منحنی جریان X.X
مقدار موثر جریان بدون بار:
.
(2.22)
اینجا من 1 متر , من 3 متر , من 5 متر- دامنه هارمونیک های اول، سوم و پنجم جریان بدون بار.
از آنجایی که جریان بی باری 90 از ولتاژ عقب است، توان اکتیو مصرف شده توسط یک ترانسفورماتور ایده آل از شبکه نیز صفر است، یعنی. یک ترانسفورماتور ایده آل توان راکتیو و جریان مغناطیسی را از شبکه می گیرد.
نمودار برداری یک ترانسفورماتور ایده آل در شکل نشان داده شده است. 2.8.
برنج. 2.8. نمودار برداری یک ترانسفورماتور ایده آل
سوال 9 نمودار برداری دور آرام ترانسفورماتور واقعی.
در یک ترانسفورماتور واقعی، اتلاف و تلفات در فولاد و مس وجود دارد. این تلفات توسط قدرت پوشش داده می شود آر 0 که از شبکه وارد ترانسفورماتور می شود.
جایی که من 0a - مقدار موثر جزء فعال جریان بدون بار.
بنابراین، جریان بدون بار یک ترانسفورماتور واقعی دو خروجی دارد: مغناطیسی - ایجاد جریان اصلی افو همزمان با آن در فاز، و فعال:
نمودار برداری یک ترانسفورماتور واقعی در شکل نشان داده شده است. 2.9.
بنابراین، معمولاً این جزء تأثیر کمی بر مقدار جریان بی باری دارد، اما بیشتر بر شکل منحنی جریان و فاز آن تأثیر می گذارد. منحنی جریان بدون بار به وضوح غیر سینوسی است و در زمان نسبت به منحنی شار با زاویه ای به نام زاویه تاخیر مغناطیسی جابجا می شود.
با جایگزینی منحنی جریان بدون بار واقعی با یک سینوسی معادل، معادله ولتاژ را می توان به شکل پیچیده نوشت، که در آن همه کمیت ها به صورت سینوسی تغییر می کنند:
با توجه به اینکه EMF پراکندگی،
برنج. 2.9. نمودار برداری یک ترانسفورماتور واقعی
برنج. 2.11. نمودار برداری ولتاژ ترانسفورماتور، حالت بدون بار
در سال 1876 P.I. یابلوچکوفپیشنهاد استفاده از یک ترانسفورماتور برای تغذیه شمع ها. در آینده، طراحی ترانسفورماتورها توسط یک مخترع روسی دیگر، مکانیک توسعه یافت I.F. یوساگین،که پیشنهاد کرد از ترانسفورماتورها برای تغذیه نه تنها شمع های Yablochkov بلکه سایر مصرف کنندگان انرژی الکتریکی استفاده شود.
ترانسفورماتور است دستگاه الکتریکیبر اساس پدیده القای متقابل و طراحی شده برای تبدیل جریان متناوب یک ولتاژ به جریان متناوب ولتاژ متفاوت، اما با فرکانس یکسان. ساده ترین ترانسفورماتور دارای یک هسته فولادی و دو سیم پیچی است که هم از هسته و هم از یکدیگر عایق هستند.
سیم پیچی ترانسفورماتور که به منبع ولتاژ متصل است نامیده می شود سیم پیچ اولیه،و سیم پیچی که مصرف کنندگان به آن وصل می شوند یا خطوط انتقال منتهی به مصرف کننده ها نامیده می شود سیم پیچ ثانویه
یک جریان متناوب که از سیم پیچ اولیه عبور می کند، یک شار مغناطیسی متناوب ایجاد می کند که با پیچ های سیم پیچ ثانویه قفل می شود و یک emf را در آنها القا می کند.
از آنجایی که شار مغناطیسی متغیر است، EMF القایی در سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور نیز متغیر است و فرکانس آن برابر با فرکانس جریان در سیم پیچ اولیه است.
شار مغناطیسی متناوب که از هسته ترانسفورماتور عبور می کند نه تنها از سیم پیچ ثانویه، بلکه از سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور نیز عبور می کند. بنابراین، یک EMF نیز در سیم پیچ اولیه القا می شود.
مقدار EMF القا شده در سیم پیچ های ترانسفورماتور به فرکانس جریان متناوب، تعداد دور هر سیم پیچ و بزرگی شار مغناطیسی در هسته بستگی دارد. در فرکانس معین و شار مغناطیسی ثابت، مقدار EMF هر سیم پیچ فقط به تعداد دورهای این سیم پیچ بستگی دارد. این رابطه بین مقادیر EMF و تعداد چرخش سیم پیچ های ترانسفورماتور را می توان با فرمول بیان کرد: ?1 / ?2 = N1 / N2، کجا؟ 1 و؟
تفاوت بین EMF و ولتاژ آنقدر کم است که رابطه بین ولتاژها و تعداد دور هر دو سیم پیچ را می توان با فرمول: U1 بیان کرد. /U2==N1/N2. تفاوت بین EMF و ولتاژ در سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور به ویژه زمانی که سیم پیچ ثانویه باز است و جریان در آن صفر است (بیکار) کم می شود و فقط جریان کمی در سیم پیچ اولیه جریان می یابد که به آن جریان بی بار می گویند. . در این حالت، ولتاژ در پایانه های سیم پیچ ثانویه برابر با EMF القا شده در آن است.
عددی که نشان می دهد چند برابر ولتاژ در سیم پیچ اولیه بیشتر (یا کمتر) از ولتاژ در سیم پیچ ثانویه است، نسبت تبدیل نامیده می شود و با حرف نشان داده می شود. ک. k = U1 / U2 ? N1/N2.
ولتاژ نامی سیم پیچ های ولتاژ بالا و پایین که روی پلاک نام ترانسفورماتور نشان داده شده است، به حالت بیکار اشاره دارد.
ترانسفورماتورهایی که برای افزایش ولتاژ کار می کنند، استپ آپ نامیده می شوند. نسبت تبدیل آنها کمتر از یک است. ترانسفورماتورهای کاهنده ولتاژ را پایین می آورند. نسبت تبدیل آنها بیشتر از یک است.
حالتی که در آن سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور باز است و ولتاژ متناوب به پایانه های سیم پیچ اولیه اعمال می شود، عملیات بیکار یا بیکار ترانسفورماتور نامیده می شود.