그림 1과 같이 강자성 코어가 있는 코일을 분리하여 권선의 옴 저항을 분리해 보겠습니다.
그림 1. 강자성 코어가 있는 인덕터
코일에 교류 전압 e c 가 인가되면 전자기 유도 법칙에 따라 자기 유도 EMF e L 가 발생합니다.
(1) 어디 ψ
- 자속 결합, 여- 권선의 권수, 에프주요 자속입니다. 산란 플럭스를 무시합니다. 코일에 인가된 전압과 유도된 EMF는 균형을 이룹니다. 입력 회로에 대한 두 번째 Kirchhoff 법칙에 따라 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
e c + e L = i × R교환, (2)어디 아르 자형 obm - 권선의 활성 저항.
왜냐하면 전자 L >> 나는 × R교환한 다음 옴 저항 양단의 전압 강하를 무시하고 e c ≈ −e L. 주전원 전압이 고조파인 경우, 전자 c = 전자 m cosω 티, 그 다음에:
(3)
이 공식에서 자속을 구합시다. 이렇게하려면 권선의 회전 수를 왼쪽으로, 자속 Ф를 오른쪽으로 옮깁니다.
(4)
이제 가져 가자 무한 적분오른쪽과 왼쪽에서:
(5)자기 회로를 선형으로 간주하기 때문에 회로에는 고조파 전류만 흐르고 영구 자석이나 자속의 일정한 구성 요소가 없으면 적분 상수 c \u003d 0입니다. 그러면 사인 앞의 분수는 자속의 진폭입니다.
(6)입력 EMF의 진폭을 표현하는 곳
전자 =에프 m × W× ω (7)그 유효 가치는
(8) (9)식 (9)는 변압기 EMF의 기본 공식, 고조파 전압에만 유효합니다. 비 고조파 전압을 사용하면 평균에 대한 유효 값의 비율과 동일한 변형 및 소위 형상 계수가 도입됩니다.
(10)
평균값이 0에서 π/2 사이의 간격에서 발견되는 동안 고조파 신호에 대한 형상 계수를 찾습니다.
(11)
그런 다음 폼 팩터는 
변압기 EMF의 기본 공식은 최종 형식을 취합니다.
신호가 시퀀스인 경우 직사각형 펄스동일한 지속 시간 (미앤더)의 경우 절반 기간의 진폭, 유효 및 평균 값은 서로 동일하고 케이 f = 1. 다른 신호에 대한 폼 팩터를 찾을 수 있습니다. 변압기 EMF의 기본 공식이 유효합니다.
강자성 코어가 있는 코일의 벡터 다이어그램을 작성해 보겠습니다. 코일 단자에 정현파 전압이 있는 경우, 자속도 정현파이며 그림 2와 같이 위상에서 전압이 각도 π / 2만큼 지연됩니다.
우리는 우리의 친분을 계속합니다 전자 부품이 기사에서 우리는 고려할 것입니다 변압기의 장치 및 작동 원리.
변압기는 무선 및 전기 공학에서 널리 사용되며 전력망의 전기 에너지 전송 및 분배, 무선 장비 회로 전원 공급, 변환기 장치, 용접 변압기 등에 사용됩니다.
변신 로봇한 크기의 교류 전압을 교류 전압다른 크기.
대부분의 경우 변압기는 전기적으로 서로 연결되지 않은 두 개의 권선(권선)이 있는 폐쇄형 자기 회로(코어)로 구성됩니다. 자기회로는 강자성체로 되어 있으며, 권선을 절연동선으로 감아 자기회로 위에 올려놓는다.
하나의 권선이 소스에 연결됩니다. 교류그리고 불렀다 일 순위(I), 부하에 전력을 공급하기 위해 다른 권선에서 전압이 제거되고 권선을 중고등 학년(II). 두 개의 권선이 있는 간단한 변압기의 개략적인 배열이 아래 그림에 나와 있습니다.
1. 변압기의 작동 원리.
변압기의 작동 원리는 다음을 기반으로합니다. 전자기 유도 현상.
1차 권선에 교류 전압을 인가하면 U1, 그러면 교류가 권선의 회전을 통해 흐를 것입니다. 아이오, 권선 주위와 자기 회로에서 교류 자기장. 자기장은 자속을 형성합니다 포, 자기 회로를 통과하여 1차 및 2차 권선의 권선을 가로질러 가변 EMF를 유도(유도)합니다. e1그리고 e2. 그리고 전압계를 2차 권선의 단자에 연결하면 출력 전압의 존재가 표시됩니다 U2, 유도 된 EMF와 거의 동일합니다. e2.
백열등과 같은 부하의 2차 권선에 연결하면 1차 권선에 전류가 흐릅니다. I1, 자기 회로에서 교류 자속을 형성 F1전류와 동일한 주파수로 변경 I1. 교류 자속의 영향으로 2차 권선 회로에 전류가 발생합니다. I2, 차례로 Lenz의 법칙에 따라 반작용 자속을 생성합니다. F2, 그것을 생성하는 자속을 소자화하려고 합니다.
흐름의 자기소거 작용의 결과로 F2자기 회로에 자속이 설정됩니다. 포흐름 차이와 동일 F1그리고 F2그리고 흐름의 일부가 되는 것 F1, 즉.
결과 자속 포 1차 권선에서 2차 권선으로 자기 에너지의 전달을 보장하고 2차 권선에 기전력을 유도합니다. e2, 2차 회로에 흐르는 전류의 영향으로 I2. 자속의 존재로 인해 포그리고 현재가 있다 I2, 더 많을수록 더 많이 포. 그러나 동시에 현재의 I2, 반대 흐름이 클수록 F2따라서 더 적은 포.
말한 것에서 자속의 특정 값에 대해 F1그리고 저항 2차 권선그리고 잔뜩적절한 EMF 값이 설정됩니다. e2, 현재의 I2그리고 흐름 F2, 위의 공식으로 표현되는 자기 회로의 자속 균형을 제공합니다.
따라서 유량 차이 F1그리고 F2이 경우 메인 스레드가 없기 때문에 0과 같을 수 없습니다. 포, 그리고 그것 없이는 스트림이 있을 수 없습니다 F2그리고 현재 I2. 따라서 자속 F1, 1차 전류에 의해 생성 I1, 항상 더 많은 자속 F2 2차 전류에 의해 생성 I2.
자속의 크기는 자속을 생성하는 전류와 통과하는 권선의 회전 수에 따라 다릅니다.
2차 권선의 전압은 다음에 따라 달라집니다. 권선의 권수 비율. 같은 수의 권선으로 2 차 권선의 전압은 1 차 권선에 공급되는 전압과 거의 같을 것이며 이러한 변압기를 나누기.
2차 권선에 1차 권선보다 더 많은 권선이 포함되어 있으면 그 안에 발생하는 전압은 다음과 같습니다. 더 긴장 1차 권선에 공급되며 이러한 변압기를 인상.
2차 권선이 1차 권선보다 적은 권수를 포함하면 그 전압은 1차 권선에 공급되는 전압보다 낮을 것이며 이러한 변압기를 저하.
따라서. 주어진 입력 전압에서 권선의 권수를 선택하여 U1그들이 원하는 것을 얻으십시오 출력 전압 U2. 이를 위해 변압기의 매개 변수를 계산하는 특별한 방법을 사용하여 권선을 계산하고 전선의 단면을 선택하고 권수를 결정하며 두께와 유형을 결정합니다. 자기 회로.
변압기는 AC 회로에서만 작동할 수 있습니다.. 1차 권선이 소스에 연결된 경우 직류, 그러면 시간, 크기 및 방향이 일정한 자기 회로에 자속이 형성됩니다. 이 경우 1차 권선과 2차 권선에 교류 전압이 유도되지 않으므로 1차 회로에서 2차 권선으로 전기 에너지가 전달되지 않습니다. 그러나 맥동 전류가 변압기의 1차 권선에 흐르면 2차 권선에 교류 전압이 유도되고 그 주파수는 1차 권선의 전류 리플 주파수와 같습니다.
2. 변압기 장치.
2.1. 자기 코어. 자기 재료.
목적 자기 코어자기 저항이 최소인 자속의 폐쇄 경로를 만드는 것입니다. 따라서 변압기용 자기회로는 강한 교류 자기장에서 투자율이 높은 재료로 만들어집니다. 재료는 충분히 높은 자기 유도 값에서 자기 회로를 과열시키지 않고 충분히 저렴하고 복잡한 기계적 및 열 처리가 필요하지 않도록 와전류 손실이 낮아야 합니다.
자성 재료, 자심의 제조에 사용되는 것으로 별도의 판상 또는 일정한 두께와 폭의 긴 테이프 형태로 생산되며 전기강판.
강판(GOST 802-58)은 열간 및 냉간 압연으로 생산되며 방향성 스트립 강(GOST 9925-61)은 냉간 압연으로만 생산됩니다.
또한 퍼멀로이, 퍼민두르 등(GOST 10160-62)과 같이 투자율이 높은 철-니켈 합금과 저주파 자기 연성 페라이트가 사용됩니다.
다양한 비교적 저렴한 변압기의 제조를 위해 널리 사용됩니다. 전기강판, 저렴한 비용으로 변압기가 자기 회로의 일정한 자화와 함께 작동하거나 그렇지 않은 상태에서 작동하도록 허용합니다. 가장 널리 사용되는 냉연강판 최고의 성능열연강판에 비해
합금 높은 투자율 50 - 100kHz의 고주파 및 고주파에서 작동하도록 설계된 펄스 변압기 및 변압기 제조에 사용됩니다.
이러한 합금의 단점은 높은 비용입니다. 예를 들어, 퍼멀로이의 비용은 전기 강철의 비용보다 10-20배 더 높고 permendur는 150배 더 높습니다. 그러나 어떤 경우에는 사용하면 변압기의 무게, 부피 및 총 비용을 크게 줄일 수 있습니다.
그들의 다른 단점은 영구 바이어스, 교류 자기장의 투자율에 강한 영향을 미치고 기계적 스트레스(충격, 압력 등)에 대한 낮은 저항입니다.
에서 자기적으로 부드러운 저주파 페라이트초기 투자율이 높은 눌러진 자기 코어, 50 - 100kHz의 고주파에서 작동하는 펄스 변압기 및 변압기 제조에 사용됩니다. 페라이트의 장점은 저비용이고 단점은 낮은 포화 유도(0.4 - 0.5 T)와 투자율의 강한 온도 및 진폭 불안정성입니다. 따라서 약한 분야에서만 사용됩니다.
자성 재료의 선택은 변압기의 작동 조건과 목적을 고려하여 전자기 특성을 기반으로 합니다.
2.2. 자기 회로의 종류.
변압기의 자기 코어는 다음과 같이 나뉩니다. 적층(스탬프) 및 줄자(꼬임), 판재로 만들어지고 페라이트로 압착.
적층자기 코어는 적절한 모양의 평평한 스탬프 플레이트로 조립됩니다. 더욱이, 판은 거의 모든, 심지어 매우 깨지기 쉬운 재료로 만들 수 있으며, 이는 이러한 자기 회로의 장점입니다.
줄자자기 회로는 나선형으로 감긴 얇은 테이프로 만들어지며 그 회전은 서로 단단히 연결됩니다. 테이프 자기 회로의 장점은 자성 재료의 특성을 최대한 활용하여 변압기의 무게, 크기 및 비용을 줄이는 것입니다.
자기 회로의 유형에 따라 변압기는 다음과 같이 나뉩니다. 막대, 기갑그리고 토로이달. 또한 이러한 각 유형은 막대와 테이프가 될 수 있습니다.
막대.
자기 회로에서 막대형권선은 두 개의 막대에 있습니다( 막대권선이 배치되는 자기 회로 부분이라고 함). 이것은 변압기의 설계를 복잡하게 하지만 권선의 두께를 줄여 누설 인덕턴스, 전선 소비를 줄이고 냉각 표면을 증가시키는 데 도움이 됩니다.
로드 자기 회로는 외부 저주파 자기장의 영향에 둔감하기 때문에 노이즈 레벨이 낮은 출력 변압기에 사용됩니다. 이것은 외부 자기장의 영향으로 위상이 반대인 전압이 두 코일에 유도되어 권선의 권선이 같으면 서로 상쇄된다는 사실에 의해 설명됩니다. 일반적으로 코어 변압기는 크고 중간 전력으로 만들어집니다.
기갑.
자기 회로에서 기갑형권선은 중앙 막대에 있습니다. 이것은 변압기의 설계를 단순화하고 권선 창을 보다 완벽하게 사용할 수 있게 하며 권선에 대한 기계적 보호를 생성합니다. 따라서 이러한 자기 회로가 가장 많이 응용되었습니다.
장갑 자기 회로의 몇 가지 단점은 저주파 자기장에 대한 감도가 높아져 노이즈 수준이 낮은 출력 변압기로 사용하기에 부적합하다는 것입니다. 대부분 중전력 변압기와 초소형 변압기는 장갑으로 만들어집니다.
토로이달.
토로이달또는 반지변압기는 재료의 자기 특성을 더 잘 사용할 수 있고 누설 자속이 낮으며 매우 약한 외부 자기장을 생성합니다. 이는 고주파 및 고주파에서 특히 중요합니다. 펄스 변압기. 그러나 권선 제조의 복잡성으로 인해 널리 사용되지 않습니다. 대부분 페라이트로 만들어집니다.
와전류 손실을 줄이기 위해 적층 자기 코어는 0.35 - 0.5 mm 두께의 스탬핑 플레이트로 조립되며, 한쪽 면은 0.01 mm 두께의 바니시 층 또는 산화막으로 코팅됩니다.
테이프 자기 회로용 테이프는 두께가 수백 분의 1에서 0.35mm이며 전기 절연성과 동시에 접착성 서스펜션 또는 산화 필름으로 덮여 있습니다. 그리고 절연층이 얇을수록 자기 회로의 단면이 자성 물질로 채워질수록 변압기의 전체 치수가 작아집니다.
최근에 고려되는 "전통적인" 유형의 자기 코어와 함께 "케이블" 유형의 자기 코어, "역 토러스", 코일 등을 포함하는 새로운 형태가 사용되었습니다.
일단 이만 마치도록 하겠습니다. 에서 계속합시다.
행운을 빕니다!
문학:
1. V. A. Volgov - "무선 전자 장비의 세부 사항 및 구성 요소", Energy, Moscow, 1977
2. V. N. Vanin - "전류 변압기", Energia 출판사, 모스크바 1966 레닌그라드.
3. I. I. Belopolsky - "변압기 및 저전력 초크 계산", M-L, Gosenergoizdat, 1963
4. G. N. Petrov - "변압기. 볼륨 1. 이론의 기초, 국가 에너지 출판사, 모스크바 1934 레닌그라드.
5. V.G. 보리소프, - " 젊은 라디오 아마추어", 모스크바, "라디오 및 통신", 1992
그림 2.8과 같이 강자성 코어가 있는 코일을 분리하여 권선의 옴 저항을 분리해 보겠습니다.
그림 2.8 - 변압기 EMF 공식 유도
코일에 교류 전압 e c가 켜지면 전자기 유도의 법칙에 따라 자기 유도의 EMF e L이 발생합니다.
(2.8)
여기서 ψ는 쇄교자속이고,
W는 권선의 권수,
Ф는 주요 자속입니다.
산란 플럭스를 무시합니다. 코일에 인가된 전압과 유도된 EMF는 균형을 이룹니다. 입력 회로에 대한 두 번째 Kirchhoff 법칙에 따라 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
e c + e L = i * R 교환, (2.9)
여기서 R obm은 권선의 활성 저항입니다.
e L >> i * R 교환이므로 옴 저항 양단의 전압 강하를 무시하고 e c ≈ – . 주전원 전압이 고조파 е с = E m cos ωt이면 E m cos ωt = , 어디서 
. 자속을 구합시다. 이를 위해 우리는 우변과 좌변의 무한 적분을 취합니다. 우리는 얻는다
, (2.10)
그러나 우리는 자기 회로를 선형으로 간주하기 때문에 회로에는 고조파 전류만 흐르고 영구 자석이나 상수 성분은 없으며 적분 상수 c \u003d 0. 그런 다음 고조파 인자 앞의 분수는 다음의 진폭입니다. E m \u003d Ф m * W * ω를 표현하는 자속. 그 유효 가치는
또는 우리는
여기서 s는 자기 회로(코어, 강철)의 단면입니다.
식 (2.11)을 변압기 EMF의 기본식이라고 하며, 이는 고조파 전압에 대해서만 유효하다. 일반적으로 수정되고 평균에 대한 유효 값의 비율과 동일한 소위 형상 계수가 도입됩니다.
. (2.12)
고조파 신호에 대해 찾아 보겠습니다. 그러나 간격에서 평균 값을 찾습니다.
그런 다음 폼 팩터는 
변압기 EMF의 기본 공식은 최종 형식을 취합니다.
(2.13)
신호가 사행이면 기간의 절반에 대한 진폭, 유효 및 평균 값은 서로 동일합니다. 다른 신호에 대한 폼 팩터를 찾을 수 있습니다. 변압기 EMF의 기본 공식이 유효합니다.
강자성 코어가 있는 코일의 벡터 다이어그램을 작성해 보겠습니다. 코일 단자에 정현파 전압이 있으면 자속도 정현파이며 그림 2.9a에서와 같이 위상이 π / 2만큼 지연됩니다.
그림 2.9 - 강자성 코일의 벡터 다이어그램
코어) 손실 없음; b) 손실
무손실 코일에서 자화 전류 - 무효 전류 (I p)는 자속 Ф m과 위상이 일치합니다. 코어()에 손실이 있는 경우 각도는 코어의 재자화에 대한 손실 각도입니다. 전류 I의 능동 성분은 자기 회로의 손실을 특성화합니다.
질문 7. 변압기 권선의 EMF.
변압기의 작동 원리는 전자기 유도(상호 유도) 현상을 기반으로 합니다. 상호 유도는 전류가 다른 코일에서 변할 때 유도 코일에서 EMF를 유도하는 것으로 구성됩니다.
1 차 권선의 교류 전류의 영향으로 자기 회로에 교류 자속이 생성됩니다.
1 차 및 2 차 권선을 관통하여 EMF를 유도합니다.
EMF의 진폭 값은 어디에 있습니까?
권선에서 EMF의 유효 값은 다음과 같습니다.
;
.
권선의 EMF 비율을 변환비라고 합니다.
이면 2차 EMF가 1차 EMF보다 작고 변압기를 승압 변압기와 함께 강압 변압기라고 합니다.
질문 8. 이상적인 변압기 유휴 상태의 벡터 다이어그램입니다.
이상적인 변압기를 고려하고 있기 때문에. 소산 및 전력 손실 없이 현재 x.x. 순전히 자화됩니다 - , 즉. 철의 저항과 코어의 접합부에서의 저항으로 구성된 코어의 자기 저항인 플럭스를 생성하는 자화력을 생성합니다. 전류 곡선의 진폭과 모양은 모두 자기 시스템의 포화 정도에 따라 다릅니다. 흐름이 정현파로 변하면 불포화 강철의 경우 무부하 전류 곡선도 거의 정현파입니다. 그러나 강철이 포화되면 전류 곡선은 사인 곡선과 점점 더 다릅니다(그림 2.7.). 전류 곡선 x.x. 고조파로 분해할 수 있습니다. 곡선이 x축에 대해 대칭이므로 계열에는 홀수 차수의 고조파만 포함됩니다. 1차 고조파 전류 나 ( 01) 메인 스트림과 위상이 같습니다. 더 높은 고조파 중에서 전류의 3차 고조파가 가장 두드러집니다. 나 ( 03) .
그림 2.7 X.X 전류 곡선
무부하 전류의 유효 값:
.
(2.22)
여기 나 1 중 , 나 3 중 , 나 5 중- 무부하 전류의 첫 번째, 세 번째 및 다섯 번째 고조파의 진폭.
무부하 전류가 전압보다 90만큼 뒤떨어지기 때문에 네트워크에서 이상적인 변압기가 소비하는 유효 전력도 0입니다. 이상적인 변압기는 네트워크에서 순전히 무효 전력과 자화 전류를 끌어옵니다.
이상적인 변압기의 벡터 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다. 2.8.
쌀. 2.8. 이상적인 변압기의 벡터 다이어그램
질문 9 실제 변압기의 공회전에 대한 벡터 다이어그램입니다.
실제 변압기에는 강철과 구리에 손실과 손실이 있습니다. 이러한 손실은 전원으로 충당됩니다. 아르 자형 0 네트워크에서 변압기를 입력합니다.
어디 나 0a - 무부하 전류의 활성 구성 요소의 유효 값.
따라서 실제 변압기의 무부하 전류에는 두 가지 이탈이 있습니다. 자화 - 주요 흐름 생성 에프단계적으로 일치하고 활성:
실제 변압기의 벡터 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다. 2.9.
따라서 일반적으로 이 성분은 무부하 전류 값에 거의 영향을 미치지 않지만 전류 곡선의 모양과 위상에 더 많은 영향을 미칩니다. 무부하 전류 곡선은 분명히 비정현파이며 자기 지연 각이라고 하는 각도만큼 자속 곡선에 대해 시간적으로 이동합니다.
실제 무부하 전류 곡선을 등가 정현파로 대체함으로써 전압 방정식은 모든 양이 정현파적으로 변하는 복잡한 형태로 작성할 수 있습니다.
산란의 EMF를 고려하면,
쌀. 2.9. 실제 변압기의 벡터 다이어그램
쌀. 2.11. 변압기 전압 벡터 다이어그램, 무부하 모드
1876년 P.I. 야블로흐코프양초에 전원을 공급하기 위해 변압기를 사용하는 것이 좋습니다. 미래에 변압기의 설계는 다른 러시아 발명가, 정비공에 의해 개발되었습니다. 만약에. 우사신,그는 변압기를 사용하여 Yablochkov 양초뿐만 아니라 다른 전기 에너지 소비자에게도 전원을 공급할 것을 제안했습니다.
변압기는 전기 기기, 상호 유도 현상을 기반으로 한 전압의 교류를 다른 전압이지만 동일한 주파수의 교류로 변환하도록 설계되었습니다. 가장 단순한 변압기는 강철 코어와 코어와 서로 절연된 두 개의 권선을 가지고 있습니다.
전압원에 연결된 변압기의 권선을 1차 권선,소비자가 연결되는 권선 또는 소비자로 이어지는 전송선을 호출합니다. 2차 권선.
1차 권선을 통과하는 교류는 교류 자속을 생성하고, 이는 2차 권선의 회전과 연동하여 emf를 유도합니다.
자속이 가변적이기 때문에 변압기의 2차 권선에 유도된 EMF도 가변적이며 그 주파수는 1차 권선에 흐르는 전류의 주파수와 같습니다.
변압기의 코어를 통과하는 가변 자속은 변압기의 2차 권선뿐만 아니라 1차 권선도 교차합니다. 따라서 1차 권선에서도 EMF가 유도됩니다.
변압기 권선에 유도된 EMF의 크기는 교류의 주파수, 각 권선의 권선 수 및 코어의 자속 크기에 따라 달라집니다. 특정 주파수와 일정한 자속에서 각 권선의 EMF 값은 이 권선의 권수에만 의존합니다. EMF 값과 변압기 권선의 권수 사이의 관계는 다음 공식으로 표현할 수 있습니다. ?1 / ?2 = N1 / N2, 여기서?1과?
EMF와 전압의 차이가 너무 작아 전압과 두 권선의 권수 사이의 관계는 다음 공식으로 표현할 수 있습니다. U1 /U2==N1/N2. 변압기의 1차 권선의 EMF와 전압의 차이는 2차 권선이 개방되고 전류가 0(유휴)일 때 특히 작아지며 1차 권선에는 무부하 전류라고 하는 작은 전류만 흐릅니다. . 이 경우 2차 권선 단자의 전압은 유도된 EMF와 같습니다.
1차 권선의 전압이 2차 권선의 전압보다 몇 배나 더 큰지를 나타내는 숫자를 변압비라고 하며 문자로 표시됩니다. 케이. k = U1 / U2 ? N1/N2.
변압기 명판에 표시된 고전압 및 저전압 권선의 정격 전압은 아이들링 모드를 나타냅니다.
전압을 높이는 역할을 하는 변압기를 승압이라고 합니다. 변환 비율은 1보다 작습니다. 강압 변압기는 전압을 강압합니다. 변환 비율이 1보다 큽니다.
변압기의 2차 권선이 개방되고 1차 권선의 단자에 교류 전압이 인가되는 모드를 변압기의 아이들 또는 아이들 동작이라고 한다.