Dlaczego transformatory AC się nie spalają?

W minimalnym stopniu znam sposób działania transformatora prądu przemiennego. Po obejrzeniu tego pytania:

Dlaczego wszystkie silniki nie spalają się natychmiast?

To sprawiło, że pomyślałem o tym samym z transformatorami AC.

Cewka pierwotna powinna zapewniać bardzo mały opór i tym samym umożliwiać przepływ dużego prądu. Jestem zgadywania , że opór pochodzi od pola magnetycznego zmienia. Czy to jest poprawne? Jeśli tak, to zakładam, że prąd wzrasta, gdy obciążenie zostanie umieszczone na cewce wtórnej, ponieważ pole magnetyczne nie zapada się w cewkę pierwotną, ale jest używane przez cewkę wtórną?

Czy to również oznacza, że ​​gdyby prąd stały został umieszczony na transformatorze, spowodowałoby to problemy? (tj. bardzo wysoki prąd)

Jestem pewien, że nie mówię tego poprawnie, więc mam nadzieję, że ktoś mnie wyprostuje.

Podsumowując moje pytanie, jakie jest zachowanie cewki pierwotnej transformatora (pod względem przepływu prądu), gdy cewka wtórna nie jest obciążona, a co zmienia się, gdy cewka wtórna jest umieszczana?

Andy dał ci klasyczną odpowiedź akademicką na twoje pytania. Wszystko, co powiedział, jest dokładne, ale wątpię, że jako początkujący zrozumiesz większość z nich. Pozwólcie, że spróbuję prostego wyjaśnienia.

Podstawą transformatora jest cewka owinięta wokół żelaznego rdzenia, który może przyjąć jeden z kilku kształtów. To uzwojenie pierwotne ma bardzo niski opór. (Zmierz rezystancję typowego transformatora mocy stosowanego w elektronicznych urządzeniach stołowych za pomocą DMM, a przekonasz się, że to zaledwie kilka omów.) Podłącz do tego źródło napięcia stałego, wynik jest całkiem przewidywalny. Źródło napięcia będzie dostarczało tak duży prąd, jak jest zdolny do uzwojenia pierwotnego, a transformator będzie bardzo gorący i prawdopodobnie wzbije się w dym. To lub zasilacz prądu stałego przepali bezpiecznik, sam się wypali lub przejdzie w tryb ograniczenia prądu, jeśli jest w to wyposażony. Nawiasem mówiąc, podczas gdy ten wysoki prąd płynie, uzwojenie pierwotne faktycznie wytwarza jednokierunkowe pole magnetyczne w rdzeniu transformatora.

Teraz zmierz indukcyjność wtórnego miernika LRC. (Jest to urządzenie podobne do DMM, które mierzy tylko indukcyjność, rezystancję i pojemność - „LRC”.) W przypadku transformatora mocy 60 Hz prawdopodobnie odczytasz kilka Henries indukcyjności na jego głównych przewodach.

Następnie zastosuj tę wartość „L” do wzoru aby obliczyć „reaktancję indukcyjną” („ ”) uzwojenia pierwotnego, gdzie „f” jest główną częstotliwością prądu przemiennego 60 Hz dla USA. Odpowiedź, , jest w jednostkach omów, podobnie jak rezystancja prądu stałego, ale w tym przypadku są to „omy prądu przemiennego”, czyli „impedancja”.$X_L = 2 \pi f L$$X_L$$X_L$

Następnie zastosuj tę wartość do „prawa Ohma”, tak jak w przypadku rezystora podłączonego do źródła prądu stałego. $X_L$$I = \frac{V}{X_L}$. W zwykłym przypadku w USA mamy 120 wolt RMS jako V. Zobaczysz teraz, że obecne „ja” ma dość rozsądną wartość. Prawdopodobnie kilkaset miliamperów (również „RMS”). Dlatego możesz przyłożyć 120 woltów do nieobciążonego transformatora i będzie on działał przez stulecie bez problemu. Ten kilkaset miliamperowy prąd pierwotny, zwany „prądem wzbudzającym”, wytwarza ciepło w cewce pierwotnej transformatora, ale mechaniczna większość transformatora jest w stanie poradzić sobie z taką ilością ciepła praktycznie zawsze. Niemniej jednak, jak opisano powyżej, nie potrzeba by zasilacza 5 VDC, ale kilka minut, aby spalić ten sam transformator, gdyby ten prąd stały był w stanie dostarczyć wystarczająco duży prąd, aby z powodzeniem napędzać cewkę prądu stałego o niskiej wartości R. To „cud” reaktancji indukcyjnej! To'

To dotyczy nieobciążonego transformatora. Teraz podłącz odpowiednie obciążenie rezystancyjne do wtórnego. Prąd wzbudzenia opisany powyżej będzie nadal płynął z mniej więcej taką samą wielkością. Ale teraz i dodatkowy prąd popłynie w pierwotnym. Nazywa się to „prądem odbitym” - prądem, który jest „powodowany” przez wtórny prąd pobierający obciążenie rezystancyjne z wtórnego transformatora. Wielkość tego odbijanego prądu jest określona przez stosunek zwojów transformatora mocy. Najprostszym sposobem ustalenia prądu odbitego jest zastosowanie metody „VA” (wolt-amper). Pomnóż napięcie wtórne transformatora przez prąd w amperach pobierany przez obciążenie rezystancyjne podłączone do wtórnego. (Zasadniczo jest to „waty” - wolty razy ampery.) „Metoda VA” mówi, że VA wtórnego musi być równa przyrostowemu VA pierwotnego. („Przyrostowy” w tym przypadku oznacza „oprócz prądu wzbudzenia”.) Tak więc, jeśli masz typowy transformator prądu przemiennego z pierwotnym 120 VRMS i wtórnym 6 VRMS i podłączasz rezystor 6 Ohm do wtórnego, to 6 Ohm pobierze 1,0 A RMS z wtórnego. Zatem wtórna VA = 6 x 1 = 6. Ta wtórna VA musi być równa liczbowo pierwotnej VA, gdzie napięcie wynosi 120 VRMS. 0 Amp RMS z wtórnego. Zatem wtórna VA = 6 x 1 = 6. Ta wtórna VA musi być równa liczbowo pierwotnej VA, gdzie napięcie wynosi 120 VRMS. 0 Amp RMS z wtórnego. Zatem wtórna VA = 6 x 1 = 6. Ta wtórna VA musi być równa liczbowo pierwotnej VA, gdzie napięcie wynosi 120 VRMS.
Pierwotny VA = Drugi VA = 6 = 120 x I.
I = 6/120 lub tylko 50 miliamperów RMS.

Możesz to zweryfikować za pomocą prostego DMM do pomiaru prądów w pierwotnym i wtórnym w warunkach bez obciążenia i obciążenia. Spróbuj sam, ale uważaj na podstawowym, ponieważ 120 VRMS jest prawie śmiertelne. Jednak NIE będziesz mógł bezpośrednio obserwować prądu „przyrostowego” w pierwotnym, spowodowanego przez dodanie obciążenia do wtórnego. Dlaczego? Ta odpowiedź nie jest taka prosta! Prąd wzbudzenia i prąd odbity są 90 stopni poza fazą. „Sumują się”, ale sumują się zgodnie z matematyką wektorową, a to zupełnie kolejna dyskusja.

Niestety, pięknie wyrażona powyżej odpowiedź Andy'ego będzie ledwo doceniana, chyba że czytelnik zrozumie matematykę wektorową, jaką stosuje się do obwodów prądu przemiennego. Mam nadzieję, że moja odpowiedź i twoje eksperymenty weryfikacyjne pozwolą ci zrozumieć liczbowo na poziomie jelita, jak „transformator mocy” „działa”.

Zakładam, że prąd wzrasta, gdy obciążenie zostanie umieszczone na cewce wtórnej, ponieważ pole magnetyczne nie zapada się w cewkę pierwotną, ale jest używane przez cewkę wtórną?

Brzmi dobrze, ale tak nie jest. Mówiąc ogólnie, w przypadku dość wydajnego transformatora magnetyzacja rdzenia jest stała w każdych warunkach obciążenia wtórnego. Problem polega na tym, jak wyjaśnić to bez przekonania cię, że obwód równoważny transformatora (poniżej) nie jest zły: -

Ważne uwagi: -

• Xm stanowi 99,9% pierwotnej indukcyjności transformatora
• Xp (pierwotna indukcyjność upływowa) stanowi końcowe 0,1% pierwotnej indukcyjności
• Xs i Rs to wtórna indukcyjność upływu i rezystancja uzwojenia odnoszone do pierwotnej poprzez działanie kwadratu stosunku zwojów.
• To, co wygląda jak transformator (po prawej), nie powinno być traktowane jako takie - jest to idealny konwerter mocy i wcale nie generuje magnetyzmu - jest to urządzenie pomagające matematyce i życzę boffinom, którzy rysują te zdjęcia pokaże to jak czarna skrzynka !!

Jak można zauważyć, nawet w warunkach dużego obciążenia spadek napięcia z Rp i Xp jest niewielki w porównaniu do napięcia wejściowego prądu przemiennego, a to oznacza, że ​​napięcie na Xm jest dość stałe. Zauważ, że Xm jest jedynym składnikiem wytwarzającym magnetyzm w rdzeniu. Nie jesteś przekonany? Nie obwiniłbym cię.

Oto inny sposób patrzenia na to

Poniższe serie 4 zdjęć próbują wykazać, że udziały strumieni prądu obciążeniowego zarówno pierwotnego, jak i wtórnego są równe i przeciwne, a zatem strumień zostaje anulowany. Pokazuje prosty transformator 1: 1, ale stosuje się jednakowo do różnych stosunków zwojów, ponieważ strumień jest proporcjonalny do zwojów amperowych, a nie do wzmacniaczy. Spójrz kolejno na każde zdjęcie: -

1) Tak, impedancja otwartego transformatora pochodzi od fluktuującego pola magnetycznego (próbującego zmienić pole magnetyczne rdzenia)

2) Tak, jeśli napięcie pierwotne zostanie umieszczone na pierwotnym, masz kłopoty, transformator może się spalić. (Chyba, że ​​z jakiegoś powodu nie jest oceniany dla tego prądu). Parę razy zgubiłem cewkę na starym motocyklu z podobnych powodów: pozostawiłem włączony przy wyłączonym silniku, cewkę spaliłem, a plastik kapał.

3) Bez obciążenia wtórnego prąd przez pierwotny musi przejść przez bardzo dużą / bardzo sztywną indukcyjność („indukcyjność upływową”) cewki pierwotnej.

4) Przy obciążeniu wtórnym prąd wtórny niweluje wpływ na rdzeń prądu pierwotnego.

Transformator zaprojektowany do przepływu przez niego prądu stałego nazywa się reaktorem nasycalnym i służy jako przełącznik; tzn. prąd stały nasyca rdzeń magnetyczny, więc zasilacz prądu przemiennego nie może zmienić strumienia w rdzeniu, ergo, wtórne napięcie prądu przemiennego wynosi zero. Gdy prąd stały jest wyłączony, strumień w rdzeniu może się teraz zmieniać i zachodzi normalne działanie transformatora, co prowadzi do napięcia prądu przemiennego na wtórnym.

Podobne urządzenie, ale oparte na prądzie przemiennym nasycającym rdzeń, nazywa się transformatorem ferrorezonansowym. Wykorzystano je do taniej stabilizacji napięcia wtórnego transformatora. To urządzenie ma dwa wtórne, z których jedno jest zwarte przez kondensator o dużej wartości, a drugie to uzwojenie wyjściowe.