Czy transformator zużywa energię, gdy moc wyjściowa nie jest obciążona?

Czytałem o tym, jak konwertery AC na DC pracują z transformatorem obniżającym napięcie, a następnie mostkiem diodowym do konwersji niższego, obniżonego napięcia prądu przemiennego na prąd stały. Nie rozumiem, skoro wydaje się, że wejście prądu przemiennego jest podłączone do cewki pierwotnej transformatora, w jaki sposób obciążenie prądem stałym wpływa na moc pobieraną z zasilacza prądu przemiennego?

Czy obciążenie prądem stałym w jakiś sposób sprzęga i obniża rezystancję cewki pierwotnej, aby można było pobrać większą moc?

Jeśli po stronie prądu stałego nie ma obciążenia, czy energia nadal przepływa przez cewkę pierwotną prądu przemiennego, a jeśli tak, to dlaczego po prostu się nie topi?

Czy obciążenie prądem stałym w jakiś sposób sprzęga i obniża rezystancję cewki pierwotnej, aby można było pobrać większą moc?

Tak. Łatwiej byłoby jednak przeanalizować obciążenie prądem przemiennym. Diody nie są kluczowe dla twojego pytania:

Impedancja RL jest również transformowana, więc jeśli masz transformator 10: 1, a RL wynosi 2 Ω, źródło prądu przemiennego zobaczy transformator jako rezystor 200 Ω ($10^2⋅2$)

Gdy prąd w cewce zmienia się, tworzy zmienne pole magnetyczne. Jednak w przypadku transformatora z obciążeniem zmiana pola magnetycznego powoduje powstanie prądu w uzwojeniu wtórnym, który natychmiast tworzy własne zmieniające się pole magnetyczne w przeciwnym kierunku, eliminując pole pierwotne. Ludzie zapominają, że transformator idealny ma żadnego pola magnetycznego w czasie pracy . Każda zmiana pola jednej cewki jest natychmiast anulowana przez zmianę drugiej.

„Informacja zwrotna” jest wywoływana przez ten sam efekt. Pierwotne powoduje zmianę drugorzędnego, a wtórne powoduje zmianę pierwotnego.

Jeśli po stronie prądu stałego nie ma obciążenia, czy energia nadal przepływa przez cewkę pierwotną prądu przemiennego, a jeśli tak, to dlaczego po prostu się nie topi?

Ponieważ nic nie jest podłączone do strony wtórnej, cewka wtórna jest w obwodzie otwartym i nic nie robi. To tylko metal, który akurat jest w pobliżu. Obwód jest teraz tylko źródłem prądu przemiennego napędzającego cewkę pierwotną, która zachowuje się jak samotny induktor:

Idealne cewki indukcyjne nie zużywają żadnej mocy; po prostu magazynują energię tymczasowo w jednej połowie cyklu i zwracają ją do zasilania w drugiej połowie. Rzeczywiste cewki nie są jednak wykonane z doskonałych przewodników i mają pewien opór, więc energia pobierana przez cewkę pierwotną będzie określona przez rezystancję drutu.

Nie jest również słuszne stwierdzenie, że „energia nadal przepływa przez cewkę pierwotną prądu przemiennego”. „Prąd” przepływa przez pierwotny, a oporność pierwotnego na ten prąd powoduje, że „rozprasza energię” (lub moc) do pomieszczenia. „Moc” to tak naprawdę szybkość, z jaką energia przepływa, a energia faktycznie przepływa przez pustą przestrzeń między drutami, a nie w samych drutach. Kiedy to zrozumiesz, wiele rzeczy ma znacznie większy sens.

Transformator zapewnia odporność na przepływ prądu przemiennego ze względu na pole magnetyczne wytwarzane przez przepływ prądu. Ta „rezystancja prądu przemiennego” jest nazywana „impedancją” i jest funkcją liczby zwojów, materiału rdzenia, szczeliny powietrznej w rdzeniu, wymiarów rdzenia i innych.

Gdy nie ma obciążenia, przyłożone napięcie prądu przemiennego spowoduje przepływ „prądu magnesującego”. Spowoduje to pewne straty z powodu strat wiroprądowych w rdzeniu i strat miedzi z powodu rezystancji uzwojenia („I do kwadratu strat R” jako moc = prąd ^ 2 x rezystancja).

Straty te są stosunkowo niewielkie w porównaniu z mocą przy pełnym obciążeniu, ale nie są trywialne w spoczynku. Kilka procent mocy pełnego obciążenia zwykle byłoby dobre.

Po przyłożeniu obciążenia prądu stałego ładuje on obwód wtórny prądu przemiennego, który jest ściśle sprzężony przez pola magnetyczne rdzenia z uzwojeniem pierwotnym. Tak więc rezystancja obciążenia DC wydaje się być obciążeniem impedancyjnym prądu przemiennego po stronie pierwotnej, a moc wejściowa wzrasta, aby sprostać obciążeniu.

Jeśli zastosujesz DC (zamiast AC) do uzwojenia transformatora, nie będzie ciągłej zmiany pola magnetycznego, nie będzie impedancji ze względu na zmienne pole magnetyczne, a prąd jest ograniczony przez rezystancję, która jest niska w porównaniu z impedancją, która powinna być generowana . Jeśli zasilacz prądu stałego ma wystarczającą moc mięśniową, transformator „po prostu się topi”.

Energia dostarczona do pierwotnego trafia do:

1. Obciążenie wtórne, zgrubne, zero, jeśli nie ma obciążenia,

2. Straty miedzi: pierwotne i wtórne straty IR rezystancji uzwojenia. Jeśli wtórne nie ma obciążenia, ta część straty wynosi zero.

3. Utrata żelaza: A. Aby obrócić strumień magnetyczny w jedną stronę, a drugą żelazo potrzebuje prądu magnesującego. Prąd ten generuje część utraty IR w pierwotnej stracie,

3B. Właściwości magnetyczne żelaza są „lepkie”, ponieważ magnetyzm szczątkowy pozostaje po namagnesowaniu, a energia musi zostać wydana na jego usunięcie, zanim odwróci on swoją orientację. Cykl to utrata histerezy, która staje się ciepłem.

3C. Strumień magnetyczny indukuje „prądy wirowe” krążące wzdłuż obwodu rdzenia żelaznego, kończące się utratą IR, przy czym R jest opornością żelaza wzdłuż przekroju. Laminowanie rdzenia zwiększa efektywny opór, ponieważ teraz napięcie indukcyjne na „cienkim” laminacie jest mniejsze, ścieżka przepływu jest dłuższa.

Jeśli transformator nie ma obciążenia wtórnego, nie ma poboru prądu. Może jakiś wyciek, ale to drobiazg. Jeśli widzisz transformator jako cewkę, oznacza to, że uzwojenie transformatora blokuje prąd przemienny i przechodzi przez prąd stały. W porównaniu do pojemności, która blokuje prąd stały i przepuszcza prąd przemienny. Cewka jest więc po prostu rezystorem prądu przemiennego. Jeśli wykonasz matematykę omową, napięcie będzie stałe, więc rezystancja cewki zmienia się po dodaniu obciążenia do uzwojenia wtórnego. To jest jak ukończenie obwodu pozwalającego na przepływ większego prądu.