Home › De meertalige Index van het Archief › Transformator

 Top 10 artikelen Goole Koreaanse thee nasza-klasa.pl Creditcardfraude Het zingen Misbruik Muziek van Indonesië Tchiluba De Provincie van Balkh Provincie van Balkh Thermische straling

News:

Transformator

A transformator is een apparaat dat overbrengt elektro energie van kring aan een andere door inductief gekoppeld elektro leiders. Het veranderen huidig in de eerste kring ( primair) cre�ërt een veranderend magnetisch gebied; beurtelings, dit magnetische veld veroorzaakt een veranderend voltage in de tweede kring ( secundair). Door a toe te voegen lading aan de secundaire kring, kan men huidige stroom in de transformator maken, waarbij energie wordt overgebracht van één kring aan andere.

Het secundaire veroorzaakte voltage V_S, van een ideale transformator, wordt geschraapt van primair V_P door een factor gelijk aan de verhouding van het aantal draaien van draad in hun respectieve winding:

Door aangewezen selectie van de aantallen draaien, staat een transformator zo toe afwisselend voltage om worden opgevoerd - door te maken N_S meer dan N_P - of neer gestapt, door het minder te maken.

De transformatoren zijn de enkele meesten efficiënt elektro „machines“,^[1] met sommige grote eenheden bekwaam om 99.75% van hun inputmacht naar hun output over te brengen.^[2] De transformatoren komen in een waaier van grootte uit een thumbnail-gerangschikte het koppelen transformator die binnen een stadium wordt verborgen microfoon aan reusachtige eenheden die honderden ton wegen die wordt gebruikt om gedeelten van nationaal onderling te verbinden machts netten. Allen werken met de zelfde basisprincipes, hoewel een verscheidenheid van ontwerpen bestaan om gespecialiseerde rollen door huis en de industrie uit te voeren.

Toepassingen

Een zeer belangrijke toepassing van transformatoren moet voltage voordien verhogen het overbrengen van elektroenergie over lange afstanden door draden. De meeste draden hebben weerstand en verdrijf zo elektroenergie aan een tarief evenredig aan het vierkant van de stroom door de draad. Door om te zetten elektro macht aan een (en daarom low-current) vorm met hoog voltage voor transmissie en rug opnieuw daarna, laten de transformatoren economisch toe transmissie van macht over lange afstanden. Derhalve hebben de transformatoren gevormd de elektriciteitsvoorzieningsindustrie, het toelaten generatie om ver van punten van worden gevestigd de vraag.^[3] Alles behalve een fractie van de wereld elektro macht door een reeks transformatoren heeft overgegaan tegen de tijd dat het de consument bereikt.^[4] De transformatoren worden gebruikt uitgebreid in de elektronische producten van de consument aan stap - onderaan het leveringsvoltage op een niveau geschikt voor de laag voltagekringen die zij hebben bevat. In dit soort toepassingen kan de transformator ook als een zeer belangrijke veiligheidscomponent dienst doen die elektrisch het eind - gebruiker van direct contact met het potentieel dodelijke leveringsvoltage isoleert.

Het signaal en de audiotransformatoren worden gebruikt om stadia van versterkers te koppelen en apparaten zoals microfoons en de patronen van de verslagspeler aan te passen aan de inputimpedantie van versterkers. De audio transformatoren stonden telefoonkringen toe om een bidirectioneel gesprek meer dan één enkel paar draden te dragen. De transformatoren worden ook gebruikt wanneer het noodzakelijk is om een differentieel-wijzesignaal aan een ground-referenced signaal, en voor isolatie tussen externe kabels en interne kringen te koppelen.

Basis principes

De transformator is gebaseerd op twee principes: ten eerste dat elektrische stroom kan a produceren magnetisch veld (elektromagnetisme) en ten tweede dat een veranderend magnetisch gebied binnen een rol van draad een voltage over de einden van de rol veroorzaakt (elektromagnetische inductie). Door de stroom in de primaire rol te veranderen, verandert het de sterkte van zijn magnetisch veld; aangezien het veranderende magnetische gebied zich in de secundaire rol uitbreidt, wordt een voltage veroorzaakt over secundair.

Een vereenvoudigd transformatorontwerp wordt getoond aan de linkerzijde. Een stroom die door de primaire rol overgaat leidt tot a magnetisch veld. De primaire en secundaire rollen zijn verpakt rond een kern van zeer hoog magnetische doordringbaarheid, zoals ijzer; dit zorgt ervoor dat de meeste magnetisch veld lijnen die door de primaire stroom worden veroorzaakt binnen het ijzer zijn en door de secundaire rol evenals de primaire rol overgaan.

De wet van de inductie

Het voltage dat over de secundaire rol wordt veroorzaakt kan worden berekend van De wet van Faraday van inductie, wat verklaart dat:

waar V_S is onmiddellijk voltage, N_S is het aantal draaien in de secundaire rol en Φ evenaart magnetische stroom door één draai van de rol. Als de draaien van de rol georiënteerde loodlijn aan de magnetisch veld lijnen zijn, is de stroom het product van magnetisch veld sterkte B en het gebied A door wat het snijdt. Het gebied is constant, zijnd gelijk aan het gebied in dwarsdoorsnede van de transformatorkern, terwijl het magnetische veld met tijd volgens de opwinding van primair vari�ërt. Aangezien de zelfde magnetische stroom door zowel de primaire als secundaire rollen in een ideale transformator overgaat,^[1] het onmiddellijke voltage over het primaire winden evenaart

Het nemen van de verhouding van de twee vergelijkingen voor V_S en V_P geeft de basisvergelijking^[5] voor het opvoeren of het stappen onderaan het voltage

Ideale machtsvergelijking

Als de secundaire rol aan een lading in bijlage is die stroom om toestaat te stromen, wordt de elektromacht overgebracht van de primaire kring aan de secundaire kring. Ideaal gezien, is de transformator volkomen efficiënt; al inkomende energie wordt omgezet van de primaire kring aan magnetisch veld en in de secundaire kring. Als deze voorwaarde wordt voldaan aan, inkomend stroom moet de uitgaande macht evenaren.

P_inkomend = I_PV_P = P_uitgaand = I_SV_S

het geven van de ideale transformatorvergelijking

Als het voltage wordt verhoogd (opgevoerd) (V_S > V_P), dan is de stroom verminderd (gestapt onderaan) (I_S < I_P) door de zelfde factor. De transformatoren zijn efficiënt zodat is deze formule een redelijke benadering.

De impedantie in één kring wordt omgezet door vierkant van de draaienverhouding.^[1] Bijvoorbeeld, als een impedantie Z_S is in bijlage over de terminals van de secundaire rol, schijnt het aan de primaire kring om een impedantie van te hebben . Deze verhouding is wederkerig, zodat de impedantie Z_P van de primaire kring schijnt aan secundair te zijn .

Gedetailleerde verrichting

De vereenvoudigde beschrijving veronachtzaamt hierboven verscheidene complicerende factoren, in het bijzonder de primaire stroom die wordt vereist om een magnetisch veld in de kern te vestigen, en de bijdrage tot het gebied toe te schrijven aan stroom in de secundaire kring.

De modellen van een ideale transformator veronderstellen typisch een kern van te verwaarlozen tegenzin met winding twee van nul weerstand.^[6] Wanneer een voltage wordt toegepast op het primaire winden, kleine huidige stromen, het drijven stroom rond magnetische kring van de kern.^[6]. De stroom die wordt vereist wordt om de stroom tot stand te brengen genoemd magnetiserende stroom; aangezien de ideale kern is verondersteld om tegenzin dichtbijgelegen-gecentreerd te hebben, is de magnetiserende stroom te verwaarlozen, hoewel nog vereist om het magnetische veld tot stand te brengen.

Het veranderende magnetische gebied veroorzaakt elektromotorische kracht (EMF) over elke het winden.^[7] Aangezien de ideale winding geen impedantie heeft, hebben zij geen bijbehorende voltagedaling, en zo voltages V_P en V_S gemeten bij de terminals van de transformator, wordt gelijk aan het corresponderen EMFs. Primaire EMF, die aangezien het in verzet tegen het primaire voltage handelt doet wordt, soms genoemd „achter EMF".^[8] Dit is gepast aan De wet van Lenz welke verklaart dat de inductie van EMF altijd zou zijn dusdanig dat het zich ontwikkeling van zulk verandering in magnetisch veld zal verzetten.

Praktische overwegingen

De lekkage van LUF

Hoofd artikel: De inductantie van de lekkage

Het ideale transformatormodel veronderstelt dat al stroom die door primaire te winden wordt geproduceerd alle draaien van elke het winden, met inbegrip van zich verbindt. In de praktijk, steekt wat stroom wegen over die het buiten de winding nemen.^[9] Dergelijke stroom wordt genoemd lekkage stroom, en resultaten binnen zelf-inductantie in reeks met de wederzijds gekoppelde transformatorwinding.^[8] De resultaten van de lekkage in energie die afwisselend binnen wordt opgeslagen en die van wordt gelost magnetische velden met elke cyclus van de machtslevering. Het is direct geen machtsverlies, maar resulteert in inferieur voltage regelgeving, veroorzakend het secundaire voltage direct evenredig er niet in slagen te zijn aan primair, in het bijzonder onder zware lading.^[9] De transformatoren van de distributie worden daarom normaal ontworpen om zeer laag te hebben lekkage inductantie.

Nochtans, in sommige toepassingen, kan de lekkage een wenselijk bezit, en lange magnetische wegen, luchthiaten zijn, of de magnetische omleidingsshunts kunnen doelbewust aan het ontwerp van een transformator worden geïntroduceerdt om te beperken kort:sluiten stroom het zal leveren.^[8] De lekke transformatoren kunnen worden gebruikt om ladingen te leveren die tentoonstellen negatieve weerstand, zoals elektrische bogen, de lampen van de kwikdamp, en neon tekens; of voor de behandeling van veilig ladingen die periodiek kortgesloten zoals worden elektrische booglassers.^[10] De hiaten van de lucht worden ook gebruikt om een transformator van het verzadigen, vooral audiofrekwentietransformatoren te houden in kringen die een gelijkstroom hebben die door de winding vloeit.

Effect van frequentie

De tijd-afgeleide termijn binnen De Wet van Faraday toont aan dat de stroom in de kern is integraal van het toegepaste voltage.^[11] Hypothetisch zou een ideale transformator met direct-current opwinding werken, met de kernstroom die lineair met tijd stijgt.^[12] In de praktijk, zou de stroom zeer snel toenemen tot het punt waar magnetische verzadiging van de kern kwam voor, veroorzakend een reusachtige verhoging van huidig magnetiseren en het oververhitten van de transformator. Alle praktische transformatoren moeten daarom in de afwisselende (of gepulseerd) huidige omstandigheden opereren.^[12]

EMF van een transformator bij een bepaalde stroomdichtheid stijgt met frequentie.^[6] Door bij hogere frequenties te werken, kunnen de transformatoren fysisch compacter zijn omdat een bepaalde kern meer macht kan overbrengen zonder verzadiging te bereiken, en minder draaien zijn nodig om de zelfde impedantie te bereiken. Nochtans eigenschappen zoals kernverlies en leider huid effect ook verhoging met frequentie. De vliegtuigen en het militaire materiaal wenden 400 de machtslevering aan van Herz die kern en het winden gewicht vermindert.^[13]

De verrichting van een transformator bij zijn ontworpen voltage maar bij een hogere frequentie zal dan bedoeld leiden tot verminderde magnetiserende stroom. Bij een frequentie lager dan de ontwerpwaarde, met het geschatte toegepaste voltage, zal de magnetiserende stroom stijgen. De verrichting van een transformator bij buiten zijn ontwerpfrequentie kan beoordeling vereisen van voltages, verliezen, en het koelen om vast te stellen als de veilige verrichting praktisch is. Bijvoorbeeld, kunnen de transformatoren met „volts per hertz“ moeten worden uitgerust over-opwinding relais om de transformator te beschermen tegen overvoltage bij hoger dan geschatte frequentie.

De kennis van natuurlijke frequenties van transformatorwinding is van belang voor de bepaling van de voorbijgaande reactie van de winding op impuls en omschakelingsschommelingsvoltages.

De verliezen van de energie

Een ideale transformator zou geen energieverliezen hebben, en zou daarom efficiënte 100% zijn. In praktische transformatoren wordt de energie verdreven in de winding, de kern, en de omringende structuren. De grotere transformatoren zijn over het algemeen efficiënter, en die geschat voor elektriciteitsdistributie presteren gewoonlijk dan beter 98%.^[14]

Het experimentele transformatoren gebruiken supergeleidend winding het bereiken efficiency van 99.85%,^[15] Terwijl de verhoging van efficiency klein is, wanneer toegepast op grote zwaar-geladen transformatoren de jaarlijkse besparingen in energieverliezen significant is.

Een kleine transformator, zoals een elektrisch toestel „muur wrat„het type dat voor low-power elektronika wordt gebruikt van de consument, kan niet meer dan efficiënte 85% zijn; hoewel het individuele machtsverlies klein is, komt de gezamenlijke verliezen van het zeer grote aantal dergelijke apparaten onder verhoogd nauwkeurig onderzoek.^[16]

De verliezen variëren met ladingsstroom, en kunnen uitgedrukt zoals „zonder commissie“ of „volledig-ladings“ verlies zijn. Het winden weerstand overheerst ladingsverliezen, terwijl hysterese en wervelstromen de verliezen dragen tot meer dan 99% van het zonder commissie verlies bij. Het zonder commissie verlies kan significant zijn, betekenend dat zelfs een nutteloze transformator een afvoerkanaal op een elektrolevering vormt, die ontwikkeling van transformatoren bevordert met beperkte verliezen (zie ook energie efficiënte transformator).^[17]

De verliezen van de transformator zijn verdeeld in verliezen in de genoemde winding, koper verlies, en die in de magnetische genoemde kring, soms ijzer verlies. De verliezen in de transformator zijn het gevolg van:

Het winden weerstand

Het huidige vloeien door de windingsoorzaken het weerstand biedende verwarmen van de leiders. Bij hogere frequenties, huid effect en nabijheids effect cre�ër extra het winden weerstand en verliezen.

De verliezen van de hysterese

Telkens als het magnetische veld wordt omgekeerd, wordt een kleine hoeveelheid energie verloren wegens hysterese binnen de kern. Voor een bepaald kernmateriaal, is het verlies evenredig aan de frequentie, en is een functie met de piekstroomdichtheid waaraan het wordt onderworpen.^[17]

Wervelstromen

Ferromagnetisch de materialen zijn ook goed leiders, en een stevige kern die van zulk een materiaal wordt gemaakt vormt ook één enkele kortgesloten draai door zijn volledige lengte. Wervelstromen geef daarom binnen de kern in een normaal vliegtuig door aan de stroom, en zijn verantwoordelijk voor het weerstand biedende verwarmen van het kernmateriaal. Het wervelstroomverlies is een complexe functie van het vierkant van leveringsfrequentie en omgekeerd vierkant van de materiële dikte.^[17]

Magnetostriction

De magnetische stroom in een ferromagnetisch materiaal, zoals de kern, veroorzaakt het om zich fysisch lichtjes met elke cyclus van het magnetische veld, een effect uit te breiden en aan te gaan wordt bekend dat als magnetostriction. Dit veroorzaakt het het zoemen geluid algemeen verbonden aan transformatoren,^[5] en veroorzaakt beurtelings verliezen toe te schrijven aan het wrijvings verwarmen in vatbare kernen.

Mechanische verliezen

Naast magnetostriction, veroorzaakt het afwisselende magnetische gebied schommelende elektromagnetische krachten tussen de primaire en secundaire winding. Deze roepen trillingen binnen nabijgelegen metaalbewerking op, toevoegend aan het het zoemen lawaai, en het verbruiken van een kleine hoeveelheid macht.^[18]

Verdwaalde verliezen

De inductantie van de lekkage is lossless alleen, aangezien energievoorziening aan zijn magnetische velden op de levering met de volgende helft-cyclus is teruggekomen. Nochtans, zal om het even welke lekkagestroom die nabijgelegen geleidende materialen zoals de de steunstructuur onderschept van de transformator tot wervelstromen leiden en geleid in hitte.^[4]

Gelijkwaardige kring

Verwijs naar het hieronder diagram

De fysieke beperkingen van de praktische transformator kunnen als gelijkwaardig (hieronder) getoond kringsmodel worden samengebracht dat rond een ideale lossless transformator wordt gebouwd.^[19] Het verlies van de macht in de winding is huidig-afhankelijk en als in-series weerstanden gemakkelijk vertegenwoordigd R_P en R_S. De lekkage van LUF resulteert in een fractie van het toegepaste voltage dat zonder het bijdragen tot de wederzijdse koppeling wordt gelaten vallen, en kan zo worden gemodelleerd zoals zelf-inductantie X_P en X_S in reeks met het volkomen-gekoppelde gebied.

De verliezen van het ijzer worden veroorzaakt meestal door hysterese en wervelstroomgevolgen in de kern, en neigen evenredig te zijn aan het vierkant van de kernstroom voor verrichting bij een bepaalde frequentie.^[20] Aangezien de kernstroom aan het toegepaste voltage evenredig is, kan het ijzerverlies door een weerstand worden vertegenwoordigd R_C parallel met de ideale transformator.

Een kern met eindig doordringbaarheid vereist een magnetiserende stroom I_M om de wederzijdse stroom in de kern te handhaven. De magnetiserende stroom is in fase met de stroom; de verzadigings gevolgen veroorzaken niet-lineair het verband tussen twee om te zijn, maar voor eenvoud neigt dit effect om in de meeste kringsequivalenten worden genegeerd.^[20] Met a sinusoïdaal de levering, de kernstroom blijft veroorzaakte EMF door 90° achter en dit effect kan als het magnetiseren reactantie worden gemodelleerd X_M in parallel met de component van het kernverlies. R_C en X_M soms samen worden genoemd magnetiserende tak van het model. Als het secundaire winden open-circuit wordt gemaakt, de stroom I₀ genomen door de magnetiserende tak vertegenwoordigt de zonder commissie stroom van de transformator.^[19]

Secundair impedantie R_S en X_S vaak bewogen (of) wordt „verwezen“ naar de primaire kant na het vermenigvuldigen van de componenten met de impedantie het schrapen factor .

Het resulterende model wordt soms genoemd de „nauwkeurige gelijkwaardige kring“, hoewel het een aantal benaderingen, zoals een veronderstelling van behoudt lineariteit.^[19] De analyse kan worden vereenvoudigd door de magnetiserende tak links van de primaire impedantie, een impliciete veronderstelling dat te bewegen de magnetiserende stroom laag is, en dan optellend primaire en verwezen secundaire impedantie, die in zogenaamde gelijkwaardige impedantie resulteren.

De parameters van gelijkwaardige kring van een transformator kunnen vanaf de resultaten van twee transformatortests worden berekend: open-circuit test en kort:sluitentest.

Types

Voor meer details op dit onderwerp, zie De types van transformator.

Een verscheidenheid van gespecialiseerde transformatorontwerpen is gecre�ërd om bepaalde techniektoepassingen te vervullen, hoewel zij verscheidene uniformiteit delen. Verscheidene van de belangrijkere transformatortypes omvatten:

Spaartransformator

Hoofd artikel: Spaartransformator

spaartransformator heeft slechts het één enkele winden met twee eindterminals, plus een derde op een middenkraanpunt. Het primaire voltage wordt toegepast over twee van de terminals, en het secundaire voltage genomen uit één hiervan en de derde terminal. De primaire en secundaire kringen hebben daarom een aantal windingsdraaien in gemeenschappelijk.^[21] Aangezien de volt-per-draai het zelfde in beide winding is, ontwikkelt elk een voltage in verhouding tot zijn aantal draaien. Door een deel van de windende rollen bloot te stellen en de secundaire verbinding te maken door het glijden borstel, draait een spaartransformator met een variabele dichtbijgelegen-onophoudelijk verhouding wordt verkregen, toestaand voor zeer fijne controle van voltage.^[22]

Veelfasige transformatoren

Voor meer details op dit onderwerp, zie Stroom in drie stadia.

Voor in drie stadia de levering, een bank van drie individuele eenfasige transformatoren kan worden gebruikt, of alle drie fasen kunnen als één enkele transformator in drie stadia worden opgenomen. In dit geval, worden de magnetische kringen samen verbonden, de kern die zo een stroom in drie stadia van stroom bevat.^[23] Een aantal het winden configuraties zijn mogelijk, leidend tot verschillende attributen en fase verschuivingen.^[24] Één bijzondere veelfasige configuratie is zigzag transformator, gebruikt voor het aan de grond zetten en in de afschaffing van harmonisch stromen.^[25]

Resonerende transformatoren

A resonerend de transformator gebruikt de inductantie van zijn winding in combinatie met externe condensatoren die in reeks of parallel aan de winding worden verbonden, en/of de capacitieve weerstand van de winding zelf, één of meer te creëren resonerende kringen. Bijvoorbeeld, kan het de inductantie gebruiken van het primaire winden in reeks met een condensator. De resonantie kan in zeer het bereiken van een hoogspanning over secundair helpen. Resonerende transformatoren zoals De rol van Tesla kan zeer hoge voltages produceren, en kan veel hogere stroom verstrekken dan elektrostatische generatiemachines met hoog voltage zoals Van DE Graaff generator.^[26] Een andere toepassing van de resonerende transformator moet tussen stadia van a koppelen superheterodyne ontvanger, waar de selectiviteit van de ontvanger door gestemde transformatoren in de midden-frequentieversterkers wordt verstrekt.^[27]

De transformatoren van de lekkage

Een lekkagetransformator, ook genoemd een verdwaald-gebiedstransformator, heeft beduidend hoger lekkage inductantie dan andere transformatoren, die soms met een magnetische omleiding of een shunt in zijn kern tussen primair worden verhoogd en secundair, die soms regelbaar met een setscrew zijn. Dit voorziet een transformator van een inherente huidige beperking toe te schrijven aan de losse koppeling tussen zijn primair en secundaire winding. De output en de ingevoerde stromen zijn laag genoeg om thermische overbelasting in alle ladingsomstandigheden te verhinderen - zelfs als secundair shorted is.

De transformatoren van de lekkage worden gebruikt voor booglassen en de lampen van de hoogspanningslossing (koude kathode fluorescente lampen, wat series-connected tot 7.5 kV AC zijn). Het doet toen zowel als voltagetransformator als dienst als a magnetische ballast.

Andere toepassingen zijn kort-kring-bewijs extra-laag voltage transformatoren voor speelgoed of doorbell installaties.

De transformatoren van het instrument

A huidige transformator is een metingsapparaat dat wordt ontworpen om een stroom in zijn secundaire rol te verstrekken evenredig aan het huidige stromen in zijn primair. De huidige transformatoren worden algemeen binnen gebruikt het meten en het beschermende aflossen, waar zij de veilige meting van grote stromen vergemakkelijken. De huidige transformator isoleert meting en controleschakelschema van de hoge voltages typisch huidig op de kring die wordt gemeten.^[28]

De transformatoren van het voltage (VTs)--ook bedoeld als Potentiële transformatoren (Delen)--worden gebruikt voor het meten en bescherming in kringen met hoog voltage. Zij worden ontworpen om te verwaarlozen lading voor te stellen aan de levering die en een nauwkeurige voltageverhouding te hebben om nauwkeurig - onderaan hoge voltages wordt gemeten te stappen zodat het meten en het beschermende relaismateriaal bij een lager potentieel kunnen worden in werking gesteld.^[29]

Classificatie

Het vele gebruik waaraan de transformatoren worden gezet brengt hen ertoe om op een aantal verschillende manieren worden geclassificeerd:

• Door machtsniveau: van een fractie van a volt-ampère (VA) aan over duizend MVA;
• Door frequentiewaaier: macht, audio, of radiofrequentie;
• Door voltageklasse: van een paar volts aan honderden kilovolts;
• Door type te koelen: luchtgekoeld, gevulde olie -, koelde de ventilator, of gekoeld water;
• Door toepassingsfunctie: zoals machtslevering, impedantie aanpassing, outputvoltage en huidige stabilisator, of kringsisolatie;
• Door einddoel: distributie, gelijkrichter, boog oven, versterkeroutput;
• Door draaienverhouding te winden: step-up die, step-down, (dichtbij gelijke veranderlijke verhouding) isoleert.

Bouw

Kernen

Gelamineerde staalkernen

De transformatoren voor gebruik bij macht of audiofrequenties hebben typisch kernen die van hoogte worden gemaakt doordringbaarheid silicium staal.^[30] Het staal heeft een doordringbaarheid vaak dat van vrije ruimte, en de kern dient zo om de magnetiserende stroom zeer te verminderen, en de stroom te beperken tot een weg die dicht de winding koppelt.^[31] De vroege transformatorontwikkelaars realiseerden spoedig dat de kernen die van stevig ijzer worden geconstrueerd in verbiedende eddy-current verliezen resulteerden, en hun ontwerpen verlichtten dit effect met kernen die uit bundels van geïsoleerdee ijzerdraden bestaan.^[32] De recentere ontwerpen construeerden de kern door lagen dunne staallamineringen, een principe te stapelen dat in gebruik is gebleven. Elke laminering wordt geïsoleerdr van zijn buren door een dunne niet-geleidende laag van isolatie.^[23] universele transformatorvergelijking wijst op een minimumgebied in dwarsdoorsnede voor de kern om verzadiging te vermijden.

Het effect van lamineringen moet wervelstromen tot hoogst elliptische wegen beperken die weinig stroom, insluiten en zo hun omvang verminderen. De dunnere lamineringen verminderen verliezen,^[30] maar zijn afmattender en duur te construeren.^[33] De dunne lamineringen worden over het algemeen gebruikt op hoge frequentietransformatoren, met sommige soorten zeer dunne staallamineringen bekwaam om kHz in werking te stellen tot 10.

Één gemeenschappelijk ontwerp van gelamineerde kern wordt gemaakt van doorschoten stapels van E-vormig staalplaten worden afgedekt die met I-vormig stukken, die tot zijn naam van „E-I transformator“ leiden.^[33] Zulk een ontwerp neigt om meer verliezen tentoon te stellen, maar is zeer economisch om te vervaardigen. Besnoeiing-kern of het c-Kern type wordt gemaakt door een staalstrook rond een rechthoekige vorm te winden en dan de lagen samen te plakken. Het wordt dan gesneden in twee, vormt twee vormen van C, en de kern die door de twee helften van C samen met een staalriem te binden wordt geassembleerd.^[33] Zij hebben het voordeel dat de stroom altijd georiënteerde parallel aan de metaalkorrels is, die tegenzin verminderen.

Staalkern remanence betekent dat het een statisch magnetisch gebied behoudt wanneer de macht wordt verwijderd. Wanneer de macht toen reapplied is, zal het overblijvende gebied een hoogte veroorzaken toevloed stroom tot het effect van het remanent magnetisme wordt verminderd, gewoonlijk na een paar cycli van de toegepaste wisselstroom.^[34] De bescherming van de te sterke intensiteit apparaten zoals zekeringen moet worden geselecteerd om deze onschadelijke toevloed toe te staan om over te gaan. Op transformatoren die met de lange, luchtlijnen van de machtstransmissie, veroorzaakte stromen worden verbonden toe te schrijven aan geomagnetische storingen tijdens zonne onweren kan verzadiging van de kern en verrichting van de apparaten van de transformatorbescherming veroorzaken.^[35]

De transformatoren van de distributie kunnen lage zonder commissie verliezen bereiken door kernen te gebruiken gemaakt met hoog-doordringbaarheid met beperkte verliezen silicium staal of amorfe (nietkristallijne) metaallegering. De hogere aanvankelijke kosten van het kernmateriaal worden gecompenseerd tijdens het leven van de transformator door zijn lagere verliezen bij lichte lading.^[36]

Stevige kernen

Gepoederd ijzer de kernen worden gebruikt in kringen (zoals schakelaar-wijze machtslevering) die boven hoofdfrequenties en tot een paar tientallen kilohertz werken. Deze materialen combineren hoge magnetisch doordringbaarheid met hoge bulk elektro weerstandsvermogen. Voor frequenties die zich voorbij uitbreiden De band van VHF, kernen die van niet geleidende magnetisch worden gemaakt ceramisch geroepen materialen ferrieten zijn gemeenschappelijk.^[33] Sommige radiofrequentietransformatoren hebben ook beweegbare kernen (soms genoemd „naaktslakken“) die aanpassing van de koppelingscoëfficiënt toestaan (en bandbreedte) van gestemde radiofrequentiekringen.

Toroidal kernen

Toroidal transformatoren worden gebouwd rond een ringvormige kern, die, afhankelijk van werkende frequentie, van een lange strook van silicium wordt gemaakt staal of permalloy wond in een rol, gepoederd ijzer, of ferriet.^[37] Een strookbouw zorgt ervoor dat korrel grenzen optimaal worden gericht, verbeterend de efficiency van de transformator door de kern te verminderen tegenzin. De gesloten ringsvorm elimineert luchthiaten inherent aan de bouw van een E-I kern.^[38] De dwarsdoorsnede van de ring is gewoonlijk vierkant of rechthoekig, maar de duurdere kernen met cirkeldwarsdoorsneden zijn ook beschikbaar. De primaire en secundaire rollen worden vaak gewonden concentrically om de volledige oppervlakte van de kern te behandelen. Dit minimaliseert de nodig lengte van draad, en verstrekt ook onderzoek om het magnetische veld te minimaliseren van de kern van het produceren elektromagnetische interferentie.

Toroidal transformatoren zijn efficiënter dan de goedkopere gelamineerde E-I types voor een gelijkaardig machtsniveau. Andere voordelen in vergelijking met E-I types, omvatten kleinere grootte (ongeveer half), lager gewicht (ongeveer half), minder mechanisch gezoem dat (hen maakt in audioversterkers superieur), lager buiten magnetisch gebied (ongeveer één tiende), laag ontlaad verliezen (hen maken in reservekringen efficiënter), enig-boutsteun, en grotere keus die van vormen. De belangrijkste nadelen zijn hogere kosten en beperkte classificatie.

Worden toroidal kernen van het ferriet gebruikt bij hogere frequenties, typisch tussen een paar tientallen kilohertz aan een megahertz, om verliezen, fysieke grootte, en gewicht van te verminderen schakelaar-wijze machtslevering. Een nadeel van toroidal transformatorbouw is de hogere kosten van winding. Bijgevolg, zijn toroidal transformatoren ongewoon boven classificaties van een paar kVA. De kleine distributietransformatoren kunnen enkele voordelen van een toroidal kern bereiken door het te verdelen en open het te dwingen, dan opnemend een spoel die primaire en secundaire winding bevat.

De kernen van de lucht

Een fysieke kern is geen absoluut vereiste en een functionerende transformator kan eenvoudig worden geproduceerd door de winding in dichte nabijheid aan elkaar te plaatsen, een regeling genoemd „lucht-kern“ een transformator. De lucht die uit de magnetische kring bestaat is hoofdzakelijk lossless, en zodat elimineert een lucht-kern transformator verlies toe te schrijven aan hysterese in het kernmateriaal.^[8] De lekkageinductantie is onvermijdelijk hoog, resulterend in zeer slechte regelgeving, en zodat zijn dergelijke ontwerpen ongeschikt voor gebruik in machtsdistributie.^[8] Zij hebben nochtans zeer hoog bandbreedte, en zijn vaak tewerkgesteld in radiofrequentietoepassingen,^[39] voor wat een bevredigende koppelingscoëfficiënt door de primaire en secundaire winding zorgvuldig te overlappen wordt gehandhaafd.

Winding

het leiden van materiaal gebruikt voor de winding hangt van de toepassing af, maar in alle gevallen moeten de individuele draaien elektrisch van elkaar worden geïsoleerd om ervoor te zorgen dat de huidige reizen door elke draai.^[11] Voor kleine macht en signaaltransformatoren, waarin de stromen laag zijn en het potentiële verschil tussen aangrenzende draaien klein is, worden de rollen vaak gewonden van geëmailleerdes magneetdraad, zoals draad Formvar. De grotere machtstransformatoren die bij hoge voltages werken kunnen met leiders worden gewonden van de koper de rechthoekige strook die door van olie doordrongen document en blokken worden geïsoleerd van pressboard.^[40]

De transformatoren die met hoge frekwentie in de tientallen aan honderden kilohertz werken hebben vaak winding die van gevlecht wordt gemaakt litz draad om het huid-gevolg te minimaliseren en nabijheids effect verliezen.^[11] De grote machtstransformatoren gebruiken veelvoudig-vastgelopen leiders eveneens, aangezien zelfs bij lage machtsfrequenties er niet-uniforme distributie van stroom anders in high-current winding zou bestaan.^[40] Elke bundel is individueel geïsoleerd., en de bundels worden geschikt zodat op bepaalde punten in het winden, of door het gehele winden, elk gedeelte verschillende relatieve posities in de volledige leider bezet. De herschikking maakt het huidige stromen in elke bundel van de leider gelijk, en vermindert wervelstroomverliezen in het winden van. De vastgelopen leider is ook flexibeler dan een stevige leider van gelijkaardige grootte, die vervaardiging helpt.^[40]

Voor signaaltransformatoren, kan de winding worden geschikt op een bepaalde manier om lekkageinductantie te minimaliseren en af te dwalen capacitieve weerstand om reactie met hoge frekwentie te verbeteren. Dit kan door opsplitsing elke rol worden gedaan in secties, en die secties die in lagen tussen de secties van andere het winden worden geplaatst. Dit is gekend als gestapeld type of het doorschoten winden.

Zowel kan de primaire als secundaire winding op machtstransformatoren externe geroepen verbindingen hebben, kranen, aan middenpunten op het winden om selectie van de voltageverhouding toe te staan. De kranen kunnen met een automatische op-lading worden verbonden kraan wisselaar voor voltageregelgeving van distributiekanalen. De transformatoren van de audiofrekwentie, die voor de verspreiding van audio aan openbare adresluidsprekers worden gebruikt, hebben kranen om aanpassing van impedantie aan elke spreker toe te staan. A centrum-onttrokken transformator vaak wordt gebruikt in het outputstadium van een audiomacht versterker in a balans kring. De transformatoren van de modulatie binnen AM de zenders zijn zeer gelijkaardig.

Bepaalde transformatoren hebben de winding die door epoxyhars wordt beschermd. Door het doordringen de transformator met epoxy onder a vacuüm, kan men luchtruimten binnen de winding met epoxy vervangen, waarbij de winding wordt verzegeld en helpend om de mogelijke vorming van corona en absorptie van vuil of water te verhinderen. Dit veroorzaakt transformatoren geschikter om of vuile milieu's, maar aan verhoogde productiekosten te temperen.^[41]

Koelmiddel

De uitgebreide verrichting bij hoge temperaturen is bijzonder beschadigend aan transformatorisolatie.^[42] De kleine signaaltransformatoren produceren geen significante hitte en vergen weinig aandacht dat aan hun wordt gegeven thermisch beheer. De transformatoren van de macht geschat tot een paar kVA kunnen voldoende door natuurlijk worden gekoeld convectie lucht-koelt, soms bijgestaan door ventilators.^[43] De specifieke maatregel moet voor het koelen van high-power transformatoren worden getroffen, de grotere fysieke grootte die zorgvuldig ontwerp vereist om hitte van het binnenland te vervoeren. Sommige machtstransformatoren worden ondergedompeld in gespecialiseerd transformator olie dat doet allebei dienst als koelmiddel, daardoor uitbreidt het leven van de isolatie, en helpt te verminderen corona lossing.^[44] De olie is hoogst geraffineerd minerale olie dat blijft stabiel bij hoge temperaturen zodat intern het een boog vormen analyse of geen brand zal veroorzaken; transformatoren binnen de te gebruiken moeten een onontvlambare vloeistof gebruiken.^[2]

De olie-gevulde tank heeft vaak radiators waardoor de olie door natuurlijke convectie doorgeeft; de grote transformatoren stellen gedwongen - omloop van de olie door elektrische pompen tewerk, die door externe ventilators worden geholpen of met water gekoeld warmtewisselaars.^[44] De olie-gevulde transformatoren ondergaan verlengde het drogen processen om ervoor te zorgen dat de transformator van volledig vrij is water damp vóór de koelolie wordt geïntroduceerd. Dit helpt elektroanalyse onder lading verhinderen. De olie-gevulde transformatoren kunnen worden uitgerust met De relais van Buchholz, wat ontdekken evolueerde het gas tijdens het interne een boog vormen en de-energize snel de transformator om catastrofale mislukking te voorkomen.^[34]

Polychlorinated biphenyls heb eigenschappen die eens hun gebruik als koelmiddel, niettemin zorgen over hun giftigheid goedkeurden en milieu persistentie geleid tot een wijdverspreid verbod op hun gebruik.^[45] Vandaag, niet-toxisch, stabiel silicone- gebaseerde oliën, of fluorinated koolwaterstoffen kan worden gebruikt waar de uitgave van een vuurvaste vloeistof extra de bouw kosten voor een transformatorkluis compenseert.^[42][2] Vóór 1977, zelfs de transformatoren die nominaal slechts met minerale oliën algemeen ook werden gevuld bevatten polychlorinated biphenyls als verontreinigende stoffen bij 10-20 p.p.m..^[46]

Sommige „droge“ transformatoren zijn ingesloten langs en gekoeld in onder druk gezette tanks stikstof of zwavel hexafluoride gas.^[42] Om ervoor te zorgen dat het gas niet lekt en zijn het isoleren vermogen verslechtert, wordt het transformatoromhulsel volledig verzegeld. De experimentele machtstransformatoren in waaier 2 zijn MVA gebouwd met supergeleidend winding die de koperverliezen, maar niet het verlies van het kernstaal elimineert. Deze worden langs gekoeld vloeibare stikstof of helium.^[47]

Terminals

De zeer kleine transformatoren zullen draadlood hebben die rechtstreeks met de einden van de rollen worden verbonden, en die aan de basis van de eenheid voor kringsverbindingen worden uitgebracht. De grotere transformatoren kunnen zware vastgeboute geïsoleerde terminals, busbars of met hoog voltage hebben ringen gemaakt van polymeren of porselein. Een grote ring kan een complexe structuur zijn aangezien het zorgvuldige controle van moet verstrekken elektrisch veld gradiënt zonder de olie van het transformatorlek te laten.^[48]

Geschiedenis

Het transformatorprincipe werd langs aangetoond in 1831 Michael Faraday, hoewel hij het gebruikte om het principe van slechts aan te tonen elektromagnetische inductie en voorzag zijn praktisch gebruik niet. De eerste wijd gebruikte transformator was inductie rol, uitgevonden door Ierse geestelijke Nicholas Callan in 1836.^[49] Hij was één van de eerste om het principe dat te begrijpen de meer draaien transformator het winden, grotere EMF heeft het produceert. De rollen van de inductie die van wetenschappersinspanningen worden geëvolueerdi om hogere voltages van batterijen te krijgen. Zij werden niet langs aangedreven AC, maar Gelijkstroom van batterijen wat door een trillend „breker“ mechanisme werd onderbroken. Tussen 1830s en de jaren 1870 openbaarden de inspanningen om betere inductierollen, meestal door proef en fout te bouwen, langzaam de basisprincipes van transformatorverrichting. De efficiënte ontwerpen zouden niet tot 1880s verschijnen,^[50] maar binnen een minder dan decennium, was de transformator instrumentaal tijdens „Oorlog van Stromen„in het zien wisselstroom systemen triomf over hun gelijkstroom tegenhangers, een positie waarin zij dominant zijn gebleven.^[50]

Russische ingenieur Pavel Yablochkov in 1876 vond een verlichtingssysteem uit dat op een reeks wordt gebaseerd van inductie rollen, zou waar de primaire winding met een bron van wisselstroom en secundaire winding werd verbonden met verscheidene kunnen worden verbonden „elektrische kaarsen“. Het octrooi eiste het systeem „afzonderlijke levering aan verscheidene verlichtingsinrichtingen van verschillende lichtgevende intensiteit uit één enkele bron van stroom“ kon voorzien. Klaarblijkelijk, werkte de inductierol in dit systeem als transformator.

Lucien Gaulard en John Dixon Gibbs, die eerst een apparaat met een open ijzerkern tentoonstelde riep een „secundaire generator“ in Londen in 1882 en verkocht toen het idee aan Amerikaans bedrijf Westinghouse.^[32] Zij stelden ook de uitvinding in Turijn in 1884 tentoon, waar het voor een elektrisch verlichtingssysteem werd goedgekeurd.

Hongaars ingenieurs Zipernowsky, Bláthy en Déri van Het bedrijf van Ganz in Boedapest gecre�ërd het efficiënte „ZBD“ sluiten-kernmodel in 1885 dat op het ontwerp door Gaulard en Gibbs wordt gebaseerd.^[51] Hun octrooitoepassing maakte het eerste gebruik van het woord „transformator“.^[32] Russische ingenieur Mikhail dolivo-Dobrovolsky ontwikkelde de eerste in drie stadia transformator in 1889. In 1891 Nikola Tesla vond uit De rol van Tesla, een lucht-uitgeboorde, dubbel-gestemde resonerende transformator voor zeer het produceren hoge voltages bij hoge frequentie. Audio frequentie tegelijkertijd geroepen transformatoren ( het herhalen van rollen) werden gebruikt door de eerste experimentators in de ontwikkeling van telefoon.

Terwijl de nieuwe technologieën transformatoren in sommige elektronikatoepassingen verouderd hebben gemaakt, worden de transformatoren nog gevonden in vele elektronische apparaten. De transformatoren zijn essentieel voor hoogspanning machts transmissie, wat transmissie over lange afstand economisch praktisch maakt.

Zie ook

• Elektromagnetisme
• Inductor
• Veelfasig systeem
• Balun
• Het profiel van de lading
• De types van transformator
• De wet van Faraday van inductie

Nota's

Verwijzingen

• Centrale Elektriciteit die Raad produceert (1982). De moderne Praktijk van de Krachtcentrale. Pergamon. ISBN 0-08-016436-6. 
• Daniels, A.R. (1985). Inleiding aan ElektroMachines. Macmillan. ISBN 0-333-19627-9. 
• Flanagan, William (1993). Handboek van het Ontwerp en de Toepassingen van de Transformator. McGraw-Hill. ISBN 0-0702-1291-0. 
• Gottlieb, Irving (1998). Het praktische Handboek van de Transformator. Elsevier. ISBN 0-7506-3992-x. 
• Hammond, John Winthrop. Mensen en Volts, het Verhaal van Algemene Elektrisch, gepubliceerd 1941 door J.B.Lippincott. Citaten: ontwerp, vroege types - 106-107; ontwerp, William Stanley, eerst gebouwd - 178; in olie ondergedompeld, begon met gebruik van - 238.
• Harlow, James (2004). De Techniek van de Transformator van de Stroom. CRC Pers. ISBN 0-8493-1704-5. 
• Heathcote, Martin (1998). J & het Boek van de p- Transformator, Twaalfde uitgave. Newnes. ISBN 0-7506-1158-8. 
• Hindmarsh, John (1977). Elektro Machines en hun Toepassingen, 4de uitgave. Exeter: Pergammon. ISBN 0-08-030573-3. 
• Kulkarni, S.V. & Khaparde, S.A. (2004). De Techniek van de transformator: ontwerp en praktijk. CRC Pers. ISBN 0-8247-5653-3. 
• McLaren, Peter (1984). Elementaire Stroom en Machines. Ellis Horwood. ISBN 0-4702-0057-x. 
• McLyman, Kolonel William (2004). Het Handboek van het Ontwerp van de transformator en van de Inductor. CRC. ISBN 0-8247-5393-3. 
• Pansini, Anthony (1999). Het elektro Transformatoren en Materiaal van de Macht. CRC Pers, p23. ISBN 0-8817-3311-3. 
• Ryan, H.M. (2004). De Techniek en het Testen van de hoogspanning. CRC Pers. ISBN 0-8529-6775-6. 
• Zeg, M.G. (1983). De Machines van de Wisselstroom, Vijfde Uitgave. Londen: Pitman. ISBN 0-273-01969-4. 
• Spoelen, John (2002). De Principes en de Toepassingen van de Transformator van de macht. CRC. ISBN 0-8247-0766-4. 
• Gururaj, B.I. (Juni 1963). "Natuurlijke Frequenties van de driefasenWinding van de Transformator". De Transacties van IEEE op de Apparaten en de Systemen van de Macht 82 (66): 318–329. doi:10.1109/TPAS.1963.291359. ISSN 0018-9510. 

Externe verbindingen

• Transformatoren - het Interactieve Leerprogramma van Java Het nationale Hoge Laboratorium van het Magnetische Veld

• Het Lerende Centrum van de transformator Leer meer over Transformatoren en hoe zij werken
• Binnen Transformatoren van de Universiteit van Denver
• Het begrip van Transformatoren: Kenmerken en Beperkingen van het Tijdschrift van de Overeenstemming
• De Indische Vereniging van de Fabrikanten van de Transformator
• 3 de Informatie en de Bouw van de Transformator van de fase - de Plaats van het Middel van de Macht van 3 Fase
• Hulpkantoor en Transmissie bij Het open Project van de Folder
• J.Edwards en T.K Saha, De stroom van de macht in transformatoren via de vector PoyntingPDF (264 KB)
• Inleiding aan Huidige TransformatorenPDF (94.6 KB)
• Een transformator explodeert
• Applet van Java van transformator