Transformatorius

Šioje temoje nagrinėjama elektromagnetinė indukcija, induktyvumas, saviindukcija, magnetinio lauko energija ir transformatorių veikimo principai. Aptariama, kaip apskaičiuoti induktyvumą, saviindukcijos elektrovarą, magnetinio lauko energiją, bei transformatoriaus parametrus. Taip pat aiškinamasi transformacijos koeficiento prasmė ir jo panaudojimas.

Induktyvumas ir jo matavimas
Induktyvumas yra savybė, apibūdinanti elektros grandinės gebėjimą priešintis srovės pokyčiams. Jis matuojamas tam tikrais vienetais (Henrais, \(H\)).
Laiko skaičiavimas saviindukcijai (91 ms)
Laikas, per kurį 240 mH induktyvumo ritės vijomis tekanti srovė sustiprėja nuo nulio iki 11,4 A, esant 30 V saviindukcijos elektrovarai, apskaičiuojamas pagal formulę \(\Delta t = (L * \Delta I) / E\). \(\Delta t = (0,24 \text{ H} * 11,4 \text{ A}) / 30 \text{ V} = 0,0912 \text{ s} = 91,2 \text{ ms}\).
Magnetinio lauko energija
Magnetinio lauko energija atsiranda, kai elektros srovė teka rite. Ši energija yra kaupiama ritės kuriamame magnetiniame lauke. Išjungus grandinę, magnetinis laukas išnyksta, o sukaupta energija išsiskiria.
Magnetinio lauko energijos skaičiavimas (4 J)
Magnetinio lauko energija (\(W\)) ritėje, kuria teka 4 A stiprio srovė, o ją kertantis magnetinis srautas yra 0,01 Wb, o ritė turi 200 vijų, apskaičiuojama pagal formulę: \(W = (1/2) * L * I^2\). Pirmiausia reikia rasti induktyvumą \(L = N * Φ / I = 200 * 0.01 \text{ Wb} / 4 \text{ A} = 0.5 \text{ H}\). Tada, \(W = (1/2) * 0.5 \text{ H} * (4 \text{ A})^2 = 4 \text{ J}\).
Ritės induktyvumo kitimas su geležine šerdimi
Į ritę įkišus geležinę šerdį, jos induktyvumas padidėja. Taip atsitinka, nes geležis turi didesnį magnetinį laidumą nei oras, todėl sustiprina ritės kuriamą magnetinį lauką.
Ritės induktyvumo skaičiavimas (0,04 H)
Ritės, kuria teka 5 A stiprio elektros srovė ir sukuria \(0,2 \text{ Wb}\) magnetinį srautą, induktyvumą galima apskaičiuoti pagal formulę \(L = \Phi / I\), kur \(L\) - induktyvumas, \(\Phi\) - magnetinis srautas, \(I\) - srovės stipris. \(L = 0,2 \text{ Wb} / 5 \text{ A} = 0,04 \text{ H}\).
Ritės induktyvumo skaičiavimas (3 mH)
Ritės, kuria teka 4 A stiprio elektros srovė ir sukuria 12 mWb magnetinį srautą, induktyvumą galima apskaičiuoti pagal formulę \(L = \Phi / I\), kur \(L\) - induktyvumas, \(\Phi\) - magnetinis srautas, \(I\) - srovės stipris. \(L = 12 \text{ mWb} / 4 \text{ A} = 3 \text{ mH}\). Induktyvumas nepriklauso nuo elektros srovės stiprio, jei ritės šerdies magnetinės savybės nesikeičia (pvz., nepasiekiama magnetinio įsotinimo būsena).
Saviindukcija ritėje su nuolatine srove
Saviindukcija ritėje, kuria teka nuolatinė elektros srovė, vyksta tik srovės stipriui kintant (įjungiant arba išjungiant grandinę, keičiant srovės stiprį). Kai srovė yra pastovi, saviindukcijos reiškinio nėra.
Saviindukcijos elektrovaros skaičiavimas (40 V)
Saviindukcijos elektrovara (\(E\)) apskaičiuojama pagal formulę \(E = -L * (\Delta I / \Delta t)\), kur \(L\) – ritės induktyvumas, \(\Delta I\) – srovės pokytis, \(\Delta t\) – laiko pokytis. Žinant ritės induktyvumą (8 H) ir srovės stiprio kitimo grafiką, galima nustatyti \(\Delta I / \Delta t\) ir apskaičiuoti saviindukcijos elektrovarą.
Saviindukcijos ir elektromagnetinės indukcijos palyginimas
Saviindukcija yra elektromagnetinės indukcijos atvejis, kai kintantis magnetinis laukas indukuoja elektrovarą toje pačioje ritėje, kurioje teka kintanti srovė. Elektromagnetinė indukcija – platesnis reiškinys, kai kintantis magnetinis laukas indukuoja elektrovarą bet kurioje netoliese esančioje laidžioje medžiagoje (įskaitant ir kitas rites).
Transformacijos koeficientas
Transformacijos koeficientas (\(k\)) apibūdina įtampos kitimą transformatoriuje. Jis lygus įtampų pirminėje (\(U_1\)) ir antrinėje (\(U_2\)) apvijose santykiui, arba vijų skaičių santykiui (\(k = U_1/U_2 = N_1/N_2\)). Jei \(k > 1\), transformatorius yra žeminamasis; jei \(k < 1\) – aukštinamasis.
Transformatoriaus galia
Idealiu atveju, transformatoriaus įėjimo galia (pirminėje apvijoje) yra lygi išėjimo galiai (antrinėje apvijoje). Praktiškai, dėl nuostolių šerdyje ir apvijose, išėjimo galia yra šiek tiek mažesnė už įėjimo galią. Tačiau, geros kokybės transformatoriuose nuostoliai yra nedideli (2-3 %), todėl galima teigti, kad \(U_1 I_1 \approx U_2 I_2\).
Transformatoriaus parametrų skaičiavimas - pavyzdys
Jei pirminė transformatoriaus apvija turi 1000 vijų (\(N_1\)) ir yra prijungta prie 120 V įtampos šaltinio (\(U_1\)), o antrinėje apvijoje susukta 100 vijų (\(N_2\)), tai: a) Transformacijos koeficientas: \(k = N_1 / N_2 = 1000 / 100 = 10\). b) Antrinės apvijos gnybtų įtampa: \(U_2 = U_1 / k = 120 \text{ V} / 10 = 12 \text{ V}\).
Transformatoriaus sandara
Paprastas transformatorius susideda iš dviejų elektriškai izoliuotų ričių (apvijų), apvyniotų aplink bendrą geležinę šerdį. Pirminė apvija jungiama prie kintamosios įtampos šaltinio, o antrinė apvija – prie apkrovos (elektros energijos vartotojų).
Transformatoriaus tipas ir transformacijos koeficientas - pavyzdys
Norint nustatyti transformatoriaus tipą, reikia palyginti pirminės ir antrinės apvijų vijų skaičių arba įtampas. Jei pirminės apvijos vijų skaičius didesnis už antrinės (\(N_1 > N_2\)), arba pirminės apvijos įtampa didesnė už antrinės(\(U_1 > U_2\)), transformatorius yra žeminamasis. Jei atvirkščiai transformatorius yra aukštinamasis. Transformacijos koeficientas apskaičiuojamas kaip įtampų arba vijų skaičiaus santykis (\(k= U_1/U_2=N_1/N_2\)).
Transformatoriaus veikimo principas
Pirmine apvija tekanti kintamoji srovė sukuria kintantį magnetinį lauką šerdyje. Šis kintantis laukas indukuoja elektrovarą (įtampą) tiek pirminėje (saviindukcija), tiek antrinėje apvijoje. Įtampų santykis tarp apvijų yra tiesiogiai proporcingas jų vijų skaičių santykiui (\(E_1 / E_2 = N_1 / N_2\)).
Transformatorius: Įvadas
Transformatorius yra įrenginys, skirtas kintamajai įtampai padidinti arba sumažinti. Jis veikia elektromagnetinės indukcijos principu ir yra sudarytas iš dviejų arba daugiau apvijų, apvyniotų aplink bendrą magnetinę šerdį.
Žeminamojo transformatoriaus skaičiavimas - pavyzdys(20V)
Žeminamojo transformatoriaus, kurio transformacijos koeficientas 10 (\(k\)), įjungto į \(220 \text{ V}\) įtampos tinklą (\(U_1\)), antrinės apvijos varža lygi \(0,2 \text{ } \Omega\) (\(R_2\)), o naudingosios apkrovos – \(2,0 \text{ } \Omega\) (\(R_a\)). Transformatoriaus išvadų įtampą (\(U_2\)) galima apskaičiuoti keliais etapais. Pirma, apskaičiuojame įtampą antrinėje apvijoje be apkrovos: \(U_{20} = U_1 / k = 220 \text{V} / 10 = 22 \text{V}\). Tada, apskaičiuojame srovę antrinėje apvijoje: \(I_2 = U_{20} / (R_2 + R_a) = 22 \text{ V}/(0.2 \text{} \Omega + 2.0 \text{} \Omega) = 10 \text{ A}\). Galiausiai, įtampa transformatoriaus išvaduose: \(U_2 = I_2 * R_a = 10 \text{A} * 2.0 \text{} \Omega = 20 \text{V}\).

Prisijungti

arba
Real 2
„X“ yra inovatyvi mokymosi platforma, kurios tikslas – teikti aukštos kokybės mokymo medžiagą įvairiausių klasių mokiniams. Patyrusių specialistų parengtas turinys skatina smalsumą, padeda išsamiau ir giliau suprasti mokomus dalykus bei sėkmingai pasiruošti akademiniams iššūkiams.
Atsisiųsk programėlę:
Susisiek su mumis: info@knowledgenestapp.com