Почему не сгорают трансформаторы переменного тока?

Я немного знаком с тем, как работает трансформатор переменного тока. После просмотра этого вопроса:

Почему не все двигатели сгорают мгновенно?

Это заставило меня задуматься о том же с трансформаторами переменного тока.

Первичная катушка должна обеспечивать очень небольшое сопротивление и, таким образом, пропускать большой ток. Я предполагаю, что сопротивление исходит от флуктуирующего магнитного поля. Это верно? Если это так, я предполагаю, что ток увеличивается, когда нагрузка на вторичную катушку накладывается, потому что магнитное поле не коллапсирует в первичную катушку, а вместо этого используется вторичной катушкой?

Кроме того, означает ли это, что если на трансформатор был подан постоянный ток, это вызовет проблемы? (т.е. очень высокий ток)

Я уверен, что я не говорю это правильно, поэтому я надеюсь, что кто-то может исправить меня.

Подводя итог моему вопросу, каково поведение первичной катушки трансформатора (с точки зрения протекания тока), когда нагрузка на вторичную катушку отсутствует, и что изменяется, когда нагрузка накладывается на вторичную катушку?

Энди дал вам классический академический ответ на ваши вопросы. Все, что он изложил, верно, но я сомневаюсь, что как новичок вы поймете большинство из них. Итак, позвольте мне попробовать простое объяснение.

Основным элементом трансформатора является катушка, намотанная вокруг железного сердечника, которая может принимать одну из нескольких форм. Эта первичная обмотка имеет очень низкое сопротивление. (Измерьте сопротивление типового силового трансформатора, используемого в электронном настольном оборудовании с цифровым мультиметром, и вы увидите, что оно составляет всего несколько Ом.) Подключите к этому источник напряжения постоянного тока, результат будет вполне предсказуемым. Источник напряжения будет выдавать настолько большой ток, насколько он способен, на первичную обмотку, и трансформатор будет очень горячим и, вероятно, поднимется в дыму. Это или ваш источник постоянного тока перегорит предохранитель, сгорит сам или перейдет в режим ограничения тока, если он так оборудован. Между прочим, в то время как этот высокий ток течет, первичная обмотка фактически создает однонаправленное магнитное поле в сердечнике трансформатора.

Теперь измерьте индуктивность вторичной обмотки с помощью измерителя LRC. (Это DMM-подобное устройство, которое измеряет только индуктивность, сопротивление и емкость - «LRC».) Для силового трансформатора 60 Гц вы, вероятно, будете считывать несколько Генри индуктивности через его первичные выводы.

Затем примените это значение "L" к формуле чтобы рассчитать «индуктивное сопротивление» (« X L ») первичной обмотки, где «f» - основная частота переменного тока 60 Гц для США. , Ответ X L выражается в единицах Ом, как и сопротивление постоянному току, но в данном случае это «Ом переменного тока», или «импеданс».$X_L = 2 \pi f L$$X_L$$X_L$

Затем примените это значение к «закону Ома», как если бы вы использовали резистор, подключенный к источнику постоянного тока. Я = $X_L$$I = \frac{V}{X_L}$, В обычном случае в США мы имеем среднеквадратичное значение 120 вольт как V. Теперь вы увидите, что текущее «I» является вполне разумным значением. Скорее всего, несколько сотен миллиампер (также RMS). Вот почему вы можете подать 120 вольт на ненагруженный трансформатор, и он будет работать без проблем в течение столетия. Этот первичный ток в несколько сотен миллиампер, называемый «током возбуждения», вырабатывает тепло в первичной обмотке трансформатора, но механическая масса трансформатора может обрабатывать это количество тепла практически всегда. Тем не менее, как описано выше, не потребовалось бы 5 В постоянного тока, а потребовалось бы несколько минут, чтобы сжечь этот же трансформатор, если бы этот источник постоянного тока мог выдавать достаточно большой ток для успешного возбуждения катушки постоянного тока с низким R. Это «чудо» индуктивного сопротивления! Это'

Это для ненагруженного трансформатора. Теперь подключите соответствующую резистивную нагрузку к вторичному. Ток возбуждения, описанный выше, будет продолжать течь с более или менее одинаковой величиной. Но теперь и дополнительный ток будет течь в первичном. Это называется «отраженным током» - током, который «вызывается» током вторичной резистивной нагрузки, потребляемым от вторичной обмотки трансформатора. Величина этого отраженного тока определяется отношением витков силового трансформатора. Простейшим способом определения отраженного тока является использование метода «ВА» (вольт-ампер). Умножьте вторичное напряжение трансформатора на ток в амперах, потребляемых резистивной нагрузкой, подключенной к вторичной обмотке. (Это, по сути, «Ватт» - вольт, ампер.) «Метод VA» говорит, что VA вторичной обмотки должен равняться инкрементной VA первичной. («Инкрементный» в данном случае означает «в дополнение к току возбуждения».) Таким образом, если у вас есть типовой силовой трансформатор переменного тока с первичной обмоткой на 120 вольт-ампер и вторичной обмоткой на 6 вольт-ампер, и вы подключаете резистор на 6 Ом к вторичной обмотке, то Нагрузка в 6 Ом будет получать среднеквадратичное значение 1,0 А от вторичного источника. Итак, вторичный VA = 6 x 1 = 6. Этот вторичный VA должен численно равняться первичному VA, где напряжение составляет 120 VRMS. 0 ампер RMS от вторичного. Итак, вторичный VA = 6 x 1 = 6. Этот вторичный VA должен численно равняться первичному VA, где напряжение составляет 120 VRMS. 0 ампер RMS от вторичного. Итак, вторичный VA = 6 x 1 = 6. Этот вторичный VA должен численно равняться первичному VA, где напряжение составляет 120 VRMS.
Первичный VA = вторичный VA = 6 = 120 x I.
I = 6/120 или только среднеквадратичное значение 50 миллиампер.

Большую часть этого можно проверить с помощью простого цифрового мультиметра для измерения токов в первичной и вторичной обмотках в условиях холостого хода и нагрузки. Попробуйте сами, но будьте осторожны с первичным, потому что 120 VRMS почти летальны. Однако вы НЕ сможете непосредственно наблюдать «инкрементный» ток в первичной обмотке, вызванный добавлением нагрузки на вторичную обмотку. Почему? Этот ответ не так прост! Ток возбуждения и отраженный ток сдвинуты по фазе на 90 градусов. Они «складываются», но складываются в соответствии с векторной математикой, и это совсем другое обсуждение.

К сожалению, красиво выраженный ответ Энди выше вряд ли будет оценен, если читатель не поймет векторную математику применительно к цепям переменного тока. Я надеюсь, что мой ответ и ваши проверочные эксперименты дадут вам общее представление о том, как «работает» силовой трансформатор.

Я предполагаю, что ток увеличивается, когда нагрузка помещается на вторичную катушку, потому что магнитное поле не падает в первичную катушку, а вместо этого используется вторичной катушкой?

Звучит правильно, но это не так. Вообще говоря, для достаточно эффективного трансформатора намагниченность сердечника является постоянной при любых условиях вторичной нагрузки. Проблема в том, как я могу объяснить, что, не убедив вас, что эквивалентная схема трансформатора (ниже) не ошибается:

Что следует отметить: -

• Xm составляет 99,9% первичной индуктивности трансформатора
• Xp (первичная индуктивность рассеяния) составляет конечные 0,1% первичной индуктивности
• Xs и Rs - это индуктивность вторичного рассеяния и сопротивление обмотки, относящиеся к первичному в результате действия квадрата отношения витков.
• То, что выглядит как трансформатор (справа), не следует рассматривать как таковое - это идеальный преобразователь энергии и вообще не генерирует магнетизм - это устройство, помогающее математике, и я желаю гробов, которые рисуют эти картинки просто показал бы это как черный ящик !!

Как вы можете видеть, даже в условиях большой нагрузки падение напряжения от Rp и Xp невелико по сравнению с входным напряжением переменного тока, и это означает, что напряжение на Xm довольно постоянное. Обратите внимание, что Xm является единственным компонентом, который производит магнетизм в ядре. Не уверен, а? Я не буду винить тебя.

Вот еще один способ взглянуть на это

Серия из 4 рисунков ниже пытается продемонстрировать, что вклады потока от токов нагрузки как в первичном, так и во вторичном контурах равны и противоположны, и поэтому поток аннулируется. Он показывает простой трансформатор 1: 1, но в равной степени применяется к различным отношениям витков, потому что поток пропорционален ампер-виткам, а не усилителям. Посмотрите на каждую картинку по очереди:

1) Да, сопротивление открытого трансформатора исходит от флуктуирующего магнитного поля (пытается изменить магнитное поле сердечника)

2) Да, если на первичную обмотку подается постоянное напряжение, у вас проблемы, возможно, трансформатор перегорел. (Если по какой-то причине он не рассчитан на этот ток). Я потерял катушку на старом мотоцикле пару раз по тем же причинам: левый включился с выключенным мотором, катушка сгорела, а пластик выпал.

3) Без нагрузки на вторичную обмотку ток через первичную обмотку должен проходить через очень большую / очень жесткую индуктивность («индуктивность рассеяния») первичной катушки.

4) При нагрузке на вторичную обмотку вторичный ток отменяет влияние на сердечник первичной обмотки.

Трансформатор, предназначенный для постоянного тока через него, называется насыщаемым реактором и используется в качестве выключателя; Т.е. постоянный ток насыщает магнитопровод, поэтому источник переменного тока не может изменить поток в сердечнике, следовательно, вторичное напряжение переменного тока равно нулю. Когда постоянный ток отключен, поток в сердечнике теперь может меняться, и происходит нормальное действие трансформатора, приводящее к переменному напряжению на вторичной обмотке.

Подобное устройство, но использующее переменный ток, насыщающий сердечник, называется феррорезонансным трансформатором. Они были использованы для дешевой стабилизации вторичного напряжения трансформатора. Это устройство имеет две вторичные обмотки, одна из которых закорочена конденсатором большой величины, а другая - выходной обмоткой.