Выходное напряжение трансформатора зависит от соотношения числа обмоток первичной и вторичной обмоток, но влияет ли это на производительность трансформатора фактическим числом обмоток?
Скажем, я хочу иметь соотношение 1: 2, я могу намотать обмотки 10:20 или 100: 200.
В общем, чем больше обмоток - тем больше сопротивление, индуктивность и стоимость. Есть ли смысл в намотке больше или счетчик оборотов сведен к абсолютному минимуму? Как определяется минимальное количество обмоток?
Ответы:
Индуцированное магнитное поле пропорционально ампер-виткам, то есть текущему временному числу витков. Электрическая энергия преобразуется в магнитную энергию в сердечнике и обратно в электрическую. Ядро должно быть достаточно большим, чтобы удерживать его без насыщения. Для трансформатора на 100 ВА вы хотите передавать магнитную энергию больше, чем для трансформатора на 10 ВА. 100 ВА больше, потому что у него больше оборотов для создания более сильного поля, а также требуется большее ядро, чтобы избежать его насыщения.
Скажем, я хочу иметь соотношение 1: 2, я могу намотать 10:20 или 100: 200 обмоток
Есть две причины, чтобы ответить на это, и Брайан проделал приличную работу, объясняя основную проблему, имея слишком мало поворотов на первичном, но упустил пару тонкостей. Другая причина - указать на ошибку в принятом в настоящее время ответе.
Игнорируя вторичную обмотку (и любую нагрузку, которая может быть подключена к ней), трансформатор становится просто индуктором. Если этот индуктор расположен на источнике переменного тока, вы хотите, чтобы индуктивность была достаточно высокой, чтобы избежать большого реактивного тока, потребляемого от источника питания - энергетические компании были бы зажаты, если бы каждый первичный трансформатор потреблял 10 ампер реактивного тока - система электроснабжения рухнет и сгорит !!
Но есть и другая причина, связанная с насыщением ядра. Я все еще говорю о трансформаторе в качестве индуктора здесь; Ампер-витки и размеры сердечника определяют Н-поле внутри сердечника, а амперы определяются индуктивностью (и напряжением питания). В свою очередь, индуктивность определяется другими параметрами сердечника и количеством витков.
Таким образом, сравните 10 витков с 100 витками - первичная на 100 витков в 100 раз больше индуктивности первичной на 10 витков, и это означает, что ток (для фиксированного источника переменного тока) в 100 раз меньше, чем для первичной на 10 витков.
Таким образом, усилители уменьшились на 100, а обороты увеличились на 10, поэтому общий эффект заключается в том, что ампер-витки уменьшились на 10 - это означает, что H-поле уменьшилось на десять, и ядро с гораздо меньшей вероятностью будет насыщаться.
Если вы подключаете вторичную нагрузку, ток в первичной обмотке увеличивается от тока основной намагниченности до более высокого тока. Это изменение тока называется первичным током, принимаемым вторичной нагрузкой.
Так что теперь можно рассмотреть еще два набора ампер-витков - вторичные ампер-витки и дополнительные первичные ампер-витки из-за вторичной нагрузки. Я говорю «может», потому что на самом деле нам вообще не нужно их учитывать - они прекрасно компенсируются внутри сердечника, и ядро не более насыщено током нагрузки, чем это было, когда вторичной нагрузки не было.
Но, кажется, огромное количество инженеров этого не понимают - это звучит не интуитивно, так как я могу убедить неверующего? Рассмотрим 4 следующих сценария:
Сценарии 1 и 2 о преобразовании одной первичной обмотки в две параллельные обмотки. S1 имеет ток намагничивания Im, и, следовательно, каждая обмотка в S2 принимает Im / 2. Другими словами, тесно связанные параллельные провода ведут себя как один провод. Интересно, что каждый провод S2 ДОЛЖЕН теперь иметь двойную индуктивность, и, если вы переставите эти два провода последовательно, у вас будет первичная индуктивность, которая в 4 раза больше, чем у S1 - это доказывает, что удвоение числа витков в четыре раза увеличивает индуктивность. Десятикратное число витков означает в сто раз больше индуктивности.
S3 просит вас обдумать, что происходит, когда одна из параллельных обмоток S2 отключена - каково будет фазовое соотношение напряжения на этой отключенной обмотке по сравнению с напряжением первичной обмотки? Если вы считаете, что это противофазно к первичному напряжению, то, что случилось бы в сценарии 2, вызвало бы пожар!
Таким образом, ясно, что наведенное напряжение в отключенной обмотке (S3) имеет ту же фазу (и величину), что и первичное напряжение.
S4 должен быть чистым - подключите нагрузку к изолированной обмотке, и ток, который течет в первичной обмотке, находится в направлении, противоположном току, протекающему в «новой» вторичной обмотке.
Короче говоря, это означает, что амперные витки в первичной обмотке (из-за тока вторичной нагрузки) полностью аннулируются витками амперной обмотки во вторичной обмотке.
Это также означает, что трансформатор, который требуется для более высокой мощности нагрузки, не становится больше из-за возможности насыщения сердечника. Он сделан больше, так что можно использовать более толстые провода (меньшие потери в меди), а более толстые провода требуют больше места, а значит, и большего сердечника.
Для любого трансформатора вы хотите перевести большую часть подаваемой энергии в нагрузку, поэтому вы хотите тратить как можно меньше энергии в трансформаторе.
Однако вам нужно потратить некоторое количество энергии на намагничивание сердечника в каждом полупериоде, и количество оборотов влияет на мощность, необходимую для этого. Вы можете смоделировать эту потерянную мощность как индуктивность, подключенную к первичной обмотке, поэтому вы хотите максимизировать импеданс этой индуктивности, чтобы минимизировать потерянную мощность.
И индуктивность пропорциональна квадрату числа витков, поэтому первичный элемент с 100 витками будет иметь 100-кратную индуктивность первичного элемента с 10 витками.
Для увеличения сопротивления вы можете сделать три вещи: