Трансформатор формулы: Трансформатор — урок. Физика, 8 класс.

Как рассчитать трансформатор, количество витков намотки на вольт. Габаритная мощность трансформатора. Диаметр провода обмотки.

В раздел: Советы → Расcчитать силовой трансформатор

Как рассчитать силовой трансформатор и намотать самому.
Можно подобрать готовый трансформатор из числа унифицированных типа ТН, ТА, ТНА, ТПП и других. А если Вам необходимо намотать или перемотать трансформатор под нужное напряжение, что тогда делать?
Тогда необходимо подобрать подходящий по мощности силовой трансформатор от старого телевизора, к примеру, трансформатор ТС-180 и ему подобные.
Надо четко понимать, что чем больше количества витков в первичной обмотке тем больше её сопротивление и поэтому меньше нагрев и второе, чем толще провод, тем больше можно получить силу тока, но это зависит от размеров сердечника – сможете ли разместить обмотку.
Что делаем далее, если неизвестно количество витков на вольт? Для этого необходим ЛАТР, мультиметр (тестер) и прибор измеряющий переменный ток – амперметр. Наматываем по вашему усмотрению обмотку поверх имеющейся, диаметр провода любой, для удобства можем намотать и просто монтажным проводом в изоляции.

Формула для расчета витков трансформатора

50/S

Сопутствующие формулы: P=U2*I2    Sсерд(см2)= √ P(ва)    N=50/S    I1(a)=P/220    W1=220*N    W2=U*N    D1=0,02*√i1(ma)    D2=0,02*√i2(ma)   K=Sокна/(W1*s1+W2*s2)

   50/S – это эмпирическая формула, где S – площадь сердечника трансформатора в см2 (ширину х толщину), считается, что она справедлива до мощности порядка 1кВт.
   Измерив площадь сердечника, прикидываем сколько надо витков намотать на 10 вольт, если это не очень трудно, не разбирая трансформатора наматываем контрольную обмотку через свободное пространство (щель). Подключаем лабораторный автотрансформатор к первичной обмотке и подаёте на неё напряжение, последовательно включаем контрольный амперметр, постепенно повышаем напряжение ЛАТР-ом, до начала появления тока холостого хода.

   Если вы планируете намотать трансформатор с достаточно “жёсткой” характеристикой, к примеру, это может быть усилитель мощности передатчика в режиме SSB, телеграфном, где происходят довольно резкие броски тока нагрузки при высоком напряжении ( 2500 -3000 в), например, тогда ток холостого хода трансформатора устанавливаем порядка 10% от максимального тока, при максимальной нагрузке трансформатора. Замерив полученное напряжение, намотанной вторичной контрольной обмотки, делаем расчет количества витков на вольт.
Пример: входное напряжение 220вольт, измеренное напряжение вторичной обмотки 7,8 вольта, количество витков 14.

Рассчитываем количества витков на вольт
14/7,8=1,8 витка на вольт.

Если нет под рукой амперметра, то вместо него можно использовать вольтметр, замеряя падение напряжение на резисторе, включенного в разрыв подачи напряжения к первичной обмотке, потом рассчитать ток из полученных измерений.

Вариант 2 расчета трансформатора.
Зная необходимое напряжение на вторичной обмотке (U2) и максимальный ток нагрузки (Iн), трансформатор рассчитывают в такой последовательности:

1. Определяют значение тока, протекающего через вторичную обмотку трансформатора: I2 = 1,5 Iн, где: I2 – ток через обмотку II трансформатора, А; Iн – максимальный ток нагрузки, А. 2. Определяем мощность, потребляемую выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора: P2 = U2 * I2, где: P2 – максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки, Вт; U2 – напряжение на вторичной обмотке, В; I2 – максимальный ток через вторичную обмотку трансформатора, А. 3. Подсчитываем мощность трансформатора: Pтр = 1,25 P2, где: Pтр – мощность трансформатора, Вт; P2 – максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки трансформатора, Вт. Если трансформатор должен иметь несколько вторичных обмоток, то сначала подсчитывают их суммарную мощность, а затем мощность самого трансформатора. 4. Определяют значение тока, текущего в первичной обмотке: I1 = Pтр / U1, где: I1 – ток через обмотку I, А; Ртр – подсчитанная мощность трансформатора, Вт; U1 – напряжение на первичной обмотке трансформатора (сетевое напряжение).

5. Рассчитываем необходимую площадь сечения сердечника магнитопровода: S = 1,3 Pтр, где: S – сечение сердечника магнитопровода, см2; Ртр – мощность трансформатора, Вт. 6. Определяем число витков первичной (сетевой) обмотки: w1 = 50 U1 / S, где: w1 – число витков обмотки; U1 – напряжение на первичной обмотке, В; S – сечение сердечника магнитопровода, см2. 7. Подсчитывают число витков вторичной обмотки: w2 = 55 U2 / S, где: w2 – число витков вторичной обмотки; U2 – напряжение на вторичной обмотке, В; S-сечение сердечника магнитопровода, см2. 8. Высчитываем диаметр проводов обмоток трансформатора: d = 0,02 I, где: d-диаметр провода, мм; I-ток через обмотку, мА.

Ориентировочный диаметр провода для намотки обмоток трансформатора в таблице 1.

							Таблица 1
Iобм, ma	<25	25 – 60	60 – 100	100 – 160	160 – 250	250 – 400	400 – 700	700 – 1000
d, мм	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3	0,4	0,5	0,6

После выполнения расчетов, приступаем к выбору самого трансформаторного железа, провода для намотки и изготовление каркаса на которой намотаем обмотки.

Для прокладки изоляции между слоями обмоток приготовим лакоткань, суровые нитки, лак, фторопластовую ленту. Учитываем тот факт, что Ш – образный сердечник имеют разную площадь окна, поэтому будет не лишним провести расчет проверки: войдут ли они на выбранный сердечник. Перед намоткой производим расчет – поместится ли обмотки на выбранный сердечник.
Для расчета определения возможности размещения нужного количества обмоток:
1. Ширину окна намотки делим на диаметр наматываемого провода, получаем количество витков наматываемый
на один слой – N¹.
2. Рассчитываем сколько необходимо слоев для намотки первичной обмотки, для этого разделим W1 (количество витков первичной обмотки) на N¹.
3. Рассчитаем толщину намотки слоев первичной обмотки. Зная количество слоев для намотки первичной обмотки умножаем на диаметр наматываемого провода, учитываем толщину изоляции между слоями.
4. Подобным образом считаем и для всех вторичных обмоток.
5. После сложения толщин обмоток делаем вывод: сможем ли мы разместить нужное количество витков всех обмоток на каркасе трансформатора.

Еще один способ расчета мощности трансформатора по габаритам.
Ориентировочно посчитать мощность трансформатора можно используя формулу:

P=0.022*S*С*H*Bm*F*J*Кcu*КПД;
P – мощность трансформатора, В*А;
S – сечение сердечника, см²
L, W – размеры окна сердечника, см;
Bm – максимальная магнитная индукция в сердечнике, Тл;
F – частота, Гц;
Кcu – коэффициент заполнения окна сердечника медью;
КПД – коэффициент полезного действия трансформатора;
Имея в виду что для железа максимальная индукция составляет 1 Тл.
   Варианты значений для подсчета мощности трансформатора КПД = 0,9, f =50, B = 1 – магнитная индукция [T], j =2.5 – плотность тока в проводе обмоток [A/кв.мм] для непрерывной работы, KПД =0,45 – 0,33.

Если вы располагаете достаточно распространенным железом –

трансформатор ОСМ-0,63 У3 и им подобным, можно его перемотать?
Расшифровка обозначений ОСМ: О – однофазный, С – сухой, М – многоцелевого назначения.
По техническим характеристикам он не подходит в для включения однофазную сеть 220 вольт т.к. рассчитан на напряжение первичной обмотки 380 вольт.
Что же в этом случае делать?
Имеется два пути решения.
1. Смотать все обмотки и намотать заново.
2. Смотать только вторичные обмотки и оставить первичную обмотку, но так как она рассчитана на 380В, то с нее необходимо смотать только часть обмотки оставив на напряжение 220в.

При сматывании первичной обмотки получается примерно 440 витков (380В) когда сердечник Ш-образной формы, а когда сердечник трансформатора ОСМ намотан на ШЛ данные другие – количество витков меньше.
Данные первичных обмоток на 220в трансформаторов ОСМ Минского электротехнического завода 1980 год.

• 0,063 – 998 витков, диаметр провода 0,33 мм
• 0,1 – 616 витков, диаметр провода 0,41 мм
• 0,16 – 490 витков, диаметр провода 0,59 мм
• 0,25 – 393 витка, диаметр провода 0,77 мм
• 0,4 – 316 витков, диаметр провода 1,04 мм
• 0,63 – 255 витков, диаметр провода 1,56 мм
• 1,0 – 160 витков, диаметр провода 1,88 мм

ОСМ 1,0 (мощность 1 кВт), вес 14,4кг.

Сердечник 50х80мм. Iхх-300ма

Рассмотрим на примере ТПП-312-127/220-50 броневой конструкции, параллельное включение вторичных обмоток.

В зависимости от напряжения в сети подавать напряжение на первичную обмотку можно на выводы 2-7, соединив между собой выводы 3-9, если повышенное – то на 1-7 (3-9 соединить) и т.д. На схеме подключение показано случае пониженного напряжение в сети.
Часто возникает необходимость применять унифицированные трансформаторы типа ТАН, ТН, ТА, ТПП на нужное напряжение и для получения необходимой нагрузочной способности, а простым языком нам надо подобрать, к примеру, трансформатор со вторичной обмоткой 36 вольт и чтобы он отдавал 4 ампера под нагрузкой, первичная конечно 220 вольт.
Как подобрать трансформатор?
С начало определяем необходимую мощность трансформатора, нам необходим трансформатор мощностью 150 Вт.
Входное напряжение однофазное 220 вольт, выходное напряжение 36 вольт.
После подбора по техническим данным определяем, что в данном случае нам больше всего подходит трансформатор марки ТПП-312-127/220-50 с габаритной мощностью 160 Вт (ближайшее значение в большую сторону ), трансформаторы марки ТН и ТАН в данном случае не подходят.
Вторичные обмотки ТПП-312 имеют по три раздельные обмотки напряжением 10,1в 20,2в и 5,05в, если соединить их последовательно 10,1+20,2+5,05=35,35 вольт, то получаем напряжение на выходе почти 36 вольт. Ток вторичных обмоток по паспорту составляет 2,29А, если соединить две одинаковые обмотки параллельно, то получим нагрузочную способность 4,58А (2,29+2,29).
После выбора нам только остается правильно соединить выходные обмотки параллельно и последовательно.
Последовательно соединяем обмотки для включения в сеть 220 вольт. Последовательно включаем вторичные обмотки, набирая нужное напряжение по 36В на обеих половинках трансформатора и соединяем их параллельно для получения удвоенного значения нагрузочной способности.
Самое важное, правильно соединить обмотки при параллельном и последовательном включении, как первичной так и вторичной обмоток.

Если неправильно включить обмотки трансформатора, то он будет гудеть и перегреваться, что потом приведет его к преждевременному выходу из строя.

По такому же принципу можно подобрать готовый трансформатор на практически любое напряжение и ток, на мощность до 200 Вт, конечно, если напряжение и ток имеют более или менее стандартные величины.
Разные вопросы и советы.
   1. Проверяем готовый трансформатор, а у него ток первичной обмотки оказывается завышенным, что делать? Чтобы не перематывать и не тратить лишнее время домотайте поверх еще одну обмотку, включив ее последовательно с первичной.
   2. При намотке первичной обмотки когда мы делаем большой запас, чтобы уменьшить ток холостого хода, то учитывайте, что соответственно уменьшается и КПД транса.
   3. Для качественной намотки, если применен провод диаметром от 0,6 и выше , то его обязательно надо выпрямить, чтоб он не имел малейшего изгиба и плотно ложился при намотке, зажмите один конец провода в тиски и протяните его с усилием через сухую тряпку, далее наматывайте с нужным усилием, постепенно наматывая слой за слоем. Если приходится делать перерыв, то предусмотрите фиксацию катушки и провода, иначе придется делать все заново. Порой подготовительные работы занимают много времени, но это того стоит для получения качественного результата.
   4. Для практического определения количества витков на вольт, для попавшегося железа в сарае, можно намотать на сердечник проводом обмотку. Для удобства лучше наматывать кратное 10, т.е. 10 витков, 20 витков или 30 витков, больше наматывать не имеет большого смысла. Далее от ЛАТРа постепенно подаем напряжение его увеличивая от 0 и пока не начнет гудеть испытываемый сердечник, вот это и является пределом. Далее делим полученное напряжение подаваемое от ЛАТРа на количество намотанных витков и получаем число витков на вольт, но это значение немного увеличиваем. На практике лучше домотать дополнительную обмотку с отводами для подбора напряжения и тока холостого хода.
   5. При разборке – сборке броневых сердечников обязательно помечайте половинки, как они прилегают друг к другу и собирайте их в обратном порядке, иначе гудение и дребезжание вам обеспечено. Иногда гудения избежать не удается даже при правильной сборке, поэтому рекомендуется собрать сердечник и скрепить чем либо (или собрать на столе, а сверху через кусок доски приложить тяжелый груз), подать напряжение и попробовать найти удачное положение половинок и только потом окончательно закрепить. Помогает и такой совет, поместить готовый собранный трансформатор в лак и потом хорошо просушить при температуре до полного высыхания (иногда используют эпоксидную смолу, склеивая торцы и просушка до полной полимеризации под тяжестью).

Соединение обмоток отдельных трансформаторов

Иногда необходимо получить напряжение нужной величины или ток большей величины, а в наличии имеются готовые отдельные унифицированные трансформаторы, но на меньшее напряжение чем нужно, встает вопрос: а можно ли отдельные трансформаторы включать вместе, чтобы получить нужный ток или величину напряжения?
Для того чтобы получить от двух трансформаторов постоянное напряжение, к примеру 600 вольт постоянного тока, то необходимо иметь два трансформатора которые бы после выпрямителя выдавали бы 300 вольт и после соединив их последовательно два источника постоянного напряжения получим на выходе 600 вольт.

1 Основные формулы и уравнения

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения.

К основным параметрам трансформатора относятся:

S_н – номинальная мощность, В·А;

U_1н – номинальное первичное напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка, В;

U_2н – номинальное вторичное напряжение на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе трансформатора и номинальном первичном напряжении, В;

I_1н, I_2н – номинальный первичный и вторичный токи, протекающие по обмоткам в номинальном режиме работы трансформатора, А.

Отношение

n = Е₁/Е₂ = W₁/W₂ = U₁/U₂ = I₂/I₁

называется коэффициентом трансформации трансформатора.

Номинальные токи обмоток трансформатора:

I_1н = S_н/U_1н, I_2н = S_н/U_2н.

Коэффициент загрузки трансформатора:

β = S₂/S_н = I₁/I_1н = I₂/I_2н.

КПД трансформатора:

β·S_н·cosf₂

η = ––––––––––––––––––– ,

β·S_н·cosf₂ + Р₀ + β²·Р_к

где cosf₂ – коэффициент мощности нагрузки;

Р₀ – потери мощности в трансформаторе в режиме холостого хода, Вт;

Р_к – потери мощности в трансформаторе в режиме короткого замыкания, Вт;

Sн = U_1н/I_1н.

Максимальный КПД соответствует следующему значению коэффициента загрузки трансформатора: ____

β = √Р₀/Р_к .

Процентное изменение напряжения на вторичной обмотке трансформатора:

ΔU_2% = β·(U_ка%·cosf₂+ U_кр%·sinf₂),

где U_ка% = (R_к·I_1н/U_1н)·100% – активная составляющая напряжения короткого замыкания;

U_кр% = (Х_к·I_1н/U_1н)·100% – реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, либо

__________

U_кр% = √(U_к)² – (U_ка)² .

Знак плюс соответствует индуктивной, а знак минус – емкостной нагрузке.

Ток холостого хода трансформатора:

Р₀

I₀ = ––––––––– ,

U_1н · cosf₀

где cosf₀ – коэффициент мощности трансформатора в режиме холостого хода.

Схемы замещения трансформатора (рисунок 1):

Рисунок 1 –– Т-образная и Г-образная схемы замещения трансформатора

Сопротивления короткого замыкания:

__________

Zк = U_к / I_1н, R_к = Р_к / (I_1н)², X_к = √(Z_к)² – (R_к)² ,

либо R_к = Z_к·cosf_к, Х_к = Z_к·sinf_к.

Сопротивления первичной и вторичной обмоток:

R₁ = R’₂ = R_к/2, Х₁ = Х’₂ = Х_к/2,

R₂ = R’₂/n², Х₂ = Х’₂/n².

Сопротивления намагничивающей цепи:

__________

Z₀ = U_1н/I₀, R₀ = Р₀/(I₀)², Х₀ = √(Z₀)² – (R₀)² ,

либо

R₀ = Z₀·cosf₀, Х₀ = Z₀·sinf₀ .

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора:

ΔU₂%

U₂ = U_2н · (1 – ––––––) ,

100%

I’₂ = I₂/n ,

U_1н

I’₂ = ––––––––––––––––––––– ,

√(R_к + R’_н)² + (Х_к + Х’_н)²

R’_н = Z’_н·cosf₂, Х’_н = Z’_н·sinf₂, Z’_н = Z_н·n² .

23.10: Трансформеры – Физика LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

2713

• OpenStax
• OpenStax

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объяснить, как работает трансформатор.
• Рассчитать напряжение, ток и/или количество витков, зная другие величины.

Трансформаторы делают то, что следует из их названия — они преобразуют напряжение из одного значения в другое (используется термин напряжение, а не ЭДС, поскольку трансформаторы имеют внутреннее сопротивление). Например, многие сотовые телефоны, ноутбуки, видеоигры, электроинструменты и небольшие бытовые приборы имеют трансформатор, встроенный в сменный блок (как на рис. \(\PageIndex{1}\)), который изменяет напряжение 120 В или 240 В. переменного тока в любое напряжение, которое использует устройство.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Подключаемый трансформатор становится все более привычным по мере распространения электронных устройств, работающих от напряжения, отличного от обычного 120 В переменного тока. Большинство из них находятся в диапазоне от 3 до 12 В. (кредит: Shop Xtreme)

Трансформаторы также используются в нескольких точках в системах распределения электроэнергии, как показано на рисунке \(\PageIndex{2}\). Энергия передается на большие расстояния при высоком напряжении, потому что для заданной мощности требуется меньший ток, а это означает меньшие потери в линии, как обсуждалось ранее. Но высокое напряжение представляет большую опасность, поэтому для получения более низкого напряжения в месте нахождения пользователя используются трансформаторы.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Трансформаторы изменяют напряжение в нескольких точках системы распределения электроэнергии. Электроэнергия обычно вырабатывается при напряжении более 10 кВ и передается на большие расстояния при напряжении более 200 кВ, иногда до 700 кВ, для ограничения потерь энергии. Местное распределение электроэнергии в районы или предприятия проходит через подстанцию ​​и передается на короткие расстояния при напряжении от 5 до 13 кВ. Оно снижено до 120, 240 или 480 В для обеспечения безопасности на объекте отдельного пользователя.

Тип трансформатора, рассматриваемого в этом тексте (рис. \(\PageIndex{3}\)) основан на законе индукции Фарадея и очень похож по конструкции на аппарат Фарадея, используемый для демонстрации того, что магнитные поля могут вызывать токи. Две катушки называются первичной и вторичной катушками . При нормальном использовании входное напряжение подается на первичную обмотку, а вторичная создает преобразованное выходное напряжение. Железный сердечник не только улавливает магнитное поле, создаваемое первичной катушкой, но и увеличивает его намагниченность. Поскольку входное напряжение переменного тока, изменяющийся во времени магнитный поток направляется на вторичную обмотку, индуцируя ее выходное напряжение переменного тока.

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Типичная конструкция простого трансформатора состоит из двух катушек, намотанных на ферромагнитный сердечник, ламинированный для минимизации вихревых токов. Магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, в основном ограничивается и усиливается сердечником, который передает его вторичной обмотке. Любое изменение тока в первичной обмотке индуцирует ток во вторичной.

Для простого трансформатора, показанного на рисунке \(\PageIndex{3}\), выходное напряжение \(V_{s}\) почти полностью зависит от входного напряжения \(V_{p}\) и отношения числа контуров в первичной и вторичной обмотках. Закон индукции Фарадея для вторичной катушки дает индуцированное выходное напряжение \(V_{s}\) равным

\[V_{s} = -N\dfrac{\Delta \Phi}{\Delta t},\label{23.8.1}\]

, где \(N_{s}\) — количество витков вторичной обмотки, а \(\Delta \Phi / \Delta t\) — скорость изменения магнитного потока. Обратите внимание, что выходное напряжение равно ЭДС индукции (\(V_{s} = ЭДС_{s}\)), при условии, что сопротивление катушки мало (разумное предположение для трансформаторов). Площадь поперечного сечения катушек одинакова с обеих сторон, как и напряженность магнитного поля, поэтому \(\Delta \Phi / \Delta t\) одинаково с обеих сторон. Входное первичное напряжение \(V_{p}\) также связано с изменением потока на

\[V_{p} = -N_{p}\dfrac{\Delta \Phi}{\Delta t}.\label{23.8.2}\]

Причина этого немного сложнее. Закон Ленца говорит нам, что первичная катушка сопротивляется изменению потока, вызванному входным напряжением \(V_{p}\), отсюда и знак минус подробности в последующих разделах). Предполагая пренебрежимо малое сопротивление катушки, петлевое правило Кирхгофа говорит нам, что ЭДС индукции точно равна входному напряжению. Соотношение этих двух последних уравнений дает полезное соотношение:

\[\dfrac{V_{s}}{V_{p}} = \dfrac{N_{s}}{N_{p}}.\label{23.8.3}\]

Это известно как уравнение трансформатора , и оно просто утверждает, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества витков в его катушках.

Выходное напряжение трансформатора может быть меньше, больше или равно входному напряжению, в зависимости от соотношения количества витков в их обмотках. Некоторые трансформаторы даже обеспечивают переменную мощность, позволяя выполнять подключение в разных точках вторичной обмотки. А 9Повышающий трансформатор 0042 увеличивает напряжение, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение. Предполагая, как и мы, что сопротивление пренебрежимо мало, выходная электрическая мощность трансформатора равна его входной мощности. На практике это почти так — КПД трансформатора часто превышает 99%. Приравнивание входной и выходной мощности,

\[P_{p} = I_{p}V_{p} = I_{s}V_{s} = P_{s}.\label{23.8.4}\]

Перестановка терминов дает

\[\dfrac{V_{s}}{V_{p}} = \dfrac{I_{p}}{I_{s}}.\label{23.8.6}\]

Комбинируя это с уравнением \ref{23.8.3} , мы находим, что

\[\dfrac{I_{s}}{I_{p}} = \dfrac{N_{p}}{N_{s}}.\label{23.8.7}\]

— соотношение между выходным и входным токами трансформатора. Таким образом, если напряжение увеличивается, ток уменьшается. И наоборот, если напряжение уменьшается, ток увеличивается.

Пример \(\PageIndex{1}\): Расчет характеристик повышающего трансформатора

Портативный рентгеновский аппарат имеет повышающий трансформатор, входное напряжение которого 120 В преобразуется в рентгеновская трубка. Первичная обмотка имеет 50 витков и при использовании потребляет ток 10,00 А. а) Сколько петель во вторичном? (b) Найдите текущий выход вторичной обмотки. 9{4}. \end{align*}\]

Обсуждение для (a):

Большое количество петель во вторичной обмотке (по сравнению с первичной) требуется для создания такого большого напряжения. Это верно для трансформаторов неоновых вывесок и тех, которые обеспечивают высокое напряжение внутри телевизоров и ЭЛТ.

Стратегия и решение для (b):

Точно так же мы можем найти выходной ток вторичной обмотки, решив уравнение \ref{23.8.7} и \(I_{s}\) и введя известные значения. Это дает 9{4}} \\[5pt] &= 12,0 мА. \end{align*}\]

Обсуждение для (b):

Как и ожидалось, выходной ток значительно меньше входного. В некоторых впечатляющих демонстрациях для создания длинных дуг используются очень большие напряжения, но они относительно безопасны, поскольку выход трансформатора не обеспечивает большой ток. Обратите внимание, что потребляемая мощность здесь

\[\begin{align*}P_{p} = I_{p}V_{p} &= \left(10.00 A \right) \left(120 V \right) \\ [5pt] &= 1,20 кВт. \end{выравнивание*}\]

Это равно выходной мощности

\[\begin{align*} P_{p} = I_{s}V_{s} &= \left(12,0 мА \right) \left(100kV \right) \\[ 5pt] &= 1,20 кВт \end{align*}\]

, как мы предполагали при выводе используемых уравнений.

Тот факт, что трансформаторы основаны на законе индукции Фарадея, проясняет, почему мы не можем использовать трансформаторы для изменения постоянного напряжения. Если первичное напряжение не меняется, то и вторичное напряжение не индуцируется. Одна из возможностей состоит в том, чтобы подключить постоянный ток к первичной катушке через переключатель. Когда переключатель размыкается и замыкается, вторичная обмотка создает напряжение, подобное показанному на рисунке \(\PageIndex{4}\). На самом деле это непрактичная альтернатива, и переменный ток широко используется везде, где необходимо увеличить или уменьшить напряжение.

Рисунок \(\PageIndex{4}\): Трансформаторы не работают с чистым входным напряжением постоянного тока, но если его включать и выключать, как на верхнем графике, выход будет выглядеть примерно так, как на нижнем графике. Это не синусоидальный переменный ток, необходимый большинству приборов переменного тока.

Пример \(\PageIndex{2}\): расчет характеристик понижающего трансформатора выход для зарядки аккумуляторов. В нем используется понижающий трансформатор с 200-контурной первичной обмоткой и входным напряжением 120 В. а) Сколько витков должно быть во вторичной обмотке? (б) Если зарядный ток равен 16,0 А, каков входной ток?

Стратегия и решение для (a):

Можно ожидать, что вторичный узел будет иметь небольшое количество циклов. Решение уравнения \ref{23.8.3} для \(N_{s}\) и ввод известных значений дает

\[\begin{align*} N_{s} &= N_{p}\dfrac{V_{s} }{V_{p}} \\[5pt] &= \left( 200 \right) \dfrac{15.0 V}{120 V} \\[5pt] &= 25. \end{align*}\]

Стратегия и решение для (b):

Текущие входные данные можно получить, решив уравнение \ref{23.8.7} для \(I_{p}\) и введя известные значения. Это дает

\[\begin{align*} I_{p} = I_{s}\dfrac{N_{s}}{N_{p}} \\[5pt] &= \left( 16,0 A \right) \dfrac {25}{200} \\[5pt] &= 2. 00 A. \end{align*}\]

Обсуждение:

Количество витков во вторичной обмотке мало, как и положено для понижающего трансформатора . Мы также видим, что небольшой входной ток создает больший выходной ток в понижающем трансформаторе. Когда трансформаторы используются для работы с большими магнитами, они иногда имеют небольшое количество очень тяжелых петель во вторичной обмотке. Это позволяет вторичной обмотке иметь низкое внутреннее сопротивление и производить большие токи. Еще раз обратите внимание, что это решение основано на допущении о 100% эффективности — или выходная мощность равна входной мощности (\(P_{p} = P_{s}\)) — разумно для хороших трансформаторов. В этом случае первичная и вторичная мощность составляет 240 Вт. (Убедитесь в этом сами для проверки стабильности.) Обратите внимание, что никель-кадмиевые аккумуляторы необходимо заряжать от источника постоянного тока (как и аккумулятор на 12 В). Таким образом, выход переменного тока вторичной катушки необходимо преобразовать в постоянный. Это делается с помощью чего-то, называемого выпрямителем, в котором используются устройства, называемые диодами, которые пропускают ток только в одном направлении.

Трансформаторы имеют множество применений в системах электробезопасности, которые обсуждаются в 23.9.

ИССЛЕДОВАНИЯ PHET: ГЕНЕРАТОР

Генерируйте электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику этого явления, исследуя магниты и то, как вы можете использовать их, чтобы зажечь лампочку.

Рисунок \(\PageIndex{5}\): Генератор

Резюме

• Трансформаторы используют индукцию для преобразования напряжения из одного значения в другое.
• Для трансформатора напряжения на первичной и вторичной обмотках связаны соотношением \[\dfrac{V_{s}}{V_{p}} = \dfrac{N_{s}}{N_{p}},\] где \(V_{p}\) и \(V_{s}\) – напряжения на первичной и вторичной обмотках, имеющих \(N_{p}\) и \(N_{s}\) витков.
• Токи \(I_{p}\) и \(I_{s}\) в первичной и вторичной обмотках связаны соотношением \(\dfrac{I_{s}}{I_{p}} = \dfrac{N_ {p}}{N_{s}}. \)
• Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и уменьшает ток, а понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток.

Глоссарий

трансформатор

Устройство, преобразующее напряжение из одного значения в другое с помощью индукции

уравнение трансформатора

уравнение, показывающее, что отношение вторичных и первичных напряжений в трансформаторе равно отношению числа витков в их обмотках; \(\dfrac{V_{s}}{V_{p}} = \dfrac{N_{s}}{N_{p}}\)

Повышающий трансформатор

трансформатор повышающий напряжение

Понижающий трансформатор

трансформатор, понижающий напряжение

---

Эта страница под названием 23.10: Transformers распространяется под лицензией CC BY 4.0 и была создана, изменена и/или курирована OpenStax с помощью исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   ОпенСтакс

   Лицензия

   СС BY

   Версия лицензии

   4,0

   Программа OER или Publisher

   ОпенСтакс

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. source@https://openstax. org/details/books/college-physics
   2. понижающий трансформатор
   3. повышающий трансформатор
   4. Трансформатор
   5. уравнение трансформатора

Формула трансформатора с примерами — GeeksforGeeks

Трансформатор — это устройство, которое преобразует энергию из одной цепи в другую. За это отвечает электромагнитная индукция. Его называют высокоэффективным преобразователем напряжения, поскольку он может преобразовывать высокое напряжение в низкое и наоборот. Исправный трансформатор состоит из двух обмоток: первичной и вторичной. Повышающие и понижающие трансформаторы – это два типа трансформаторов.

Трансформатор Формула

Трансформатор — это электрическое устройство, которое позволяет поддерживать мощность при повышении или понижении напряжения в электрической цепи переменного тока. Мощность, поступающая в оборудование, равна мощности, получаемой на выходе в случае исправного трансформатора. Реальное оборудование имеет скромный уровень потерь. Это устройство, которое преобразует переменную электрическую энергию одного уровня напряжения в переменную электрическую энергию другого уровня напряжения, основанное на явлении электромагнитной индукции.

Напряжение умножается на силу тока для расчета мощности электрической цепи. В случае трансформатора значение мощности в первичной обмотке такое же, как мощность во вторичной обмотке.

Vp × Ip = Vs × Is

Выходное напряжение трансформатора можно рассчитать, используя входное напряжение и количество витков на основной и вторичной обмотках.

Vp / Vs = Np / Ns

Где,

Vp = первичное напряжение

Vs= Вторичное напряжение

Np = количество витков в первичной обмотке

Ns  = количество витков во вторичной обмотке

Is= Входной ток во вторичной обмотке.

Ip= Входной ток на первичной обмотке.

Примеры задач

Задача 1: количество первичных и вторичных обмоток 80 и 120 соответственно. Вторичное напряжение определяется как 240 В, определяют первичное напряжение.

Раствор

NP = 80

NS = 120

VS = 240 В

Формула трансформатора определяется,

VP / VS = NP / NS

VP = NP / NS × VS

x 12031 /12031 /12031 /12031 /12031 /12031 /12031 /12031 /12031 /12031 /12031 /12031 /12031 /12031 /12031 x 12031 /12031 /12031 /12031 /12031. 240

Vp = 160 В

Задача 2: Количество первичных и вторичных обмоток 60 и 100 соответственно. Вторичное напряжение дается 250В, определите первичное напряжение.

Раствор

Np = 60

Ns = 100

VS = 250V

Формула трансформатора определяется,

VP / VS = NP / NS

VP = NP / NS × vs

= 60/150

VP = 1503132

. Задача 3: Количество первичных и вторичных обмоток 100 и 350 соответственно. Первичное напряжение дается 200В, определите вторичное напряжение.

Раствор

Np = 100

Ns = 350 

Vp = 200 В

Формула трансформатора:

Vp / Vs = Np / Ns

Vs = Vp × Ns / Np

Vs = 200 × 350 / 100

Vs = 700 В соответственно. Вторичное напряжение составляет 310 В, что определяет первичное напряжение.

Решение

Np = 90

Ns= 120

Vs = 310 В

Используя формулу расчета трансформатора, получаем,0032

Vp = Np/Ns × VS

Vp = 90/120 x 310

Vp = 232,5 В

Задача 5. Количество первичных и вторичных обмоток 110 и 240 соответственно. Первичное напряжение составляет 300 В, что определяет вторичное напряжение.

Решение

NP = 110

NS = 240

VP = 300 В

Формула трансформатора приведена,

VP/VS = NP/NS VS/NS

.