Почему не горят трансформаторы переменного тока

Энди дал вам классический академический ответ на ваши вопросы. Все, что он сказал, верно, но я сомневаюсь, что вы, как новичок, поймете большую часть этого. Итак, позвольте мне попробовать простое объяснение.

Первичная обмотка трансформатора представляет собой катушку, намотанную на железный сердечник, который может принимать одну из нескольких форм. Эта первичная обмотка имеет очень низкое сопротивление. (Измерьте сопротивление типичного силового трансформатора, используемого в электронном стендовом оборудовании, с помощью цифрового мультиметра, и вы обнаружите, что оно составляет всего несколько Ом.) Подключите к нему источник постоянного напряжения, результат вполне предсказуем. Источник напряжения будет подавать настолько большой ток, насколько он способен, на первичную обмотку, и трансформатор сильно нагреется и, вероятно, сгорит. Это или ваш источник постоянного тока перегорит предохранитель, сгорит сам или перейдет в режим ограничения тока, если он так оборудован. Между прочим, пока протекает этот большой ток, первичная обмотка фактически создает однонаправленное магнитное поле в сердечнике трансформатора.

Теперь измерьте индуктивность вторичной обмотки измерителем LRC. (Это устройство, похожее на цифровой мультиметр, которое измеряет только индуктивность, сопротивление и емкость — «LRC».) Для силового трансформатора с частотой 60 Гц вы, вероятно, прочтете несколько генри индуктивности на его первичных проводах.

Затем примените это значение «L» к формуле$X_L = 2 \pi f L$рассчитать "индуктивное сопротивление" ("$X_L$" ) первичной обмотки, где "f" - частота сети переменного тока 60 Гц для США. Ответ,$X_L$, измеряется в Омах так же, как сопротивление постоянному току, но в данном случае это «Омы переменного тока», также известные как «импеданс».

Затем примените это значение$X_L$к «Закону Ома», как если бы вы использовали резистор, подключенный к источнику постоянного тока.$I = \frac{V}{X_L}$. В обычном случае США у нас есть среднеквадратичное значение 120 вольт как V. Теперь вы увидите, что ток «I» является вполне разумным значением. Вероятно, несколько сотен миллиампер (также RMS). Вот почему вы можете подать 120 вольт на ненагруженный трансформатор, и он без проблем проработает столетие. Этот первичный ток в несколько сотен миллиампер, называемый «током возбуждения», выделяет тепло в первичной обмотке трансформатора, но механическая масса трансформатора по своей конструкции может выдерживать такое количество тепла практически вечно. Тем не менее, как описано выше, потребуется не 5 В постоянного тока, а несколько минут, чтобы сжечь тот же самый трансформатор, если этот источник постоянного тока способен подавать достаточно большой ток, чтобы успешно управлять катушкой постоянного тока с низким сопротивлением. Это «чудо» индуктивного сопротивления! Это'

Это для ненагруженного трансформатора. Теперь подключите соответствующую резистивную нагрузку к вторичной обмотке. Описанный выше ток возбуждения будет продолжать течь с более или менее той же величиной. Но теперь и в первичке потечет дополнительный ток. Это называется «отраженный ток» — ток, который «вызван» вторичной резистивной нагрузкой, потребляющей ток от вторичной обмотки трансформатора. Величина этого отраженного тока определяется соотношением витков силового трансформатора. Самый простой способ определить отраженный ток — использовать метод «ВА» (вольт-ампер). Умножьте вторичное напряжение трансформатора на ток в амперах, потребляемый резистивной нагрузкой, присоединенной к вторичной обмотке. (По сути, это «ватты» — вольты, умноженные на амперы.) «Метод ВА» говорит о том, что ВА вторичной обмотки должна равняться инкрементной ВА первичной. («Инкрементальный» в данном случае означает «в дополнение к току возбуждения».) Таким образом, если у вас есть типичный силовой трансформатор переменного тока с первичной обмоткой 120 Вэфф и вторичной обмоткой 6 Вэфф, и вы присоединяете резистор 6 Ом к вторичной обмотке, это Нагрузка 6 Ом потребляет 1,0 А RMS от вторичной обмотки. Таким образом, вторичная ВА = 6 x 1 = 6. Эта вторичная ВА должна численно равняться первичной ВА, где напряжение составляет 120 Вэфф. 0 ампер RMS от вторичного. Таким образом, вторичная ВА = 6 x 1 = 6. Эта вторичная ВА должна численно равняться первичной ВА, где напряжение составляет 120 Вэфф. 0 ампер RMS от вторичного. Таким образом, вторичная ВА = 6 x 1 = 6. Эта вторичная ВА должна численно равняться первичной ВА, где напряжение составляет 120 Вэфф.
Первичная ВА = вторичная ВА = 6 = 120 x I.
I = 6/120 или только 50 миллиампер RMS.

Вы можете проверить большую часть этого, используя простой цифровой мультиметр для измерения токов в первичной и вторичной обмотках в условиях холостого хода и нагрузки. Попробуйте сами, но будьте осторожны с первичным, потому что эти 120 VRMS почти смертельны. Однако вы НЕ сможете напрямую наблюдать «добавочный» ток в первичной обмотке, вызванный добавлением нагрузки во вторичную обмотку. Почему? Этот ответ не так прост! Ток возбуждения и отраженный ток сдвинуты по фазе на 90 градусов. Они «складываются», но они складываются в соответствии с векторной математикой, и это совсем другой разговор.

К сожалению, прекрасно выраженный выше ответ Энди вряд ли будет оценен, если читатель не понимает векторную математику, применяемую к цепям переменного тока. Я надеюсь, что мой ответ и ваши проверочные эксперименты дадут вам численное понимание того, как «работает» силовой трансформатор.

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

Звучит правильно, но это не так. Вообще говоря, для достаточно эффективного трансформатора намагниченность сердечника постоянна при любых условиях вторичной нагрузки. Беда в том, как мне это объяснить, не убедив вас в том, что эквивалентная схема трансформатора (ниже) неверна: -

Что следует отметить: -

• Xm составляет 99,9% первичной индуктивности трансформатора.
• Xp (первичная индуктивность рассеяния) составляет последние 0,1% первичной индуктивности.
• Xs и Rs — индуктивность рассеяния вторичной обмотки и сопротивление обмотки, отнесенные к первичной обмотке под действием квадрата отношения витков.
• То, что выглядит как трансформатор (справа), не должно рассматриваться как таковое - это идеальный преобразователь энергии и вообще не генерирует магнетизм - это устройство, помогающее математике, и я желаю ученым, которые рисуют эти картинки. просто показал бы это как черный ящик!!

Как вы можете видеть, даже в условиях большой нагрузки падение напряжения на Rp и Xp мало по сравнению с входным переменным напряжением, а это означает, что напряжение на Xm достаточно постоянно. Обратите внимание, что Xm — единственный компонент, создающий магнетизм в ядре. Не убедил, а? Я бы не стал винить тебя.

Вот еще один способ взглянуть на это

Серия из 4 рисунков ниже пытается продемонстрировать, что вклады потока от токов нагрузки как в первичной, так и во вторичной обмотке равны и противоположны, и, следовательно, поток компенсируется. На нем показан простой трансформатор 1:1, но он в равной степени применим к разным отношениям витков, потому что поток пропорционален ампер-виткам, а не амперам. Посмотрите на каждую картинку по очереди: -

1) Да, импеданс открытого трансформатора возникает из-за флуктуирующего магнитного поля (пытается изменить магнитное поле сердечника)

2) Да, если на первичку подается постоянное напряжение, у вас проблемы, трансформатор может сгореть. (Если по какой-то причине он не рассчитан на этот ток). У меня пару раз терялась катушка на старом мотоцикле по похожим причинам: оставил включенным с выключенным мотором, катушка сгорела и пластик вытек.

3) При отсутствии нагрузки на вторичной обмотке ток через первичную обмотку должен проходить через очень большую / очень жесткую индуктивность («индуктивность рассеяния») первичной обмотки.

4) При нагрузке на вторичку вторичный ток нивелирует действие на сердечник первичного тока.

Трансформатор, предназначенный для прохождения через него постоянного тока, называется реактором насыщения и используется в качестве переключателя; т.е. постоянный ток насыщает магнитный сердечник, поэтому источник переменного тока не может изменить поток в сердечнике, следовательно, вторичное переменное напряжение равно нулю. Когда постоянный ток отключен, поток в сердечнике теперь может измениться, и имеет место нормальное действие трансформатора, что приводит к переменному напряжению на вторичной обмотке.

Аналогичное устройство, но использующее переменный ток, насыщающий сердечник, называется феррорезонансным трансформатором. Они использовались для дешевой стабилизации вторичного напряжения трансформатора. Это устройство имеет две вторичные обмотки, одна из которых закорочена конденсатором большой емкости, а другая является выходной обмоткой.