Почему первичная обмотка трансформатора более высокого напряжения обычно находится ближе всего к сердечнику и имеет самые короткие петли?

Для трансформаторов с «концентрической» обмоткой я нахожу оба способа их использования, и факторы, влияющие на это, наиболее вероятны (могут не все относиться к вашему случаю):

• Стоимость задействованного материала. Для более высокого тока нужны более толстые провода, но такое же количество витков (и даже толще, если они снаружи, потому что там они длиннее). Просто подсчитайте необходимое количество витков во внутреннем или внешнем слое, а затем сравните. Мне кажется, чем выше коэффициент понижения, тем выгоднее держать внутри сильноточные.
• Нажатие. Многие трансформаторы имеют несколько ответвлений. Точное позиционирование и пространство для них намного проще снаружи, чем внутри.
• Работоспособность и виды отказов. Большие трансформаторы на самом деле настолько дороги, что их можно отремонтировать. В зависимости от ожидаемых режимов отказа размещение той или иной обмотки снаружи является более целесообразным.
• Для прямоугольных сердечников могут потребоваться материалы с другой прочностью и свойствами, поскольку внутренние силы выше, чем в круглых сердечниках. Здесь алюминий может подойти лучше, чем более мягкая медь. Это справедливо, конечно, только при довольно больших токах (которые неравномерно распределяются в проводнике). Однако соображения усталости металла могут оттолкнуть вас от алюминия.

Обратите внимание, что я называю их не вторичными/первичными, а сторонами низкого/высокого напряжения, я думаю, что эти факторы более влиятельны, чем направление, в котором они используются.

Вероятно, есть несколько причин.

Во-первых, производитель может намотать катушки первичной обмотки для целого семейства трансформаторов, которые используют одинаковое количество витков и размер провода. Вторичные элементы добавляются по мере необходимости в соответствии со спецификациями вывода.

Во-вторых, это, вероятно, всегда простой расчет общего сопротивления провода по сравнению с общей длиной. Первичные обмотки типа понижающих трансформаторов, о которых вы упоминаете, имеют гораздо больше витков провода меньшего сечения. Размещение его рядом с сердечником имеет большее преимущество за счет меньшей общей длины и, следовательно, меньшего общего сопротивления обмотки. Таким образом, все сводится к простому вычислению компромисса между вторичным и первичным.

Я мог бы представить себе, что существует вычисление, которое включает в себя потерю размера провода по сравнению с общей длиной намотки, что приводит к наименьшему физическому размеру. Причина, по которой мы видим большинство понижающих трансформаторов с первичной обмоткой внутри, заключается в том, что вычисления чаще всего побеждают таким образом.

Я оглядываюсь на свои ранние подростковые годы, когда я был очень рад, что старые силовые трансформаторы для телевизоров имели вторичные обмотки, которые я мог легко удалить и заменить своими собственными, чтобы получить желаемые значения напряжения и тока, не касаясь первичных обмоток.

Две причины: безопасность и эффективность.

Безопасность: в случае пробоя изоляции первичной обмотки она лучше защищена от внешней среды (ваши руки!) и ближе к компонентам, которые могут быть заземлены, а именно к межобмоточному экрану (где используется экран). Таким образом, первичный пробой должен подключаться под напряжением к земле, отключая выключатели или предохранители.

Эффективность. (1) Ближайшая к сердечнику обмотка наиболее плотно связана с ним, создавая намагничивающее поле с меньшими потерями. (2) Поскольку в первичной обмотке рассеивается больше мощности, имеет смысл наматывать ее с самыми короткими витками, чтобы свести к минимуму ее сопротивление и потери I^2*R.

Оба эти преимущества являются относительно небольшими преимуществами в общей схеме.

Я погуглил "строительство силового трансформатора" и скопировал разные картинки: -

Я думаю, что у большинства трансформаторов малой и средней мощности первичная и вторичная обмотки расположены рядом:

Вот тот, где первичный (сторона высокого напряжения) находится снаружи: -

И другой: -

Учитывая потери в обмотке и коэффициент витков, имеет смысл наматывать низковольтную катушку внутри. Вообще говоря, средняя длина 1 «внутреннего» витка может быть вдвое меньше, чем при наматывании «снаружи». Это означает, что сопротивление внешней обмотки, вероятно, вдвое превышает сопротивление внутренней обмотки при том же числе витков.

Сопротивление обмотки низкого напряжения «видно» на обмотке высокого напряжения по отношению квадрата отношения витков, и, учитывая, что ток, потребляемый от вторичной обмотки, уменьшается на отношение витков (не в квадрате) к первичной обмотке, имеет смысл сохранить обмотка низкого напряжения как можно короче.