Einphasige Transformatorensind die grundlegendsten Spannungskonvertierungsgeräte in Stromversorgungssystemen. Obwohl ihr Arbeitsprinzip nicht kompliziert ist, wirken sich ihre Entwurfsdetails direkt auf die Effizienz und Stabilität der Stromübertragung aus. Von Haushaltsgeräten bis hin zu kleinen industriellen Geräten spielen einphasige Transformatoren eine unersetzliche Rolle in Szenarien mit geringer Leistung.
I. Grundstruktur von einphasigen Transformatoren
Einphasentransformatoren bestehen hauptsächlich aus zwei Teilen: Eisenkern und Wicklung.
(1) Eisenkern
Der Eisenkern ist der Magnetkreisteil des Transformators. Es besteht normalerweise aus gestapelten Siliziumstahlblättern mit hoher magnetischer Permeabilität. Die Siliziumstahlblätter sind voneinander isoliert, wodurch Wirbelstromverluste reduziert werden können. Die Funktion des Eisenkerns besteht darin, einen niedrigen Magnetwiderstandsweg für den magnetischen Fluss zu liefern, so dass der magnetische Fluss zwischen den Wicklungen effektiv übertragen werden kann. Gemeinsame Eisenkernstrukturen sind Kern- und Schalenstrukturen. Der Eisenkern vom Kern ist durch die gewundene, die die Eisenkernsäule umgibt. Die Struktur ist relativ einfach und die Behandlung und Isolationsbehandlung der Wicklung ist relativ bequem. Es ist für große Kapazitätstransformatoren geeignet; Der Eisenkern vom Schalen ist der Eisenkern, der die Wicklung umgibt. Es hat eine hohe mechanische Festigkeit, aber die Behandlung und Isolationsbehandlung der Wicklung ist relativ komplex. Es wird im Allgemeinen für Transformatoren mit kleiner Kapazität verwendet.
(2) Wicklungen
Die Wicklung ist der Schaltkreisteil des Transformators, der im Allgemeinen mit isoliertem Kupferdraht oder Aluminiumdraht verwundet ist. Einphasige-Transformatoren haben normalerweise zwei Wicklungen, nämlich die primäre Wicklung und die sekundäre Wicklung. Die primäre Wicklung ist mit der Stromversorgung verbunden, um die Eingangs -Elektrosenergie zu erhalten. Die sekundäre Wicklung ist an die Last an die Ausgabe elektrischer Energie an die Last angeschlossen. Die Anzahl der Kurven der Wicklung bestimmt das Spannungsumwandlungsverhältnis des Transformators. Nach der Anordnung der Wicklungen können die Wicklungen in konzentrische und überlappende Typen unterteilt werden. Konzentrische Wicklungen sollen die primäre Wicklung und die sekundäre Wicklung der Eisenkernsäule konzentrisch einwickeln. Diese Wickelmethode hat eine einfache Struktur, ist leicht herzustellen und wird weit verbreitet. Überlappende Wicklungen sollen abwechselnd die primäre Wicklung und die sekundäre Wicklung der Eisenkernsäule einwickeln, die hauptsächlich für Niederspannungs- und Hochstromtransformatoren verwendet wird.
Ii. Elektromagnetische Induktionsprinzip - Der Kern des Betriebs von einphasigen Transformatoren
Die Operation voneinphasige Transformatorenbasiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Wenn eine Wechselstromspannung auf beide Enden der Primärwicklung aufgetragen wird, wird in der Wicklung ein Wechselstrom erzeugt. Dieser Wechselstrom erzeugt einen abwechselnden magnetischen Fluss im Eisenkern.
Nach dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion führt der abwechselnde magnetische Fluss durch die sekundäre Wicklung, wodurch eine induzierte elektromotive Kraft in der sekundären Wicklung erzeugt wird. Die Größe der induzierten elektromotiven Kraft ist proportional zur Änderungsrate des Magnetflusses und der Anzahl der Kurven der sekundären Wicklung. Mit anderen Worten, je schneller sich der magnetische Fluss ändert, desto mehr hat die sekundäre Wicklung und je größer die induzierte elektromotive Kraft erzeugt.
Gleichzeitig erzeugt die primäre Wicklung selbst aufgrund des Durchgangs des abwechselnden magnetischen Flusses auch selbst induzierte elektromotive Kraft. Die Richtung der selbstinduzierten elektromotiven Kraft behindert immer die Änderung des Stroms. Es ist mit der angelegten Spannung ausgeglichen, so dass der Strom in der Primärwicklung mit einem geeigneten Wert stabilisiert werden kann.
III. Das Geheimnis der Spannungsumwandlung
Der Schlüssel zur Spannungsumwandlung eines einphasigen Transformators liegt im Kurvenverhältnis der primären Wicklung und der sekundären Wicklung. Angenommen, die Anzahl der Kurven der Primärwicklung beträgt N1, die Anzahl der Kurven der Sekundärwicklung N2, die Primärspannung U1 und die sekundäre Spannung U2.
Nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion und dem idealen Zustand des Transformators (ignoriert verschiedene Verluste) kann die Spannungsumwandelformel erhalten werden:
U1\/U 2= n1\/n2. (In den tatsächlichen Anwendungen muss über 3-5% Verlust berücksichtigt werden.)
From this formula, it can be seen that when N1>N2, U1>U2 spielt der Transformator eine Rolle des Rückschreitens; Wenn N1
Zum Beispiel wird bei der Stromübertragung normalerweise eine Hochspannungsübertragung verwendet, um Linienverluste zu reduzieren. Die vom Kraftwerk erzeugte elektrische Energie führt zunächst durch den Step-up-Transformator, um die Spannung zu erhöhen, und überträgt sie dann an einen entfernten Ort. Nach dem Erreichen des Benutzers wird die Spannung auf ein für den Benutzer geeigneter Niveau reduziert.
Iv. Beziehung zwischen Strom und Macht
In einem idealen Transformator ist die Eingangsleistung gleich der Ausgangsleistung, dh p 1= p2. Und weil p=ui, u1i 1= u2i2. Kombiniert mit der Spannungsumwandelformel
U1\/U 2= n1\/n2 kann die aktuelle Konvertierungsformel abgeleitet werden: I1\/I 2= u2\/u1.
Dies bedeutet, dass der Strom, wenn die Spannung zunimmt, entsprechend abnimmt. Wenn die Spannung abnimmt, nimmt der Strom entsprechend zu. Diese inverse Beziehung zwischen Strom und Spannung ermöglicht es dem Transformator, den Strom zu transformieren und gleichzeitig die Spannung zu transformieren, wodurch die aktuellen Anforderungen verschiedener Lasten erfüllt werden.
V. Verluste und Effizienz der tatsächlichen Arbeit
In tatsächlichen Anwendungen,einphasige Transformatorensind nicht ideal und es wird verschiedene Verluste geben, hauptsächlich einschließlich Kupferverlust und Eisenverlust.
Kupferverlust ist auf die Existenz eines Wicklungswiderstandes zurückzuführen. Wenn der Strom durch die Wicklung führt, wird Wärme erzeugt, wodurch ein Teil der elektrischen Energie verbraucht wird. Die Größe des Kupferverlusts ist proportional zum Widerstand der Wicklung und des Quadrats des Stroms.
Der Eisenverlust umfasst Hystereseverlust und Wirbelstromverlust. Hystereseverlust ist der Energieverlust, der durch das kontinuierliche Umdrehen der magnetischen Domänen im Eisenkern unter der Wirkung des abwechselnden Magnetfelds verursacht wird. Der Verlust des Wirbelstroms ist auf den abwechselnden magnetischen Fluss zurückzuführen, der eine induzierte elektromotive Kraft im Eisenkern erzeugt, wodurch Wirbelströme im Eisenkern bildet, und der Wärmeverlust, der durch die Wirbelströme auf dem Eisenkernwiderstand erzeugt wird.
Die Effizienz des Transformators bezieht sich auf das Verhältnis der Ausgangsleistung zur Eingangsleistung, dh η=p2\/p1 × 100%. Um die Effizienz des Transformators zu verbessern, muss eine Reihe von Maßnahmen ergriffen werden, um Verluste zu reduzieren, z.
Der einphasige TransformatorRealisiert die Spannungsumwandlung und die Leistungsübertragung durch seine einzigartige Struktur und den Arbeitsmodus basierend auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Obwohl die tatsächliche Arbeit durch kontinuierliche technische Verbesserung und Optimierung zu Verlusten besteht, spielt es immer noch eine unersetzliche Rolle im Stromversorgungssystem und bietet eine stabile und zuverlässige Leistungsunterstützung für unser Leben und unsere Produktion.
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