Почему трансформаторы используют так много поворотов?

Трансформаторы имеют сотни оборотов как на вторичной, так и на первичной обмотках, и в результате используют для них очень тонкие медные провода. Но почему они не просто используют меньшее количество витков на каждой обмотке и получают одинаковое соотношение напряжения?

Что еще более важно, почему бы не использовать меньшее количество витков более толстого провода для увеличения VA? (вместо 1000: 100 оборотов 22-мм провода, почему не 100: 10 оборотов 16-ти проводов, если это увеличит VA)

45 голосов | спросил user3503966 4 FebruaryEurope/MoscowbSat, 04 Feb 2017 20:07:53 +0300000000pmSat, 04 Feb 2017 20:07:53 +030017 2017, 20:07:53

6 ответов


60

При приложении напряжения к первичной обмотке силового трансформатора будет протекать некоторый ток, даже если вторичная цепь разомкнута. Величина этого тока определяется индуктивностью первичной обмотки. Первичный должен иметь достаточно высокую индуктивность, чтобы поддерживать этот разумный разум. Для силовых трансформаторов на 50 или 60 Гц эта индуктивность довольно высока, и вы обычно не можете попасть туда с небольшим количеством витков в обмотке.

ответил mkeith 4 FebruaryEurope/MoscowbSat, 04 Feb 2017 22:15:23 +0300000000pmSat, 04 Feb 2017 22:15:23 +030017 2017, 22:15:23
35

Если бы у вас был только 1 поворот на железном сердечнике, он мог бы иметь индуктивность (скажем) 1 мкГн. При применении двух витков индуктивность не удваивается, она увеличивается в четыре раза. Таким образом, два оборота означают 4 uH. "И что?" вы можете сказать!

Хорошо, что при заданном напряжении переменного тока ток, потребляемый этой двухоборотной обмоткой, составляет одну четверть тока для однократной обмотки. Обратите внимание, потому что это имеет фундаментальное значение для понимания насыщенности ядра.

Что вызывает насыщение ядра (что должно быть в значительной степени устранено)? Ответ - это ток и количество оборотов. Он называется магнитной движущей силой и имеет размеры оборотов ампера.

Таким образом, с двумя оборотами и одной четвертью ток, ампер поворачивается (сила магнитомотива) на половину от обмотки одного поворота. Итак, сразу же мы можем заметить, что если два оборота забрали ядро ​​в «край» насыщения, одна катушка поворота значительно насытила бы и стала большой проблемой.

Это основная причина, по которой трансформаторы используют много первичных поворотов. Если определенный трансформатор имеет 800 оборотов и находится в точке насыщения, значительное уменьшение оборотов будет насыщать сердечник.

Что происходит, когда ядро ​​насыщается, вы можете спросить. Индуктивность начинает падать и происходит больше тока, и это насыщает сердцевину все больше и лучше, вы должны увидеть, где это происходит.

Обратите внимание, что этот ответ не рассматривал ничего, кроме первичной обмотки; в действительности мы просто говорим о первичной индуктивности намагничивания - именно это и только это может насытить ядро. Токи вторичной нагрузки не играют роли в насыщении ядра.

Также обратите внимание, что трансформаторы, используемые в высокоскоростных коммутационных источниках питания, имеют относительно мало оборотов; 10 henry с частотой 50 Гц имеет импеданс 3142 Ом и 1 мГн при 500 кГц имеет точно такой же импеданс. Для сердечника, который, естественно, производит 10 мкГн за один оборот, для ветра 1 мГн требуется десять оборотов (помните, что это квадраты квадратов в формуле индуктивности). Для того же ядра с частотой 50 Гц (нецелесообразно, конечно), 10 henry требуют 1000 оборотов.

ответил Andy aka 4 FebruaryEurope/MoscowbSat, 04 Feb 2017 23:23:50 +0300000000pmSat, 04 Feb 2017 23:23:50 +030017 2017, 23:23:50
14

Если у вас есть железный сердечник для трансформатора, один из его спецификаций - «сколько оборотов должно иметь одна обмотка на один вольт при задании частоты». Нельзя обойти эту спецификацию и иметь меньше оборотов, не имея следующих последствий.

  • снижение эффективности
  • более нежелательный поперечный ток, который вызывает только потери, но ничего полезного для процесса трансформации напряжения не имеет.

Поперечный ток может быть уменьшен за счет увеличения индуктивности первичной обмотки.

Спектр turn /volt является следствием следующего списка фактов, все из которых имеют тенденцию уменьшать индуктивность катушек:

  • материал железа имеет ограниченную магнитную проницаемость.
  • железный сердечник не может быть изготовлен из полного железа. Он разделен на тонкие изолированные слои, чтобы поддерживать вихревые токи достаточно малыми в ядре. Изоляция занимает свое место, и это от железа.
  • магнитный поток одной обмотки частично обходит железо и другие обмотки
  • слишком много поперечного тока вызывает магнитное насыщение в железе. Насыщенность радикально уменьшает магнитную проницаемость

Как можно бороться с ними, добавляя больше поворотов? Это связано с тем, что индуктивность растет как квадрат числа оборотов. Можно arque: Но намагниченность (= оборот x тока) тоже растет! Правда, но он растет только линейно, поэтому достаточно поворотов, тогда, наконец, индуктивность достаточно высока, чтобы перебороть недостатки.

Точно, не все недостатки. Пространство ограничено. Таким образом, больше поворотов означает, что провод должен быть тоньше. Это увеличивает сопротивление и резистивные потери (= нагрев).

ответил user287001 4 FebruaryEurope/MoscowbSat, 04 Feb 2017 23:12:54 +0300000000pmSat, 04 Feb 2017 23:12:54 +030017 2017, 23:12:54
10

Трансформаторы работают, передавая энергию через магнитный поток с одной стороны на другую.

Обе стороны состоят из индукторов, первичный индуктор создает магнитное поле, которое индуцируется во вторичный индуктор.

Индуктивность определяет способность создавать магнитный поток (\ $ \ Phi \ $) от тока и пропорциональна:

$$ L = {d \ Phi \ over di} \ text {и} d \ Phi = L * di $$

Индуктивность индуктора определяется количеством витков (рядом с областью или размером):

$$ N = {Âμ N² A \ over l} \ text {(упрощенное, уменьшенное отношение длины обмотки)} $$

См. Википедию на Индуктивность

Небольшой трансформатор обычно желателен, поэтому больше поворотов лучше, чем больший размер (просто поставить).

Индуктивность должна соответствовать частоте сети. В противном случае первичная обмотка либо теперь позволит достаточно электрическому, а, следовательно, и магнитному току течь (для более высоких частот) или больше похожа на короткое замыкание (для более низких частот). Оба они нежелательны.

Более низкие частоты требуют более высокой индуктивности (= больше оборотов или больших ядер). Именно поэтому переключение источников питания, использующих более высокие частоты в диапазонах частот кГц-МГц, использует такие малые трансформаторы, что позволяет передавать гораздо большую мощность по сравнению с обычными трансформаторами.

Цитата из статьи Wikipedia статьи об трансформаторах :

  

ЭМП трансформатора при заданной плотности потока увеличивается с частотой. [16] При работе на более высоких частотах трансформаторы могут быть физически более компактными, поскольку данное ядро ​​может передавать больше мощности без достигая насыщения и требуется меньшее количество оборотов для достижения того же полного сопротивления .

(Акцент мой.)

См. Википедию на Влияние частоты на трансформаторы

Итак,

  • мощность, которую трансформатор должен передавать, определяется током, протекающим через его катушки.
  • ток, который должен пройти провод, определяет толщину провода (который играет в размере)
  • размер катушки и количество витков определяют индуктивность
  • индуктивность на определенной частоте определяет способность передавать энергию

Заключение: вам нужно будет сделать трансформатор физически больше, чтобы уменьшить количество обмоток. При уменьшении числа обмоток вы снижаете эффективность и увеличиваете потери. И это обычно нежелательно.

ответил user287001 4 FebruaryEurope/MoscowbSat, 04 Feb 2017 23:12:54 +0300000000pmSat, 04 Feb 2017 23:12:54 +030017 2017, 23:12:54
8

Пиковое магнитное поле в ядре связано с пиковым приложенным напряжением за оборот. Чем больше площадь ядра, тем больше может вырабатываться больше вольт на оборот.

Магнитное поле в сердечнике не может превышать некоторого значения насыщения, если оно делает тогда проницаемость капель железа, а трансформатор должен нарисовать на порядки больше тока для поддержания намагничивания. Таким образом, это строго ограничивает, сколько вольт на ход может поддерживаться, и поэтому дает вам минимальное количество оборотов для любой обмотки.

Для типичного малого (50 ВА, ish?) тороидального сердечника, который я должен использовать, поперечное сечение сердечника составляет 25 мм на 13 мм. Если я запустил ядро ​​с максимальным пиком при Â ± 1,8 Тл при 50 Гц, он будет генерировать около 170 мВ пика за ход. Таким образом, для обмотки 12 Вrms потребуется 100 оборотов, для обмотки 240 В потребуется 2000. Я мог бы использовать больше оборотов, чем это, но меньшее количество поворотов подтолкнет ядро ​​к насыщению.

Если бы я использовал сердечник с площадью поперечного сечения железнодорожной шпалы, 130 мм х 250 мм, я мог бы получить 12 Vrms за один ход, но также довольно громоздкий трансформатор.

ответил Neil_UK 6 FebruaryEurope/MoscowbMon, 06 Feb 2017 18:31:32 +0300000000pmMon, 06 Feb 2017 18:31:32 +030017 2017, 18:31:32
0

Ваша основная предпосылка ложна, поэтому на вопрос нельзя ответить.

Трансформаторы поставляются во многих вариантах напряжения и тока для их входов и выходов. Некоторые используют много витков тонкого провода (высокое напряжение, низкий ток). Некоторые используют несколько витков толстого провода (низкое напряжение, большой ток).

Итак, ответ на «Почему они не ...» , это «Они делают» (когда это подходит).

Тем, кому не нравится этот ответ

Я вижу, что этот ответ получил несколько downvotes и примерно столько же upvotes. Очевидно, это противоречиво. Некоторые считают это низким качеством, особенно после того, как другие размышляли о истинном значении OP в комментариях.

Несмотря на то, что другие думали , что подразумевал OP, он начинал с легко фальшивой предпосылки, а именно, что у трансформаторов есть 100 секунд поворотов как на их первичных и вторичных, так и на «тонкий» медный провод всегда используемый. Затем он звучит как один из тех «Почему не все делают это другим очевидным способом» риторические вопросы.

Вот что я ответил. Это правильный ответ на вопрос, как это интерпретируется выше. Возможно, это не то, о чем говорил OP . Возможно, так оно и есть. Обратите внимание, что OP не вернулся, чтобы дать какие-либо разъяснения или изменить вопрос вообще.

Гораздо лучший вопрос заключался бы в компромиссах с меньшим количеством витков толстой проволоки против большего количества оборотов тонкой проволоки. С уважением, без предварительного вынесения суждения или предположения о ложных предпосылках, получился бы совсем другой ответ. Однако, опять же, теперь это то, что на самом деле было задано, и даже не то, что кажется OP.

Даже если ОП вернется и изменит вопрос, я позволю этому ответу стоять как напоминание, чтобы задавать вопросы правильно и недвусмысленно и не начинать, заявляя о неправильных предположениях как факты.

ответил Olin Lathrop 4 FebruaryEurope/MoscowbSat, 04 Feb 2017 20:50:39 +0300000000pmSat, 04 Feb 2017 20:50:39 +030017 2017, 20:50:39

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132