¿Cómo funciona un transformador?
Principio:
El transformador está compuesto por un núcleo de hierro (o núcleo magnético) y una bobina. La bobina tiene dos o más devanados, entre los que se encuentra el devanado conectado a la fuente de alimentación. se llama bobina primaria, y el resto El devanado se llama bobina secundaria. Puede transformar voltaje, corriente e impedancia de CA. El transformador de núcleo más simple consta de un núcleo de hierro hecho de material magnético blando y dos bobinas con diferente número de vueltas enrolladas alrededor del núcleo de hierro.
La función del núcleo de hierro es reforzar el acoplamiento magnético entre las dos bobinas. Para reducir las corrientes parásitas y la pérdida por histéresis en el hierro, el núcleo de hierro está hecho de láminas laminadas de acero al silicio pintadas; no hay conexión eléctrica entre las dos bobinas y la bobina está enrollada con alambre de cobre aislado (o alambre de aluminio). . Una bobina conectada a la fuente de alimentación de CA se llama bobina primaria (o bobina primaria), y la otra bobina conectada al aparato eléctrico se llama bobina secundaria (o bobina secundaria).
El transformador real es muy complejo e inevitablemente se producen pérdidas en el cobre (la resistencia de la bobina se calienta), pérdidas en el hierro (el núcleo se calienta) y fugas de flujo magnético (líneas de inducción magnética cerradas por el aire), etc. Simplifique la discusión aquí. Sólo se presentan los transformadores ideales. Las condiciones para que se establezca un transformador ideal son: ignorar el flujo de fuga, ignorar la resistencia de las bobinas primaria y secundaria, ignorar la pérdida del núcleo e ignorar la corriente sin carga (la corriente en la bobina primaria cuando la bobina secundaria está abierto).
Por ejemplo, cuando un transformador de potencia está funcionando a plena carga (la bobina secundaria genera potencia nominal), se acerca a la condición ideal del transformador. Los transformadores son aparatos eléctricos estáticos fabricados según el principio de inducción electromagnética. Cuando la bobina primaria del transformador está conectada a la fuente de alimentación de CA, se genera un flujo magnético alterno en el núcleo y el flujo magnético alterno está representado por φ.
Los φ en las bobinas primaria y secundaria son iguales, y φ también es una función armónica simple, y la tabla es φ=φmsinωt. Según la ley de inducción electromagnética de Faraday, la fuerza electromotriz inducida en las bobinas primaria y secundaria es e1=-N1dφ/dt y e2=-N2dφ/dt. En la fórmula, N1 y N2 son el número de vueltas de las bobinas primaria y secundaria.
Se puede ver en la figura que U1=-e1, U2=e2 (las cantidades físicas de la bobina primaria están representadas por el subíndice 1 y las cantidades físicas de la bobina secundaria están representadas por el subíndice 2 ), y sus valores efectivos complejos son U1=-E1=jN1ωΦ, U2=E2=-jN2ωΦ, sea k=N1/N2, que se denomina relación de transformación del transformador. De la fórmula anterior, podemos obtener U1/U2=-N1/N2=-k, es decir, la relación entre el valor efectivo de los voltajes de las bobinas primaria y secundaria del transformador es igual a su relación de vueltas y la diferencia de fase entre los voltajes de las bobinas primaria y secundaria es π.
Entonces obtenemos: U1/U2=N1/N2
Cuando se puede ignorar la corriente sin carga, I1/I2=-N2/N1, es decir, la corriente primaria y Bobinas secundarias El valor efectivo de la corriente es inversamente proporcional al número de vueltas y la diferencia de fase es π.
Entonces podemos obtener I1/I2=N2/N1
La potencia de las bobinas primaria y secundaria del transformador ideal es igual a P1=P2. Explique que el transformador ideal en sí no tiene pérdida de potencia. Los transformadores reales siempre tienen pérdidas y su eficiencia es η=P2/P1. La eficiencia de los transformadores de potencia es muy alta, llegando a más de 90.
Información ampliada:
Parámetros característicos del transformador:
1. Frecuencia de funcionamiento
La pérdida del núcleo del transformador tiene una gran relación con frecuencia, por lo que debe diseñarse y utilizarse de acuerdo con la frecuencia de uso, que se denomina frecuencia de funcionamiento.
2. Potencia nominal
Bajo la frecuencia y el voltaje especificados, la potencia de salida del transformador puede funcionar durante mucho tiempo sin exceder el aumento de temperatura especificado.
3. La tensión nominal
se refiere a la tensión que se permite aplicar a la bobina del transformador, que no debe exceder el valor especificado durante el funcionamiento.
4. Relación de voltaje
Se refiere a la relación entre el voltaje primario y el voltaje secundario del transformador. Existe una diferencia entre la relación de voltaje sin carga y la relación de voltaje con carga.
5. Corriente sin carga
Cuando el secundario del transformador está en circuito abierto, todavía hay una cierta corriente en el primario. Esta parte de la corriente se llama sin carga. actual. La corriente sin carga consiste en corriente magnetizante (que genera flujo magnético) y corriente de pérdida de hierro (causada por pérdidas en el núcleo). Para un transformador de potencia de 50 Hz, la corriente sin carga es básicamente igual a la corriente de magnetización.
6. Pérdida sin carga
Se refiere a la pérdida de potencia medida en el lado primario cuando el lado secundario del transformador está en circuito abierto.
La pérdida principal es la pérdida del núcleo, seguida de la pérdida (pérdida de cobre) causada por la corriente sin carga en la resistencia de cobre de la bobina primaria. Esta parte de la pérdida es muy pequeña.
7. La eficiencia
se refiere al porcentaje de la relación entre la potencia secundaria P2 y la potencia primaria P1. Generalmente, cuanto mayor sea la potencia nominal del transformador, mayor será la eficiencia.
8. Resistencia de aislamiento
Indica el rendimiento del aislamiento entre las bobinas del transformador y entre cada bobina y el núcleo de hierro. El nivel de resistencia del aislamiento está relacionado con el rendimiento del material aislante utilizado, la temperatura y la humedad.
Referencia: Enciclopedia Baidu---Transformador