อัตราส่วนหม้อแปลงไฟฟ้า

พื้นฐานของการทำงานของหม้อแปลงถูกกำหนดโดยปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า แกนหม้อแปลงประกอบด้วยแผ่นเหล็กแต่ละแผ่นที่ประกอบเข้าด้วยกันเป็นกรอบปิดที่มีรูปร่างหนึ่งหรืออีกรูปแบบหนึ่ง บนแกนกลางมีขดลวดสองเส้นS₁และS₂พร้อมจำนวนรอบ w помещและw₂ ขดลวดมีความต้านทานต่ำและมีความเหนี่ยวนำสูง

ใช้กับปลายทั้งสองด้านของS₁ที่คดเคี้ยวซึ่งเรียกว่าแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับหลักU₁ กระแสสลับฉันจะผ่านขดลวดซึ่งจะดึงดูดเหล็กของแกนกลางทำให้เกิดกระแสสลับแม่เหล็กในนั้น ผลการดึงดูดของกระแสเป็นสัดส่วนกับจำนวนแอมแปร์ - เทิร์น (Iw₁)

เมื่อกระแสเพิ่มขึ้นแม่เหล็กฟลักซ์ในแกนการเปลี่ยนแปลงซึ่งจะกระตุ้นให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำตัวเองในการหมุนของขดลวด ทันทีที่ถึงค่าของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้การเติบโตของกระแสในวงจรหลักจะหยุดลง ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่ใช้U₁และแรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำตัวเองE₁จะทำหน้าที่ในวงจรขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลง ในกรณีนี้แรงดันไฟฟ้าU₁มากกว่าE₁โดยปริมาณแรงดันไฟฟ้าตกในขดลวดซึ่งมีขนาดเล็กมาก ดังนั้นคุณสามารถเขียนโดยประมาณ:

U₁ = E₁.

ฟลักซ์ตัวแปรแม่เหล็กที่เกิดขึ้นแกนกลางของหม้อแปลงยังผ่านการหมุนของขดลวดทุติยภูมิซึ่งน่าตื่นเต้นในแต่ละรอบของการหมุนนี้จะมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าขนาดเดียวกันกับในแต่ละรอบของขดลวดปฐมภูมิ

จากข้อเท็จจริงที่ว่าจำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิเท่ากับw₁และของขดลวดทุติยภูมิ - w₂จากนั้นแรงที่เกิดขึ้นในนั้นจะเท่ากันตามลำดับ:

E₁ = w₁e,

E₂ = w₂e,

โดยที่ e คือแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในรอบเดียว

แรงดันไฟฟ้าU₂ที่ปลายของขดลวดเปิดเท่ากับแรงเคลื่อนไฟฟ้าในนั้นคือ:

U₂ = E₂.

ดังนั้นเราสามารถสรุปได้ว่าปริมาณแรงดันไฟฟ้าที่ปลายทั้งสองของขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงหมายถึงขนาดของแรงดันไฟฟ้าที่ปลายขดลวดที่สองเนื่องจากจำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิหมายถึงจำนวนรอบของขดลวดทุติยภูมิ:

(U₁ / U₂) = (w₁ / w₂) = k.

ค่าคงที่ k คืออัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงของหม้อแปลงกระแส

ในกรณีที่คุณต้องการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าจัดเรียงขดลวดทุติยภูมิด้วยจำนวนรอบที่เพิ่มขึ้น (ที่เรียกว่าหม้อแปลงแบบ step-up) ในกรณีที่จำเป็นต้องลดแรงดันไฟฟ้าขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงจะใช้จำนวนรอบน้อยกว่า (หม้อแปลงแบบ step-down) หม้อแปลงหนึ่งตัวสามารถทำหน้าที่เป็นทั้งหม้อแปลงแบบ step-up และ step-down ขึ้นอยู่กับว่าใช้ขดลวดใดเป็นหลัก

ขดลวดทุติยภูมิยังคงเปิดอยู่ (กระแสไฟฟ้าอยู่ในนั้นไม่). หม้อแปลงไม่ทำงาน ในขณะเดียวกันก็ใช้พลังงานเพียงเล็กน้อยเนื่องจากกระแสแม่เหล็กที่แกนเหล็กมีขนาดเล็กมากเนื่องจากการเหนี่ยวนำขนาดใหญ่ของขดลวด ในกรณีนี้ไม่มีการถ่ายโอนพลังงานไปยังวงจรทุติยภูมิจากหลัก ประสบการณ์นี้ทำให้สามารถหาอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงความต้านทานไม่โหลดและกระแสของหม้อแปลงได้

โหลดหม้อแปลงโดยปิดผ่านรีโอสแตทวงจรขดลวดทุติยภูมิ ตอนนี้กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะไหลผ่านเราแสดงด้วยตัวอักษรI₂ กระแสนี้ตามกฎของ Lenz จะทำให้ฟลักซ์แม่เหล็กในแกนลดลง แต่การลดลงของฟลักซ์แม่เหล็กในแกนกลางจะนำไปสู่การลดลงของแรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำตัวเองในขดลวดปฐมภูมิและความไม่สมดุลระหว่างแรงE₁และแรงดันไฟฟ้าU₁ที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้กับขดลวดปฐมภูมิ ด้วยเหตุนี้กระแสไฟฟ้าในขดลวดปฐมภูมิจะเพิ่มขึ้นตามค่าI₁และเท่ากับ I + I₁ เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของกระแสไฟฟ้าฟลักซ์แม่เหล็กในแกนหม้อแปลงจะเพิ่มขึ้นเป็นค่าก่อนหน้าและสมดุลที่ถูกรบกวนระหว่างU₁และE₁จะกลับคืนมาอีกครั้ง ดังนั้นการปรากฏตัวของกระแสไฟฟ้าทุติยภูมิI₂ทำให้กระแสไฟฟ้าในขดลวดปฐมภูมิเพิ่มขึ้นตามค่า I ซึ่งจะกำหนดกระแสโหลดของขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลง

เมื่อโหลดหม้อแปลงการถ่ายโอนพลังงานอย่างต่อเนื่องไปยังวงจรทุติยภูมิจากวงจรหลัก ตามกฎการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงของพลังงานพลังของกระแสในวงจรหลักจะเท่ากับพลังของกระแสในวงจรทุติยภูมิ ดังนั้นความเท่าเทียมกันจะต้องมีผล:

I₁U₁ = I₂U₂

ในความเป็นจริงไม่พบความเท่าเทียมกันนี้เนื่องจากในระหว่างการทำงานของหม้อแปลงจะมีการสูญเสียแม้ว่าจะมีขนาดเล็กก็ตาม อัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงอยู่ที่ประมาณ 94-99%