Muunnossuhde

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 20. syyskuuta 2019 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 5 muokkausta .

Muuntajan muunnossuhde on arvo, joka ilmaisee muuntajan skaalaus- (muunnos) ominaisuuden suhteessa johonkin sähköpiirin parametriin (jännite, virta, vastus jne.).

Tehomuuntajille GOST 16110-82 määrittelee muunnossuhteen "kahden käämin napojen jännitteiden suhteeksi joutotilassa " ja "otetaan yhtä suureksi kuin niiden kierrosten lukumäärän suhde" [1] :p. 9.1.7 .

Yleistä tietoa

Kuvauksessa käytetään termiä "skaalaus" termin "muunnos" sijasta, jotta voidaan keskittyä siihen, että muuntajat eivät muunna yhtä energiatyyppiä toiseksi, eivätkä edes yhtä sähköverkon parametreista toiseksi parametriksi. (kuten joskus käytetään puhumaan muuntamisesta, esimerkiksi jännitteestä virransäästömuuntajiin). Muunnos on vain muutos minkä tahansa piirin parametrin arvossa lisääntymisen tai pienenemisen suuntaan. Ja vaikka tällaiset muunnokset vaikuttavat lähes kaikkiin sähköpiirin parametreihin, on tapana erottaa niistä "tärkeimmät" ja liittää siihen muunnossuhteen termi. Tämä valinta on perusteltu muuntajan toiminnallisella tarkoituksella, syöttöpuolen kytkentäpiirillä jne.

Jännitteen skaalaus

Muuntajien, joissa ensiökäämi on kytketty rinnan virtalähteeseen, on yleensä kiinnostava skaalaus jännitteen suhteen, mikä tarkoittaa, että muunnossuhde k ilmaisee ensiöjännitteiden (tulo) ja toisiojännitteiden (lähtö) suhteen. :

k={\frac {U_{1}}{U_{2}}}={\frac {\varepsilon \cdot N_{1}+I_{1}\cdot R_{1}}{\varepsilon \ cdot N_{2}-I_{2}\cdot R_{2}}}

missä

$U_{1}$ , - tulo- ja lähtöjännitteet, vastaavasti; $U_{2}$
$\varepsilon$ - Tietyn muuntajan minkä tahansa käämin jokaisessa käännöksessä indusoitunut EMF ;
$N_1$ , - ensiö- ja toisiokäämien kierrosten lukumäärä; $N_2$
$I_1$ , - muuntajan ensiö- ja toisiopiireissä olevat virrat; $minä_{2}$
$R_{1}$ , - käämien aktiivinen vastus. $R_{2}$

Jos jätämme huomiotta käämien häviöt, eli , katsotaan nollaksi, sitten $R_{1}$ $R_{2}$

k={\frac {U_{1}}{U_{2}}}={\frac {N_{1}}{N_{2}}}

Tällaisia muuntajia kutsutaan myös jännitemuuntajiksi .

Nykyinen skaalaus

Muuntajille, joissa ensiökäämi on kytketty sarjaan virtalähteeseen, skaalaus lasketaan suhteessa virranvoimakkuuteen, eli muunnossuhde k ilmaisee ensiö- (tulo) ja toisiovirtojen (lähtö) suhteen:

k={\frac {I_{1}}{I_{2}}}

Lisäksi nämä virrat liittyvät toiseen riippuvuuteen

{\displaystyle I_{1}\cdot N_{1}=I_{2}\cdot N_{2}+I_{0))

missä

$I_1$ , - muuntajan ensiö- ja toisiopiireissä olevat virrat; $minä_{2}$
$N_2$ , - ensiö- ja toisiokäämien kierrosten lukumäärä; $N_1$
$I_0$ - "tyhjäkäynti" -virta, joka koostuu magnetointivirrasta ja aktiivisista häviöistä magneettipiirissä.

Jos jätämme huomiotta kaikki magneettipiirin magnetointi- ja kuumennushäviöt, eli pidämme sitä yhtä suurena kuin nolla, niin $I_0$

{\displaystyle I_{1}\cdot N_{1}=I_{2}\cdot N_{2))

{\frac {I_{1}}{I_{2}}}={\frac {N_{2}}{N_{1}}}

k={\frac {I_{1}}{I_{2}}}={\frac {N_{2}}{N_{1}}}

Tällaisia muuntajia kutsutaan myös virtamuuntajiksi .

Resistanssin skaalaus

Toinen muuntajien sovelluksista, joissa ensiökäämi on kytketty rinnan virtalähteeseen, on vastuksen skaalaus.

Tätä vaihtoehtoa käytetään, kun jännitteen tai virran muutos ei suoraan kiinnosta, mutta virtalähteeseen on kytkettävä kuorma, jonka tuloimpedanssi poikkeaa merkittävästi tämän lähteen antamista arvoista.

Esimerkiksi audiotehovahvistimien lähtöasteet vaativat suuremman kuormitusimpedanssin kuin matalaimpedanssiset kaiuttimet . Toinen esimerkki ovat suurtaajuiset laitteet, joille lähteen ja kuorman aaltoimpedanssien yhtäläisyys mahdollistaa kuormassa hajaantuneen maksimitehon saamisen. Ja jopa hitsausmuuntajat ovat itse asiassa enemmän vastusmuuntajia kuin jännite, koska jälkimmäinen lisää työturvallisuutta, ja ensimmäinen on vaatimus sähköverkkojen kuormituskestävyydelle. Vaikka hitsaajalle ei ehkä ole väliä, kuinka tarvittava lämpöenergia saatiin verkosta metallin lämmittämiseen, on kuitenkin aivan selvää, että käytännössä "oikosulku" verkossa ei ole virransyöttöpuolella tervetullut.

Vastaavasti voimme sanoa, että resistanssin skaalaus on suunniteltu siirtämään tehoa lähteestä mihin tahansa kuormaan "sivistyneeimmällä" tavalla ilman lähteen "shokki"-tiloja ja minimaalisilla häviöillä (esimerkiksi jos vertaamme muuntajan skaalausta ja yksinkertaisesti lisäämällä kuormitusvastusta sarjapainolastivastuksen avulla , joka "syö" merkittävän osan lähteellä olevasta energiasta).

Tällaisen skaalauksen laskentaperiaate perustuu myös tehonsiirtoon, nimittäin ehdolliseen tehojen tasa-arvoon: muuntaja kuluttaa sen ensiöpiiristä (lähteestä) ja antaa toisiopiirille (kuorma), huomioimatta muuntajan sisällä olevat häviöt.

S_{1}=S_{2}+\Delta S

missä

$S_{1}$ , - muuntajan käyttämä ja antama teho; $S_{2}$
$\Delta S$ - häviöt itse muuntajassa (keskimäärin 1-2 % ), jotka voidaan tässä tapauksessa jättää huomiotta. $S_{1}$

S_{1}=U_{1}\cdot I_{1}={\frac {U_{1}^{2}}{Z_{1}}}

….. ,

S_{2}=U_{2}\cdot I_{2}={\frac {U_{2}^{2}}{Z_{2}}}

missä

$Z_{1}$ , - muuntajan tuloimpedanssi yhdessä kuorman kanssa suhteessa sen ensiöpiiriin ja vastaavasti toisiopiirin kuorman ottoresistanssi (eli ensimmäinen on energialähteen kuormitus muuntajan läsnä ollessa, toinen - poissa ollessa); $Z_{2}$

S_{1}=S_{2}

=> =>

{\frac {U_{1}^{2}}{Z_{1}}}={\frac {U_{2}^{2}}{Z_{2}}}

{\frac {U_{1}^{2}}{U_{2}^{2}}}={\frac {Z_{1}}{Z_{2}}}=k_{Z}= k_{U}^{2}

Kuten edellä voidaan nähdä, vastuksen muunnossuhde on yhtä suuri kuin jännitteen muunnossuhteen neliö.

Tällaisia muuntajia kutsutaan joskus sovitusmuuntajiksi (erityisesti radiotekniikassa).

Loppuhuomautukset

Huolimatta kytkentäpiirien eroista itse muuntajan toimintaperiaate ei muutu, ja vastaavasti kaikki muuntajan sisällä olevien jännitteiden ja virtojen riippuvuudet ovat samat kuin yllä. Toisin sanoen jopa virtamuuntajalla on sen "päätehtävän" skaalata virranvoimakkuutta lisäksi samat ensiö- ja toisiojännitteiden riippuvuudet kuin jos se olisi jännitemuuntaja, ja se tulee sarjapiiriin, jossa se on mukaan lukien sen kuorman vastus, muutettu sovitusmuuntajan periaatteen mukaan.

On myös muistettava, että muuttuvien piirien virroilla, jännitteillä, vastuksilla ja tehoilla on absoluuttisten arvojen lisäksi myös vaihesiirto, joten laskelmissa (mukaan lukien yllä olevat kaavat) ne ovat vektorisuureita. Tämä ei ole niin tärkeää ottaa huomioon yleiskäyttöisten muuntajien muunnossuhteen kannalta, koska muunnostarkkuudelle on alhainen vaatimus, mutta sillä on suuri merkitys virta- ja jännitemuuntajien mittauksessa.

Minkä tahansa skaalausparametrin kohdalla, jos , niin muuntajaa voidaan kutsua step-up; päinvastaisessa tapauksessa - laskeminen [2] . Kuitenkin GOST 16110-82 [1] :s. 9.1.7 ei tunne tällaista eroa: "Kaksikäämiisessä muuntajassa muunnossuhde on yhtä suuri kuin suurimman jännitteen suhde pienimpään ", eli muunnossuhde on aina suurempi kuin yksi. $k<1$

Lisätietoja

Käännösten laskemisen ominaisuus

Muuntajat siirtävät energiaa ensiöpiiristä toisiopiiriin magneettikentän avulla. Harvinaisia poikkeuksia ns. "ilmamuuntajia" lukuun ottamatta magneettikenttä välitetään erityisten magneettisten piirien kautta (jotka on valmistettu esimerkiksi sähköteräksestä tai muista ferromagneettisista aineista), joiden magneettinen läpäisevyys on paljon suurempi kuin ilman tai tyhjiön. Tämä keskittää magneettiset voimalinjat magneettipiirin runkoon, mikä vähentää magneettista sirontaa, ja lisäksi se lisää magneettivuon tiheyttä (induktiota) tässä magneettipiirin miehittämässä tilan osassa. Jälkimmäinen johtaa magneettikentän kasvuun ja "tyhjäkäynti" -virran pienempään kulutukseen, toisin sanoen pienempiin häviöihin.

Kuten fysiikan kurssista tiedetään, magneettiset voimalinjat ovat samankeskisiä ja itsenäisiä "renkaita", jotka sulkevat sisäänsä virtaa kuljettavan johtimen. Suoraa virtaa kuljettavaa johdinta ympäröivät magneettikenttärenkaat koko pituudeltaan. Jos johdin on taivutettu, magneettikentän renkaat johtimen eri pituisista osista lähestyvät toisiaan taivutuksen sisäpuolella (kuten kierrejousi, taivutettu sivulle, käämit painettuna sisään ja venytettynä ulkopuolelle mutka). Tämän vaiheen avulla voit lisätä kenttäviivojen pitoisuutta mutkan sisällä ja vastaavasti lisätä magneettikenttää kyseisessä tilan osassa. Vielä parempi on taivuttaa johdin renkaaksi, jolloin kaikki ympyrän kehälle jakautuneet magneettiviivat "kokoontuvat" renkaan sisään. Tällaista vaihetta kutsutaan virtaa kuljettavan johtimen kelan luomiseksi.

Kaikki yllä oleva sopii erittäin hyvin ytimettömiin muuntajiin (tai muihin tapauksiin, joissa magneettinen ympäristö on suhteellisen homogeeninen kierrosten ympärillä), mutta on täysin hyödytöntä magneettisten suljettujen ytimien läsnä ollessa, jotka valitettavasti geometrisistä syistä eivät voi täyttää koko tilaa muuntajan käämin ympärillä. Ja siksi muuntajan käämin kierron peittävät magneettiset voimalinjat ovat epätasaisissa olosuhteissa käänteen kehällä. Jotkut voimalinjat ovat "onnekkaampia" ja kulkevat vain magneettijohtimen helpotettua reittiä pitkin, kun taas toisten täytyy kulkea osa matkaa pitkin sydäntä (käämin sisällä) ja loput ilman kautta luodakseen suljettu teho "rengas". Magneettinen ilmanvastus melkein sammuttaa tällaiset kenttäviivat ja tasoittaa vastaavasti sen kelan osan läsnäolon, joka synnytti tämän magneettisen linjan.

Kaikesta yllä olevasta ja kuvassa esitetystä voidaan päätellä - ei koko kela osallistu suljetulla ferromagneettisella piirillä varustetun muuntajan toimintaan, vaan vain pieni osa, joka on täysin tämän magneettipiirin ympäröimä. Tai toisin sanoen - muuntajan suljetun sydämen läpi kulkeva päämagneettivuo syntyy vain siitä langan osasta, joka kulkee tämän sydämen "ikkunan" läpi. Kuva osoittaa, että 2 "kierroksen" luomiseksi riittää, että johdetaan virralla magneettipiirin "ikkunan" läpi kahdesti säästäen samalla käämitystä.

Muistiinpanot

↑ 1 2 Tehomuuntajat. Termit ja määritelmät. GOST 16110-82 (ST SEV 1103-78) (linkki ei ole käytettävissä) . Haettu 10. helmikuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 9. elokuuta 2016. (määrätön)
↑ Tämä nousevan ja laskevan muuntajan määritelmä löytyy erilaisista koulutason koulutusmateriaaleista: [1] Arkistoitu 11. helmikuuta 2017 Wayback Machinessa , [2] Arkistoitu 28. huhtikuuta 2017 Wayback Machinessa .