ทำไมหม้อแปลงใช้หลายรอบ

หม้อแปลงมีหลายร้อยรอบทั้งขดลวดทุติยภูมิและขดลวดปฐมภูมิและด้วยเหตุนี้จึงใช้สายทองแดงที่บางมาก แต่ทำไมพวกเขาไม่เพียง แต่ใช้การหมุนน้อยลงในการม้วนแต่ละครั้งและรับอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าเท่ากัน?

ที่สำคัญกว่านั้นทำไมไม่ใช้สายไฟที่หนากว่าเพื่อเพิ่มค่า VA (แทน 1,000: 100 รอบ 22 สาย awg ทำไมไม่ 100: 10 รอบ 16 สาย awg ถ้ามันจะเพิ่ม VA)

เมื่อคุณใช้แรงดันไฟฟ้ากับขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้ากระแสไฟฟ้าบางชนิดจะไหลแม้ในขณะที่วงจรรองเป็นวงจรเปิด ปริมาณของกระแสนี้ถูกกำหนดโดยการเหนี่ยวนำของขดลวดปฐมภูมิ ตัวหลักจะต้องมีการเหนี่ยวนำสูงพอที่จะทำให้เกิดความสมเหตุสมผลในปัจจุบัน สำหรับหม้อแปลงไฟฟ้า 50 หรือ 60 เฮิร์ตการเหนี่ยวนำนี้ค่อนข้างสูงและโดยทั่วไปคุณจะไม่สามารถไปถึงที่นั่นได้ด้วยการหมุนเล็กน้อยในการพัน

ถ้าคุณหันแกนเหล็กเพียง 1 ครั้งมันอาจมีการเหนี่ยวนำ (พูด) 1 uH เมื่อคุณใช้การเหนี่ยวนำสองทางไม่ได้เพิ่มเป็นสองเท่า ดังนั้นสองรอบหมายถึง 4 uH "งั้นเหรอ?" คุณอาจจะบอกว่า!

ทีนี้, สำหรับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่กำหนด, กระแสที่เกิดจากการหมุนสองรอบนั้นคือหนึ่งในสี่ของกระแสไฟฟ้าสำหรับการหมุนครั้งเดียว จดบันทึกเพราะนี่เป็นพื้นฐานในการทำความเข้าใจความอิ่มตัวของแกนกลาง

อะไรทำให้เกิดความอิ่มตัวของแกนกลาง (สิ่งที่ต้องหลีกเลี่ยงส่วนใหญ่)? คำตอบคือปัจจุบันและจำนวนรอบ มันเรียกว่าแรงแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กและมีมิติของแอมป์เปลี่ยน

ดังนั้นด้วยการเลี้ยวสองครั้งและหนึ่งในสี่ของกระแสแอมแปร์ (แรงแม่เหล็กของสนามแม่เหล็ก) จึงเท่ากับครึ่งหนึ่งของการหมุนเพียงครั้งเดียว ดังนั้นทันทีที่เราสามารถสังเกตได้ว่าหากสองรอบนำแกนไปที่ "ขอบ" ของความอิ่มตัวขดลวดเทิร์นเดี่ยวจะอิ่มตัวอย่างมีนัยสำคัญและเป็นปัญหาใหญ่

นี่คือเหตุผลพื้นฐานที่หม้อแปลงใช้การหมุนรอบแรกหลายครั้ง หากหม้อแปลงบางตัวมี 800 รอบและอยู่ที่จุดอิ่มตัวการลดรอบอย่างมีนัยสำคัญจะทำให้แกนกลางอิ่มตัว

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อแกนกลางอิ่มตัวคุณอาจถาม การเหนี่ยวนำเริ่มลดลงและมีกระแสมากขึ้นและสิ่งนี้ทำให้แกนกลางอิ่มตัวมากขึ้นเรื่อย ๆ คุณควรดูว่าจะเกิดอะไรขึ้น

โปรดทราบว่าคำตอบนี้ไม่ได้พิจารณาสิ่งอื่นใดนอกจากคดเคี้ยวหลัก ผลก็คือเรากำลังพูดถึงการเหนี่ยวนำแม่เหล็กหลัก - นี่คือสิ่งนี้และสิ่งนี้เพียงอย่างเดียวที่สามารถทำให้แกนกลางอิ่มตัว กระแสโหลดรองไม่มีส่วนในการอิ่มตัวของแกน

โปรดทราบว่าหม้อแปลงที่ใช้ในแหล่งจ่ายไฟสลับความเร็วสูงมีการหมุนค่อนข้างน้อย 10 เฮนรี่ที่ 50 เฮิร์ตซ์มีความต้านทาน 3142 โอห์มและ 1 mH ที่ 500 kHz มีอิมพีแดนซ์เหมือนกันทุกประการ สำหรับแกนที่ผลิต 10 uH โดยธรรมชาติสำหรับการหมุนครั้งเดียวการหมุน 1 mH ต้องใช้สิบรอบ สำหรับแกนเดียวกันที่ 50 เฮิร์ตซ์ (แน่นอนว่าใช้งานไม่ได้) 10 เฮนรี่ต้องใช้ 1000 รอบ

หากคุณมีแกนเหล็กสำหรับหม้อแปลงหนึ่งในคุณสมบัติของมันคือ "การหมุนหนึ่งรอบจะต้องมีหนึ่งคดเคี้ยวต่อหนึ่งโวลต์เมื่อได้รับความถี่" ไม่มีใครสามารถข้ามข้อกำหนดนี้และมีการเลี้ยวน้อยลงโดยไม่มีผลต่อไปนี้

• ลดประสิทธิภาพ
• กระแสขวางที่ไม่ต้องการมากขึ้นซึ่งเป็นสาเหตุของการสูญเสีย แต่ไม่มีประโยชน์สำหรับกระบวนการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้า

กระแสในแนวขวางสามารถลดลงได้โดยการเพิ่มการเหนี่ยวนำของขดลวดปฐมภูมิ

ข้อมูลจำเพาะของการเปลี่ยน / โวลต์เป็นผลมาจากรายการของข้อเท็จจริงต่อไปนี้ซึ่งทั้งหมดมีแนวโน้มที่จะทำให้การเหนี่ยวนำขดลวดขนาดเล็ก:

• วัสดุเหล็กมีการซึมผ่านของแม่เหล็กที่ จำกัด
• แกนเหล็กไม่สามารถทำจากเหล็กเต็ม มันถูกแบ่งเป็นชั้นฉนวนที่บางเพื่อให้กระแสไหลวนมีขนาดเล็กพอในแกนกลาง ฉนวนกันความร้อนนั้นใช้พื้นที่ของมันและอยู่ห่างจากเหล็ก
• ฟลักซ์แม่เหล็กของขดลวดหนึ่งผ่านบางส่วนผ่านเหล็กและขดลวดอื่น
• กระแสที่มากเกินไปทำให้เกิดความอิ่มตัวของแม่เหล็กในเหล็ก ความอิ่มตัวจะลดการซึมผ่านของแม่เหล็กอย่างรุนแรง

เราจะต่อสู้กับสิ่งเหล่านี้ได้โดยการเพิ่มจำนวนเทิร์นมากขึ้น? เป็นเพราะการเหนี่ยวนำเพิ่มขึ้นตามจำนวนสี่เหลี่ยมของการเลี้ยว หนึ่งสามารถ arque: แต่ดึงดูด (= หัน x ปัจจุบัน) เติบโตเกินไป! จริง แต่มันเติบโตขึ้นเป็นเส้นตรงเท่านั้นพอเปลี่ยนแล้วในที่สุดการเหนี่ยวนำก็สูงพอที่จะเอาชนะข้อเสียได้

แน่นอนไม่ใช่ข้อเสียทั้งหมด พื้นที่มี จำกัด ผลัดกันมากขึ้นหมายความว่าลวดจะต้องบางลง สิ่งนี้จะเพิ่มความต้านทานและการสูญเสียความต้านทาน (= ความร้อน)

หม้อแปลงทำงานโดยการถ่ายโอนพลังงานผ่านฟลักซ์แม่เหล็กจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง

ทั้งสองด้านถูกสร้างขึ้นโดยตัวเหนี่ยวนำตัวเหนี่ยวนำหลักสร้างสนามแม่เหล็กซึ่งเหนี่ยวนำให้เข้ากับตัวเหนี่ยวนำรอง

$\Phi$

การเหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำจะถูกกำหนดโดยจำนวนรอบ (ข้างพื้นที่หรือขนาด):

ดู Wikipedia เกี่ยวกับการเหนี่ยวนำ

โดยปกติแล้วหม้อแปลงขนาดเล็กจะเป็นที่ต้องการดังนั้นการเปลี่ยนจะดีกว่าขนาดที่ใหญ่กว่า

การเหนี่ยวนำจะต้องตรงกับความถี่ไฟ ไม่เช่นนั้นขดลวดปฐมภูมิจะอนุญาตให้กระแสไฟฟ้าเพียงพอและทำให้กระแสแม่เหล็กไหล (สำหรับความถี่ที่สูงกว่า) หรือคล้ายกับการลัดวงจร (สำหรับความถี่ที่ต่ำกว่า) ทั้งที่ไม่พึงประสงค์

ความถี่ที่ต่ำกว่านั้นต้องการการเหนี่ยวนำที่สูงกว่า (= การหมุนเพิ่มขึ้นหรือแกนที่ใหญ่กว่า) นี่คือเหตุผลที่ว่าทำไมการเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟโดยใช้ความถี่ที่สูงขึ้นในช่วง hHz ของ KHz - MHz ใช้หม้อแปลงขนาดเล็กในขณะที่สามารถถ่ายโอนพลังงานได้มากขึ้นเมื่อเทียบกับหม้อแปลงทั่วไป

ข้อความอ้างอิงจากบทความ Wikipedia เกี่ยวกับ transformers :

EMF ของหม้อแปลงที่ความหนาแน่นฟลักซ์ที่กำหนดจะเพิ่มขึ้นตามความถี่ ^[16]โดยการดำเนินงานที่ความถี่สูงหม้อแปลงสามารถทางร่างกายที่มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้นเพราะแกนได้รับสามารถที่จะถ่ายโอนอำนาจมากขึ้นโดยไม่ต้องถึงความอิ่มตัวของสีและเปลี่ยนน้อยที่มีความจำเป็นเพื่อให้บรรลุความต้านทานเดียวกัน

(ของฉันเน้น)

ดู Wikipedia เกี่ยวกับผลกระทบของความถี่บนหม้อแปลง

ดังนั้น,

• พลังงานที่หม้อแปลงต้องการจะถ่ายโอนจะถูกกำหนดโดยกระแสที่ไหลผ่านขดลวด
• ปัจจุบันลวดจะต้องดำเนินการกำหนดความหนาของเส้นลวด (ซึ่งเล่นเป็นขนาด)
• ขนาดของขดลวดและจำนวนรอบเป็นตัวกำหนดความเหนี่ยวนำ
• การเหนี่ยวนำที่ความถี่ที่แน่นอนกำหนดความสามารถในการถ่ายโอนพลังงาน

สรุป: คุณจะต้องทำให้หม้อแปลงมีขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อลดจำนวนขดลวด เมื่อลดจำนวนของขดลวดที่คุณลดประสิทธิภาพและเพิ่มการสูญเสีย และนี่มักจะไม่เป็นที่ต้องการ

สนามแม่เหล็กสูงสุดในแกนนั้นสัมพันธ์กับแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ใช้ต่อการเปิด ยิ่งพื้นที่ของแกนใหญ่มากเท่าไรก็สามารถสร้างโวลต์ต่อเทิร์นได้มากขึ้น

สนามแม่เหล็กในแกนกลางไม่สามารถอนุญาตให้เกินค่าความอิ่มตัวที่แน่นอนได้ถ้ามันเกิดจากการซึมผ่านของหยดเหล็กและหม้อแปลงจะต้องดึงลำดับความสำคัญของกระแสให้มากขึ้นเพื่อรักษาสนามแม่เหล็ก ดังนั้นสิ่งนี้จะ จำกัด จำนวนโวลต์ต่อรอบที่สามารถรองรับได้อย่างเคร่งครัดและให้จำนวนรอบการหมุนน้อยที่สุดสำหรับการม้วนใด ๆ

สำหรับแกน Toroidal ขนาดเล็กทั่วไป (50 VA, ish?) ที่ฉันต้องใช้มือนั้นแกนตัดขวางคือ 25 มม. โดย 13 มม. ถ้าผมวิ่งแกนด้วยฟลักซ์จุดสูงสุดที่± 1.8 T ที่ 50 เฮิร์ตมันจะสร้างสูงสุดประมาณ 170 mV ต่อเทิร์น ดังนั้น 12 Vrms ที่คดเคี้ยวจะต้องมี 100 ตาร์, คดเคี้ยวหลัก 240 V จะต้องใช้ 2000 ฉันสามารถใช้ผลัดกันได้มากกว่านี้

ถ้าฉันใช้แกนที่มีพื้นที่หน้าตัดของเครื่องนอนรางรถไฟขนาด 130 มม. x 250 มม. ฉันจะได้ 12 Vrms ในการหมุนครั้งเดียว แต่ยังเป็นหม้อแปลงที่ไม่แข็งแรง

หลักฐานพื้นฐานของคุณเป็นเท็จดังนั้นจึงไม่สามารถตอบคำถามได้จริงๆ

หม้อแปลงมีแรงดันและกระแสหลายอย่างมากมายสำหรับอินพุตและเอาต์พุต บางคนใช้ลวดเส้นเล็กจำนวนมาก (แรงดันสูง, กระแสต่ำ) บางคนใช้ลวดหนาสองสามรอบ (แรงดันต่ำกระแสสูง)

ดังนั้นคำตอบของ"ทำไมพวกเขาถึงไม่ ... "ก็คือ "พวกเขาทำ" (เมื่อเหมาะสม)

สำหรับผู้ที่ไม่ชอบคำตอบนี้

ฉันเห็นคำตอบนี้ได้รับจำนวน downvote และประมาณ upvotes จำนวนเดียวกัน เห็นได้ชัดว่ามันขัดแย้ง บางคนมองว่ามันมีคุณภาพต่ำโดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากที่คนอื่นคาดเดาความหมายที่แท้จริงของ OP ในการแสดงความคิดเห็น

แม้จะมีสิ่งที่คนอื่นคิดว่า OP หมายถึงเขาเริ่มต้นด้วยหลักฐานเท็จอย่างโจ่งแจ้งซึ่งเป็นหม้อแปลงที่มี 100 รอบของทั้งพรรคและรองของพวกเขาและที่ลวดทองแดง "ผอม" มักจะใช้ จากนั้นดูเหมือนหนึ่งในคำถาม"ทำไมทุกคนไม่ทำอย่างนี้อย่างชัดเจน"วาทศิลป์

นี่คือสิ่งที่ฉันตอบ มันเป็นคำตอบที่ถูกต้องสำหรับคำถามตามที่ตีความข้างต้น บางทีนั่นอาจจะไม่ใช่สิ่งที่สหกรณ์หมายที่จะถาม บางทีมันอาจจะเป็น โปรดทราบว่า OP ยังไม่ได้กลับไปชี้แจงหรือแก้ไขคำถามเลย

คำถามที่ดีกว่านี้น่าจะเกี่ยวกับการแลกเปลี่ยนลวดหนาน้อยลงเมื่อเทียบกับลวดบาง นั่นถามด้วยความเคารพโดยไม่ต้องผ่านการตัดสินครั้งแรกหรือสถานที่ที่ผิดล่วงหน้าก่อนจะได้คำตอบที่แตกต่างกันมาก อย่างไรก็ตามอีกครั้งนั่นคือตอนนี้สิ่งที่ถามจริงและไม่แม้แต่สิ่งที่ดูเหมือนว่า OP หมายถึง

แม้ว่า OP จะกลับมาและเปลี่ยนคำถามฉันจะให้คำตอบนี้เป็นเครื่องเตือนใจให้ถามคำถามอย่างถูกต้องและไม่คลุมเครือและจะไม่เริ่มต้นด้วยการระบุสมมติฐานที่ผิดเป็นข้อเท็จจริง