ترانسفورماتورها چگونه کار می کنند؟

تعاریف ساده شده در بالا بسیاری از مسائل پیچیده پیرامون ترانسفورماتور را در بر نمی گیرد.
در ترانسفورماتور ایده آل ، ترانسفورماتور شامل یک هسته بدون مقاومت مغناطیسی و دو سیم پیچ بدون مقاومت الکتریکی است. هنگامی که ولتاژ به ورودی اصلی ترانسفورماتور اعمال می شود ، باید جریان کوچکی از طریق سیم پیچ اصلی جریان یابد تا جریان در مدار مغناطیسی پایه ایجاد شود. از آنجا که هسته موجود در ترانسفورماتور ایده آل مقاومت مغناطیسی ندارد ، این جریان حداقل خواهد بود ، در حالی که در ترانسفورماتور واقعی این جریان بخشی از تلفات ترانسفورماتور خواهد بود.

ملاحظات عملی
در ترانسفورماتورهای ایده آل ، شار مغناطیسی تولید شده توسط سیم پیچ اول کاملاً توسط سیم پیچ دوم جذب می شود ، اما در واقع بخشی از شار مغناطیسی است که در فضای اطراف پراکنده شده است (نشت می کند). به جریان که در طول انتقال از مسیر خود جدا می شود جریان جریان نامیده می شود. این جریان نشتی دارای اثر القایی بر روی کویل ها می باشد ، در نتیجه در هر چرخه انرژی در کویل صرفه جویی می شود و در نیمه آخر چرخه آزاد می شود. این اثر باعث کاهش مستقیم انرژی نخواهد شد ، اما به دلیل فاز متفاوت باعث ایجاد مشکل در تنظیم ولتاژ خواهد شد و در نتیجه باعث می شود ولتاژ ثانویه نسبت واقعی آن به ولتاژ اولیه حفظ شود. این اثر به ویژه در بارهای بزرگ ظاهر می شود. به همین دلیل ، ترانسفورماتورهای توزیع به گونه ای طراحی شده اند که حداقل تلفات نشتی داشته باشند.

با این حال ، در برخی از برنامه ها ، ضرر بالا نشت یک مزیت است. در این مبدل ها ، آنها با استفاده از روش هایی مانند ایجاد مسیر مغناطیسی طولانی ، شکاف هوا یا مسیر جانبی مغناطیسی ، جریان نشتی را افزایش می دهند. دلیل افزایش عمدی تلفات پراکندگی در این ترانسفورماتورها ، توانایی بالای این نوع ترانسفورماتور در مقاومت در برابر اتصال کوتاه است. این مبدل ها برای تأمین انرژی بارهای منفی از قبیل دستگاه های جوشکاری (یا تجهیزات دیگری که از قوس الکتریکی استفاده می کند) و لامپ های بخار جیوه و پانل های نئونی یا برای تأمین امنیت در بارهایی که احتمالاً مدارهای کوتاه وجود دارد استفاده می شود.

اثر فرکانس
مشتق زمان در قانون القایی فارادی نشان می دهد که جریان در سیم پیچ برابر با تمامیت ولتاژ ورودی است. در ترانسفورماتورهای ایده آل ، افزایش جریان سیم پیچ به صورت خطی است ، اما در عمل شار مغناطیسی با سرعت نسبتاً بالایی افزایش می یابد و این افزایش تا رسیدن شار به نقطه اشباع مغناطیسی هسته ادامه می یابد. با توجه به افزایش ناگهانی جریان مغناطیسی در ترانسفورماتور واقعی ، همه مبدل ها باید همیشه با جریان متناوب سینوسی (نه پالس) کار کنند.

معادله EMF عمومی برای ترانسفورماتورها
اگر شار مغناطیسی سینوسی در نظر گرفته شود ، رابطه بین ولتاژ E با فرکانس منبع f و تعداد چرخش N و سطح مقطع هسته A و حداکثر چگالی مغناطیسی B از روابط عمومی EMF به شرح زیر بدست می آید:

برای ترانسفورماتور با چگالی مغناطیسی ثابت ، EMF با افزایش فرکانس افزایش می یابد ، اثر آن می تواند از معادله عمومی EMF محاسبه شود. بنابراین ، با استفاده از ترانسفورماتورها در فرکانس های بالاتر ، می توان راندمان آنها را در رابطه با وزن آنها افزایش داد ، زیرا یک ترانسفورماتور اندازه ثابت پایه در فرکانس های بالاتر می تواند انرژی بیشتری را بین سیم پیچ ها جابجا کند و برای ایجاد مقاومت مداوم به تعداد کمتری از سیم پیچ ها نیاز است. . با این حال ، اورکلاک می تواند به ضررهای مضاعف مانند تأثیرات سیستم سیستم پایه و سطحی منجر شود. در هواپیماها و برخی تجهیزات نظامی از فرکانس 400 هرتز استفاده می شود ، زیرا با این کار علاوه بر افزایش برخی از تلفات ، می توان اندازه تجهیزات را کاهش داد.

به طور کلی ، استفاده از ترانسفورماتور می تواند در ولتاژ اسمی افزایش یابد ، اما فرکانس اسمی جریان مغناطیسی و در نتیجه در فرکانس پایین تر از فرکانس دارای امتیاز جریان مغناطیسی می تواند بسیار افزایش یابد. با این حال ، استفاده از ترانسفورماتورها باید قبل از انجام بررسی در فرکانس های بالاتر یا پایین تر از فرکانس امتیاز سنجیده شود تا شرایط کار ایمن ترانسفورماتور مانند ولتاژ و تلفات و استفاده از سیستم خنک کننده ویژه را بررسی کنید. به عنوان مثال ، ترانسفورماتورها برای محافظت در برابر ولتاژ به دلیل افزایش فرکانس باید به رله های حفاظت ولتاژ برای هر فرکانس مجهز شوند.