المحتوى
- حساب محول يتحول نسبة
- بناء محول
- أنواع تأثيرات المحولات
- المحولات في الممارسة
- معادلة المحولات في الحث المتبادل
يمكن أن يأتي التيار المتردد (AC) في معظم الأجهزة في منزلك فقط من خطوط الطاقة التي توجه التيار المباشر (DC) من خلال استخدام محول. من خلال جميع أنواع التيار المختلفة التي قد تتدفق عبر الدائرة ، فإنه يساعد على امتلاك القدرة على التحكم في هذه الظواهر الكهربائية. بالنسبة لجميع استخداماتها في تغيير جهد الدوائر ، تعتمد المحولات اعتمادًا كبيرًا على نسبة الدوران.
حساب محول يتحول نسبة
محول يتحول نسبة هو قسمة عدد المنعطفات في اللف الأولي على عدد اللفات في اللف الثانوي بواسطة المعادلة تيR = Nص/ Nس. يجب أن تساوي هذه النسبة أيضًا الجهد لللف الأولي مقسومًا على الجهد لللف الثانوي ، كما هو محدد بواسطة الخامسص/الخامسس. يشير اللف الأساسي إلى الحث الكهربائي ، وهو عنصر الدائرة الذي يحفز المجال المغناطيسي استجابة لتدفق الشحنة ، من المحول ، والثاني هو مغو غير مدعوم.
تسري هذه النسب في ظل افتراض أن زاوية طور اللف الأولي تساوي زوايا الطور للثانوي بواسطة معادلة ΦP = Φس. تصف زاوية الطور الأولي والثانوي كيف أن التيار ، الذي يتناوب بين الاتجاهين الأمامي والخلفي في الملفين الأولي والثانوي للمحول ، يتزامن مع الآخر.
بالنسبة لمصادر الجهد المتردد ، كما هو مستخدم مع المحولات ، يكون الشكل الموجي الوارد هو الجيبية ، وهو الشكل الذي تنتجه الموجة الجيبية. تخبرك نسبة دوران المحول إلى أي مدى يتغير الجهد من خلال المحول بينما ينتقل التيار من اللفات الأولية إلى اللفات الثانوية.
أيضًا ، يرجى ملاحظة أن كلمة "النسبة" في هذه الصيغة تشير إلى أ جزء، ليست نسبة الفعلية. يختلف جزء 1/4 عن النسبة 1: 4. بينما يمثل 1/4 جزءًا واحدًا من الكل ينقسم إلى أربعة أجزاء متساوية ، فإن النسبة 1: 4 تمثل أنه بالنسبة لشيء واحد ، هناك أربعة من شيء آخر. "النسبة" في نسبة تحويل المحول هي جزء بسيط ، وليس نسبة ، في صيغة نسبة المحول.
يكشف معدل دوران المحول أن الفارق الكسري الذي يحدثه الجهد بناءً على عدد لفائف الجرح حول الأجزاء الأولية والثانوية للمحول. سيقوم المحول ذو خمسة ملفات جرح أولية و 10 ملفات جرح ثانوية بقطع مصدر الجهد إلى النصف على النحو الوارد في 5/10 أو 1/2.
ما إذا كان الجهد الزائد أو النقصان نتيجة لهذه الملفات يحدد محولات التدريجي أو محول التدرج بواسطة صيغة نسبة المحول. المحول الذي لا يزيد أو ينقص الجهد هو "محول مقاومة" يمكنه إما قياس المعاوقة ، أو دوائر معارضة للتيار ، أو يشير ببساطة إلى انقطاع بين الدوائر الكهربائية المختلفة.
بناء محول
المكونات الأساسية للمحول هي الملفان ، الابتدائي والثانوي ، اللذان يلتفان حول لب الحديد. كما يستخدم النواة المغناطيسية المغناطيسية ، أو النواة المصنوعة من مغناطيس دائم ، شرائح رقيقة معزولة كهربائياً حتى تتمكن هذه الأسطح من تقليل مقاومة التيار الذي ينتقل من الملفات الأولية إلى الملفات الثانوية للمحول.
سيتم تصميم المحولات بشكل عام لتخسر أقل قدر ممكن من الطاقة. لأنه ليس كل التدفق المغناطيسي من الملفات الأولية ينتقل إلى المرحلة الثانوية ، سيكون هناك بعض الخسارة في الممارسة. سوف المحولات أيضا تفقد الطاقة بسبب التيارات الدوامة، التيار الكهربائي الموضعي الناجم عن التغيرات في المجال المغناطيسي في الدوائر الكهربائية.
يحصل المحولون على اسمهم لأنهم يستخدمون هذا الإعداد لنواة ممغنطة مع لفات على جزأين منفصلين منها لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة مغنطيسية من خلال تمغنط النواة من التيار عبر اللفات الأولية.
بعد ذلك ، يقوم القلب المغناطيسي بإحداث تيار في اللفات الثانوية ، مما يحول الطاقة المغناطيسية إلى طاقة كهربائية. هذا يعني أن المحولات تعمل دائمًا على مصدر جهد تيار متردد وارد ، وهو الذي يقوم بالتبديل بين اتجاهي الاتجاه الأمامي والخلفي على فترات منتظمة.
أنواع تأثيرات المحولات
بصرف النظر عن الجهد أو عدد صيغة الملف ، يمكنك دراسة المحولات لمعرفة المزيد عن طبيعة الأنواع المختلفة من الفولتية ، والتحريض الكهرومغناطيسي ، والمجالات المغناطيسية ، والتدفق المغناطيسي وغيرها من الخصائص التي تنتج عن بناء محول.
على النقيض من مصدر الجهد الحالي في اتجاه واحد ، مصدر التيار المتردد أرسلت من خلال لفائف الأولية سوف تخلق المجال المغناطيسي الخاص بها. وتعرف هذه الظاهرة باسم الحث المتبادل.
ستزداد شدة المجال المغنطيسي إلى أقصى قيمة لها ، وهو ما يساوي الفرق في التدفق المغناطيسي مقسومًا على فترة زمنية ، dΦ / دينارا. ضع في اعتبارك ، في هذه الحالة ، Φ يستخدم للإشارة إلى التدفق المغناطيسي ، وليس زاوية الطور. يتم رسم خطوط المجال المغناطيسي هذه خارج المغناطيس الكهربائي. تأخذ محولات بناء المهندسين أيضًا في الاعتبار ارتباط التدفق ، وهو نتاج التدفق المغناطيسي Φ وعدد لفائف في السلك N بسبب المجال المغناطيسي الذي يمر من لفائف واحدة إلى أخرى.
المعادلة العامة للتدفق المغناطيسي هي Φ = باكوس لمنطقة السطح الذي يمر الحقل أ في م2، حقل مغناطيسي ب في تسلا و θ كزاوية بين متجه عمودي إلى المنطقة والحقل المغناطيسي. للحالة البسيطة للملفات ملفوفة حول المغناطيس ، يتم إعطاء التدفق بواسطة Φ = الدوري الاميركي للمحترفين لعدد من لفائف N، حقل مغناطيسي ب وعلى مساحة معينة أ سطح مواز للمغناطيس. ومع ذلك ، بالنسبة للمحول ، يؤدي ارتباط التدفق إلى أن يكون التدفق المغناطيسي في اللف الأولي مساوياً لللف الثانوي.
بالنسبة الى قانون فاراديس ، يمكنك حساب الجهد الناتج في اللفات الأولية أو الثانوية للمحول عن طريق الحساب N × dΦ / dt. هذا ما يفسر أيضًا لماذا يتحول المحول إلى نسبة الجهد لجزء واحد من المحول إلى الآخر يساوي عدد لفائف جزء إلى آخر.
إذا كنت لمقارنة N × dΦ / dt جزء واحد إلى الآخر ، و dΦ / دينارا سوف تلغي بسبب أن كلا الجزئين لهما نفس التدفق المغناطيسي. أخيرًا ، يمكنك حساب محولات أمبير-المنعطفات كمنتج في الأوقات الحالية عدد اللفائف كوسيلة لقياس القوة الممغنطة للملف
المحولات في الممارسة
توزيعات الطاقة تقوم بتوصيل الكهرباء من محطات الطاقة إلى المباني والمنازل. تبدأ خطوط الطاقة هذه في محطة توليد الطاقة حيث يولد مولد كهربائي طاقة كهربائية من مصدر ما. قد يكون هذا سدًا لتوليد الطاقة الكهرومائية يستغل طاقة المياه أو توربينات الغاز التي تستخدم الاحتراق لإنتاج طاقة ميكانيكية من الغاز الطبيعي وتحويلها إلى كهرباء. هذه الكهرباء ، لسوء الحظ ، تنتج كما الجهد العاصمة والتي تحتاج إلى تحويلها إلى الجهد المتردد لمعظم الأجهزة المنزلية.
تجعل المحولات هذه الكهرباء قابلة للاستخدام عن طريق إنشاء إمدادات طاقة أحادية الطور DC للأسر والمباني من جهد التيار المتردد المتذبذب الوارد. تضمن المحولات على طول شبكات توزيع الطاقة أيضًا أن الجهد هو مقدار مناسب للإلكترونيات المنزلية وأنظمة الكهرباء. تستخدم شبكات التوزيع أيضًا "حافلات" تفصل التوزيع في اتجاهات متعددة بجانب قواطع الدائرة للحفاظ على توزيعات منفصلة منفصلة عن بعضها البعض.
المهندسين في كثير من الأحيان حساب كفاءة المحولات باستخدام المعادلة البسيطة لتحقيق الكفاءة _η = PO/ Pأنا _Fأو انتاج الطاقة P__O ومدخلات الطاقة Pأنا. بناءً على تصميم تصميمات المحولات ، لا تفقد هذه الأنظمة الطاقة بسبب الاحتكاك أو مقاومة الهواء لأن المحولات لا تتضمن أجزاء متحركة.
إن التيار الممغنط ، وهو مقدار التيار اللازم لمغنطة قلب المحول ، صغير جدًا مقارنة بالتيار الذي يستحثه الجزء الأساسي من المحول. تعني هذه العوامل أن المحولات عادةً ما تكون فعالة للغاية مع كفاءة تبلغ 95 بالمائة وما فوق لمعظم التصميمات الحديثة.
إذا كنت ترغب في تطبيق مصدر جهد AC على اللف الأولي للمحول ، فإن التدفق المغناطيسي الذي يحدث في النواة المغناطيسية سيستمر في إحداث جهد التيار المتردد في اللف الثانوي في نفس المرحلة مثل جهد المصدر. ومع ذلك ، فإن التدفق المغناطيسي في القلب ، لا يزال 90 درجة خلف زاوية طور الجهد المصدر. وهذا يعني أن تيار اللفات الأولية ، التيار الممغنط ، يتخلف عن مصدر جهد التيار المتردد.
معادلة المحولات في الحث المتبادل
بالإضافة إلى المجال والتدفق والجهد ، توضح المحولات الظواهر الكهرومغناطيسية المتمثلة في الحث المتبادل والتي تعطي قوة أكبر للملفات الأولية للمحول عند التوصيل بمصدر كهربائي.
يحدث هذا عندما يكون رد فعل اللفات الأولية هو زيادة الحمل ، وهو ما يستهلك الطاقة ، على اللفات الثانوية. إذا أضفت حمولة إلى اللفات الثانوية من خلال طريقة مثل زيادة مقاومة أسلاكها ، فستستجيب اللفات الأولية من خلال سحب المزيد من التيار من مصدر الطاقة للتعويض عن هذا النقص. الحث المتبادل هو الحمل الذي تضعه في المرحلة الثانوية التي يمكنك استخدامها لحساب الزيادة في التيار من خلال اللفات الأولية.
إذا كنت تكتب معادلة جهد منفصلة لكل من اللفائف الأولية والثانوية ، فيمكنك وصف هذه الظاهرة المتمثلة في الحث المتبادل. لفيفة الأولية ، الخامسP = أناPR1 + L1ΔIP/ Δt - M ΔIس/ Δt، للتيار من خلال لف الأولية أناP، تحميل المقاومة الأولية متعرجا R1، الحث المتبادل M، محاثة متعرجا الأولية Lأنا، متعرجا الثانوية أناس والتغيير في الوقت المناسب Δt. علامة سلبية أمام الحث المتبادل M يوضح أن مصدر التيار يواجه فورًا انخفاضًا في الجهد بسبب الحمل على اللف الثانوي ، ولكن استجابة لذلك ، فإن اللف الأولي يرفع جهده.
تتبع هذه المعادلة قواعد معادلات الكتابة التي تصف كيف يختلف التيار والجهد بين عناصر الدائرة. بالنسبة للحلقة الكهربائية المغلقة ، يمكنك كتابة مجموع الجهد عبر كل مكون على قدم المساواة لإظهار كيف ينخفض الجهد عبر كل عنصر في الدائرة.
بالنسبة إلى اللفات الأولية ، تكتب هذه المعادلة لحساب الجهد عبر اللفات الأولية نفسها (أناPR1) ، والجهد بسبب التيار المستحث للمجال المغناطيسي L1ΔIP/ Δt والجهد بسبب تأثير الحث المتبادل من اللفات الثانوية مس/ Δt.
وبالمثل ، يمكنك كتابة معادلة تصف انخفاض الجهد عبر اللفات الثانوية على النحو م __I__P/ =t = أناسR2 + L2ΔIس/ Δt. تتضمن هذه المعادلة تيار اللف الثانوي أناس، محاثة متعرجا الثانوية L2 ومقاومة الحمل متعرجا الثانوية R2. يتم تمييز المقاومة والحث باستخدام رموز 1 أو 2 بدلاً من P أو S ، على التوالي ، حيث يتم ترقيم المقاومات والمحاثات في الغالب ، وليس الرمز باستخدام الحروف. وأخيرا ، يمكنك حساب الحث المتبادل من المحاثات مباشرة كما M = 1L1L2.