cálculos y física del transformador

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Tengo una formación académica en ingeniería eléctrica, pero desde que me gradué, he trabajado exclusivamente en software y mis habilidades de EE se están volviendo muy oxidadas. Algo que nunca entendí completamente fue el análisis de circuitos con transformadores.

Entiendo, en el nivel más simple y con un transformador ideal, que la relación V / I cambia de manera que V1 / V2 = I2 / I1 y la potencia del primario debe ser igual a la potencia del secundario.

Lo que no entiendo es que esto puede suceder sin violar la Ley de Ohm.

Por ejemplo, lo que sucede en este caso: Tengo un transformador que tiene 10 A corriendo por el primario con 200 V a través de él. En el secundario, conecto una carga de 10kOhm.

Si el secundario tiene el doble de devanados que el primario, entonces debería tener 400V y 5 A en el secundario ... pero, ¿cómo es posible teniendo en cuenta que tengo una carga de 10kOhm en el secundario? Parece que debería ser capaz de calcular la carga de mis Vs y Is, a pesar del hecho de que podría adjuntar cualquier carga arbitraria allí. ¿Cómo se explica esto por la ecuación (6) en Wikipedia ( enlace )

La segunda parte de esta pregunta: ¿Qué es un modelo de circuito razonable de un transformador "real", y el análisis de circuitos (resolución de corrientes y voltajes) que utiliza el modelo responde a la pregunta que tengo arriba (sobre la violación de la Ley de Ohm)? Veo un modelo de circuito en el artículo de Wikipedia, pero no parece responder mi pregunta en absoluto. El secundario es solo un circuito abierto con un potencial calculado a través de sus terminales y el transformador en sí.

    
pregunta 8bitcartridge

1 respuesta

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Si tiene un transformador ideal con 200V / 10A en el primario, la carga en el secundario no puede ser solo de 10K. No tienes que elegir todas las variables de forma independiente.

En este caso, 2000W está entrando en el primario, por lo que para un transformador ideal, 2000W debería salir. La carga en el secundario debe ser de 80 ohmios.

Si fuerza 10A en el primario de un transformador ideal con una carga de 10 K, los voltajes primario y secundario aumentarán hasta que la corriente secundaria sea 5A, lo que significa que el voltaje primario será de 25 kV (y la resistencia de 10K disipará 250kW).

Si aplica 200V en el primario y la carga en el secundario es 10K, la corriente primaria solo será 80mA y la corriente secundaria 40mA.

Un transformador real no se comportará de esta manera. Se saturará si la tensión de entrada es demasiado alta o la frecuencia demasiado baja (por lo general no es mucho más que el límite de funcionamiento normal de alta tensión / baja frecuencia). La saturación es mala: da lugar a una gran corriente que se convierte en calor, por lo que a menudo le siguen el humo y los vapores acre. Hay una corriente de magnetización, incluso sin carga. Hay una inductancia de fuga que se comporta como una inductancia en serie. Hay pérdidas de cobre que se comportan como resistencias en serie (pero el cobre aumenta con la temperatura). Hay pérdidas de núcleo, que se comportan un poco como resistencias (paralelas). Y existe el efecto no lineal de la saturación, y el efecto del recuerdo del núcleo, que puede ser muy pronunciado en los transformadores de potencia toroidal (un aumento ocasional de alta intensidad en el encendido que depende del estado del núcleo cuando se apagó por última vez). p>

Tal vez (o no) ayudaría recordar que para un transformador ideal, la impedancia presentada en el secundario se refleja en el primario, dividida por el cuadrado de la relación de giros.

En otras palabras, para su ejemplo (y, enfatizo, un transformador ideal), la resistencia de 10 K en el secundario se comporta como una resistencia de 2,5 K en los terminales primarios. De manera similar, un capacitor de 10uF en el secundario aparecerá como un capacitor de 40uF en el primario (ya que la impedancia del capacitor es \ $ Zc = \ frac {1} {j \ omega C} \ $).

    
respondido por el Spehro Pefhany

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