Ver todos los transformadores a mi alrededor parece una enorme pieza de hierro. Me preguntaba por qué los transformadores tienen una masa tan enorme. Considere si necesitamos transformación de voltaje 11V / 440V. ¿Por qué no tenemos 11 no de turnos en primario y 440 giros en secundario? En teoría, esto nos daría las relaciones de voltaje requeridas y mucho menos peso. ¿Por qué no funciona? ¿Qué me estoy perdiendo?
¿Por qué no tenemos 11 no de giros en primario y 440 en el secundario. Teóricamente esto nos daría la tensión requerida. ratios y mucho menos peso. ¿Por qué no funciona? ¿Qué me estoy perdiendo?
¿Por qué no tener un turno en el primario y 40 giros en el secundario? Con casi cualquier tamaño normal de núcleo, puede obtener una inductancia entre 1 uH y 100 uH por un turno. Digamos que obtienes 10 uH y digamos que tu voltaje de CA estaba a 50 Hz. El devanado primario de una sola vuelta tiene una inductancia de 10 uH y a 50 Hz, esta es una impedancia de 3.14 mili ohmios, es decir, sin carga conectada al secundario, solo el primario está consumiendo una corriente de su suministro de 11 voltios de CA de 3500 amperios . Ahora nadie quiere eso.
Con 11 giros, la inductancia no es solo 11 veces más alta, es 11 veces al cuadrado más alta, por lo que ahora la inductancia es de 1.21 mH y la reactancia es de 0.38 ohmios y tomará una corriente primaria descargada de 29 amperios, es decir, mucho mejor pero aún no es tan bueno, pero, ¿ve el punto aquí? independientemente del trozo de hierro que sea un transformador, todavía tiene una inductancia primaria residual que puede tomar demasiada corriente reactiva de su fuente de CA de 11 voltios y tiene sentido buscar minimiza eso. Si hiciera 44 giros, la inductancia aumentaría de 16 a 19,4 mH y la corriente residual disminuiría de 16 a aproximadamente 1,8 amperios, lo que podría ser más razonable.
Es posible que desee ir más alto, por supuesto, pero luego tiene mucho más cobre y se convierte en una compensación entre la corriente de magnetización residual (que conduce a pérdidas por saturación del núcleo) y las pérdidas de cobre. Más vueltas significa menos pérdida de núcleo, pero quizás pérdidas de cobre inaceptables (\ $ I ^ 2R \ $).
Esta es la razón por la que los dispositivos SMPS usan frecuencias de conmutación de típicamente 100 kHz - 10 uH tendrán una impedancia de 6.28 ohms (en comparación con 3.14 mili ohms a 50 Hz).
Para adaptarse a un número menor de giros y evitar la saturación, el área de la sección transversal del núcleo debe aumentar (genera más inductancia por giro único) o la longitud del núcleo debe aumentar (disminuye el campo H), por lo que cuando dice: -
esto nos daría las relaciones de voltaje requeridas y mucho menos peso
Estás engañado.
Esto se hace realmente para limitar la corriente de magnetización sin carga. Puede ser consciente del hecho de que la fem inducida en un transformador es proporcional al enlace de flujo. El enlace de flujo es en sí mismo proporcional a la corriente de magnetización y al cuadrado del número de vueltas. Por lo tanto, al aumentar el número de vueltas, reducimos la corriente necesaria para establecer el mismo flujo en el núcleo y, por lo tanto, producimos la misma fem.
Si no está familiarizado con el concepto de flujo y corriente de magnetización, lo encontrará en cualquier libro de texto estándar de Máquinas Eléctricas.
Imagina el caso cuando no hay carga. Eso significa que no hay corriente en la secundaria, en cuyo caso podría no estar allí. Ahora te quedan algunas vueltas de alambre alrededor de un núcleo de hierro. Entonces el transformador es solo un inductor que conecta los cables de la entrada de potencia. Si ese inductor es demasiado pequeño, una gran corriente fluirá.
Por ejemplo, si tiene un 120 VAC - > 12 VAC 60 Hz de transformador, y el primario tiene 0.01 grados de inductancia, la corriente sin carga sería 120 V / (2 * pi * 60 Hz * 0.01 henry = 32 amp . En principio, si el inductor fuera perfecto, la corriente estaría desfasada con respecto al voltaje y la potencia neta sería cero, pero los cables siempre tienen cierta resistencia. Entonces, en lugar de eso, desea aumentar la inductancia a un valor más alto, digamos 1 henry, así que ahora solo tiene 300 mA de corriente de magnetización, lo que es mucho más razonable.
La forma en que aumentas la inductancia es aumentar el número de vueltas. Por lo tanto, el tamaño y el material de su núcleo y el voltaje de entrada determinan el número de giros que necesita.
Hoy estaba midiendo un transformador --- 3 vueltas, cada una de las 10 vueltas alrededor de un pico de ferrocarril. Para limitar la corriente primaria (y proteger el generador de señal anterior contra cargas en cortocircuito), una resistencia de 2,700 ohmios estaba en serie con el devanado primario.
Con 10 voltios desde el generador a 10,000Hz, el primario solo tenía 3 milivoltios de PP a través de ese devanado. ¿Por qué? una inductancia muy baja, debido a la trayectoria de retorno del flujo, fue principalmente a través del aire. Z (primario, a 10 KHz) es 1/3000 del resistor de protección de 2,700 ohmios, o 1 ohmio. ¿Inductancia? 16uH, incluida la permeabilidad del pico del ferrocarril. Acerca de 1uH, modelado como núcleo de aire.
Otras preguntas recientes se refieren a los inductores más grandes disponibles. El transformador de potencia de ABB, clasificado 1 billón de vatios, tenía casi 2,000 Henries. ¿Por qué?
Entonces, la impedancia a voltajes muy altos limitaría la corriente. La impedancia de 2,000 Henries a 377 radianes / segundo (60Hz) es + j754,000. Con 1 Megavolt, la corriente de magnetización es de 1.3 amperios, o 1.3Million watts, solo para poner el núcleo en estado de inactividad, listo para servir como transformador.
Depende de la potencia del transformador.
El poder es el producto de voltios y amperios.
Hay un límite de cuántos voltios por turno puede generar alrededor de un núcleo de transformador. Cuanto mayor sea el área del núcleo, mayores serán los voltios por turno.
Hay un límite para muchos amperios que puedes empujar a través de un cobre antes de que se caliente demasiado. Cuanto mayor sea el área del cable utilizado en el bobinado, más corriente podrá manejar.
Tomados en conjunto, estos significan que el rendimiento de potencia de un transformador es más o menos proporcional a su volumen; ciertamente, un transformador más grande del mismo estilo puede desplazar más potencia que uno pequeño.
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