Los transformadores de 60Hz son más pequeños que los transformadores de 50Hz para la misma potencia nominal. Los transformadores diseñados para operar en el rango de kHz son incluso más pequeños. ¿Por qué disminuye el tamaño del transformador con la frecuencia?
Cada energía eléctrica de ciclo de CA se convierte en magnética, y de nuevo. La cantidad de energía magnética que un transformador puede "almacenar" es más o menos lineal en su masa. A una frecuencia más alta, se producen más de estos ciclos, por lo que el mismo transformador transformaría más potencia, o la misma potencia puede ser transferida por un transformador más pequeño.
Las otras respuestas hasta ahora han dado una explicación intuitiva. Me gustaría mostrarle cómo funcionan las ecuaciones si modelamos un transformador.
Si simplificamos el transformador suponiendo que la caída de resistencia sin carga es muy pequeña, entonces podemos decir que el EMF inducido en el transformador es igual al voltaje aplicado. Si asumimos que no hay carga en el transformador y asumimos que el voltaje aplicado es sinuoidal, el EMF inducido es sinusoidal y el flujo es sinusoidal, podemos decir que el EMF inducido en el primario es \ $ e_1 = N_1 \ frac {d \ phi} {dt} \ $, donde \ $ e_1 \ $ es el EMF inducido, \ $ N_1 \ $ es el número de giros en el primario, y \ $ \ phi \ $ es el flujo en el núcleo.
Como asumí anteriormente, \ $ \ phi \ $ es una sinusoide por lo que podemos escribir \ $ \ phi = \ phi_ {max} sin (\ omega t) \ $. Entonces podemos decir que \ $ e_1 = N_1 \ frac {d \ phi} {dt} = \ omega N_1 \ phi_ {max} cos (\ omega t) \ $. Si reorganizamos eso y también recordamos que asumimos que el EMF inducido es igual al voltaje aplicado, obtenemos \ $ \ phi_ {max} = \ frac {V} {\ sqrt2 \ pi f N_1} \ $.
Básicamente, lo que dice esta ecuación es que nuestro flujo máximo es proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la frecuencia de nuestro voltaje aplicado y al número de vueltas en el primario del transformador. Cuanto más alto sea su flujo, más acero necesitará en su transformador para mantener la densidad de flujo a un nivel razonable, lo que significa que los transformadores de mayor frecuencia pueden ser más pequeños.
El intervalo de tiempo entre los ciclos en que el transformador está cargando el núcleo de hierro disminuye a medida que aumenta la frecuencia.
Imagina que intentas mover una pelota de béisbol de 1Hz entre tus manos y luego inténtalo 1000 veces más rápido ... podría ser posible con una pelota más pequeña, pero aún así es difícil.
Tengo que ver con la cantidad de flujo magnético que se almacena en el metal en el núcleo del transformador. Cuanto más rápido sea el cambio, menos tiempo tendrá para descargar / cargar y, por lo tanto, el dispositivo correcto tendrá esto en cuenta (la alta frecuencia no se puede transformar correctamente con pequeños transformadores y viceversa).
los aviones usan transformadores de 440 hz y CA de 440 hz para la mayoría de los sistemas, ya que son más pequeños / livianos y el peso es un problema en los aviones.
Los transformadores que manejan alta potencia tienen su tamaño más o menos proporcional a la frecuencia a medida que la potencia perdida en el hierro aumenta con la frecuencia y, por lo tanto, el Xmer se calienta más rápidamente. Por lo tanto, para su enfriamiento eficiente, se debe aumentar el área de la superficie, lo que exige Xmers más grandes. Mientras que el aumento de temperatura de Xmer de baja potencia no es un problema tan grande y su tamaño se rige por el flujo que tiene que manejar (más bajo es el flujo, más pequeño es el Xmer). Y la cantidad de flujo depende de la duración del ciclo.
de la ecuación emf de X'mer E = 4.44fNAB ( enlace )
donde E = voltaje f = frecuencia A = Área N = número de vueltas B = densidad de flujo magnético en general podemos decir A = E / (4.44fNB) para valor constante de E, N, B si aumentamos F, entonces el área del núcleo disminuirá significa el tamaño de transformador se reducirá.
Respuesta más corta, no matemáticas. Transferencias de energía AC a través de transformadores por inducción. La inducción tiene lugar cuando las líneas de fuerza del campo magnético atraviesan los conductores. Los campos magnéticos en AC se expanden y colapsan a la frecuencia. Una frecuencia más alta significa más líneas de conductores de corte de fuerza, más energía transferida.
El material permeable al transformador (hierro, ferrita, etc.) que ayuda a acoplar el primario y el secundario solo puede manejar tantos voltios-segundos antes de que el material se sature. Cuando el material del transformador se satura, la presencia de la plancha desaparece, los devanados muestran una inductancia muy baja y terminan cortocircuitando la fuente primaria. Una frecuencia más baja a un voltaje dado en los devanados y, por lo tanto, en el material del núcleo, aplica más voltios-segundos porque es positivo o negativo por un período de tiempo más largo.
Por lo tanto, aumente la frecuencia y puede disminuir el tamaño del transformador y voltios-segundos disminuyendo el número de vueltas del cable que conforman el primario y el secundario.
Esto se debe a que necesita menos inductancia (por lo tanto, tamaño de transformador) a frecuencias más altas.
I (inductor) = V / 2pi f L P = IV = V ^ 2 / 2pi f L
Por lo tanto, para proporcionar el mismo poder, la siguiente pareja debe permanecer igual: (fL) _1 = (fL) _2 es decir, si divide la frecuencia por 2, necesita multiplicar la inductancia por 2. Disminuir la inductancia significa disminuir el tamaño.
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