¿Cómo podemos tener alto voltaje y baja corriente (en transformadores), si V = I * Impedancia?

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He investigado mucho sobre este tema (incluido este sitio) y he encontrado este enlace algo útil: ¿Cómo es posible? ¿Tiene alto voltaje y baja corriente? ...     Pero todavía parece que queda algo corto.

La gente ha explicado que, dado que la potencia debe permanecer constante (sin pérdidas en el caso ideal), entonces la potencia de entrada = potencia de salida, es decir,

$$ V_ {in} \ cdot I_ {in} = V_ {out} \ cdot I_ {out} $$

y

$$ \ dfrac {V_ {in}} {V_ {out}} = \ text {Relación del número de giros en primario al de bobina secundaria} $$

¿Pero cómo es esto posible? Digamos que la planta puede suministrar una potencia de 1000 W, @ 1000 V y 1 Amp. La tensión está determinada por el generador, pero la corriente está determinada por la impedancia del circuito que tiene la bobina primaria. Digamos que el transformador está reducido y el voltaje inducido (RMS) es de 200V. De acuerdo con la lógica anterior, la corriente debe ser de 5 amperios. Pero, ¿no debería depender de la resistencia (o impedancia) del dispositivo que hemos conectado a la bobina secundaria?

EDIT 1 ¿Por qué la impedancia primaria depende de la relación Np / Ns? ¿Se debe a la inducción mutua? ¿Y por qué la impedancia de carga real en secundaria depende de esa relación y no de los dispositivos que hemos conectado a través de la bobina secundaria? ¿Si conecto un número diferente de aparatos, cambiará el voltaje inducido en el secundario?

Editar 2 Si la impedancia primaria se cambia al conectar / desconectar "aparatos", ¿cambiará la potencia aparente que debe suministrar el generador? ¿Qué pasa con el poder real? (Aunque power in = out, estoy hablando del valor) Si es así, ¿cómo se las arregla el generador para cambiar la fuente de alimentación?

    
pregunta frags51

4 respuestas

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Tienes razón, la corriente depende de la impedancia conectada a la bobina secundaria. Creo que te estás confundiendo sobre qué reglas seguir cuando. Estas son las reglas que siempre se aplican a los transformadores ideales:

$$ \ frac {V_P} {V_S} = \ frac {N_P} {N_S} $$

$$ \ frac {I_P} {I_S} = \ frac {N_S} {N_P} $$

$$ \ frac {Z_P} {Z_S} = \ left (\ frac {N_P} {N_S} \ right) ^ 2 $$

$$ P_P = P_S $$

El hecho de que su fuente de alimentación pueda suministrar 1000 voltios a 1 amperio no significa que lo hará en todas las circunstancias . Lo que podemos decir es que si la fuente está suministrando 1000 V y 1 A en el lado primario de un transformador ideal, luego :

  • La corriente en el lado secundario es \ $ 1 \ cdot \ frac {N_P} {N_S} \ $ amps.
  • El voltaje en el lado secundario es \ $ 1000 \ cdot \ frac {N_S} {N_P} \ $ volts.
  • La impedancia de entrada aparente en el lado primario tiene una magnitud de 1000 ohmios.
  • La impedancia de carga real en el lado secundario tiene una magnitud de \ $ 1000 \ left (\ frac {N_S} {N_P} \ right) ^ 2 \ $ ohms.
  • La potencia de entrada en el lado primario y la potencia de salida en el lado secundario son ambos 1000 vatios.

Si cambia la relación de giros \ $ \ frac {N_P} {N_S} \ $, la impedancia aparente del lado primario cambiará, como si hubiera cambiado la impedancia de carga real. Los voltajes y las corrientes en ambos lados cambiarán en consecuencia.

EDITAR: Sí, la impedancia primaria (también conocida como impedancia reflejada) depende de la relación de giros debido a la inductancia mutua. La impedancia de carga real en el secundario no lo hace, es la impedancia física conectada a través de los cables, lo que usted llama "aparatos". Pero al igual que con la Ley de Ohm, si conoce el voltaje y la corriente en el lado primario y la relación de giros, puede calcular la impedancia en el lado secundario. Eso es lo que estoy haciendo arriba.

Para decirlo de otra manera: el voltaje aplicado al lado primario determina el voltaje visto en el lado secundario. La tensión secundaria y la impedancia de carga determinan la corriente secundaria. La corriente secundaria determina la corriente primaria. El voltaje primario y la corriente primaria le dan la impedancia reflejada (primaria).

Piense en la impedancia reflejada como un equivalente de Thevenin. Si conecta una resistencia de 22k al lado secundario de un transformador donde \ $ \ frac {N_P} {N_S} = 10 \ $, entonces el lado primario del transformador actúa como una resistencia de 220 ohmios.

Consulte también esta pregunta .

EDIT 2: No soy un experto en generadores, pero intentaré responder a tu pregunta de todos modos. :-)

Como regla general, el voltaje de un generador depende de su velocidad. Girar el generador a una velocidad constante produce un voltaje constante (un voltaje de CA, en este caso). Cuando se aplica a una carga, este voltaje hace que la corriente fluya. La corriente actúa como un electroimán y pone un par de torsión en el generador, oponiéndose a su movimiento. Superar ese par consume energía mecánica. La energía mecánica consumida es igual a la energía eléctrica producida. (Estoy ignorando la fricción y la inercia, y solo hablo sobre el estado estable).

Si alimenta una cantidad constante de potencia mecánica al generador, su voltaje variará según la resistencia de la carga, manteniendo la potencia eléctrica igual a la potencia mecánica. Pero en la práctica, normalmente queremos que un generador produzca un voltaje constante. Así que la potencia mecánica se varía para mantener el voltaje.

    
respondido por el Adam Haun
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Un transformador, lo que su nombre sugiere transforma diferentes niveles de voltaje. Puede usar un circuito equivalente para descubrir que la corriente en el primario es proporcional a la carga aplicada en el secundario. Si se deja abierto el secundario, solo fluyen corrientes de magnetización a través del devanado primario (muy poca corriente, 90 grados fuera de fase).

    
respondido por el Marko Buršič
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¿Cómo es posible tener alto voltaje y baja corriente? Esto es posible si Power, P, se mantiene constante.

P = VI == > V = P / I ... Por lo tanto, V es inversamente proporcional a I

con V = P / I, si P se mantiene constante, un aumento en V conducirá a una disminución en I

    
respondido por el Lancelot King
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Durante años la explicación común nunca me satisfizo del todo. Finalmente me di cuenta de que:

$$ \ frac {V_p} {V_n} = \ frac {N_p} {N_n} $$

es una consecuencia y eso

$$ N_p * I_p = N_s * I_s $$

es el factor de conducción real. Es decir, en un transformador ideal, los giros de amplificación en el primario son iguales a los giros de amplificación en el secundario. En un transformador real, por lo general, solo tiene que agregar algunas fugas al primario y tiene un modelo muy preciso.

Ahora piense en las consecuencias de este factor de activación: la fuente de alimentación conectada al devanado primario tiene un cierto voltaje y empujará una cierta cantidad de corriente a través del devanado. Al igual que en la ley de Ohm, la corriente está determinada por la impedancia del devanado. La impedancia del devanado está determinada (en su mayoría) por la impedancia reflejada del secundario. El primario presenta la impedancia reflejada y los flujos de corriente primaria resultantes. El transformador mantiene giros de amplificación y, por lo tanto, la corriente resultante fluye en el secundario. Cuando finalmente haces el cálculo de voltaje, encuentras que la relación Vp / Vn se mantiene, pero en realidad solo como consecuencia. A veces, la relación Vp / Vn no se mantiene y trabajar de esta manera generalmente revelará por qué.

Desde que cambié mi razonamiento acerca de los transformadores a este modo dominante de giros, muchas de las consecuencias se concretan de manera mucho más intuitiva.

Por ejemplo, para responder a su pregunta original, el 1000V principal está disponible para la carga reflejada. La corriente real (y, por lo tanto, la potencia) estará determinada por esa carga.

Para responder a su Edición 1: debido a que el transformador debe presionar un cierto número de giros de amplificación, la impedancia secundaria aparece como una impedancia reflejada en la primaria.

Para responder a tu Edición 2: Sí, el poder cambia. Comience con la impedancia de la carga, calcule la impedancia reflejada, calcule la corriente primaria resultante y luego tendrá la potencia entregada. Si agrega otra carga, la impedancia disminuye, la corriente aumenta y, por lo tanto, aumenta la potencia. La potencia nominal de un transformador es un máximo, no una constante.

    
respondido por el Heath Raftery

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