Máy biến áp và các nguyên tắc của nó

A máy biến áp một thành phần thụ động truyền năng lượng điện từ mạch này sang mạch khác hoặc mạch. Một dòng thay đổi trong bất kỳ cuộn dây nào của máy biến áp tạo ra từ ngữ thay đổi trong lõi biến áp, gây ra lực điện từ thay đổi (EMF) trên bất kỳ vết thương cuộn dây nào khác trên cùng một lõi. Năng lượng điện tử có thể được chuyển giữa các cuộn riêng biệt mà không có kết nối kim loại (dẫn điện) giữa hai mạch. Định luật cảm ứng của Thông lượng từ tính bao quanh cuộn dây.Máy biến áp được sử dụng để thay đổi mức điện áp AC, loại máy biến áp này được gọi là loại bước xuống hoặc bước xuống để tăng hoặc giảm mức điện áp tương ứng. Máy biến áp cũng được sử dụng để cung cấp sự phân lập điện giữa các mạch và các giai đoạn của các giai đoạn xử lý tín hiệu. Vì vậy, việc phát minh ra máy biến áp tiềm năng hằng số đầu tiên vào năm 1885, máy biến áp đã trở thành một phần quan trọng của việc truyền, phân phối và sử dụng dòng điện xen kẽ.A Nhiều thiết kế máy biến áp gặp phải trong các ứng dụng điện tử và năng lượng. Các trình điều chỉnh có kích thước từ các máy biến áp tần số vô tuyến có kích thước nhỏ hơn một centimet đến các đơn vị nặng hàng trăm tấn để kết nối lưới điện.

Nguyên tắc

Một máy biến áp lý tưởng là kết hợp hoàn hảo tuyến tính, không mất và kết hợp hoàn hảo ngụ ý tính thấm lõi cao vô hạn và độ tự cảm quanh co và lực từ tính ròng bằng không (IE IPNP - ISNS = 0).Một dòng điện thay đổi trong cuộn dây chính của máy biến áp tạo ra thông lượng từ tính thay đổi trong lõi biến áp, cũng được bao quanh bởi cuộn dây thứ cấp. Điều này thay đổi thông lượng trong cuộn dây thứ cấp gây ra EMF hoặc điện áp thay đổi trong cuộn dây thứ cấp. Hiện tượng cảm ứng điện từ này là cơ sở cho hành động của máy biến áp, và theo định luật của Lenz, dòng thứ cấp do đó tạo ra từ thông từ tính và đối diện với cuộn dây chính được tạo ra bởi cuộn dây chính. tính thấm, do đó tất cả các thông lượng từ tính đi qua cuộn dây sơ cấp và thứ cấp. Core hủy bỏ bằng không.Theo định luật của Faraday, vì cùng một thông lượng từ tính đi qua các cuộn dây chính và thứ cấp của một máy biến áp lý tưởng, một điện áp tỷ lệ với số lượng cuộn dây của nó được gây ra trong mỗi cuộn dây.Một máy biến áp lý tưởng là một xấp xỉ hợp lý của một máy biến áp thương mại điển hình, với tỷ lệ điện áp và tỷ lệ vòng quay có tỷ lệ nghịch với tỷ lệ hiện tại tương ứng.Trở kháng tải của mạch chính bằng với bình phương của tỷ lệ lượt được nhân với trở kháng tải của mạch thứ cấp.

Máy biến áp thực sự

Sự sai lệch so với các máy biến áp lý tưởng

Mô hình biến áp lý tưởng bỏ qua các khía cạnh tuyến tính cơ bản sau của các máy biến áp thực:

Tổn thất cốt lõi, được gọi chung là tổn thất dòng điện từ hóa, bao gồm.

Tổn thất trễ do các hiệu ứng từ tính phi tuyến trong lõi biến áp và tAnh ta mất dòng điện do sự gia nhiệt của lõi sắt tỷ lệ thuận với bình phương của điện áp được áp dụng cho máy biến áp.

Không giống như mô hình lý tưởng, các cuộn dây trong một máy biến áp thực sự có điện trở và độ tự cảm khác không:

1. tổn thất của Joule do sức đề kháng cuộn dây chính và thứ cấp

2. Thông lượng rò rỉ thoát khỏi lõi và qua một cuộn dây chỉ gây ra trở kháng phản ứng chính và thứ cấp.

3. Tương tự như một hiện tượng cuộn cảm, ký sinh trùng và tự cộng hưởng xảy ra do phân phối điện trường. Thông thường, ba loại điện dung ký sinh được xem xét và các phương trình vòng kín được cung cấp.

4. Điện dung giữa các lượt liền kề trong bất kỳ lớp nào;

5. Điện dung giữa các lớp liền kề;

6. Điện dung giữa lõi và các lớp liền kề với lõi;

Kết hợp điện dung vào một mô hình máy biến áp rất phức tạp và hiếm khi cố gắng; Mạch tương đương cho mô hình biến áp "Real " được hiển thị bên dưới không bao gồm điện dung ký sinh. Tuy nhiên, hiệu ứng điện dung có thể được đo bằng cách so sánh độ tự cảm mạch mở (nghĩa là độ tự cảm của cuộn dây chính khi mạch thứ cấp mở) Độ tự cảm ngắn mạch của cuộn dây thứ cấp khi nó bị thiếu.

Rò rỉ thông lượng

Mô hình biến áp lý tưởng giả định rằng tất cả thông lượng được tạo ra bởi cuộn dây chính kết nối tất cả các vòng quay của mỗi cuộn dây, bao gồm cả chính nó. Trong thực tế, một số thông lượng đi qua một con đường đưa nó ra bên ngoài dòng chảy. Độ tự cảm nối tiếp với cuộn dây biến áp được ghép lẫn nhau. Thông lượng leakage làm cho năng lượng được lưu trữ xen kẽ và được giải phóng khỏi từ trường cho mỗi chu kỳ của nguồn điện. Điện áp để không tỷ lệ thuận với điện áp chính, đặc biệt là ở mức tải nặng. Do đó, máy biến áp thường được thiết kế với độ tự cảm rò rỉ rất thấp.Trong một số ứng dụng, cần có sự rò rỉ tăng lên và các đường từ dài, khoảng cách không khí hoặc shunt bỏ qua từ tính có thể được đưa vào thiết kế máy biến áp để giới hạn dòng điện ngắn mạch, nó sẽ cung cấp. Điện trở âm, chẳng hạn như cung điện, đèn thủy ngân và natri, và đèn neon, hoặc để xử lý các tải trọng một cách an toàn là ngắn mạch theo định kỳ, chẳng hạn như thợ hàn hồ quang.Các khoảng trống không khí cũng được sử dụng để ngăn chặn độ bão hòa của máy biến áp, đặc biệt là các máy biến áp âm thanh trong các mạch với các thành phần DC trong cuộn dây. Lò phản ứng bão hòa sử dụng độ bão hòa của lõi sắt để kiểm soát dòng điện xen kẽ.

Kiến thức về độ tự cảm rò rỉ cũng hữu ích khi các máy biến áp được vận hành song song. Có thể chỉ ra rằng nếu hai máy biến áp có cùng tỷ lệ trở kháng và tỷ lệ phản ứng rò rỉ cuộn dây liên quan (X/R), các máy biến áp sẽ chia sẻ công suất tải theo tỷ lệ Xếp hạng tương ứng của họ. Tuy nhiên, máy biến áp thương mại có dung sai trở kháng rộng. Ngoài ra, tỷ lệ trở kháng và X/R của các máy biến áp có kích thước khác nhau có xu hướng khác nhau.

• Mạch tương đương

• Đề cập đến hình này, hành vi vật lý của một máy biến áp thực có thể được biểu diễn bằng mô hình mạch tương đương, có thể bao gồm một máy biến áp lý tưởng.

• Các tổn thương và phản ứng rò rỉ quanh co được thể hiện bằng trở kháng vòng lặp loạt sau của mô hình:

• Cuộn dây chính: RP, XP

• Cuộn dây thứ cấp: RS, XS.

• Trong các phép biến đổi tương đương mạch thông thường, RS và XS thực sự thường được đề cập đến phía chính bằng cách nhân các trở kháng này với bình phương của tỷ lệ lượt (NP/NS) 2 = A2.

• Mất và phản ứng sắt được thể hiện bằng các trở kháng nhánh shunt sau đây của mô hình:

• Mất sắt hoặc mất sắt: RC.

• Phản ứng từ hóa: XM.

RC và XM được gọi chung là nhánh từ hóa của mô hình.

Mất cốt lõi chủ yếu là do độ trễ và các hiệu ứng dòng xoáy trong lõi và tỷ lệ thuận với bình phương của thông lượng lõi hoạt động ở một tần số nhất định.142 Lỗi143 lõi khả năng hữu hạn yêu cầu IM dòng điện từ hóa để duy trì thông lượng lẫn nhau trong lõi. Dòng từ hóa ở pha với thông lượng từ tính và mối quan hệ giữa hai là phi tuyến do hiệu ứng bão hòa. Tuy nhiên, tất cả các trở kháng của mạch tương đương là tuyến tính theo định nghĩa và hiệu ứng phi tuyến này thường không được phản xạ trong một mạch tương đương biến áp . 142 Đối với nguồn cung cấp năng lượng hình sin, thông lượng lõi tụt lại lực điện động cảm ứng bằng 90 °. Khi cuộn dây thứ cấp mở, dòng điện kích thích I0 bằng với dòng điện không tải của máy biến áp.

Mô hình kết quả, trong khi đôi khi được gọi là mạch tương đương "chính xác " dựa trên giả định tuyến tính, giữ lại nhiều xấp xỉ, có thể đơn giản hóa phân tích bằng cách giả định rằng trở kháng nhánh từ hóa tương đối cao và chuyển hệ thống bên trái của chính Trở kháng. Điều này giới thiệu các lỗi, nhưng cho phép kết hợp điện trở và phản ứng chính và phản ứng chính bằng cách tổng hợp như hai trở kháng chuỗi.Có thể thu được trở kháng mạch tương đương biến áp và các tham số tỷ lệ biến đổi có thể thu được bằng các thử nghiệm sau: Kiểm tra mạch mở, kiểm tra mạch ngắn, kiểm tra điện trở cuộn dây, kiểm tra tỷ lệ biến đổi.