Trasformatori step-up e Step-down

Finora, abbiamo osservato simulazioni di trasformatori in cui gli avvolgimenti primari e secondari erano di induttanza identica, dando approssimativamente uguali livelli di tensione e corrente in entrambi i circuiti. L’uguaglianza di tensione e corrente tra i lati primario e secondario di un trasformatore, tuttavia, non è la norma per tutti i trasformatori.,

Se le induttanze dei due avvolgimenti non sono uguali, qualcosa di interessante accade:

freq v(2) i(v1) 6.000E+01 1.000E+01 9.975E-05 Primary winding freq v(3,5) i(vi1) 6.000E+01 9.962E-01 9.962E-04 Secondary winding 

da Notare come la tensione secondaria è di circa dieci volte inferiore alla tensione primaria (0.9962 volt rispetto a 10 volt), mentre la corrente secondaria è circa dieci volte maggiore (0.9962 mA rispetto a 0.09975 mA).,

Quello che abbiamo qui è un dispositivo che passi abbassare la tensione di un fattore dieci e corrente di un fattore dieci:

Trasforma il rapporto di 10:1 si ottiene 10:1 primaria: scuola secondaria di tensione e rapporto di 1:10 primaria: scuola secondaria rapporto di corrente.

Cosa sono i trasformatori Step-up e Step-down?

Questo è un dispositivo molto utile, in effetti. Con esso, possiamo facilmente moltiplicare o dividere tensione e corrente nei circuiti CA., In effetti, il trasformatore ha reso la trasmissione a lunga distanza di energia elettrica una realtà pratica, poiché la tensione CA può essere “aumentata” e la corrente “ridotta” per ridurre le perdite di potenza della resistenza del filo lungo le linee elettriche che collegano le centrali di generazione con i carichi.

Ad entrambe le estremità (sia il generatore che ai carichi), i livelli di tensione sono ridotti dai trasformatori per un funzionamento più sicuro e attrezzature meno costose.

Un trasformatore che aumenta la tensione dal primario al secondario (più giri di avvolgimento secondari rispetto ai giri di avvolgimento primari) è chiamato trasformatore step-up.,

Al contrario, un trasformatore progettato per fare esattamente il contrario è chiamato trasformatore step-down.

Riesaminiamo una fotografia mostrata nella sezione precedente:

La sezione trasversale del trasformatore che mostra gli avvolgimenti primari e secondari è alta alcuni pollici (circa 10 cm).

Si tratta di un trasformatore step-down, come dimostra l’alto numero di giri dell’avvolgimento primario e il basso numero di giri del secondario., Come unità step-down, questo trasformatore converte la potenza ad alta tensione e bassa corrente in potenza a bassa tensione e alta corrente.

Il filo di calibro maggiore utilizzato nell’avvolgimento secondario è necessario a causa dell’aumento della corrente. L’avvolgimento primario, che non deve condurre tanta corrente, può essere fatto di filo di calibro più piccolo.,

Reversibilità del funzionamento del trasformatore

Nel caso ve lo stiate chiedendo, è possibile azionare uno di questi tipi di trasformatori all’indietro (alimentando l’avvolgimento secondario con una sorgente CA e lasciando che l’avvolgimento primario carichi) per eseguire la funzione opposta: uno step-up può funzionare come step-down e viceversa.,

Tuttavia, come abbiamo visto nella prima sezione di questo capitolo, il funzionamento efficiente di un trasformatore richiede che l’individuo avvolgimento induttanze essere progettate per specifiche range di tensione e corrente, quindi se un trasformatore è quello di essere utilizzato “indietro” come questo deve essere impiegato entro il design originale parametri di tensione e corrente per ogni avvolgimento, perché non provare ad essere inefficiente (o in modo da non essere danneggiato da un’eccessiva tensione o di corrente!).,

Etichette di costruzione del trasformatore

I trasformatori sono spesso costruiti in modo tale che non sia ovvio quali fili portano all’avvolgimento primario e quali portano al secondario. Una convenzione utilizzata nel settore dell’energia elettrica per aiutare ad alleviare la confusione è l’uso di designazioni “H” per l’avvolgimento a tensione superiore (l’avvolgimento primario in un’unità step-down; l’avvolgimento secondario in uno step-up) e “X” per l’avvolgimento a tensione inferiore.

Pertanto, un semplice trasformatore di potenza avrà fili etichettati “H1”, “H2”, “X1” e “X2”., Di solito è significativo per la numerazione dei fili (H1 contro H2, ecc.), che esploreremo un po ‘ più avanti in questo capitolo.

Significato pratico dei trasformatori Step-Up e Step-Down

Il fatto che la tensione e la corrente vengano “calpestate” in direzioni opposte (una verso l’alto, l’altra verso il basso) ha perfettamente senso quando si ricorda che la potenza è uguale alla tensione volte la corrente e si rende conto che i trasformatori non possono produrre energia, solo convertirla.,

Qualsiasi dispositivo che potrebbe produrre più potenza di quella necessaria violerebbe la Legge di conservazione dell’energia in fisica, vale a dire che l’energia non può essere creata o distrutta, solo convertita. Come nel primo esempio di trasformatore che abbiamo esaminato, l’efficienza di trasferimento di potenza è molto buona dal lato primario a quello secondario del dispositivo.

Il significato pratico di ciò è reso più evidente quando si considera un’alternativa: prima dell’avvento di trasformatori efficienti, la conversione del livello di tensione/corrente poteva essere raggiunta solo attraverso l’uso di gruppi motore/generatori.,

Un disegno di un motore/gruppo elettrogeno rivela il principio di base coinvolto: (Figura sotto)

=

Motore generatore illustra il principio di base del trasformatore.

In tale macchina, un motore è accoppiato meccanicamente ad un generatore, il generatore progettato per produrre i livelli desiderati di tensione e corrente alla velocità di rotazione del motore.,

Mentre sia i motori che i generatori sono dispositivi abbastanza efficienti, l’uso di entrambi in questo modo combina le loro inefficienze in modo che l’efficienza complessiva sia nell’intervallo del 90% o meno. Inoltre, poiché i gruppi motore/generatore richiedono ovviamente parti in movimento, l’usura meccanica e l’equilibrio sono fattori che influenzano sia la durata che le prestazioni.

I trasformatori, invece, sono in grado di convertire livelli di tensione e corrente ALTERNATA ad elevatissime efficienze senza parti in movimento, rendendo possibile la distribuzione capillare e l’utilizzo di energia elettrica che diamo per scontata.,

In tutta onestà, va notato che i gruppi motori/generatori non sono necessariamente stati obsoleti dai trasformatori per tutte le applicazioni.

Mentre i trasformatori sono chiaramente superiori rispetto ai gruppi motori / generatori per la conversione di tensione CA e livello di corrente, non possono convertire una frequenza di alimentazione CA in un’altra, o (da soli) convertire CC in CA o viceversa.

I gruppi motori / generatori possono fare tutte queste cose con relativa semplicità, anche se con i limiti di efficienza e fattori meccanici già descritti.,

I gruppi motori / generatori hanno anche la proprietà unica di immagazzinare energia cinetica: cioè, se l’alimentazione del motore viene momentaneamente interrotta per qualsiasi motivo, il suo momento angolare (l’inerzia di quella massa rotante) manterrà la rotazione del generatore per una breve durata, isolando così eventuali carichi alimentati dal generatore da “glitch” nel sistema di alimentazione principale.

Analisi del funzionamento del trasformatore Step-up e Step-down

Osservando attentamente i numeri nell’analisi delle SPEZIE, dovremmo vedere una corrispondenza tra il rapporto del trasformatore e le due induttanze., Si noti come l’induttore primario (l1) ha 100 volte più induttanza rispetto all’induttore secondario (10000 H contro 100 H) e che il rapporto di step-down della tensione misurata era 10 a 1.

L’avvolgimento con più induttanza avrà una tensione più alta e meno corrente rispetto agli altri.

Poiché i due induttori sono avvolti attorno allo stesso materiale del nucleo nel trasformatore (per l’accoppiamento magnetico più efficiente tra i due), i parametri che influenzano l’induttanza per le due bobine sono uguali tranne che per il numero di giri in ciascuna bobina.,

Se dobbiamo prendere un altro sguardo al nostro induttanza formula, vediamo che l’induttanza è proporzionale al quadrato del numero di bobina gira:

Così, dovrebbe essere evidente che le nostre due induttori negli ultimi SPEZIA trasformatore esempio di circuito con induttanza rapporti di 100:1—deve avere la bobina di attivare rapporti di 10:1, a causa di 10 al quadrato è uguale a 100.,

Questo risulta essere lo stesso rapporto che abbiamo trovato tra tensioni e correnti primarie e secondarie (10:1), quindi possiamo dire di regola che il rapporto di trasformazione di tensione e corrente è uguale al rapporto tra le spire di avvolgimento tra primario e secondario.

Trasformatore step-down: (molti giri :pochi giri).,

step-up/step-down effetto di bobina di trasformare i rapporti di un trasformatore è analoga alla dentatura dei rapporti di cambio meccanico sistemi, trasformando i valori di velocità e di coppia in modo molto simile:

Coppia ingranaggio di riduzione procedura di coppia in basso, mentre passo accelerare.

I trasformatori step-up e step-down per la distribuzione di energia possono essere giganteschi in proporzione ai trasformatori di potenza mostrati in precedenza, alcune unità alte come una casa., La seguente fotografia mostra un trasformatore di sottostazione alto circa dodici piedi:

Trasformatore di sottostazione.

RECENSIONE:

  • Trasformatori” step up “o” step down” tensione in base ai rapporti di primaria a secondaria filo spire.

  • Un trasformatore progettato per aumentare la tensione dal primario al secondario è chiamato trasformatore step-up., Un trasformatore progettato per ridurre la tensione dal primario al secondario è chiamato trasformatore step-down.
  • Il rapporto di trasformazione di un trasformatore sarà uguale alla radice quadrata del suo rapporto di induttanza primaria / secondaria (L).

FOGLI DI LAVORO CORRELATI:

  • Step-up, Step-down, e trasformatori di isolamento Foglio di lavoro

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