Step-up and Step-down Transformers

até agora, temos observado simulações de transformadores onde os enrolamentos primário e secundário eram de indutância idêntica, dando aproximadamente igual tensão e níveis de corrente em ambos os circuitos. A igualdade de tensão e corrente entre os lados primário e secundário de um transformador, no entanto, não é a norma para todos os transformadores.,

Se o indutâncias dos dois enrolamentos são iguais, algo interessante acontece:

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 

Repare como a tensão secundária é cerca de dez vezes menor que a tensão primária (0.9962 volts, em comparação com 10 volts), enquanto que a corrente do secundário é cerca de dez vezes maior (0.9962 mA comparado com 0.09975 mA).,

o Que temos aqui é um dispositivo que passos a tensão para baixo por um fator de dez e atual por um fator de dez:

Transforma proporção de 10:1 corresponde a 10:1 primário: secundário proporção de tensão e de 1:10 primário: secundário índice de liquidez corrente.o que são transformadores Step-up e Step-down?

Este é um dispositivo muito útil, de fato. Com ele, podemos facilmente multiplicar ou dividir tensão e corrente em circuitos de CA., De fato, o transformador fez da transmissão de longa distância de energia elétrica uma realidade prática, uma vez que a tensão de CA pode ser “aumentada” e a corrente “descida” para Perdas de energia de resistência ao fio reduzidas ao longo de linhas de energia conectando as centrais geradoras com cargas.em cada extremidade (tanto o gerador como as cargas), os níveis de tensão são reduzidos por transformadores para uma operação mais segura e equipamento menos dispendioso.

um transformador que aumenta a tensão do primário para o secundário (mais voltas de enrolamento secundário do que voltas de enrolamento primário) é chamado de transformador step-up.,

inversamente, um transformador projetado para fazer exatamente o oposto é chamado de transformador para baixo.

Vamos re-examinar uma fotografia mostrada na seção anterior:

Transformador de seção transversal mostrando enrolamentos primário e secundário é de alguns centímetros de altura (cerca de 10 cm).

Este é um transformador para baixo, como evidenciado pela contagem alta de curvas do enrolamento primário e a contagem baixa de curvas do secundário., Como unidade de descentramento, este transformador converte alta tensão, baixa corrente em baixa tensão, alta corrente.o fio de bitola maior utilizado no enrolamento secundário é necessário devido ao aumento da corrente. O enrolamento primário, que não tem que conduzir tanta corrente, pode ser feito de fio de bitola menor.,

reversibilidade da operação do transformador

No caso de estar a pensar, é possível operar qualquer um destes tipos de transformadores para trás (alimentando o enrolamento secundário com uma fonte de CORRENTE ALTERNADA e deixando a potência de enrolamento primária uma carga) para desempenhar a função oposta: um passo para cima pode funcionar como um passo para baixo e vice-Versa.,

no Entanto, como vimos na primeira seção deste capítulo, a operação eficiente de um transformador exige que o indivíduo enrolamento indutâncias de ser projetado para o funcionamento específicas intervalos de tensão e de corrente, por isso, se um transformador é para ser usado “para trás” como isso deve ser empregada no projeto original de parâmetros de tensão e corrente para cada enrolamento, para que ele não provar ser ineficiente (ou para que não seja danificado pelo excesso de tensão ou corrente!).,

Etiquetas de construção de transformadores

transformadores são frequentemente construídos de tal forma que não é óbvio quais fios levam ao enrolamento primário e que levam ao secundário. Uma convenção usada na indústria de energia elétrica para ajudar a aliviar a confusão é o uso de designações” H “para o enrolamento de alta tensão (o enrolamento primário em uma unidade de passo para baixo; o enrolamento secundário em um step-up) e designações” X ” para o enrolamento de baixa tensão.

portanto, um simples transformador terá fios rotulados “H1”, “H2”, “X1”, e “X2”., É geralmente significativo para a numeração dos fios (H1 versus H2, etc.), que vamos explorar um pouco mais tarde neste capítulo.

o Significado Prático de Step-Up e Step-Down Transformadores

O fato de que a tensão e a corrente ficar “passada” em direções opostas (um para cima, outro para baixo) faz todo o sentido quando você se lembrar de que a energia é igual à tensão tempos atuais, e perceber que os transformadores não pode produzir energia, apenas convertê-lo.,

qualquer dispositivo que possa produzir mais energia do que aquela que tomou violaria a Lei de conservação de energia na física, ou seja, que a energia não pode ser criada ou destruída, apenas convertida. Como no primeiro exemplo de transformer que vimos, a eficiência de transferência de energia é muito boa do lado primário para o lado secundário do dispositivo.

O significado prático disto é tornado mais evidente quando uma alternativa é considerada: antes do advento de Transformadores eficientes, a conversão de tensão/nível de corrente só poderia ser alcançada através do uso de conjuntos Motor/Gerador.,

Um desenho de um motor/gerador revela o princípio básico envolvido: (Figura abaixo)

=

Motor gerador ilustra o princípio básico do transformador.

nessa máquina, um motor é acoplado mecanicamente a um gerador, o gerador projetado para produzir os níveis desejados de tensão e Corrente à velocidade rotativa do motor.,apesar de ambos os motores e geradores serem dispositivos bastante eficientes, o uso de ambos desta forma compõe suas ineficiências de modo que a eficiência global está na gama de 90% ou menos. Além disso, como os conjuntos motor/Gerador obviamente exigem peças móveis, o desgaste mecânico e o equilíbrio são fatores que influenciam a vida útil e o desempenho.

transformadores, por outro lado, são capazes de converter níveis de tensão e Corrente de corrente alternada em eficiências muito altas, sem peças móveis, tornando possível a distribuição generalizada e uso da energia elétrica que consideramos como garantida.,com toda a justiça, é de notar que os conjuntos motor / gerador não foram necessariamente obsoletos pelos transformadores para todas as aplicações.os transformadores são claramente superiores aos grupos motores / geradores para a conversão da tensão de CORRENTE ALTERNADA e do nível de corrente alternada, mas não podem converter uma frequência de energia de CORRENTE ALTERNADA para outra, ou (por si só) converter DC em corrente alternada ou vice-versa.conjuntos Motor/Gerador podem fazer todas estas coisas com relativa simplicidade, embora com as limitações de eficiência e fatores mecânicos já descritos.,

Motor/gerador define também tem a propriedade singular de energia cinética de armazenamento: isto é, se o motor da fonte de alimentação é momentaneamente interrompida, por qualquer motivo, seu momento angular (a inércia de massa em rotação) vai manter a rotação do gerador por um período curto, assim, isolar todas as cargas alimentadas pelo gerador de “falhas” no principal sistema de energia.

análise da operação do transformador Step-up e Step-down

olhando atentamente para os números na análise da especiaria, devemos ver uma correspondência entre a razão do transformador e as duas indutâncias., Observe como o indutor primário (l1) tem 100 vezes mais indutância do que o indutor secundário (10000 H versus 100 H), e que a razão medida de descidas de tensão foi de 10 para 1.

O enrolamento com mais indutância terá uma tensão mais elevada e menos corrente do que a outra.uma vez que os dois indutores são enrolados em torno do mesmo material do núcleo do transformador (para o acoplamento magnético mais eficiente entre os dois), os parâmetros que afetam a indutância para as duas bobinas são iguais, exceto para o número de voltas em cada bobina.,

Se a gente tomar um outro olhar para a nossa indutância fórmula, vemos que a indutância é proporcional ao quadrado do número de bobina gira:

Então, deve ser evidente que os nossos dois indutores na última SPICE transformador exemplo de circuito com indutância proporções de 100:1—deve ter a bobina rácios de 10:1, porque, de 10 ao quadrado é igual a 100.,

isto funciona como sendo a mesma razão que encontramos entre tensões primárias e secundárias e correntes (10:1), Então podemos dizer como uma regra que a relação de transformação de tensão e corrente é igual à relação de curvas de enrolamento entre primário e secundário.

transformador para baixo: (muitas voltas :poucas voltas).,

O step-up/step-down efeito da bobina rácios de um transformador é análoga à de dentes de engrenagens rácios de mecânica sistemas de engrenagens, transformando valores de velocidade e torque em muito da mesma maneira:

Torque redução de trem de engrenagem etapas de torque para baixo, ao nível de velocidade.

transformers Step-up and step-down para fins de distribuição de energia pode ser gigantesco em proporção aos transformadores de energia previamente mostrados, algumas unidades de pé tão alto quanto uma casa., A seguinte fotografia mostra um transformador de subestação com cerca de doze pés de altura:

transformador de Subestação.

REVIEW:

  • Transformers “step up” or “step down” voltage according to the ratios of primary to secondary wire turns.

  • Um transformador projetado para aumentar a tensão do primário para o secundário é chamado um passo transformador., Um transformador projetado para reduzir a tensão do primário para o secundário é chamado de transformador para baixo.
  • A razão de transformação de um transformador será igual à raiz quadrada da sua razão de indutância primária e secundária (L).

folhas de trabalho relacionadas:

  • Step-up, Step-down, and Isolation Transformers Worksheet

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