일반적으로 트랜스포머는 양을 한 값에서 다른 값으로 변환 할 수있는 장치입니다. 이 기사에서는 전자기 유도 원리를 사용하여 주파수를 변경하지 않고 AC 전압을 한 값에서 다른 값으로 변환 할 수있는 정적 전기 부품 인 전압 변압기 에 초점을 맞출 것 입니다.
교류에 대한 이전 기사 중 하나에서 교류의 역사에서 변압기가 얼마나 중요한지 언급했습니다. 교류를 가능하게 한 주요 원동력이었습니다. 처음에는 DC 기반 시스템을 사용했을 때 거리 (길이)가 증가함에 따라 라인의 전력 손실로 인해 장거리 전송이 불가능했습니다. 즉, DC 발전소를 모든 곳에 배치해야했기 때문에 AC의 주요 목표는 전송 문제를 해결하고 변압기 없이는 손실이 AC에서도 여전히 존재했기 때문에 불가능했을 것입니다.
변압기를 사용하면 발전소에서 매우 높은 전압이지만 낮은 전류로 AC를 전송할 수 있으므로 I 2 R 값으로 인해 라인 (와이어)의 손실이 제거됩니다 (라인 에서 전력 손실을 나타냄).. 트랜스포머는 낮은 전압, 높은 전류 에너지 고전압 저 전류 에너지를 변환하기 위해 사용되는 주파수를 변경하지 않고 상기 발전소로부터 전송 된 동일한 전력에서 커뮤니티 내의 최종 분배 (P = IV).
전압 변압기를 더 잘 이해하려면 가장 단순화 된 모델 인 단상 변압기를 사용하는 것이 가장 좋습니다.
단상 변압기
단상 변압기는 가장 일반적인 (사용되는 숫자 측면에서) 전압 변압기입니다. 우리가 가정에서 사용하는 대부분의 "플러그인"기기 와 그 밖의 모든 곳에 존재합니다.
다른 변압기는 단상 변압기의 변형 또는 수정과 같기 때문에 변압기의 작동 원리, 구성 등을 설명하는 데 사용됩니다. 예를 들어 어떤 사람들은 3 상 변압기를 3 개의 단상 변압기로 구성한다고 말합니다.
단상 변압기 는 2 개의 코일 / 권선 (1 차 및 2 차 코일)으로 구성됩니다. 이 두 권선은 그들 사이에 전기적 연결이 존재하지 않는 방식으로 배열되어 일반적으로 변압기의 코어 라고 불리는 공통 자기 철 주위에 감겨 있으므로 두 코일은 그들 사이에 자기 연결 만 있습니다. 이것은 전력이 전자기 유도를 통해서만 전송되도록 보장하고 변압기를 절연 연결에 유용하게 만듭니다.
변압기의 작동 원리:
앞서 언급했듯이 변압기는 두 개의 코일로 구성됩니다. 기본 및 보조 코일. 1 차 코일은 항상 변압기에 대한 입력을 나타내고 2 차 코일은 변압기에서 출력을 나타냅니다.
두 가지 주요 효과가 변압기의 작동을 정의합니다.
첫 번째는 전선을 통해 흐르는 전류가 전선 주위에 자기장을 형성한다는 것입니다. 결과적인 자기장의 크기는 항상 와이어를 통과하는 전류의 양에 정비례합니다. 와이어가 코일 모양으로 감겨 있으면 자기장의 크기가 증가합니다. 이것이 1 차 코일에 의해 자기가 유도되는 원리입니다. 1 차 코일에 전압을가함으로써 변압기 코어 주변에 자기장을 유도합니다.
두 번째 효과 는 첫 번째와 결합 될 때 도체가 자석 조각에 감겨 있고 자기장이 변하면 자기장의 변화가 전류를 유도 한다는 사실에 기초한 변압기의 작동 원리를 설명합니다 . 도체, 그 크기는 도체 코일의 회전 수에 의해 결정됩니다. 이것이 2 차 코일이 통전되는 원리입니다.
1 차 코일에 전압이 가해지면 코어 주변에 자기장이 생성되고 강도는인가 된 전류에 따라 달라집니다. 따라서 생성 된 자기장은 자기장의 크기와 2 차 코일의 회전 수의 함수 인 2 차 코일에 전류를 유도합니다.
변압기의이 작동 원리는 또한 전자기 유도 원리가 작동하는 것처럼인가 된 전압 또는 전류에 교번이있을 때만 변압기가 작동하기 때문에 AC를 발명해야하는 이유를 설명합니다. 따라서 변압기는 DC에 사용할 수 없습니다.
변압기의 구성
기본적으로 변압기는 다음을 포함하는 두 부분으로 구성됩니다. 두 개의 유도 코일과 적층 강철 코어. 코일은 서로 절연되어 있으며 코어와의 접촉을 방지하기 위해 절연되어 있습니다.
따라서 변압기의 구조는 코일 및 코어 구조에서 검토됩니다.
트랜스포머 코어
변압기의 코어는 항상 적층 된 강판을 함께 쌓아서 구성되어 그들 사이에 최소한의 공극이 존재하도록합니다. 최근 변압기 코어는 와전류로 인한 손실을 줄이기 위해 항상 철 코어 대신 적층 강철 코어로 구성됩니다.
라미네이트 강판의 주요 형상은 E, I, L의 세 가지가 있습니다.
라미네이션을 함께 쌓아 코어를 형성 할 때 조인트의 측면이 번갈아 가며 항상 쌓입니다. 예를 들어, 시트 중 첫 번째 어셈블리 중에 앞면으로 어셈블되고 아래 이미지에 표시된대로 다음 어셈블리를 위해 뒷면이됩니다. 이것은 관절에서 높은 거부감을 방지하기 위해 수행됩니다.
코일
변압기를 구성 할 때 변압기 유형을 승압 또는 강압으로 지정하는 것이 매우 중요합니다. 이것은 1 차 또는 2 차 코일에 존재할 권선 수를 결정하기 때문입니다.
변압기 유형:
주로 세 가지 유형의 변압기가 있습니다.
1. 강압 변압기
2. 스텝 업 변압기
3. 절연 변압기
변압기가 다운 단계 에 대한 동안 전압의 감소 값을 제공 변압기는이 2 차 코일에 차 코일에인가 변압기 스텝 업 변압기는 전압의 증가 된 값이 보조에서 차 코일에인가 준다 코일.
절연 변압기 는 2 차측에서 1 차측에 동일한 전압을 적용하여 기본적으로 전기 회로를 분리하는 데 사용되는 변압기입니다.
위의 설명에서 특정 유형의 변압기를 만드는 것은 필요한 출력을 제공하기 위해 각 1 차 및 2 차 코일의 권선 수를 설계함으로써 만 달성 할 수 있으며, 이는 권선비에 의해 결정될 수 있습니다. 연결된 자습서를 통해 다양한 유형의 변환기에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다.
변압기 권선비 및 EMF 방정식:
변압기 권선비 (n)는 다음 방정식으로 주어집니다.
n = Np / Ns = Vp / Vs
여기서 n = 권선비
Np = 1 차 코일의 회전 수
Ns = 2 차 코일의 회전 수
Vp = 1 차측에 적용된 전압
Vs = 2 차측 전압
위에서 설명한 이러한 관계를 사용하여 방정식의 각 매개 변수를 계산할 수 있습니다.
위의 공식은 변압기 전압 동작 으로 알려져 있습니다.
우리가 변환 후에도 권력은 동일하게 유지된다고 말했기 때문에;
위의이 공식을 변압기의 전류 작용이라고 합니다. 변압기가 전압을 변환 할뿐만 아니라 전류를 변환한다는 증거로 사용됩니다.
EMF 방정식:
1 차 또는 2 차 코일 중 하나의 코일 권선 수는 유도하거나 유도하는 전류의 양을 결정합니다. 1 차측에인가되는 전류가 감소하면 자기장의 강도가 감소하고 2 차 권선에 유도 된 전류도 동일합니다.
E = N (dΦ / dt)
2 차 권선에 유도 된 전압의 양은 다음 방정식으로 제공됩니다.
여기서 N은 2 차 권선의 회전 수입니다.
자속이 정현파로 변함에 따라 자속 Φ = Φ 최대 sinwt
그러므로E = N * w * Φmax * cos (wt) Emax = NwΦmax
유도 된 Emf의 제곱 평균 값은 emf의 최대 값을 √2로 나누어 얻습니다.
이 방정식을 트랜스포머 EMF 방정식이라고 합니다.
여기서: N은 코일 권선의 회전 수입니다.
f는 헤르츠 단위의 자속 주파수입니다.
Φ는 Weber의 자속 밀도입니다.
이 모든 값이 결정되면 변압기를 구성 할 수 있습니다.
전력
앞서 설명한 바와 같이 변압기는 발전소에서 생성 된 전력의 가치가 손실이 거의 또는 전혀없는 최종 사용자에게 전달되도록 만들어 졌으므로 이상적인 변압기에서 출력 (2 차 권선)의 전력은 항상 입력 파워. 따라서 트랜스포머는 전압 및 전류 값을 변경할 수 있지만 항상 입력에서 동일한 전력을 출력에서 사용할 수있는 방식으로 고정 와트 장치라고합니다.
그러므로
P s = P p
여기서 Ps는 2 차측 전력이고 Pp는 1 차측 전력입니다.
P = IvcosΦ이므로 I s V s cosΦ s = I p V p cosΦ p
변압기의 효율성
변압기의 효율은 방정식에 의해 주어집니다.
효율성 = (출력 전력 / 입력 전력) * 100 %
이상적인 변압기의 전원 출력은 전원 입력과 동일해야하지만 대부분의 변압기는 이상적인 변압기와는 거리가 멀고 여러 요인으로 인해 손실이 발생합니다.
변압기가 경험할 수있는 손실 중 일부는 다음과 같습니다.
1. 구리 손실
2. 히스테리시스 손실
3. 와전류 손실
1. 구리 손실
이러한 손실을 권선 손실 또는 I 2 R 손실 이라고도합니다. 이러한 손실은 도체의 저항으로 인해 전류가 전류를 통과 할 때 권선에 사용되는 도체에 의해 손실되는 전력과 관련이 있습니다. 이 손실의 값은 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
P = I 2 R
2. 히스테리시스 손실
이것은 변압기의 코어에 사용되는 재료의 거부감과 관련된 손실입니다. 교류가 방향을 바꾸면 에너지의 일부를 소모하는 물리적 변화를 겪는 경향이 있으므로 코어에 사용되는 재료의 내부 구조에 영향을 미칩니다.
3. 와전류 손실
이것은 일반적으로 얇은 적층 강판을 사용하여 정복되는 손실입니다. 와전류 손실은 코어도 도체이고 2 차 코일에서 EMF를 유도한다는 사실에서 발생합니다. 패러 데이즈 법칙에 따라 코어에 유도 된 전류는 자기장에 반대하여 에너지 소실로 이어집니다.
변압기의 효율 계산에 이러한 손실의 영향을 고려하면 다음과 같습니다.
효율성 = (입력 전력-손실 / 입력 전력) * 100 % 모든 매개 변수는 전력 단위로 표시됩니다.