Rasio belitan transformator vs jumlah belitan aktual

Tegangan output transformator tergantung pada rasio jumlah belitan pada gulungan primer dan sekunder, tetapi apakah ada dampak pada kinerja transformator dengan jumlah belitan aktual?

Katakanlah, saya ingin memiliki rasio 1: 2, saya dapat memutar 10:20 atau gulungan 100: 200.

Secara umum, lebih banyak belitan - lebih besar resistansi, induktansi dan biaya. Apakah ada gunanya berliku lebih banyak atau apakah jumlah belitan dijaga agar tetap minimum absolut? Bagaimana hitungan belitan minimal ditentukan?

Medan magnet yang diinduksi sebanding dengan ampere-belokan, itulah kali jumlah belokan saat ini. Energi listrik diubah menjadi energi magnetik di inti dan kembali ke listrik. Inti harus cukup besar untuk menahannya tanpa jenuh. Untuk transformator 100 VA, Anda ingin mentransfer lebih banyak energi secara magnetis daripada transformator 10 VA. 100 VA lebih besar karena memiliki lebih banyak belokan untuk membangun bidang yang lebih kuat, dan juga membutuhkan inti yang lebih besar untuk menghindarinya.

Katakanlah, saya ingin memiliki rasio 1: 2, saya dapat memutar 10:20 atau gulungan 100: 200

Ada dua alasan untuk menjawab ini dan Brian telah melakukan pekerjaan yang layak dalam menjelaskan masalah dasar dengan terlalu sedikit belokan pada primer tetapi telah melewatkan beberapa seluk-beluk. Alasan lainnya adalah untuk menunjukkan kesalahan dalam jawaban yang saat ini diterima.

Mengabaikan belitan sekunder (dan beban apa pun yang mungkin terhubung dengannya), transformator hanya menjadi sebuah induktor. Jika induktor ini ditempatkan pada suplai AC, Anda ingin induktansi cukup tinggi untuk menghindari arus reaktif yang besar diambil dari suplai - perusahaan listrik akan bergerak maju jika setiap transformator utama mengambil 10 amp arus reaktif - sistem pasokan jaringan akan rusak dan terbakar !!

Tapi ada alasan lain juga dan ini berhubungan dengan saturasi inti. Saya masih berbicara tentang transformator sebagai induktor di sini; belokan ampere dan dimensi inti menentukan bidang H di dalam inti dan amp ditentukan oleh induktansi (dan tegangan suplai). Pada gilirannya, induktansi ditentukan oleh parameter inti lainnya dan jumlah putaran.

Jadi, bandingkan 10 putaran dengan 100 putaran - 100 putaran primer memiliki 100 kali induktansi 10 putaran primer dan ini berarti arus (untuk pasokan AC tetap) adalah 100 kali lebih kecil daripada untuk 10 putaran primer.

Jadi amp telah berkurang sebesar 100 tetapi belokan telah meningkat sebesar 10 sehingga, efek bersihnya adalah belokan ampere berkurang sebesar 10 - ini berarti bahwa bidang H telah berkurang sepuluh dan inti jauh lebih kecil kemungkinannya untuk jenuh.

Jika Anda menghubungkan beban sekunder, arus primer meningkat dari arus magnetisasi dasar ke arus yang lebih tinggi. Perubahan arus ini disebut arus rujukan primer yang diambil oleh beban sekunder.

Jadi sekarang mungkin ada dua set putaran ampere yang perlu dipertimbangkan - putaran ampere sekunder dan putaran ampere primer tambahan karena beban sekunder. Saya mengatakan "mungkin" karena, pada kenyataannya kita tidak perlu mempertimbangkannya sama sekali - mereka dengan sempurna membatalkan inti dan inti tidak lebih jenuh karena arus beban daripada ketika beban sekunder tidak ada di sana.

Tapi, banyak insinyur yang buruk tampaknya tidak menghargai itu - kedengarannya tidak intuitif jadi bagaimana saya bisa meyakinkan orang yang tidak percaya? Pertimbangkan 4 skenario berikut: -

Skenario 1 dan 2 adalah tentang mengubah belitan primer tunggal menjadi dua belitan paralel. S1 memiliki arus magnetisasi Im dan oleh karena itu, setiap belitan dalam S2 mengambil Im / 2. Dengan kata lain, kabel paralel yang dipasangkan berperilaku seperti kawat tunggal. Menariknya, setiap kabel S2 HARUS sekarang memiliki dua induktansi dan, jika Anda mengatur ulang dua kabel menjadi seri Anda akan memiliki induktansi primer yang 4 kali lipat dari S1 - ini membuktikan bahwa menggandakan jumlah putaran empat kali lipat induktansi. Sepuluh kali jumlah belokan berarti seratus kali induktansi.

S3 meminta Anda untuk mempertimbangkan apa yang terjadi ketika salah satu gulungan S2 yang diputus terputus - apa hubungan fase dari tegangan pada belitan terputus ini dibandingkan dengan tegangan belitan primer? Jika Anda menganggapnya sebagai antiphase ke tegangan primer maka apa yang akan terjadi dalam skenario 2 akan menghasilkan api !!

Jadi, jelas tegangan yang diinduksi dalam belitan terputus (S3) adalah fase yang sama (dan besarnya) sebagai tegangan primer.

S4 harus jelas - sambungkan beban ke belitan terisolasi dan arus yang mengalir di primer adalah berlawanan arah dengan arus yang mengalir di sekunder "baru".

Singkatnya, ini berarti bahwa ampere belok di primer (karena arus beban sekunder) benar-benar dibatalkan oleh belokan ampere di sekunder.

Ini juga berarti bahwa transformator yang diperlukan untuk menangani daya beban yang lebih tinggi tidak dibuat lebih besar karena kemungkinan saturasi teras. Itu dibuat lebih besar sehingga kabel yang lebih tebal (kehilangan tembaga yang lebih rendah) dapat digunakan dan kabel yang lebih tebal membutuhkan lebih banyak ruang sehingga inti lebih besar.

Untuk transformator apa pun, Anda ingin mentransfer sebagian besar energi yang disuplai ke beban, jadi Anda ingin menyia-nyiakan daya sesedikit mungkin dalam transformator.

Namun Anda perlu mengeluarkan energi untuk menarik inti dalam setiap setengah siklus, dan jumlah putaran mempengaruhi daya yang diperlukan untuk melakukan itu. Anda dapat memodelkan daya terbuang ini sebagai induktansi yang terhubung melintasi primer, sehingga Anda ingin memaksimalkan impedansi induktansi ini untuk meminimalkan daya terbuang.

Dan induktansi sebanding dengan kuadrat dari jumlah belokan, sehingga 100 putaran primer akan memiliki 100x induktansi dari 10 belokan primer.

Untuk meningkatkan impedansi Anda dapat melakukan tiga hal:

1. Tingkatkan frekuensi mengemudi. Jadi Anda hanya perlu 10 putaran dengan frekuensi mengemudi 5kHz atau lebih tinggi, seperti yang terlihat pada catu daya switching.
2. Ubah bahan atau geometri inti transformator. (Laminasi E / I dari baja silikon adalah yang optimal untuk operasi 50Hz, tetapi ferit dengan induktansi spesifik yang lebih rendah memiliki keunggulan pada frekuensi yang lebih tinggi)
3. Tambah jumlah belokan. Jika Anda terjebak dengan besi silikon dan 50Hz, ini adalah satu-satunya pilihan Anda, maka kebanyakan transformator utama memiliki belitan utama beberapa ratus putaran.