ऑपरेशनचे सिद्धांत आणि सिंगल-फेज ट्रान्सफॉर्मरचे डिव्हाइस

सिंगल-फेज नो-लोड ट्रान्सफॉर्मर

विद्युत अभियांत्रिकीतील ट्रान्सफॉर्मर्सना अशी विद्युत उपकरणे म्हणतात ज्यामध्ये एका स्थिर तारेमधून विद्युतीय विद्युत उर्जा पहिल्या तारेशी जोडलेली नसलेल्या वायरच्या दुसर्‍या स्थिर कॉइलमध्ये हस्तांतरित केली जाते.

एका कॉइलमधून दुसर्‍या कॉइलमध्ये ऊर्जा प्रसारित करणारा दुवा म्हणजे चुंबकीय प्रवाह, जो दोन कॉइलमध्ये एकमेकांना जोडतो आणि परिमाण आणि दिशेने सतत बदलत असतो.

तांदूळ. १.

अंजीर मध्ये. 1a सर्वात सोपा ट्रान्सफॉर्मर दर्शवितो ज्यामध्ये दोन विंडिंग्स असतात / आणि // एकमेकांच्या वर एक समाक्षरीत्या मांडणी करतात. कॉइल / वितरित पर्यायी प्रवाह अल्टरनेटर D पासून. या वळणाला प्राथमिक वळण किंवा प्राथमिक वळण म्हणतात. विंडिंग // ज्याला दुय्यम वळण किंवा दुय्यम वळण म्हणतात, एक सर्किट विद्युत उर्जेच्या रिसीव्हर्सद्वारे जोडलेले असते.

ट्रान्सफॉर्मरच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत

ट्रान्सफॉर्मरची क्रिया खालीलप्रमाणे आहे. जेव्हा प्राथमिक विंडिंगमध्ये विद्युत प्रवाह वाहतो / तो तयार होतो चुंबकीय क्षेत्र, ज्याच्या शक्तीच्या रेषा केवळ त्या तयार केलेल्या वळणांमध्येच प्रवेश करत नाहीत तर अंशतः दुय्यम वळण मध्ये देखील प्रवेश करतात //. प्राथमिक विंडिंगद्वारे तयार केलेल्या शक्तीच्या ओळींच्या वितरणाचे अंदाजे चित्र अंजीर मध्ये दर्शविले आहे. 1 ब.

आकृतीवरून पाहिल्याप्रमाणे, शक्तीच्या सर्व रेषा कॉइलच्या कंडक्टरभोवती बंद आहेत /, परंतु त्यापैकी काही अंजीरमध्ये आहेत. 1b, विद्युत तारा 1, 2, 3, 4 देखील कॉइलच्या तारांभोवती बंद आहेत //. अशा प्रकारे कॉइल // हे चुंबकीय क्षेत्र रेषांच्या सहाय्याने कॉइलशी // चुंबकीयरित्या जोडले जाते.

कॉइलच्या चुंबकीय जोडणीची डिग्री / आणि //, त्यांच्या समाक्षीय व्यवस्थेसह, त्यांच्यामधील अंतरावर अवलंबून असते: कॉइल एकमेकांपासून जितके जास्त दूर असतील तितके त्यांच्यामधील चुंबकीय जोडणी कमी, कारण त्यावरील बलाच्या रेषा कमी असतील. कॉइल / कॉइलला चिकटवा //.

कॉइल/मधून जात असल्याने, जसे आपण गृहीत धरतो, सिंगल फेज अल्टरनेटिंग करंट, म्हणजे, काही कायद्यानुसार कालांतराने बदलणारा प्रवाह, उदाहरणार्थ, साइन नियमानुसार, नंतर त्याद्वारे तयार केलेले चुंबकीय क्षेत्र देखील त्याच कायद्यानुसार कालांतराने बदलेल.

उदाहरणार्थ, जेव्हा कॉइलमधील विद्युतप्रवाह / सर्वात मोठ्या मूल्यातून जातो, तेव्हा त्यातून निर्माण होणारा चुंबकीय प्रवाह देखील सर्वात मोठ्या मूल्यातून जातो; जेव्हा कॉइलमधील प्रवाह / शून्यातून जातो, त्याची दिशा बदलतो, तेव्हा चुंबकीय प्रवाह देखील शून्यातून जातो आणि त्याची दिशा देखील बदलतो.

कॉइलमधील विद्युतप्रवाह बदलण्याच्या परिणामी /, दोन्ही कॉइल / आणि // चुंबकीय प्रवाहाद्वारे प्रवेश करतात, त्याचे मूल्य आणि दिशा सतत बदलत असतात. इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शनच्या मूलभूत नियमानुसार, कॉइलमध्ये प्रवेश करणार्‍या चुंबकीय प्रवाहातील प्रत्येक बदलासाठी, कॉइलमध्ये एक पर्यायी प्रवाह प्रेरित केला जातो. विद्युतचुंबकिय बल… आमच्या बाबतीत, सेल्फ-इंडक्शनची इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स कॉइलमध्ये प्रेरित केली जाते /, आणि म्युच्युअल इंडक्शनची इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स कॉइलमध्ये प्रेरित केली जाते //.

जर कॉइलचे टोक // विद्युत उर्जेच्या रिसीव्हर्सच्या सर्किटशी जोडलेले असतील (चित्र 1a पहा), तर या सर्किटमध्ये एक करंट दिसेल; त्यामुळे रिसीव्हर्सना विद्युत उर्जा मिळेल. त्याच वेळी, उर्जा जनरेटरकडून/वाइंडिंगकडे निर्देशित केली जाईल, जवळजवळ विंडिंगद्वारे सर्किटला दिलेल्या उर्जेइतकीच असेल. अशाप्रकारे, एका कॉइलमधून विद्युत उर्जा दुसऱ्या कॉइलच्या सर्किटमध्ये प्रसारित केली जाईल, जी पहिल्या कॉइलशी गॅल्व्हॅनिकली (मेटलिक) पूर्णपणे असंबंधित आहे. या प्रकरणात, ऊर्जा प्रसाराचे साधन केवळ एक पर्यायी चुंबकीय प्रवाह आहे.

अंजीर मध्ये दर्शविले आहे. 1a, ट्रान्सफॉर्मर अतिशय अपूर्ण आहे कारण प्राथमिक वळण / आणि दुय्यम वळण // मध्ये थोडे चुंबकीय जोडणी आहे.

दोन कॉइल्सच्या चुंबकीय जोडणीचा अंदाज, साधारणपणे, दोन कॉइल आणि एका कॉइलने तयार केलेल्या फ्लक्सच्या चुंबकीय प्रवाहाच्या गुणोत्तरानुसार केला जातो.

अंजीर. 1b, हे पाहिले जाऊ शकते की कॉइलच्या फील्ड लाईन्सचा फक्त भाग / कॉइलभोवती बंद आहे //. पॉवर लाईन्सचा दुसरा भाग (Fig. 1b मध्ये — ओळी 6, 7, 8) फक्त कॉइलच्या आसपास बंद आहे. या पॉवर लाइन्स पहिल्या कॉइलपासून दुसऱ्यामध्ये विद्युत उर्जेच्या हस्तांतरणामध्ये अजिबात गुंतलेली नाहीत, ते तथाकथित स्ट्रे फील्ड तयार करतात.

प्राथमिक आणि दुय्यम विंडिंग्समधील चुंबकीय जोडणी वाढविण्यासाठी आणि त्याच वेळी चुंबकीय प्रवाहाच्या मार्गासाठी चुंबकीय प्रतिकार कमी करण्यासाठी, तांत्रिक ट्रान्सफॉर्मरचे विंडिंग पूर्णपणे बंद लोह कोरांवर ठेवलेले आहेत.

ट्रान्सफॉर्मर्सच्या अंमलबजावणीचे पहिले उदाहरण अंजीरमध्ये योजनाबद्धपणे दर्शविले आहे. तथाकथित रॉड प्रकाराचे 2 सिंगल-फेज ट्रान्सफॉर्मर. त्याची प्राथमिक आणि दुय्यम कॉइल c1 आणि c2 लोखंडी रॉड्स a — a वर स्थित आहेत, ज्याला लोखंडी प्लेट्स b — b सह जोडलेले आहेत, ज्याला योक्स म्हणतात. अशा प्रकारे, दोन रॉड्स a, a आणि दोन yokes b, b एक बंद लोखंडी रिंग बनवतात, ज्यामध्ये प्राथमिक आणि दुय्यम विंडिंग्ससह अवरोधित चुंबकीय प्रवाह जातो. या लोखंडी रिंगला ट्रान्सफॉर्मरचा गाभा म्हणतात.

तांदूळ. 2.

ट्रान्सफॉर्मरचे दुसरे मूर्त रूप अंजीर मध्ये योजनाबद्धपणे दर्शविले आहे. तथाकथित आर्मर्ड प्रकाराचे 3 सिंगल-फेज ट्रान्सफॉर्मर. या ट्रान्सफॉर्मरमध्ये प्राथमिक आणि दुय्यम विंडिंग c, प्रत्येक सपाट विंडिंग्सच्या पंक्तीचा समावेश आहे, दोन लोखंडी कड्या a आणि b च्या दोन बारांनी तयार केलेल्या कोरवर ठेवल्या आहेत. विंडिंग्सच्या सभोवतालच्या रिंग a आणि b त्यांना जवळजवळ संपूर्णपणे चिलखतांनी झाकतात, म्हणून वर्णन केलेल्या ट्रान्सफॉर्मरला आर्मर्ड म्हणतात. कॉइल्स c च्या आत जाणारा चुंबकीय प्रवाह दोन समान भागांमध्ये विभागलेला आहे, ज्यापैकी प्रत्येक स्वतःच्या लोखंडी रिंगमध्ये बंद आहे.

तांदूळ. 3

ट्रान्सफॉर्मरमध्ये बंद लोह चुंबकीय सर्किट्सचा वापर केल्याने गळती करंटमध्ये लक्षणीय घट होते. अशा ट्रान्सफॉर्मरमध्ये, प्राथमिक आणि दुय्यम विंडिंगशी जोडलेले फ्लक्स एकमेकांशी जवळजवळ समान असतात. जर आपण असे गृहीत धरले की प्राथमिक आणि दुय्यम विंडिंग्स समान चुंबकीय प्रवाहाने प्रवेश करतात, तर आपण विंडिंग्सच्या इलेक्ट्रोमोटिव्ह शक्तींच्या तात्कालिक मूल्यांसाठी एकूण प्रेरित शॉकवर आधारित अभिव्यक्ती लिहू शकतो:

या अभिव्यक्तींमध्ये, w1 आणि w2 — प्राथमिक आणि दुय्यम वळणांच्या वळणांची संख्या आणि dFt हे चुंबकीय प्रवाहाच्या भेदक वळणातील बदलाचे परिमाण आहे dt प्रति वेळ घटक, म्हणून चुंबकीय प्रवाह बदलण्याचा दर आहे . शेवटच्या अभिव्यक्तींमधून, खालील संबंध मिळू शकतात:

म्हणजे प्राथमिक आणि दुय्यम विंडिंग्समध्ये दर्शविलेले / आणि // क्षणिक इलेक्ट्रोमोटिव्ह शक्ती कॉइलच्या वळणांच्या संख्येप्रमाणेच एकमेकांशी संबंधित आहेत. शेवटचा निष्कर्ष केवळ इलेक्ट्रोमोटिव्ह शक्तींच्या तात्कालिक मूल्यांच्या संदर्भातच नाही तर त्यांच्या महान आणि प्रभावी मूल्यांच्या संदर्भात देखील वैध आहे.

प्राथमिक विंडिंगमध्ये प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स, सेल्फ-इंडक्शनची इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स म्हणून, समान वळणावर लागू व्होल्टेज जवळजवळ पूर्णपणे संतुलित करते... जर E1 आणि U1 द्वारे तुम्ही इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्सची प्रभावी मूल्ये दर्शवितात प्राथमिक वळण आणि त्यावर लागू व्होल्टेज, नंतर तुम्ही लिहू शकता:

विचाराधीन प्रकरणात, दुय्यम विंडिंगमध्ये प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स, या वळणाच्या टोकावरील व्होल्टेजच्या बरोबरीचे आहे.

जर, मागील प्रमाणे, E2 आणि U2 द्वारे तुम्ही दुय्यम वळणाच्या इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्सची प्रभावी मूल्ये आणि त्याच्या टोकावरील व्होल्टेज दर्शवत असाल, तर तुम्ही लिहू शकता:

म्हणून, ट्रान्सफॉर्मरच्या एका वळणावर काही व्होल्टेज लागू करून, तुम्ही दुसऱ्या कॉइलच्या टोकाला कोणताही व्होल्टेज मिळवू शकता, तुम्हाला फक्त या कॉइलच्या वळणांच्या संख्येमध्ये योग्य गुणोत्तर घेणे आवश्यक आहे. ट्रान्सफॉर्मरची मुख्य मालमत्ता हीच आहे.

प्राथमिक वळणाच्या वळणांच्या संख्येच्या आणि दुय्यम वळणाच्या वळणांच्या संख्येच्या गुणोत्तराला म्हणतात. ट्रान्सफॉर्मरचे परिवर्तन गुणोत्तर... आपण परिवर्तन गुणांक kT दर्शवू.

म्हणून, एखादी व्यक्ती लिहू शकते:

ट्रान्सफॉर्मर ज्याचे ट्रान्सफॉर्मेशन रेशो एकापेक्षा कमी असते त्याला स्टेप-अप ट्रान्सफॉर्मर म्हणतात, कारण दुय्यम वळणाचा व्होल्टेज, किंवा तथाकथित दुय्यम व्होल्टेज, प्राथमिक विंडिंगच्या व्होल्टेजपेक्षा किंवा तथाकथित प्राथमिक व्होल्टेजपेक्षा जास्त असतो. . पेक्षा जास्त ट्रान्सफॉर्मेशन रेशो असलेल्या ट्रान्सफॉर्मरला स्टेप-डाउन ट्रान्सफॉर्मर म्हणतात, कारण त्याचे दुय्यम व्होल्टेज प्राथमिकपेक्षा कमी आहे.

लोड अंतर्गत सिंगल-फेज ट्रान्सफॉर्मरचे ऑपरेशन

ट्रान्सफॉर्मरच्या निष्क्रियतेदरम्यान, चुंबकीय प्रवाह प्राथमिक वळण प्रवाहाद्वारे किंवा त्याऐवजी प्राथमिक वळणाच्या चुंबकीय शक्तीद्वारे तयार केला जातो. ट्रान्सफॉर्मरचे चुंबकीय सर्किट लोखंडापासून बनलेले असल्याने आणि त्यामुळे कमी चुंबकीय प्रतिरोधकता आहे, आणि प्राथमिक वळणाच्या वळणांची संख्या सामान्यतः मोठी आहे असे गृहीत धरले जाते, ट्रान्सफॉर्मरचा नो-लोड करंट लहान असतो, तो 5- असतो. 10% सामान्य.

जर तुम्ही दुय्यम कॉइलला काही प्रतिकार करण्यासाठी बंद केले, तर दुय्यम कॉइलमध्ये विद्युत् प्रवाह दिसल्यास, या कॉइलची चुंबकीय शक्ती देखील दिसून येईल.

लेन्झच्या नियमानुसार, दुय्यम कॉइलचे चुंबकीय शक्ती प्राथमिक कॉइलच्या चुंबकीय शक्तीच्या विरूद्ध कार्य करते.

असे दिसते की या प्रकरणात चुंबकीय प्रवाह कमी झाला पाहिजे, परंतु जर प्राथमिक वळणावर स्थिर व्होल्टेज लागू केले तर चुंबकीय प्रवाहात जवळजवळ कोणतीही घट होणार नाही.

खरेतर, ट्रान्सफॉर्मर लोड केल्यावर प्राथमिक विंडिंगमध्ये इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स लावला जातो, जो लागू केलेल्या व्होल्टेजच्या जवळपास असतो. हे इलेक्ट्रोमोटिव्ह बल चुंबकीय प्रवाहाच्या प्रमाणात असते.म्हणून, जर प्राथमिक व्होल्टेज परिमाणात स्थिर असेल, तर लोड अंतर्गत इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स ट्रान्सफॉर्मरच्या नो-लोड ऑपरेशन दरम्यान होता तसाच असावा. या परिस्थितीमुळे कोणत्याही भाराखाली चुंबकीय प्रवाहाची जवळजवळ पूर्ण स्थिरता होते.

अशाप्रकारे, प्राथमिक व्होल्टेजच्या स्थिर मूल्यावर, ट्रान्सफॉर्मरचा चुंबकीय प्रवाह लोडच्या बदलासह क्वचितच बदलतो आणि नो-लोड ऑपरेशन दरम्यान चुंबकीय प्रवाहाच्या समान गृहीत धरला जाऊ शकतो.

ट्रान्सफॉर्मरचा चुंबकीय प्रवाह भाराखाली त्याचे मूल्य टिकवून ठेवू शकतो कारण दुय्यम वळणावर विद्युतप्रवाह दिसू लागल्याने प्राथमिक वळणातील विद्युत् प्रवाहही इतका वाढतो की प्राथमिक आणि दुय्यम वळणाच्या चुंबकीय शक्ती किंवा अँपिअर वळणांमधील फरक. विंडिंग्स निष्क्रिय असताना मॅग्नेटोमोटिव्ह फोर्स किंवा अँपिअर-टर्न्सच्या जवळपास समान राहतात ... अशा प्रकारे, दुय्यम वळणात डिमॅग्नेटाइझिंग मॅग्नेटोमोटिव्ह फोर्स किंवा अँपिअर-टर्न दिसण्याबरोबरच प्राथमिक वळणाच्या मॅग्नेटोमोटिव्ह फोर्समध्ये स्वयंचलित वाढ होते.

वर नमूद केल्याप्रमाणे, ट्रान्सफॉर्मर चुंबकीय प्रवाह तयार करण्यासाठी एक लहान चुंबकीय शक्ती आवश्यक आहे, असे म्हणता येईल की दुय्यम चुंबकीय शक्तीमध्ये वाढ प्राथमिक चुंबकीय शक्तीच्या वाढीसह होते, जी परिमाणात जवळजवळ समान असते.

म्हणून, एखादी व्यक्ती लिहू शकते:

या समानतेतून, ट्रान्सफॉर्मरचे दुसरे मुख्य वैशिष्ट्य प्राप्त होते, म्हणजे गुणोत्तर:

जेथे kt हा परिवर्तन घटक आहे.

म्हणून, ट्रान्सफॉर्मरच्या प्राथमिक आणि दुय्यम विंडिंग्सच्या प्रवाहांचे गुणोत्तर हे परिवर्तन गुणोत्तराने भागलेल्या एकाएवढे आहे.

तर, ट्रान्सफॉर्मरची मुख्य वैशिष्ट्ये संबंध ठेवा

आणि

जर आपण नात्याच्या डाव्या बाजूंना एकमेकांने आणि उजव्या बाजूंचा एकमेकांने गुणाकार केला तर आपल्याला मिळेल

आणि

शेवटची समानता ट्रान्सफॉर्मरचे तिसरे वैशिष्ट्य देते, जे अशा शब्दांत व्यक्त केले जाऊ शकते: व्होल्ट-अॅम्पीयरमध्ये ट्रान्सफॉर्मरच्या दुय्यम वळणाने दिलेली शक्ती व्होल्ट-अॅम्पीयरमध्ये प्राथमिक विंडिंगला वितरित केलेल्या पॉवरच्या जवळजवळ समान असते. .

जर आपण विंडिंग्सच्या तांब्यामध्ये आणि ट्रान्सफॉर्मरच्या कोरच्या लोखंडातील ऊर्जेच्या नुकसानाकडे दुर्लक्ष केले तर आपण असे म्हणू शकतो की उर्जा स्त्रोतापासून ट्रान्सफॉर्मरच्या प्राथमिक विंडिंगला पुरवलेली सर्व वीज त्याच्या दुय्यम विंडिंगमध्ये हस्तांतरित केली जाते आणि ट्रान्समीटर म्हणजे चुंबकीय प्रवाह.