에 주어진 정의에 따르면 위키 백과 전기 변압기는 자기 유도를 통해 두 개의 밀접하게 감겨 진 코일을 통해 전력을 교환하는 고정 장비입니다.

변압기의 한 권선에서 지속적으로 변하는 전류는 다양한 자속을 생성하여 결과적으로 동일한 코어 위에 구축 된 두 번째 코일에 다양한 기전력을 유도합니다.

기본 작동 원리

변압기는 기본적으로 두 권선 사이의 직접적인 접촉 형태에 의존하지 않고 상호 유도를 통해 한 쌍의 코일 사이에 전력을 전달하여 작동합니다.

유도를 통해 전기를 전달하는이 과정은 1831 년 패러데이의 유도 법칙에 의해 처음 입증되었습니다.이 법칙에 따르면 코일을 둘러싼 다양한 자속으로 인해 두 코일에 걸쳐 유도 전압이 생성됩니다.

변압기의 기본 기능은 애플리케이션의 요구 사항에 따라 서로 다른 비율로 교류 전압 / 전류를 승압 또는 강압하는 것입니다. 비율은 권선의 권수와 권수 비율에 의해 결정됩니다.

이상적인 변압기 분석

이상적인 변압기는 사실상 어떤 형태의 손실도없는 가상 설계라고 상상할 수 있습니다. 또한이 이상적인 설계는 1 차 권선과 2 차 권선이 서로 완벽하게 결합되어있을 수 있습니다.

두 권선 사이의 자기 결합은 자기 투자율이 무한한 코어를 통과하고 전체적으로 자기력이 0 인 권선 인덕턴스를 의미합니다.

우리는 변압기에서 1 차 권선에 적용된 교류가 변압기의 코어 내에 다양한 자속을 적용하려고 시도한다는 것을 알고 있습니다. 여기에는 변압기 주변에 2 차 권선도 포함됩니다.

이러한 다양한 플럭스로 인해 전자기 유도를 통해 2 차 권선에 기전력 (EMF)이 유도됩니다. 이로 인해 2 차 권선에서 1 차 권선 플럭스와 반대이지만 동일한 크기로 2 차 권선에 플럭스가 생성됩니다. Lenz'z 법칙 .

코어는 무한한 투자율을 가지고 있기 때문에 전체 (100 %) 자속이 두 권선을 통해 전달 될 수 있습니다.

이는 1 차측에 AC 전원이 공급되고 부하가 2 차측 권선 단자에 연결될 때 전류가 다음 다이어그램에 표시된 방향으로 각 권선을 통해 흐른다는 것을 의미합니다. 이 상태에서 코어 자기력은 0으로 중화됩니다.

이미지 제공 : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Transformer3d_col3.svg

이 이상적인 변압기 설계에서는 1 차 및 2 차 권선을 통한 자속 전달이 100 %이기 때문에 패러데이의 법칙에 따르면 각 권선의 유도 전압은 다음과 같이 권선의 권선 수에 완벽하게 비례합니다. 그림:

1 차 / 2 차 권선비 간의 선형 관계를 확인하는 테스트 비디오.

회전 및 전압 비율

회전율 계산을 자세히 이해해 보겠습니다.

1 차 권선에서 2 차 권선으로 유도 된 전압의 순 크기는 1 차 및 2 차 섹션에 감긴 권선 수의 비율에 의해 간단히 결정됩니다.

그러나이 규칙은 변압기가 이상적인 변압기에 가까운 경우에만 적용됩니다.

이상적인 변압기는 표피 효과 또는 와전류의 형태로 무시할 수있는 손실을 갖는 변압기입니다.

아래 그림 1의 예를 보겠습니다 (이상적인 변압기의 경우).

1 차 권선이 약 10 회 권선으로 구성되고 2 차 권선이 단일 권선으로 구성되어 있다고 가정합니다. 전자기 유도로 인해 입력 AC에 대한 응답으로 1 차 권선을 가로 질러 생성 된 자속 라인이 교대로 확장 및 축소되어 1 차 권선의 10 회 회전을 절단합니다. 그 결과 권선비에 따라 2 차 권선에 정확하게 비례하는 양의 전압이 유도됩니다.

AC 입력이 공급 된 권선이 1 차 권선이되고 1 차측에서 자기 유도를 통해 출력을 생성하는 보완 권선이 2 차 권선이됩니다.

그림 (1)

2 차측은 한 번만 회전하기 때문에 1 차측의 10 번 회전에 비해 단일 회전에 비례하는 자속을 경험합니다.

따라서 1 차측에 적용되는 전압이 12V이기 때문에 각 권선은 12/10 = 1.2V의 카운터 EMF를 받게되며, 이는 정확히 단일 턴에 영향을 미치는 전압의 크기입니다. 두 번째 섹션. 이는 1 차측의 단일 턴에서 사용할 수있는 동일한 등 가량의 유도 만 추출 할 수있는 단일 권선이 있기 때문입니다.

따라서 단일 턴의 2 차측은 1 차측에서 1.2V를 추출 할 수 있습니다.

위의 설명은 트랜스포머 1 차측의 턴 수는 그 양단의 공급 전압과 선형 적으로 대응하고 전압은 단순히 턴 수로 나눈다는 것을 나타냅니다.

따라서 위의 경우 전압은 12V이고 권선 수는 10이므로 각 턴에 유도되는 순 카운터 EMF는 12/10 = 1.2V가됩니다.

예제 # 2

이제 아래의 그림 2를 시각화 해 보겠습니다. 그림 1과 유사한 구성 유형을 보여줍니다. 이제 1 번의 추가 턴이있는 보조가 예상됩니다. 즉, 2 번의 턴입니다.

말할 필요도없이, 이제 2 차측은 단 한 번의 회전을 가진 그림 1 조건에 비해 두 배의 플럭스 라인을 통과하게됩니다.

따라서 여기서 2 차 권선은 약 12/10 x 2 = 2.4V로 표시됩니다. 왜냐하면 2 차 권선은 trafo의 1 차측에있는 2 개의 권선에 걸쳐 동등한 카운터 EMF의 크기에 영향을 받기 때문입니다.

따라서 일반적으로 위의 논의에서 우리는 변압기에서 1 차 및 2 차 전압과 권선 수 간의 관계가 매우 선형적이고 비례 적이라는 결론을 내릴 수 있습니다.

변압기 회전 수

따라서 모든 변압기의 권선 수를 계산하는 파생 공식은 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

Es / Ep = Ns / Np

어디,

Es = 2 차 전압 ,
Ep = 1 차 전압,
Ns = 2 차 회전 수,
Np = 1 차 턴 수.

1 차 2 차 권선비

위의 공식은 2 차 대 1 차 전압의 비율과 2 차 대 1 차 권선 수 사이의 직접적인 관계를 나타내며, 이는 비례하고 동일한 것으로 표시됩니다.

따라서 위의 방정식은 다음과 같이 표현할 수도 있습니다.

Ep x Ns = Es x Np

더 나아가 Es와 Ep를 풀기위한 위의 공식을 아래와 같이 유도 할 수 있습니다.

Es = (Ep x Ns) / Np

비슷하게,

Ep = (Es x Np) / Ns

위의 방정식은 세 가지 크기를 사용할 수있는 경우 공식을 해결하여 네 번째 크기를 쉽게 결정할 수 있음을 보여줍니다.

실용적인 변압기 권선 문제 해결

포인트 # 1의 사례 : 변압기는 1 차 섹션에서 200 회, 2 차에서 50 회, 1 차 (Ep)에 연결된 120 볼트를 가지고 있습니다. 2 차측 전압 (Es)은 얼마입니까?

주어진:

Np = 200 턴
Ns = 50 턴
Ep = 120 볼트
=? 볼트

대답:

Es = EpNs / Np

대체 :

Es = (120V x 50 턴) / 200 턴

Es = 30 볼트

포인트 # 2의 경우 : 철심 코일에 400 번의 권선이 있다고 가정합니다.

코일이 변압기의 1 차 권선으로 사용되어야한다고 가정하고, 1 차 권선이있는 상황에서 1V의 2 차 전압을 보장하기 위해 변압기의 2 차 권선을 얻기 위해 코일에 권선해야하는 권선 수를 계산합니다. 전압은 5 볼트입니까?

주어진:

Np = 400 턴
Ep = 5 볼트
Es = 1 볼트
Ns =? 회전

대답:

EpNs = EsNp

Ns에 대한 전치 :

Ns = EsNp / Ep

대체 :

Ns = (1V x 400 턴) / 5V

Ns = 80 턴

다음 사항에 유의하십시오. 전압비 (5 : 1)는 권선비 (400 : 80)와 같습니다. 때때로 특정 값을 대체하기 위해 회전 또는 전압 비율이 할당되는 경우가 있습니다.

이와 같은 경우 전압 (또는 권선) 중 하나에 대해 임의의 숫자를 가정하고 비율에서 다른 대체 값을 계산할 수 있습니다.

예를 들어, 권선 비율이 6 : 1로 지정되었다고 가정하면 1 차 섹션의 회전 수를 상상하고 60:10, 36 : 6, 30과 같은 유사한 비율을 사용하여 동등한 2 차 회전 수를 계산할 수 있습니다. 5 등

위의 모든 예에서 변압기는 1 차 섹션에 비해 2 차 섹션의 턴 수가 적습니다. 이러한 이유로 1 차측이 아닌 2 차측에서 더 적은 양의 전압을 찾을 수 있습니다.

승압 및 강압 변압기 란?

2 차측 정격 전압이 1 차측 정격 전압보다 낮은 변압기를 STEP-DOWN 변압기 .

“전체 감산기 진리표 설명 ”

또는 AC 입력이 권선 수가 더 많은 권선에 적용되면 변압기가 강압 변압기처럼 작동합니다.

4 대 1 강압 변압기의 비율은 4 : 1로 표시됩니다. 2 차측에 비해 1 차측에 더 적은 수의 권선을 포함하는 변압기는 1 차측에 연결된 전압에 비해 2 차측에 더 높은 전압을 생성합니다.

2 차측이 1 차측 전압보다 높은 정격을 갖는 변압기를 STEP-UP 변압기라고합니다. 또는 AC 입력이 권선 수가 적은 권선에 적용되면 변압기가 승압 변압기처럼 작동합니다.

1 대 4 승압 변압기의 비율은 1 : 4로 표시되어야합니다. 두 가지 비율에서 볼 수 있듯이 1 차측 권선의 크기는 처음에 일관되게 언급됩니다.

강압 변압기를 승압 변압기로 사용하고 그 반대로 사용할 수 있습니까?

네, 확실히! 모든 변압기는 위에서 설명한 것과 동일한 기본 원리로 작동합니다. 승압 변압기를 강압 변압기로 사용하는 것은 단순히 1 차 / 2 차 권선에서 입력 전압을 스와핑하는 것을 의미합니다.

예를 들어 220V 입력 AC에서 12-0-12V 출력을 제공하는 일반 전원 공급 장치 승압 변압기가있는 경우 12V AC에서 220V 출력을 생성하기 위해 승압 변압기와 동일한 변압기를 사용할 수 있습니다. 입력.

고전적인 예는 인버터 회로 , 변압기에는 특별한 것이 없습니다. 그들은 모두 반대 방식으로 연결된 일반 강압 변압기를 사용하여 작동합니다.

부하의 영향

부하 또는 전기 장치가 변압기의 2 차 권선에 연결될 때마다 전류 또는 암페어가 부하와 함께 권선의 2 차 측을 가로 질러 흐릅니다.

2 차 권선의 전류에 의해 생성 된 자속은 1 차측의 암페어에 의해 생성 된 자속의 자선과 상호 작용합니다. 두 플럭스 라인 사이의 이러한 충돌은 1 차 권선과 2 차 권선 사이의 공유 인덕턴스의 결과로 발생합니다.

상호 플럭스

변압기 코어 재료의 절대 자속은 1 차 권선과 2 차 권선 모두에 일반적입니다. 또한 전력이 1 차 권선에서 2 차 권선으로 이동할 수있는 방법입니다.

이 플럭스가 두 권선을 결합한다는 사실 때문에 일반적으로 MUTUAL FLUX라고 알려진 현상입니다. 또한이 자속을 생성하는 인덕턴스는 두 권선 모두에 널리 퍼져 있으며 상호 인덕턴스라고합니다.

아래 그림 (2)는 1 차 권선에서 공급 전류가 켜질 때마다 변압기의 1 차 및 2 차 권선의 전류에 의해 생성되는 자속을 보여줍니다.

그림 (2)

부하 저항이 2 차 권선에 연결될 때마다 2 차 권선으로 자극 된 전압이 전류를 트리거하여 2 차 권선에서 순환합니다.

이 전류는 2 차 권선 주위에 플럭스 링 (점선으로 표시됨)을 생성하며 이는 1 차 권선 (Lenz의 법칙)을 대체 할 수 있습니다.

결과적으로 2 차 권선 주변의 자속은 1 차 권선 주변의 대부분의 자속을 상쇄합니다.

1 차 권선을 둘러싸는 플럭스의 양이 적 으면 역기전력이 감소되고 더 많은 암페어가 전원에서 흡입됩니다. 1 차 권선의 보충 전류는 추가 플럭스 라인을 방출하여 초기 절대 플럭스 라인 양을 거의 다시 설정합니다.

회전 수 및 현재 비율

트라 포 코어에서 생성되는 플럭스 라인의 양은 자 화력에 비례합니다

(AMPERE-TURNS) 1 차 및 2 차 권선의.

암페어 턴 (I x N)은 자기 원동력을 나타내며 1 턴의 코일에서 흐르는 전류 1 암페어에 의해 생성되는 자기력으로 이해 될 수 있습니다.

변압기의 코어에서 사용할 수있는 플럭스는 1 차 및 2 차 권선을 함께 둘러 쌉니다.

자속이 각 권선에 대해 동일하다는 점을 감안할 때 각 권선, 1 차 및 2 차 권선의 암페어 턴은 항상 매우 동일해야합니다.

그 이유는 다음과 같습니다.

“액정 디스플레이 란 무엇입니까 ”

IpNp = IsNs

어디:

IpNp = 암페어 / 1 차 권선에서 회전
IsN -2 차 권선의 암페어 / 턴

식의 양면을
IP , 우리는 다음을 얻습니다.
Np / Ns = Is / Ip

이후: Es / Ep = Ns / Np

그때: Ep / Es = Np / Ns

또한: Ep / Es = Is / Ip

어디

Ep = 1 차측에 적용된 전압 (볼트)
Es = 2 차 전압 (볼트)
Ip = 1 차 전류 (A)
Is = 2 차 전류 (Amp)

방정식은 전류 비가 권선비 또는 권선비와 전압비의 역수임을 나타냅니다.

이는 1 차측에 비해 2 차측의 턴 수가 적은 변압기가 전압을 강압 할 수 있지만 전류는 승압 할 수 있음을 의미합니다. 예를 들면 :

변압기의 전압 비율은 6 : 1이라고 가정합니다.

1 차측의 전류 또는 암페어가 200 밀리 암페어 인 경우 2 차측의 전류 또는 암페어를 찾으십시오.

가정

Ep = 6V (예시)
= 1V
Ip = 200mA 또는 0.2Amps
=?

대답:

Ep / Es = Is / Ip

Is에 대한 조옮김 :

Is = EpIp / Es

대체 :

Is = (6V x 0.2A) / 1V
= 1.2A

위의 시나리오는 2 차 권선의 전압이 1 차 권선의 전압의 1/6이지만 2 차 권선의 암페어가 1 차 권선의 암페어의 6 배라는 사실을 다룹니다.

위의 방정식은 다른 관점에서 매우 잘 볼 수 있습니다.

권선비는 변압기가 1 차측에 연결된 전압을 높이거나 높이거나 낮추는 합계를 나타냅니다.

설명을 위해 변압기의 2 차 권선이 1 차 권선보다 두 배 많은 권선 수를 갖는다 고 가정하면 2 차측으로 자극되는 전압은 1 차 권선 전압의 두 배가 될 것입니다.

2 차 권선이 1 차측 권선 수의 절반을 전달하는 경우 2 차측 전압은 1 차측 전압의 절반이됩니다.

즉, 변압기의 암페어 비율과 함께 권선 비율은 역 연관성을 구성합니다.

결과적으로 1 : 2 승압 변압기는 1 차측에 비해 2 차측에서 앰프의 절반을 가질 수 있습니다. 2 : 1 강압 변압기는 1 차측에 비해 2 차 권선에서 2 배의 암페어를 가질 수 있습니다.

삽화: 권선비가 1:12 인 변압기는 2 차측에서 3 암페어의 전류를가집니다. 1 차 권선의 암페어 크기를 알아 내십니까?

주어진:

Np = 1 턴 (예 :)
Ns = 12 턴
= 3Amp
Lp =?

대답:

Np / Ns = Is / Ip

대체 :

Ip = (12 턴 x 3A) / 1 턴

Ip = 36A

상호 인덕턴스 계산

상호 유도는 인접한 권선의 전류 변화율로 인해 하나의 권선이 EMF 유도를 거쳐 권선 사이의 유도 결합으로 이어지는 과정입니다.

다시 말해 상호 인덕턴스 다음 공식으로 표현 된 것처럼 한 권선에서 유도 된 EMF와 다른 권선의 전류 변화율의 비율입니다.

M = emf / di (t) / dt

트랜스포머의 위상 :

일반적으로 변압기를 검사 할 때 우리 대부분은 1 차 및 2 차 권선 전압과 전류가 서로 위상이 같다고 생각합니다. 그러나 이것이 항상 사실은 아닙니다. 변압기에서 1 차측과 2 차측의 전압, 전류 위상 각 간의 관계는 이러한 권선이 코어 주변에서 어떻게 회전하는지에 따라 달라집니다. 둘 다 반 시계 방향인지 시계 방향인지 또는 한 권선이 시계 방향으로 회전하고 다른 권선이 반 시계 방향인지 여부에 따라 다릅니다.

권선 방향이 위상 각에 미치는 영향을 이해하려면 다음 다이어그램을 참조하십시오.

위의 예에서 권선 방향은 동일 해 보입니다. 즉, 1 차 권선과 2 차 권선이 모두 시계 방향으로 회전합니다. 이 동일한 방향으로 인해 출력 전류 및 전압의 위상 각도는 입력 전류 및 전압의 위상 각도와 동일합니다.

위의 두 번째 예에서 변압기 권선 방향이 반대 방향으로 감기는 것을 볼 수 있습니다. 보시다시피 1 차는 시계 방향으로 보이며 2 차는 시계 반대 방향으로 감겨 있습니다. 이 반대 권선 방향으로 인해 두 권선 사이의 위상 각도는 180도 떨어져 있으며 유도 된 2 차 출력은 위상이 다른 전류 및 전압 응답을 보여줍니다.

점 표기법 및 점 규칙

혼동을 피하기 위해 점 표기법 또는 점 규칙을 사용하여 변압기의 권선 방향을 나타냅니다. 이를 통해 사용자는 1 차 및 2 차 권선이 위상이 같거나 위상이 다른 경우 입력 및 출력 위상 각 사양을 이해할 수 있습니다.

점 규칙은 권선 시작점을 가로 지르는 점 표시로 구현되어 권선이 서로 위상이 같거나 위상이 반대인지를 나타냅니다.

다음 변압기 회로도는 점 규칙 표시를 전달하며 변압기의 1 차측과 2 차측이 서로 위상이 같음을 나타냅니다.

아래 그림에 사용 된 점 표기법은 1 차 권선과 2 차 권선의 반대 지점에 배치 된 DOT를 보여줍니다. 이것은 두 측면의 권선 방향이 동일하지 않으므로 권선 중 하나에 AC 입력이 적용될 때 두 권선의 위상 각도가 180도 위상차가 있음을 나타냅니다.

실제 변압기의 손실

위 단락에서 고려한 계산 및 공식은 이상적인 변압기를 기반으로합니다. 그러나 현실 세계와 실제 변압기의 경우 시나리오가 많이 다를 수 있습니다.

이상적인 설계에서는 실제 변압기의 다음과 같은 기본 선형 요소가 무시된다는 것을 알 수 있습니다.

(a) 자화 전류 손실로 알려진 많은 유형의 코어 손실은 다음 유형의 손실을 포함 할 수 있습니다.

히스테리시스 손실 : 이것은 변압기 코어에 대한 자속의 비선형 영향으로 인해 발생합니다.
와전류 손실 :이 손실은 변압기 코어에서 줄 가열이라는 현상으로 인해 발생합니다. 변압기의 1 차측에 적용되는 전압의 제곱에 비례합니다.

(b) 이상적인 변압기와 달리 실제 변압기의 권선 저항은 제로 저항을 가질 수 없습니다. 결국 권선에는 일부 저항과 인덕턴스가 관련됩니다.

줄 손실 : 위에서 설명한 것처럼 권선 단자에서 생성 된 저항은 줄 손실을 발생시킵니다.
누설 자속 : 변압기는 권선에 걸쳐 자기 유도에 크게 의존한다는 것을 알고 있습니다. 그러나 권선이 공통 단일 코어에 구축되기 때문에 자속이 코어를 통해 권선을 통해 누출되는 경향이 있습니다. 이것은 변압기의 손실에 기여하는 1 차 / 2 차 무효 임피던스라는 임피던스를 발생시킵니다.