Transformatörler neden bu kadar çok tur kullanıyor?

Transformatörlerin hem ikincil hem de birincil sargıda yüzlerce dönüşü vardır ve sonuç olarak her biri için çok ince bakır teller kullanır. Fakat neden her sargıda daha az dönüş kullanmıyor ve aynı voltaj oranını elde etmiyorlar?

Daha önemlisi, neden daha yüksek bir VA için daha az daha kalın bir tel dönüşü kullanmıyorsunuz? (1000: 100 dönüş yerine 22 awg kablo, neden VA yükseltirse neden 16: 100'lük 10 tel dönüşü olmasın)

Bir güç trafosunun primer sargısına voltaj uyguladığınızda, sekonder açık devre olsa bile, bir miktar akım akacaktır. Bu akımın miktarı birincil bobinin indüktansı ile belirlenir. Birincil o akımı makul tutabilmek için yeterince yüksek bir endüktansa sahip olmalıdır. 50 veya 60 Hz güç transformatörleri için, bu endüktans oldukça yüksektir ve genellikle sarımda az sayıda tur ile oraya ulaşamazsınız.

Eğer bir demir çekirdeği sadece 1 tur açmış olsaydınız, (örneğin) 1 uH endüktansı olabilirdi. İki tur uyguladığınızda endüktans iki katına çıkarmaz, dört katına çıkar. Yani iki tur 4 uH demektir. "Ne olmuş yani?" şöyle diyebilirsin!

Eh, uygulanan bir AC voltajı için, bu iki tur sarmanın aldığı akım, bir tur dönüş sargısı için akımın dörtte biri kadardır. Dikkat edin, çünkü bu çekirdek doygunluğunun anlaşılmasında temeldir.

Çekirdek doygunluğuna neden olan şey (büyük ölçüde kaçınılması gereken bir şey)? Cevap şimdiki ve dönüş sayısıdır. Buna manyeto itici gücü denir ve amper dönüş boyutları vardır.

Böylece, iki tur ve bir çeyrek akımla birlikte, amper dönüşler (manyeto itici kuvveti), tek tur sargısının yarısı kadardır. Bu nedenle, derhal, eğer iki tur çekirdeği doygunluğun “kenarına” götürürse, tek bir tur bobininin önemli ölçüde doygun olacağını ve büyük bir problem olacağını gözlemleyebiliriz.

Bu, transformatörlerin birçok birincil dönüş kullanmasının temel nedenidir. Belirli bir transformatörün 800 dönüşü varsa ve doygunluk noktasındaysa, dönüşleri önemli ölçüde azaltmak çekirdeği doyurur.

Çekirdek doygunluğundan sonra ne olabilir diye sorabilirsiniz. Endüktans düşmeye başlar ve daha fazla akım alınır ve bu çekirdeği daha fazla doyurur, bunun nereye gittiğini görmelisiniz.

Bu cevabın birincil sargıdan başka bir şey olarak dikkate almadığını unutmayın; aslında sadece birincil mıknatıslanma endüktansından bahsediyoruz - çekirdeği doyurabilecek tek şey bu ve bu. İkincil yük akımlarının çekirdek doygunluğunda oynayacak bir kısmı yoktur.

Ayrıca, yüksek hızlı anahtarlama güç kaynaklarında kullanılan transformatörlerin göreceli olarak daha az dönüşe sahip olduğunu unutmayın; 50 Hz'de 10 henry empedansı 3142 ohm'dur ve 500 kHz'de 1 mH tam olarak aynı empedansa sahiptir. Tek bir dönüş için doğal olarak 10 uH üreten bir çekirdek için, 1 mH rüzgar için on dönüş gerekir (endüktans için formülde kare dönüşlerin olduğunu unutmayın). 50 Hz'de (çekirdek pratik değil) aynı çekirdek için, 10 tavuk 1000 tur gerektirir.

Bir transformatör için bir demir çekirdeğiniz varsa, özelliklerinden biri "frekans verildiğinde bir sargının bir volt başına kaç dönüşü olması gerektiği" dir. Kişi bu spesifikasyonu atlayamaz ve aşağıdaki sonuçları vermeden daha az dönüşe sahip olamaz

• azaltılmış verimlilik
• sadece kayıplara neden olan daha fazla istenmeyen akım, ancak voltaj dönüşüm süreci için faydalı bir şey yapmaz

Ana akım sargının endüktansı arttırılarak enine akım daha düşük yapılabilir.

Dönüşler / volt spesifikasyonu, bobin endüktanslarını daha küçük yapma eğiliminde olan aşağıdaki gerçekler listesinin bir sonucudur:

• demir malzemenin manyetik geçirgenliği sınırlıdır
• demir çekirdek tam demirden yapılamaz. Girdap akımlarını çekirdekte yeterince küçük tutmak için ince yalıtımlı katmanlara bölünmüştür. Yalıtım alanını kaplar ve demirden ayrılır
• bir sarımın manyetik akısı, demiri ve diğer sarımları kısmen bypass eder
• Çok fazla çapraz akım demirde manyetik doygunluğa neden olur. Doyma manyetik geçirgenliği radikal bir şekilde azaltır

Daha fazla sıra ekleyerek bunlarla nasıl mücadele edilebilir? Bunun nedeni endüktansın dönüşlerin karesi olarak artmasıdır. Biri arque olabilir: Fakat mıknatıslanma (= x akımı döndürür) de büyür! Doğru, ama sadece doğrusal olarak büyüyor, bu yüzden yeterince dönüyor, sonra nihayet endüktans dezavantajları ortadan kaldıracak kadar yüksek.

Kesinlikle, tüm dezavantajları değil. Alan sınırlıdır. Bu nedenle daha fazla dönüş, telin daha ince olması gerektiği anlamına gelir. Bu, direnci ve direnç kayıplarını arttırır (= ısıtma).

Transformatörler, manyetik akı yoluyla bir taraftan diğerine enerji aktararak çalışır.

Her iki taraf da indüktörler tarafından yapılır, primer indüktör sekonder indükleyiciye indüklenen manyetik bir alan oluşturur.

$\Phi$

Bir endüktansın endüktansı, tur sayısıyla belirlenir (alanın veya büyüklüğün yanında):

İndüktansta Wikipedia'ya bakın

Küçük bir transformatör genellikle istenir, bu yüzden daha fazla dönüş daha büyük boyuttan daha iyidir (basitçe söylemek gerekirse).

Endüktansın şebeke frekansına uyması gerekir. Aksi halde, birincil sarım ya şimdi yeterli elektrik ve dolayısıyla manyetik akımın akmasına (daha yüksek frekanslar için) izin verir ya da daha kısa devre (daha düşük frekanslar için) gibidir. Her ikisi de arzu edilmez.

Düşük frekanslar daha yüksek endüktans gerektirir (= daha fazla dönüş veya daha büyük çekirdekler). Güç kaynaklarını değiştirmenin, kHz - MHz aralığının yüksek frekanslarında daha yüksek frekanslar kullanmasının nedeni, geleneksel transformatörlere kıyasla çok daha fazla güç aktarabilen küçük transformatörler kullanmasıdır.

Transformatörlerle ilgili Wikipedia makalesinden bir alıntı :

Bir transformatörün belirli bir akı yoğunluğundaki EMF'si frekansla artar. ^{[16] Daha} yüksek frekanslarda çalışarak transformatörler fiziksel olarak daha kompakt olabilir, çünkü verilen bir çekirdek doygunluğa ulaşmadan daha fazla güç aktarabilir ve aynı empedansı elde etmek için daha az dönüş gerekir .

(Vurgu benim.)

Transformatörler üzerindeki frekansın etkisi üzerine Wikipedia'ya bakınız

Yani,

• trafonun aktarması gereken güç, bobinlerinden geçen akım tarafından belirlenir.
• telin yapması gereken akım, tel kalınlığını belirler (hangi boyda oynar)
• bobinin boyutu ve sarım sayısı endüktansı belirler
• Belli bir frekanstaki endüktans enerji aktarma yeteneğini belirler

Sonuç: sargı sayısını azaltmak için transformatörü fiziksel olarak büyütmeniz gerekir. Sargı sayısını azaltırken verimi düşürür ve kayıpları artırırsınız. Ve bu genellikle arzu edilmez.

Çekirdekteki en yüksek manyetik alan, tur başına uygulanan en yüksek voltajla ilgilidir. Çekirdeğin alanı büyüdükçe, tur başına daha fazla volt üretilebilir.

Çekirdekteki manyetik alanın, belirli bir doygunluk değerini aşmasına izin verilemez, eğer o zaman demir damlasının geçirgenliğini yaparsa ve transformatör mıknatıslanmayı korumak için daha fazla akım emri çizmek zorunda kalır. Dolayısıyla, bu, dönüş başına kaç voltun desteklenebileceğini kesin olarak sınırlandırır ve böylece sarım için minimum sayıda dönüş sağlar.

Elimde olması gereken tipik bir küçük (50 VA, ish?) Toroidal çekirdek için, çekirdek kesiti 25 mm'ye 13 mm'dir. Çekirdeği 50 Hz'de ± 1.8 T ile tepe noktasıyla çalıştırırsam, dönüş başına yaklaşık 170 mV tepe üretecektir. Böylece 12 Vrms sargının 100 dönüşe, 240 V şebeke sarımının 2000'e ihtiyacı olacaktı.

Bir demiryolu traversinin kesit alanı 130 mm x 250 mm olan bir çekirdek kullandıysam, tek bir dönüşle 12 Vrms elde edebilirim, ama aynı zamanda oldukça hantal bir transformatör alabilirim.

Temel öncülünüz yanlıştır, dolayısıyla soru gerçekten cevaplanamaz.

Transformatörler, giriş ve çıkışları için pek çok voltaj ve akım türüne sahiptir. Bazıları çok ince tel dönüşleri kullanır (yüksek voltaj, düşük akım). Bazıları birkaç kalın tel dönüşü kullanır (düşük voltaj, yüksek akım).

Öyleyse, "Neden olmasınlar ki ..." cevabı "yaparlar" dır (uygun olduğunda).

Bu cevabı sevmeyenlere

Bu cevabın bir takım aşağı oylar aldığını ve aynı sayıda yukarı oy aldıklarını görüyorum. Açıkçası tartışmalı. Bazıları, özellikle diğerleri OP'nin yorumlardaki gerçek anlamı üzerine spekülasyon yaptıktan sonra düşük kalite olarak görüyorlar.

Diğerlerinin OP'nin ne anlama geldiğini düşündüğüne rağmen , açıkça yalancı bir öncülle başladı; bu, transformatörlerin hem primerlerde hem de sekonderlerde 100'lü dönüşe sahip olduğu ve "ince" bakır telin her zaman kullanıldığı anlamına gelir. Daha sonra "Neden herkes bunu diğer bariz şekilde yapmıyor?" İfadelerinden birine benziyor .

Ben de öyle cevap verdim. Yukarıda yorumlandığı gibi sorunun doğru cevabı. Belki de OP'nin sormak istediği şey bu değildi . Belki de öyle. OP'nin herhangi bir açıklama yapmak ya da soruyu düzenlemek için geri dönmediğini unutmayın.

Daha iyi bir soru, daha az ince tel dönüşüne karşı daha az kalın tel dönüşünün değişmesiyle ilgili olacaktır. İlk yargıyı geçmeden ya da yanlış öncül kabul etmeden saygılı bir şekilde sorulan soru çok farklı bir cevap almış olurdu. Ancak, yine, şimdi gerçekte sorulmuş olan bu ve OP'nin ne anlama geldiği bile değil.

OP geri gelip soruyu değiştirse bile, bu cevabın düzgün ve net bir şekilde soru sorma ve gerçek olarak yanlış varsayımları belirterek başlamamasına hatırlatıcı olarak izin vereceğim.