Tại sao máy biến áp AC không cháy

Tôi hơi quen với cách mà một máy biến áp AC hoạt động. Sau khi xem câu hỏi này:

Tại sao tất cả các động cơ không cháy ngay lập tức?

Nó khiến tôi suy nghĩ về điều tương tự với máy biến áp AC.

Cuộn sơ cấp sẽ cung cấp rất ít điện trở và do đó cho phép rất nhiều dòng điện chạy qua. Tôi đoán rằng điện trở đến từ từ trường dao động. Điều này có đúng không? Nếu vậy, tôi giả sử rằng dòng điện tăng khi tải được đặt vào cuộn thứ cấp vì từ trường không sụp đổ vào cuộn sơ cấp mà được sử dụng bởi cuộn thứ cấp thay thế?

Ngoài ra, điều này có nghĩa là nếu một dòng điện một chiều được đặt trên một máy biến áp sẽ gây ra sự cố? (tức là dòng điện rất cao)

Tôi chắc chắn rằng tôi không nói điều này một cách chính xác, vì vậy tôi hy vọng ai đó có thể khiến tôi thẳng thắn.

Để tóm tắt câu hỏi của tôi, hành vi của cuộn sơ cấp của bộ biến đổi (về dòng chảy hiện tại) là gì khi không có tải được đặt trên cuộn thứ cấp và điều gì thay đổi khi tải được đặt trên cuộn thứ cấp?

Andy đã cho bạn câu trả lời học thuật kinh điển cho câu hỏi của bạn. Tất cả mọi thứ anh ấy nói là chính xác, nhưng tôi nghi ngờ là người mới bắt đầu, bạn sẽ hiểu hầu hết về nó. Vì vậy, hãy để tôi thử một lời giải thích đơn giản.

Nguyên tắc chính của máy biến áp là một cuộn dây quấn quanh lõi sắt có thể có một trong nhiều hình dạng. Cuộn dây sơ cấp này có điện trở rất thấp. . Nguồn điện áp sẽ cung cấp dòng điện lớn như khả năng của cuộn dây sơ cấp và máy biến áp sẽ rất nóng và có thể bốc khói. Điều đó, hoặc nguồn cung cấp DC của bạn sẽ làm nổ cầu chì, tự bốc cháy hoặc chuyển sang chế độ giới hạn hiện tại nếu được trang bị. Ngẫu nhiên, trong khi dòng điện cao này đang chảy, cuộn dây sơ cấp thực sự tạo ra một từ trường không định hướng trong lõi máy biến áp.

Bây giờ, đo độ tự cảm của thứ cấp bằng máy đo LRC. (Đó là một thiết bị giống như DMM chỉ đo điện cảm, điện trở và điện dung - "LRC".) Đối với máy biến áp công suất 60 Hz, bạn có thể sẽ đọc được một vài Henries điện cảm trên các đạo trình chính của nó.

$X_L = 2 \pi f L$$X_L$$X_L$

$X_L$$I = \frac{V}{X_L}$. Trong trường hợp thông thường ở Hoa Kỳ, chúng ta có RMS 120 volt như V. Bây giờ bạn sẽ thấy rằng "I" hiện tại là một giá trị khá hợp lý. Có khả năng vài trăm milliamp ("RMS" cũng được). Đó là lý do tại sao bạn có thể áp dụng 120 volt cho máy biến áp không tải và nó sẽ chạy trong một thế kỷ mà không gặp vấn đề gì. Dòng điện sơ cấp vài trăm milliamp này, được gọi là "dòng kích thích" tạo ra nhiệt trong cuộn sơ cấp của máy biến áp, nhưng phần lớn cơ của máy biến áp có thể xử lý lượng nhiệt này bằng cách thiết kế gần như mãi mãi. Tuy nhiên, như được mô tả ở trên, sẽ không mất nguồn 5 VDC mà chỉ mất vài phút để đốt cháy cùng một biến áp này nếu nguồn cung cấp DC đó có khả năng cung cấp dòng điện đủ lớn để điều khiển thành công cuộn dây DC thấp R. Đó là "phép màu" của phản ứng quy nạp! Nó '

Đó là cho máy biến áp không tải. Bây giờ, kết nối một tải điện trở thích hợp với thứ cấp. Dòng điện kích thích được mô tả ở trên sẽ tiếp tục chảy với cường độ nhiều hơn hoặc ít hơn. Nhưng bây giờ và hiện tại bổ sung sẽ chảy trong chính. Đây được gọi là "dòng phản xạ" - dòng được "gây ra" bởi dòng vẽ tải điện trở thứ cấp từ dòng thứ cấp của bộ biến đổi. Độ lớn của dòng điện phản xạ này được xác định bởi tỷ số lần lượt của máy biến áp. Cách đơn giản nhất để xác định dòng điện phản xạ là sử dụng phương pháp "VA" (volts-amps). Nhân điện áp thứ cấp của tranformer với dòng điện trong ampe được vẽ bởi tải điện trở gắn vào thứ cấp. (Đây thực chất là "Watts" - vôn lần ampe.) "Phương pháp VA" nói rằng VA của thứ cấp phải bằng VA tăng dần của chính. . Tải 6 Ohm sẽ rút ra 1.0 Amp RMS từ phụ. Vì vậy, VA thứ cấp = 6 x 1 = 6. VA thứ cấp này phải bằng số VA chính, trong đó điện áp là 120 VRMS. 0 Ampe RMS từ thứ cấp. Vì vậy, VA thứ cấp = 6 x 1 = 6. VA thứ cấp này phải bằng số VA chính, trong đó điện áp là 120 VRMS. 0 Ampe RMS từ thứ cấp. Vì vậy, VA thứ cấp = 6 x 1 = 6. VA thứ cấp này phải bằng số VA chính, trong đó điện áp là 120 VRMS.
VA chính = VA thứ cấp = 6 = 120 x I.
I = 6/120 hoặc chỉ RMS 50 milli-Amps.

Bạn có thể xác minh hầu hết điều này bằng cách sử dụng DMM đơn giản để đo dòng điện trong sơ cấp và thứ cấp trong điều kiện không tải và tải. Hãy tự mình thử, nhưng hãy cẩn thận trên chính vì 120 VRMS gần như gây chết người. Tuy nhiên, bạn sẽ KHÔNG thể quan sát trực tiếp dòng điện "gia tăng" trong sơ cấp gây ra bằng cách thêm tải vào phụ. Tại sao? Câu trả lời đó không đơn giản! Dòng điện kích thích và dòng điện phản xạ là 90 độ lệch pha. Họ "cộng lại", nhưng họ cộng lại theo toán học vectơ, và đó là một cuộc thảo luận khác hoàn toàn.

Thật không may, câu trả lời được trình bày đẹp mắt của Andy ở trên sẽ hầu như không được đánh giá cao trừ khi người đọc hiểu toán học vectơ khi nó được áp dụng cho các mạch điện xoay chiều. Tôi hy vọng câu trả lời của tôi, và các thí nghiệm xác minh của bạn, sẽ cung cấp cho bạn một sự hiểu biết bằng số ở mức độ về cách thức hoạt động của một máy biến áp điện.

Tôi giả sử rằng dòng điện tăng khi tải được đặt trên cuộn thứ cấp vì từ trường không sụp đổ vào cuộn sơ cấp mà được sử dụng bởi cuộn thứ cấp thay thế?

Nghe có vẻ đúng nhưng không phải. Nói chung, đối với một máy biến áp hiệu quả hợp lý, từ hóa của lõi là không đổi trong bất kỳ điều kiện tải thứ cấp nào. Vấn đề là, làm thế nào để tôi giải thích điều đó mà không thuyết phục bạn rằng mạch tương đương máy biến áp (bên dưới) không sai: -

Những điều cần lưu ý: -

• Xm là 99,9% độ tự cảm chính của máy biến áp
• Xp (độ tự cảm rò rỉ sơ cấp) chiếm 0,1% cuối cùng của độ tự cảm chính
• Xs và R là độ tự cảm rò rỉ thứ cấp và điện trở cuộn dây được gọi là sơ cấp bằng tác động của tỷ số lần lượt bình phương.
• Thứ trông giống như một máy biến áp (bên phải) không nên được coi là như vậy - nó là một công cụ chuyển đổi năng lượng hoàn hảo và không tạo ra từ tính - nó là một thiết bị giúp toán học và tôi mong muốn các boffin vẽ những bức tranh này sẽ chỉ hiển thị nó như một hộp đen !!

Như bạn có thể thấy, ngay cả trong điều kiện tải nặng, điện áp rơi từ Rp và Xp nhỏ so với điện áp AC đầu vào và điều này có nghĩa là điện áp trên Xm khá ổn định. Lưu ý rằng Xm là thành phần duy nhất tạo ra từ tính trong lõi. Không thuyết phục nhỉ? Tôi sẽ không trách bạn

Đây là một cách khác để xem xét nó

Loạt 4 hình ảnh dưới đây cố gắng chứng minh rằng các đóng góp từ thông từ dòng tải trong cả sơ cấp và thứ cấp là bằng nhau và ngược lại và do đó từ thông hủy bỏ. Nó cho thấy một biến áp 1: 1 đơn giản nhưng áp dụng như nhau cho các tỷ lệ lần lượt khác nhau vì từ thông tỷ lệ thuận với vòng quay và không phải là ampe. Nhìn lần lượt từng bức ảnh: -

1) Có, trở kháng của máy biến áp mở xuất phát từ từ trường dao động (cố gắng thay đổi từ trường của lõi)

2) Có, nếu điện áp DC được đặt trên điện áp sơ cấp, bạn gặp sự cố, máy biến áp có thể bị cháy. (Trừ khi nó được đánh giá cho hiện tại, vì một số lý do). Tôi đã mất cuộn dây trên một chiếc xe máy cũ một vài lần vì những lý do tương tự: trái bật với động cơ tắt, cuộn dây bị cháy và nhựa chảy ra.

3) Không có tải trên thứ cấp, dòng điện qua sơ cấp phải đi qua cuộn cảm rất lớn / rất cứng ('độ tự cảm rò rỉ') của cuộn sơ cấp.

4) Với một tải trên thứ cấp, dòng thứ cấp sẽ hủy hiệu ứng trên lõi của dòng điện chính.

Một máy biến áp được thiết kế để DC chạy qua nó được gọi là lò phản ứng bão hòa và được sử dụng làm công tắc; tức là DC bão hòa lõi từ, do đó nguồn cung cấp AC không thể thay đổi từ thông trong lõi, ergo, điện áp AC thứ cấp bằng không. Khi tắt dòng điện một chiều, từ thông trong lõi bây giờ có thể thay đổi và hoạt động biến áp thông thường diễn ra, dẫn đến điện áp xoay chiều ở thứ cấp.

Một thiết bị tương tự, nhưng một thiết bị dựa trên dòng điện xoay chiều bão hòa lõi, được gọi là máy biến áp cộng hưởng sắt. Chúng được sử dụng để ổn định giá rẻ điện áp thứ cấp của máy biến áp. Thiết bị này có hai phần phụ, một trong số đó được rút ngắn bởi một tụ điện có giá trị lớn, phần còn lại là cuộn dây đầu ra.