Nếu một máy biến áp tăng cường làm tăng điện áp, thì làm thế nào để giảm dòng điện? thực sự là hiện tại trong đầu ra là nhỏ hơn?

Nếu một máy biến áp tăng cường làm tăng điện áp, thì làm thế nào để giảm dòng điện?

Nếu một máy biến áp tăng cường làm tăng điện áp, thì làm thế nào để giảm dòng điện?

(Tôi đang cố gắng hỏi rằng, trong trường hợp - pin, nếu tôi sử dụng pin có điện áp thấp hơn (giả sử là 10 Volt) và một pin khác có điện áp cao hơn (giả sử là 50 volt) và sử dụng chúng trong 2 mạch riêng biệt ( mỗi cái có cùng điện trở đường dẫn, giả sử là 2 Ohm), sau đó, trong mạch có pin mạnh hơn (50 V), sẽ cho dòng điện nhiều hơn.

Bây giờ, thay vì pin; chúng tôi đang lấy 2 nguồn AC: nguồn AC 10 V và một nguồn AC tương tự khác 10 V được phóng đại lên 50 V thông qua một máy biến áp tăng cường.

Vì một máy biến áp tăng cường làm tăng điện áp và giảm dòng điện; sau đó, nguồn AC 50 V đó sẽ cung cấp LESSER HIỆN TẠI hơn 10 V (theo bảo toàn năng lượng).

Nhưng thông thường là nói, nếu có sự khác biệt tiềm năng là 50V, thì chúng ta NÊN nhận được một mạch HIỆN TẠI TUYỆT VỜI HƠN QUA (Tải), hơn nguồn 10V; vì chúng ta biết từ Ohm'law (và thậm chí cả các dây dẫn không ohmic với bất kỳ điện trở dương nào), rằng, nếu chúng ta áp dụng điện áp lớn hơn, chúng ta sẽ thu được dòng điện lớn hơn.

Vậy thì, trong số 2 suy nghĩ này (giả định), cái nào đúng? và tại sao?

& nếu giả định đầu tiên là đúng ("máy biến áp 50 V cho lưu lượng nhỏ hơn 1/5 lần so với nguồn ban đầu 10V", thì tại sao chúng ta lại nói với nó 50V; và không nói 10/5 hay 2 volt?)

Và nếu nó thực sự hoạt động giống như một nguồn 50V thực sự và tăng dòng điện, thì làm thế nào nó tuân theo tất cả các định luật Bảo toàn năng lượng?

Xem thêm: Làm thế nào để Step Up Transformer hoạt động? trên trang web này (/electronics/11004/how-do-step-up-transformers-work)

và

Trên trang đó, một câu trả lời, giải thích cách mỗi vòng lặp hoạt động như một cục pin. /electronics/11004/how-do-step-up-transformers-work/11006#11006

Tuy nhiên tôi không phải là người giỏi vật lý hay toán học. Vì vậy, hãy giải thích theo cách đó.

Một máy biến áp về cơ bản chuyển đổi giữa điện áp và dòng điện bằng từ trường. Bởi vì nó là một chuyển đổi, sau đó nếu quá trình có hiệu quả 100%, thì công suất đầu ra và công suất đầu vào phải bằng nhau:

$$P_{in} = P_{out}$$

Nếu chúng không bằng nhau, thì bạn đang mất năng lượng trong máy biến áp (không hiệu quả) hoặc tăng năng lượng (chuyển động vĩnh viễn bất cứ ai?!). Cái trước có thể xảy ra, cái sau không thể.

Vì vậy, dựa trên điều này, chúng ta có thể nói gì về điện áp và hiện tại? Vâng, chúng tôi biết rằng:

$$P = I V$$

Vì thế:

$$I_{in}V_{in} = I_{out}V_{out}$$

Hãy nói rằng bạn có một biến áp tăng dần với 10 lượt trên sơ cấp và 50 lượt trên phụ. Điều này có nghĩa là bạn có tỷ lệ lần lượt là:

$$n = \frac{50}{10} = 5$$

Vì vậy, điều đó có nghĩa là điện áp sẽ được tăng lên theo hệ số 5 ($V_{out} = 5\times V_{in}$). Vậy điều gì xảy ra với hiện tại?

$$I_{in}V_{in} = 5V_{in}\times(I_{out})$$

Để cả hai mặt đó đều bằng nhau (không thể lấy năng lượng từ hư vô!), Thì hiện tại phải chia cho 5. Về cơ bản bạn có thể nói rằng:

$$I_{out} = \frac{1}{n}I_{in}\space\space\space\space\space\space\space\space\space V_{out} = nV_{in}$$

---

Vậy điều gì sẽ xảy ra nếu bạn có một tải cố định và thay đổi số lượt? Hãy làm một ví dụ. Chúng ta sẽ nói rằng điện áp đầu vào là$10\mathrm{V}$, máy biến áp ban đầu bước lên bởi một yếu tố $n=1$và sau đó bởi một yếu tố của $n=5$. Trong cả hai trường hợp, tải đầu ra là một$2\Omega$ điện trở.

Trong trường hợp đầu tiên, tính toán của bạn là chính xác.

$$V_{out} = n\times V_{in} = 10\mathrm{V}$$ $$I_{out} = \frac{V_{out}}{R_L} = \frac{10}{2} = 5\mathrm{A}$$ $$I_{in} = n\times I_{out} = 5\mathrm{A}$$

Bây giờ hãy đi cho $n=5$.

$$V_{out} = n\times V_{in} = 5\times 10 = 50\mathrm{V}$$ $$I_{out} = \frac{V_{out}}{R_L} = \frac{50}{2} = 25\mathrm{A}$$

Tuyệt vời, những điều này phù hợp với những gì bạn đang nói. Nhưng đây là nơi mọi thứ thay đổi. Chúng tôi thực hiện bước cuối cùng của phép tính:

$$I_{in} = n\times I_{out} = 5\times 25 = 125\mathrm{A}$$

À, chúng tôi đi đây. Lưu ý rằng dòng điện đầu vào tăng lên, khá đáng kể. Điều này làm cho các thang đo cân bằng để nói - sức mạnh đi lên để đối phó với các yêu cầu năng lượng lớn của tải.

Một máy biến áp không thể tạo ra năng lượng vì vậy một bước tiến lên theo nghĩa vừa làm tăng dòng điện vừa giảm nó.

Nếu chúng ta có nguồn điện xoay chiều 10V và kết nối điện trở 10 ohm qua nó, chúng ta sẽ có 1 amp chảy trong điện trở. Nếu bây giờ chúng ta ngắt kết nối và thay thế nó bằng một biến áp tăng dần 2: 1 kết nối cùng một điện trở 10 ohm qua thứ cấp thì điện trở sẽ có 20 volt trên nó, do đó sẽ có 2 ampe chảy trong điện trở. Do đó, dòng điện trong điện trở đã tăng như bạn đã chỉ ra.

Tuy nhiên, đây không phải là ý nghĩa trong đó chúng tôi muốn nói đến một máy biến áp tăng cường làm giảm dòng điện. Nếu chúng ta xem xét công suất trong điện trở trong trường hợp thứ hai của chúng ta, chúng ta có 2 ampe và 20 volt tạo ra tổng công suất 40 watt. Do đó, chúng tôi cần ít nhất 40 watt để được chảy vào chính. Điều này có nghĩa là dòng điện vào sơ cấp phải có ít nhất 4 ampe vì chúng ta chỉ có nguồn cung cấp 10 volt. Trong thực tế, chúng ta sẽ có nhiều hơn một chút vì không có máy biến áp nào hoạt động hiệu quả 100%, có tổn thất dẫn điện trong cuộn dây và một số công suất cần thiết để từ hóa lõi nhưng dòng điện chỉ có thể cao hơn một chút vì hiệu suất vượt quá 90% có thể dễ dàng đạt được.

Khi chúng ta nói một máy biến áp tăng cường làm giảm dòng điện, chúng ta có nghĩa là chúng ta có ít dòng điện trong thứ cấp hơn chúng ta làm trong nguồn chính.

Giả sử máy biến áp là lý tưởng (nghĩa là không mất điện). Máy biến áp bảo toàn năng lượng, nghĩa là, nếu bạn tiêu thụ 12 W ở phía thứ cấp, cùng một lượng điện năng được rút ra từ nguồn năng lượng của phía sơ cấp (nguồn chính).

Ví dụ của bạn: Điện áp đầu ra không tải là 50 V. Nếu bạn kết nối tải, giả sử 100 ohm, dòng điện 0,5 A (RMS) sẽ chảy ở phía thứ cấp, trong khi 2,5 A (RMS) sẽ được rút ra từ Nguồn xoay chiều 10V.

Điều bạn phải hiểu là dòng điện được rút ra từ nguồn AC phụ thuộc vào dòng điện ở phía thứ cấp.

Dưới đây là một phân tích đầy đủ hơn, dựa trên các cuộc thảo luận của tôi với Tom Carpenter ở trên (vui lòng xem ý kiến ​​của chúng tôi dưới bài đăng của anh ấy).

---

Trước tiên chúng ta hãy thiết lập một số thuật ngữ:

1. $V$ là điện áp của nguồn AC.
2. $R_{1}$ là điện trở của hệ thống dây điện của mạch sơ cấp.
3. $R_{2}$ là điện trở của hệ thống dây điện của mạch thứ cấp.
4. $n_{1}$ là số lượt trong cuộn sơ cấp.
5. $n_{2}$ là số vòng quay trong cuộn thứ cấp.
6. $V_{1}$ là emf trở lại gây ra trong cuộn sơ cấp.
7. $V_{2}$ là emf gây ra trong cuộn thứ cấp.
8. $V_{3}$ là điện áp rơi trên hệ thống dây điện của mạch sơ cấp do điện trở.
9. $I_{1}$ là dòng điện trong mạch sơ cấp.
10. $I_{2}$ là dòng điện trong mạch thứ cấp.

Năm đại lượng đầu tiên được cho là đã được biết đến, trong khi năm đại lượng cuối cùng sẽ được biểu thị theo năm đại lượng đầu tiên.

---

Bây giờ, hình thành năm phương trình sau:

1. $V = V_{1} + V_{3}$, bởi Luật thứ hai của Kirchoff.
2. $V_{3} = I_{1} R_{1}$, by Ohm’s Law.
3. $V_{2} = I_{2} R_{2}$, by Ohm’s Law.
4. $I_{1} V_{1} = I_{2} V_{2}$, by the Law of Conservation of Energy.
5. $\dfrac{V_{1}}{n_{1}} = \dfrac{V_{2}}{n_{2}}$, by Faraday’s Law of Induction.

Plugging Equation (2) into Equation (1) yields

$$V = V_{1} + I_{1} R_{1}.$$ From Equation (5), we have $V_{1} = \dfrac{n_{1}}{n_{2}} V_{2}$, so $$V = \frac{n_{1}}{n_{2}} V_{2} + I_{1} R_{1}.$$ Using Equation (3), we find that $$V = \frac{n_{1}}{n_{2}} I_{2} R_{2} + I_{1} R_{1}.$$ From Equations (4) and (5), we have $I_{2} = \dfrac{n_{1}}{n_{2}} I_{1}$, so $$V = \left( \frac{n_{1}}{n_{2}} \right)^{2} I_{1} R_{2} + I_{1} R_{1} = I_{1} \left[ R_{1} + \left( \frac{n_{1}}{n_{2}} \right)^{2} R_{2} \right].$$ Solving for $I_{1}$, we therefore obtain $$I_{1} = \frac{V}{R_{1} + \left( \dfrac{n_{1}}{n_{2}} \right)^{2} R_{2}}.$$ Consequently, $$\begin{align} I_{2} & = \frac{\left( \dfrac{n_{1}}{n_{2}} \right) V} {R_{1} + \left( \dfrac{n_{1}}{n_{2}} \right)^{2} R_{2}}, \\ V_{3} & = \frac{V R_{1}}{R_{1} + \left( \dfrac{n_{1}}{n_{2}} \right)^{2} R_{2}}, \\ V_{1} & = \frac{\left( \dfrac{n_{1}}{n_{2}} \right)^{2} V R_{2}} {R_{1} + \left( \dfrac{n_{1}}{n_{2}} \right)^{2} R_{2}}, \\ V_{2} & = \frac{\left( \dfrac{n_{1}}{n_{2}} \right) V R_{2}} {R_{1} + \left( \dfrac{n_{1}}{n_{2}} \right)^{2} R_{2}}. \end{align}$$

---

Conclusion: Ohm’s Law is in harmony with the Law of Conservation of Energy.

To give an insight why a transformer works this way, understand that the strength of a magnetic field (formally, the magneto-motive force or MMF) is measured in Ampere-Turns.

So you apply an AC voltage ($V$) to the transformer’s primary (of $N$ turns), and that drives a specific current ($I_{0}$) through the primary inductance, and that current creates a magnetic field of $N I$ ampere-turns.

So far, the secondary is open-circuit and we take no power out of it, which is why I’ve labelled this current as $I_{0}$. It generates the magnetic field, so it’s called the “magnetisation current”.

Now, the current $I_{0}$ can be calculated from the primary inductance $L$, the driving voltage and the AC frequency by standard AC formulae. You’ll find this if you look, but the important point is, this is all wasted power, so you want $L$ (and therefore $N$, since $L = N^{2} A_{L}$) to be large enough to keep wasted power down to a few percent. (Here, $A_{L}$ is the ‘specific inductance’, which is a property of the transformer core).

---

Now, what happens if we draw a current $I_{2}$ from the secondary, with $N_{2}$ turns? This current also creates a magnetic field, of $- N_{2} I_{2}$ ampere-turns, i.e., in the opposite sense to the field created by the primary. (because $I_{2}$ is drawn from the secondary instead of fed into it.)

This decrease in the magnetic field reduces the ability of the primary to block primary current flowing (i.e., its impedance), so primary current increases until the MMF is back to the original $N I_{0}$ ampere-turns. (This is for a perfect transformer. A real transformer doesn’t work quite as well as you have to consider the ‘leakage inductance’, but ignore that for now.)

So the primary current is now $N I_{0} + N I_{1}$, where $N I_{1}$ generates MMF to exactly cancel the secondary current’s MMF, so

$$N I_{1} = N_{2} I_{2} \qquad \text{or} \qquad I_{1} = \left( \frac{N_{2}}{N} \right) I_{2}.$$ In other words, for a step-up transformer where $N_{2} > N$, the primary current must increase to generate the same MMF.

So the secondary current is determined by the secondary voltage and the load, and the primary current is determined by the secondary current (plus $I_{0}$ the ‘magnetisation current’).