변압기는 한 전압과 주파수의 교류를 다른(또는 동일한) 전압과 동일한 주파수의 교류로 변환하는 데 사용되는 전자기 장치입니다.
변압기의 장치 및 작동
가장 간단한 경우 변신 로봇 권선 수가 W인 하나의 1차 권선을 포함합니다.1 턴 수 W2. 에너지는 1차 권선에 공급되고 부하는 2차 권선에 연결됩니다. 에너지 전달은 전자기 유도에 의해 수행됩니다. 전자기 결합을 향상시키기 위해 대부분의 경우 권선은 폐쇄 코어(자기 회로)에 배치됩니다.
교류 전압 U가 1차 권선에 인가되면1, 그런 다음 교류 I1, 코어에서 동일한 형태의 자속 Ф를 생성합니다.이 자속은 2차 권선에서 EMF를 유도합니다. 부하가 2차 회로에 연결되면 2차 전류 I2.
2차 권선의 전압은 권선의 비율에 의해 결정됩니다. W1 그리고 여2:
유2=유1*(W1/W2)=유1/k, 여기서 k는 변환 비율.
k<1이면 U2>유1, 이러한 변압기를 승압이라고 합니다. k>1이면 U2<유1, 그런 변압기는 스텝 다운이라고합니다. 변압기의 출력 전력은 입력 전력(변압기 자체의 손실 빼기)과 같기 때문에 Pout \u003d Pin, U1*나1=유2*나2 그리고 나2=나1*k=나1*(W1/W2). 따라서 무손실 변압기에서 입력 및 출력 전압은 권선 권선의 비율에 정비례합니다. 그리고 전류는 이 비율에 반비례합니다.
변압기에는 비율이 다른 두 개 이상의 2차 권선이 있을 수 있습니다. 따라서 220볼트 네트워크에서 가정용 램프 장비에 전력을 공급하기 위한 변압기는 하나의 2차 권선을 가질 수 있습니다(예: 양극 회로에 전력을 공급하기 위해 500볼트 및 백열 회로에 전력을 공급하기 위해 6볼트). 첫 번째 경우 k<1, 두 번째 경우 - k>1.
변압기는 교류 전압에서만 작동합니다. 2차 권선에서 EMF가 발생하려면 자속이 변경되어야 합니다.
변압기용 코어 유형
실제로는 표시된 모양의 코어뿐만 아니라 사용됩니다. 장치의 목적에 따라 자기 회로는 다양한 방식으로 수행될 수 있습니다.
로드 코어
저주파 변압기의 자기 회로는 자기 특성이 뚜렷한 강철로 만들어집니다.와전류를 줄이기 위해 코어 어레이는 서로 전기적으로 절연된 별도의 플레이트에서 조립됩니다. 고주파에서 작동하기 위해 페라이트와 같은 다른 재료가 사용됩니다.
위에서 고려한 코어를 코어라고 하며 두 개의 막대로 구성됩니다. 단상 변압기의 경우 3로드 자기 회로도 사용됩니다. 자기 누설 자속이 적고 효율이 높습니다. 이 경우 1차 권선과 2차 권선 모두 코어의 중앙 막대에 있습니다.
삼상 변압기는 또한 3로드 코어로 만들어집니다. 각 위상의 1차 및 2차 권선이 있으며 각각 자체 코어에 있습니다. 어떤 경우에는 5개 막대 자기 회로가 사용됩니다. 그들의 권선은 정확히 같은 방식으로 위치합니다. 각각의 1차 및 2차 막대는 자체 막대에 있으며 각 측면에 있는 2개의 극한 막대는 특정 모드에서 자속을 닫기 위한 용도로만 사용됩니다.
기갑
기갑 코어에서 단상 변압기가 만들어집니다. 두 코일 모두 자기 회로의 중앙 코어에 배치됩니다. 이러한 코어의 자속은 측벽을 통해 3개의 막대 구조와 유사하게 닫힙니다. 이 경우 누설 자속은 매우 작습니다.
이 설계의 장점은 권선으로 코어 창을 더 조밀하게 채울 가능성으로 인해 크기와 무게가 약간 증가한다는 점입니다. 따라서 저전력 변압기 제조에 장갑 코어를 사용하는 것이 유리합니다. 이것은 또한 더 짧은 자기 회로를 초래하여 무부하 손실을 감소시킵니다.
단점은 수정 및 수리를 위해 권선에 접근하기가 더 어렵고 고전압용 절연체 제조가 복잡해진다는 것입니다.
토로이달
토로이달 코어에서는 자속이 코어 내부에서 완전히 닫혀 있고 누설 자속이 거의 없습니다. 그러나 이러한 변압기는 권선하기 어렵기 때문에 예를 들어 저전력 조정 가능한 자동 변압기 또는 노이즈 내성이 중요한 고주파 장치에서 아주 드물게 사용됩니다.
자동 변압기
어떤 경우에는 권선 사이에 자기 연결뿐만 아니라 전기 연결도있는 그러한 변압기를 사용하는 것이 좋습니다. 즉, 승압 장치에서 1차 권선은 2차측의 일부이고, 강압 장치에서는 1차측의 2차측 부분입니다. 이러한 장치를 자동 변압기(AT)라고 합니다.
강압 자동 변압기는 단순한 전압 분배기가 아닙니다. 자기 결합은 2차 회로로의 에너지 전달에도 관여합니다.
자동 변압기의 장점은 다음과 같습니다.
- 더 작은 손실;
- 원활한 전압 조절 가능성;
- 더 작은 무게 및 크기 표시기 (자동 변압기가 더 저렴하고 운송하기가 더 쉽습니다);
- 필요한 재료의 양이 적기 때문에 비용이 저렴합니다.
단점은 더 높은 전압을 위해 설계된 두 권선의 절연을 사용해야 할 필요성과 대기 현상의 영향을 1차 회로에서 2차 회로로 전달할 수 있는 입력과 출력 사이의 갈바닉 절연 부족을 포함합니다. 이 경우 2차 회로의 소자는 접지할 수 없습니다.또한 AT의 단점은 단락 전류가 증가하는 것으로 간주됩니다. 3상 자동 변압기의 경우 권선은 일반적으로 접지된 중성선이 있는 별에 연결되며 다른 연결 방식도 가능하지만 너무 복잡하고 번거롭습니다. 이는 자동변압기의 범위를 좁히는 단점이기도 하다.
변압기의 적용
전압을 높이거나 낮추는 변압기의 특성은 산업 및 일상 생활에서 널리 사용됩니다.
전압 변환
다양한 단계에서 산업 전압 수준에 대해 다른 요구 사항이 부과됩니다. 전기를 생산할 때 여러 가지 이유로 고전압 발전기를 사용하는 것은 수익성이 없습니다. 따라서 예를 들어 6 ... 35kV의 발전기는 수력 발전소에서 사용됩니다. 반대로 전기를 운송하려면 거리에 따라 110kV에서 1150kV로 증가된 전압이 필요합니다. 또한이 전압은 다시 6 ... 10kV 수준으로 감소하여 지역 변전소에 분배되고 380(220)볼트로 감소되어 최종 소비자에게 전달됩니다. 가정용 및 산업용 기기의 경우 일반적으로 3 ... 36볼트로 낮춰야 합니다.
이 모든 작업은 전력 변압기를 사용하여. 건조하거나 유성일 수 있습니다. 두 번째 경우 권선이 있는 코어는 절연 및 냉각 매체인 오일이 담긴 탱크에 배치됩니다.
갈바닉 절연
갈바닉 절연은 전기 제품의 안전성을 높입니다. 장치에 도체 중 하나가 접지에 연결된 220볼트 네트워크에서 직접 전원이 공급되지 않고 220/220볼트 변압기를 통해 전원이 공급되는 경우 공급 전압은 동일하게 유지됩니다.그러나 전류의 흐름을 위해 회로의 접지와 2차 전류 전달 부분을 동시에 만지면 전류가 흐르지 않고 감전의 위험이 훨씬 낮아집니다.
전압 측정
모든 전기 설비에서는 전압 레벨을 제어해야 합니다. 최대 1000볼트의 전압 등급을 사용하는 경우 전압계는 충전부에 직접 연결됩니다. 1000볼트 이상의 전기 설비에서는 작동하지 않습니다. 이러한 전압을 견딜 수 있는 장치는 절연 파손 시 너무 부피가 크고 안전하지 않습니다. 따라서 이러한 시스템에서 전압계는 편리한 변환 비율로 변압기를 통해 고전압 도체에 연결됩니다. 예를 들어, 10kV 네트워크의 경우 계기용 변압기 1:100이 사용되며 출력은 100V의 표준 전압입니다. 1차 권선의 전압이 진폭이 변경되면 동시에 2차 권선의 전압도 변경됩니다. 전압계 눈금은 일반적으로 1차 전압 범위에서 눈금이 매겨집니다.
변압기는 생산 및 유지 보수를 위해 다소 복잡하고 비용이 많이 드는 요소입니다. 그러나 많은 영역에서 이러한 장치는 필수 불가결하며 이에 대한 대안이 없습니다.
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