To musi zacząć się od ukrytej indukcyjności transformatora. Transformator musi być uważany za induktor, ponieważ, jak powiedzieliśmy, zarówno induktor, jak i transformator mają formę cewki wokół rdzenia magnetycznego.
Indukcyjność transformatora jest nazwą bazującą na zasadzie elektromagnetycznej, a nie nazwą do rzeczywistego użytku.
Nazwa transformatora pochodzi od celu jego konstrukcji, gdyż jego zadaniem jest przesyłanie energii i zmiana napięcia wyjściowego.
Jednak jedną rzeczą, której nie można zignorować, jest to, że cewka jest nawinięta wokół rdzenia magnetycznego (tutaj mówimy o cewce z rdzeniem magnetycznym, oczywiście istnieje również cewka powietrzno-rdzeniowa), która jest najpowszechniejszą cewką w naszym zasilaczu. Ponieważ uzwojenia transformatora współdzielą rdzeń magnetyczny, obwód magnetyczny le, przekrój strumienia magnetycznego Ae i przenikalność magnetyczna μ indukcyjności cewki pierwotnej Np i wtórnej Ns Lp i Ls są takie same, co oznacza, że rezystancja magnetyczna Rm linii magnetycznych jest taka sama, ponieważ rezystancja magnetyczna opisuje charakterystykę rdzenia magnetycznego.
Najpierw zrozumiemy wyrażenie oporu magnetycznego naszego regularnego pola magnetycznego lub obwodu magnetycznego. Później dowiemy się, że jest ono również wyprowadzone z bazy:
Odwrotnością oporu magnetycznego jest przenikalność magnetyczna G. Ten parametr to również współczynnik indukcyjności AL, który często widzimy. To musi być jasne
W powyższym wzorze μ to przenikalność magnetyczna materiału, czyli absolutna przenikalność magnetyczna, le to równoważny obwód magnetyczny, a Ae to równoważny przekrój poprzeczny rdzenia magnetycznego
Ponieważ współczynnik indukcyjności lub przenikalność magnetyczna G jest taka sama dla tego samego rdzenia magnetycznego, zależność między liczbą zwojów a indukcyjnością jest naturalnie następującym wyrażeniem. Jest to nasza bardzo powszechna metoda obliczania liczby zwojów przy użyciu zmierzonej indukcyjności (rozbijając transformatory innych projektantów).
Wskazówka: Pamiętaj, że to wtórne obciążenie podłączone pobiera prąd przez transformator, a nie transformator aktywnie przekazujący prąd do obciążenia. Transformator pasywnie przekazuje energię, więc to odróżnia transformator od induktora. Induktor uwalnia energię do obciążenia i aktywnie uwalnia energię do obciążenia. Dla łatwiejszego zrozumienia możesz powiedzieć, że transformator jest urządzeniem pasywnym, a induktor jest urządzeniem aktywnym. Oczywiście nie należy rozumieć tego jako koncepcji „urządzenia pasywnego” i „urządzenia aktywnego” urządzeń półprzewodnikowych.
Zasada, gdy uzwojenie wtórne transformatora jest podłączone do obciążenia, ze względu na współczynnik obciążenia, napięcie wtórne us jest dodawane do obciążenia R w celu wytworzenia prądu is (tutaj obciążenie traktujemy jako rezystor zastępczy R, a prąd wypływa z tego samego końca), a prąd is generuje siłę napędową magnetyczną Fs=is*Ns (zasada siły elektromotorycznej w obwodzie) w cewce wtórnej Ns, a wytworzony strumień magnetyczny wynosi φ22=φs.
Pamiętasz prawo Ohma w obwodzie magnetycznym? Iloraz siły napędowej pola magnetycznego (NI, iloczyn liczby zwojów i prądu) i oporu magnetycznego to strumień magnetyczny. Wyprowadzenie tego wzoru jest również bardzo proste. Podstawową zasadą jest twierdzenie o obwodzie Ampere'a (związek między prądem a polem magnetycznym). We wzorze Rm to opór magnetyczny, a G to przenikalność magnetyczna. Jest to stała w tym samym rdzeniu magnetycznym.
Strumień magnetyczny φ22 wywołany przez obciążenie jest przeciwny do strumienia magnetycznego φ11 wygenerowanego przez cewkę pierwotną wywołanego przez prąd obciążenia. Mówi nam o tym prawo Lenza. W istocie strumień magnetyczny wygenerowany przez cewkę wtórną musi być zrównoważony z cewką pierwotną, z wyjątkiem strumienia magnetycznego wzbudzenia. Można to również zobaczyć z powyższego wyrażenia siły magnetomotorycznej. Na poniższym rysunku używamy linii sił magnetycznych o różnych kolorach, aby to przedstawić.
Po obciążeniu pierwotny strumień magnetyczny jest sumą strumienia magnetycznego φ1 prądu wzbudzenia bez obciążenia i strumienia magnetycznego φ11 wywołanego przez obciążenie, a oba strumienie mają ten sam kierunek.
Należy zwrócić uwagę na zapis symbolu strumienia magnetycznego fi, ponieważ może on zostać zniekształcony na skutek rozpoznania przez edytora.
Wzbudzający strumień magnetyczny jest warunkiem koniecznym do ustanowienia konwersji elektromagnetycznej. Jednocześnie można zauważyć, że prąd pierwotny wpływa z tego samego końca, a prąd wtórny wypływa z tego samego końca, co po prostu utrzymuje energię wewnątrz i na zewnątrz, i można również powiedzieć, że utrzymuje to równowagę magnetyczną (nie może się kumulować, akumulacja oznacza, że rdzeń transformatora jest nasycony po pewnym czasie).
Przeciwnie, możemy łatwo poznać stosunek prądów pierwotnych i wtórnych transformatora, używając wyrażenia siły magnetomotorycznej. W ten sposób uzyskuje się odwrotną zależność.
Z tego wzoru można wywnioskować, że transformator jest funkcją przepływu prądu z uzwojenia wtórnego do pierwotnego, a zmienny prąd jest wynikiem pobierania energii przez uzwojenie wtórne.
Z punktu widzenia mocy, IP tutaj nie obejmuje prądu wzbudzenia, ponieważ z zasady wiemy, że część wzbudzenia nie może być przekazywana. Wzbudzenie lub prąd wzbudzenia jedynie zapewnia warunki do przesyłu energii, a samo obciążenie aktywnie pobiera energię.
Ignorując straty, moc wejściowa i wyjściowa są równe i nie ma potrzeby magazynowania energii w polu magnetycznym. Transformator jest urządzeniem do przesyłu energii, a nie urządzeniem do jej magazynowania. W rzeczywistym transformatorze materiały o wysokiej przenikalności magnetycznej są używane do zwiększenia indukcyjności wzbudzenia w celu zmniejszenia prądu wzbudzenia. Celem zmniejszenia prądu wzbudzenia jest zmniejszenie strat miedzi i strat magnetycznych.
4. Impedancja odbita
Wiemy wyraźnie, że tylko uzwojenie wtórne ma rzeczywiste obciążenie, a strona pierwotna nie ma żadnego obciążenia, ale gdy obciążenie jest podłączone, po stronie pierwotnej występuje prąd i napięcie, co stanowi zjawisko impedancji równoważnej.
Schematyczny diagram impedancji odbitej pierwotnej transformatora
Gdy wyjście jest obciążone, obciążenie pobiera energię przez transformator, a prąd wejściowy odpowiednio wzrasta.
Podkreśla się, że transformator jest elementem przesyłu energii. Tylko wzbudzenie lub prąd wzbudzenia powoduje magazynowanie energii, która nie może być przesłana do strony wtórnej w celu wykorzystania przez obciążenie. Gdy transformator jest obciążony, prąd wtórny, czyli siła magnetomotoryczna generowana przez prąd obciążenia, jest rozmagnesowującą siłą magnetomotoryczną. Wzbudzenie jest podstawą zapewnienia przesyłu energii. Bez niego napięcie wtórne nie będzie już istnieć, a co dopiero przesył energii.
Zasada działania określa, że obciążenie nie może żądać energii wzbudzenia, aby obciążenie mogło jej użyć, więc cewka pierwotna transformatora musi zostać zresetowana magnetycznie. Reset magnetyczny to proces aktywnego uwalniania energii przez pierwotną indukcyjność wzbudzenia, ale nie przekazuje jej obciążeniu, ale uwalnia ją poprzez ścieżkę, która jest z nim fizycznie połączona. Ponieważ połączenie rdzenia jest połączeniem indukcyjnym, prąd wzbudzenia jest podstawą działania transformatora. Bez niego, w jaki sposób transformator może ustanowić relację między dwiema rzeczami, które nie są fizycznie połączone?
5. Podsumowanie
Ale pod względem energii transformator jest pasywny. Nie będzie aktywnie uwalniał energii do obciążenia. Zamiast tego obciążenie podłączone do cewki wtórnej będzie żądało energii ze źródła. Wydaje się, że transformator dostarcza energię, ale powinno być jasne, że ta energia nie jest magazynowana w transformatorze. Zamiast tego strona pierwotna dostarcza energię synchronicznie w odpowiedzi na żądanie obciążenia, podczas gdy obciążenie jej żąda. Odbywa się to synchronicznie.