Задачи на тему «Трансформатор» с решением
Трансформатор – устройство для изменения напряжения или тока. В сегодняшней статье рассмотрим несколько простых задач на расчет трансформаторов.
Подписывайтесь на нас в телеграме, чтобы не пропустить ничего важного. А если хотите получить скидку – загляните на наш второй канал с акциями и бонусами для клиентов.
Задачи на расчет трансформаторов
Специально для тех, кто не знает, как подступиться к задачам по физике, мы подготовили памятку и собрали вместе более 40 формул по разным темам.
Задача на трансформатор №1
Условие
Определите напряжение на концах первичной обмотки трансформатора,имеющей N1=2000 витков, если напряжение на концах вторичной обмотки, содержащей N2=5000 витков, равно 50 В. Активными сопротивлениями обмоток трансформатора можно пренебречь.
Решение
Применим форулу для коэффициента трансформации:
k=N1N2=U1U2
Из данной формулы следует, что:
U1=U2·N1N2
Подставим значения и вычислим:
U1=50·20005000=20 В
Ответ: 20 В.
Задача на трансформатор №2
Условие
Первичная обмотка трансформатора находится под напряжением 220 В, по ней проходит ток 0,5 А. На вторичной обмотке напряжение составляет 9,5 В, а сила тока равна 11 А. Определите коэффициент полезного действия трансформатора.
Решение
Формула для коэффициента полезного действия трансформатора:
η=P2P1·100%
Здесь P=UI – мощность тока в обмотке.
Возьмем данные из условия и применим указанную формулу:
η=U2I2U1I1·100%η=9,5·11220·0,5·100%=95%
Ответ: 95%
Задача на трансформатор №3
Условие
Напряжение на первичной обмотке понижающего трансформатора 220 В, мощность 44 Вт. Определите силу тока во вторичной обмотке, если отношения числа витков обмоток равно 5. Потерями энергии можно пренебречь
Решение
Напряжение на вторичной обмотке будет равно:
U2=U1kU2=2205=44 В
Если считать, что потерь энергии нет, то мощность во вторичной обмотке будет такая же, как и в первичной:
I2=P2U2=44 Вт44 В=1 А
Ответ: 1А
При решении задач не забывайте проверять размерности величин!
Задача на трансформатор №4
Условие
Понижающий трансформатор включен в сеть с напряжением 1000 В и потребляет от сети мощность, равную 400 Вт. Каков КПД трансформатора, если во вторичной обмотке течет ток 3,8 А, а коэффициент трансформации равен 10?
Решение
Сначала определим напряжение на вторичной обмотке трансформатора:
U2=U1k=100010=100 В
Запишем формулу для КПД трансформатора и рассчитаем:
η=P2P1·100%=U2I2P1·100%η=100·3,8400·100%=95%
Ответ: 95%
Задача на трансформатор №5
Условие
Вторичная обмотка трансформатора, имеющая 95 витков, пронизывается магнитным потоком, изменяющимся со временем через один виток по закону Ф=0,01sin100πt. Напишите формулу, выражающую зависимость ЭДС во вторичной обмотке от времени.
Решение
По закону электромагнитной индукции:
ε=-NdФdt
Продифференцируем магнитный поток по времени:
dФdt=d(0,01sin100πt)dt=0,01·100π·cos100πt=πcos100πt
Подставим результат в формулу для ЭДС:
ε=-Nπcos(100πt)
От минуса в данном выражении можно избавиться с помощью формул тригонометрии. Сделаем это и запишем окончательный результат:
ε=Nπsin(100πt-π2)=95πsin(100πt-π2)
Ответ: 95πsin(100πt-π2)
Вопросы на тему «Трансформаторы»
Вопрос 1. Что такое трансформатор?
Ответ. Трансформатор – статическое устройство, имеющее две или более связанные обмотки на магнитопроводе. Трансформатор предназначен для преобразования одной величины напряжения и тока в другое без изменения частоты посредством электромагнитной индукции.
Основное назначение трансформаторов: изменять напряжение переменного тока.
Вопрос 2. Где используются трансформаторы?
Ответ. Трансформатор – очень распространенное устройство в электронике и электротехнике. Трансформаторы используются:
- В сетях передачи электроэнергии.
- В радиоэлектронных приборах (услилители низкой частоты и т.д.)
- В источниках электропитания практически всех бытовых приборов.
Ответ. Трансформаторы делятся на:
- силовые;
- сварочные;
- измерительные;
- импульсные;
- разделительные;
- согласующие и т.д.
Помимо этого трансформаторы разделяют по числу фаз: однофазные, двухфазные, трехфазные и многофазные.
Вопрос 4. Из чего состоит простейший трансформатор?
Ответ. Основными элементами любого трансформатора являются изолированные обмотки, намотанные на сердечник.
Вопрос 5. Когда изобрели трансформатор?
Ответ. Прообразом трансформатора считается индукционная катушка француза Г. Румкорфа, представленная в 1848-м. В 1876 году русский электротехник П. Н. Яблочков запатентовал трансформатор переменного тока с разомкнутым сердечником. Затем английские братья Гопкинсон, а также румыны К. Циперановский и О. Блати доработали устройство, добавив замкнутый магнитопровод. В таком виде конструкция трансформатора остается актуальной и по сей день.
В основе работы трансформатора лежит явление электромагнитной индукции, открытое Майклом Фарадеем.
Проблемы с учебой? Обращайтесь в сервис помощи студентам в любое время!
Ответов пока нет | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Посмотреть всех экспертов из раздела Учеба и наука > Физика | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Повышающий и понижающий трансформатор Проектирование с расчетом
Содержание
1
Повышающий и понижающий трансформатор. и Step Down Transformers можно найти повсюду по всему миру. Даже если вы откроете зарядное устройство для мобильного телефона, вы найдете небольшой понижающий трансформатор, который преобразует 110/220 В переменного тока примерно в 5 вольт. Вы можете легко найти понижающие трансформаторы в радиоприемниках, телевизорах, видеомагнитофонах, проигрывателях компакт-дисков, бритвах, антенных приемниках, зарядных устройствах для ноутбуков, принтерах, стабилизаторах и так далее. Из-за сильного отключения нагрузки в таких странах, как Пакистан и Индия, кто-то может легко найти инверторы. Эти инверторы имеют повышающие и понижающие трансформаторы, как показано на рисунке ниже.
Когда нет электричества, батарея 12 Вольт повышается с помощью этого повышающего трансформатора. В то время как этот небольшой понижающий трансформатор используется для питания электроники. Размер повышающего и понижающего трансформатора зависит от нагрузки. Поскольку повышающие и понижающие трансформаторы являются одними из наиболее часто используемых электронных устройств, именно поэтому я решил написать подробную статью о повышающих и понижающих трансформаторах и поделиться с вами некоторыми базовыми знаниями о том, как можно использовать эти трансформаторы. разработан. Эта статья посвящена только проектированию и расчету повышающих и понижающих трансформаторов. Если вы хотите узнать больше о силовых трансформаторах, прочитайте мою статью о силовых трансформаторах и их типах с объяснением принципа работы.
Без промедления приступим!!!
Повышающий трансформатор: В повышающем трансформаторе витки первичной обмотки меньше, чем витки вторичной обмотки. Он преобразует низкое первичное напряжение в высокое вторичное, т. е. повышает входное напряжение.
Пример повышающего трансформатора
Например, рассмотрим трансформатор, в котором количество витков в первичной обмотке равно 250, а во вторичной обмотке равно 1000. Если переменное напряжение на первичной обмотке трансформатора равно 110 В, то напряжение на вторичной обмотке трансформатора можно рассчитать по следующему уравнению.
V P /V S = N P /N S
N P (первичные повороты) = 250
N S (второстепенные повороты) = 1000
V S (второстепенные повороты) = 1000
V 7 S (второстепенные повороты) = 1000
V 7 P (второстепенные повороты) = 1000
V 7 P (второстепенные повороты) = 1000
V . (первичное напряжение)= 110 В
В S (вторичное напряжение) =?
Использование вышеуказанное уравнение:
V P /V S = N P /N S
. Повторное пример, мы можем увидеть, что входное напряжение повышается от 110 В до 440 В
Преимущества повышающих трансформаторов следующие
- Трансмиссия
Повышающие трансформаторы повышают напряжение для передачи электроэнергии на большие расстояния. Электричество проходит тысячи километров, прежде чем достигает наших домов. Таким образом, в линиях происходит потеря мощности, поэтому для этой цели напряжение повышается, чтобы напряжение легко передавалось без каких-либо потерь.
- Нет времени запуска
Повышающий трансформатор начинает работать без задержек.
- Непрерывная работа
Повышающий трансформатор работает в системе электроснабжения без перерыва, работает постоянно.
Понижающий трансформатор: В понижающем трансформаторе витки первичной обмотки больше, чем витки вторичной обмотки, он преобразует уровень напряжения с более высокого уровня на более низкий уровень. Понижающие трансформаторы используются в распределительных сетях, они понижают высокое напряжение сети до низкого напряжения, которое можно использовать для бытовой техники.
Количество первичных и вторичных витков определяет, насколько нужно уменьшить напряжение.
Если указанное соотношение витков 2:1, что означает, что количество витков в первичной обмотке вдвое больше, чем во вторичной обмотке, то выходное напряжение будет вдвое меньше входного напряжения, а ток удвоится.
Общая мощность трансформатора останется прежней, только уровень напряжения уменьшится. Он не производит напряжение, он снижает уровень напряжения, увеличивая ток. Например, если передаточное отношение трансформатора составляет 1:2, то выходное напряжение будет уменьшаться вдвое за счет удвоения тока.
Мощность в первичной катушке = питание во вторичной катушке
V P X I P = V S X I S
V P /V S = I V P /V S = I V P /V S = I V P /V S = I V P /V S = I V P /V S
8 = I V P /V S9 = I V P /V S .
Пример понижающего трансформатора
Например, рассмотрим трансформатор, в котором число витков в первичной обмотке равно 2500, а во вторичной обмотке равно 1500. Если переменное напряжение на первичной трансформатора составляет 220 В, то напряжение на вторичной обмотке трансформатора можно рассчитать по следующему уравнению.
V P /V S = N P /N S
N P (первичные повороты) = 2500
N S (второстепенные повороты) = 1500
V S (второстепенные повороты) = 1500
V 7 S (второстепенные повороты) = 1500 V 7 P (второстепенные повороты) = 1500 9000. V 7 P S . (первичное напряжение)= 220 ВВ S (вторичное напряжение) =?
Использование приведенного выше уравнения:
V P /V S = N P /N S
. Повторное пример, мы можем увидеть, что входное напряжение понижается с 220 до 132 В
Понижающий трансформатор используется:
- Все трансформаторы, которые мы видим возле наших домов, улиц, деревень или городов, являются понижающими трансформаторами. Они понижают напряжение с 11 кВ до 220 В для подачи в наши дома. Адаптеры
- используют понижающий трансформатор до широкого использования импульсных источников питания.
Плотность магнитного потока определяется как магнитный поток, проходящий через определенную область, перпендикулярную полю. B также известен как индукция магнитного поля
Плотность тока: Определяется как количество электрического тока (поток заряда в амперах), протекающего через единицу площади поперечного сечения. Плотность тока является векторной величиной, поскольку задается величиной и направлением. Обозначается Дж. Измеряется в амперах/м 2.
Математическая форма:
Плотность тока (Дж) = Ток (I)/площадь (А)
Например,
Если 60 ампер тока течет по проводнику площадью 10 м 2 , какая плотность тока?
Ответ:
Сила тока I = 60 ампер и площадь A = 10 м 2 .
j = I/A
J = 60/10
J = 6AMPS/M 2
Проектирование трансформатора: Для проектирования трансформатора нам нужно следующие расчеты:- Общества поперечного сечения. (железо)
- Количество первичных витков
- Количество вторичных витков
- Диаметр первичного проводника
- Диаметр вторичного провода
Допущения
Примем ли следующие значения для проектирования трансформатора:Эффективность 80%
Плотность потока = 1,2 WB/M2
Плотность тока. = 0,5%
Суммарный коэффициент = 0,9
Расчет понижающего трансформатора от 220 В до 110:Рейтинг
110VA 220/110 V
Вторичное номинальное напряжение = 110VA
Вторичное напряжение = 110 В
Вторичное ток намотчика = Рейтинг напряжения/вторичное напряжение
Ток на велоси. = Ток(I) / Площадь
Площадь вторичного проводника = Ток(I) / Плотность тока(j)
=1/2,5 = 0,4 мм 2
Диаметр вторичного проводника 92=(4×A)/π
Извлечение квадратного корня с обеих сторон
d=√((4×A)/π)
Подставляя значения, мы получаем
d=√((4×0,4)/π)
d=0,71 мм
Из этого значения выберем стандартный калибр провода
Теперь рассчитаем напряжение первичной обмотки
Первичная (ВА)= (Вторичная (ВА))/КПД
Первичная (ВА)= 110 ВА/0,8
Первичная (ВА)= 137,5 ВА
Примем приблизительно 140 ВА
Чистая площадь поперечного сечения=√(Первичная(ВА))
Чистая площадь поперечного сечения=√137,5 92=(4×A)/π
Извлечение квадратного корня с обеих сторон
d=√((4×A)/π)
Подставляя значения, мы получаем
d=√((4×0,26)/π)
d=0,56 мм
Количество витков для первичной обмотки:
Мы будем использовать формулу ЭДС на виток
ЭДС на виток = 4,44×N×B_max×f×A ×f×A)
N=220/(4,44×1,2×50×13,33)
N=620витков
Количество витков для вторичной обмотки:
Мы будем использовать формулу ЭДС на виток
ЭДС на виток=4,44×N×B_max ×f×A
Н=(ЭДС на виток)/(4,44×B_max×f×A)
N=110/(4,44×1,2×50×13,33)
N=310 витков
Из-за регулирования напряжения напряжение на вторичной стороне может колебаться, увеличиваясь и уменьшаясь, поэтому мы также будем колебать витки, поэтому мы будем использовать значение плотности напряжения, которое составляет 0,5.
Фактические витки=5/100×310=15,5=16
Суммарные витки на вторичной обмотке=310+16=326 витков
Проектирование/расчет понижающего трансформатора 220–12 В:
Допущения
Мы примем следующие значения для проектирования трансформатор:
КПД 80% 92=(4×A)/π
Извлечение квадратного корня с обеих сторон
d=√((4×A)/π)
Подставляя значения, мы получаем
d=√((4×2)/π)
d=1,596 мм
Из приведенной выше таблицы мы выберем SWG провода, так как диаметр 1,596 мм, для которого SWG равен 16.
Первичный (ВА) = (Вторичный (ВА))/эффективность
Первичный (ВА) ) =880/0,9
Первичный (ВА) =977,7 ВА
Первичный ток =(Первичный (ВА))/(Первичный вольт)
Первичный ток =978/12
Первичный ток =81,5 А
Площадь проводника = (Ток (I ))/(Плотность тока (Дж)) 98/(4,44×6500×50)
N=6,93
Примем виток на вольт приблизительно равным N=7
Общая расчетная площадь намотки= 11 кв. дюймов
CA=(WA(площадь намотки))/(FG(окно площадь))
CA=11/(3×1)
CA=3,7 квадратных дюйма
Stack=(площадь поперечного сечения сердечника (CA))/(E(ширина сердечника конечности галопа)×Sf)
Sf=коэффициент суммирования
Стек = (3,7)/(2×0,9)
Стек = 2 дюйма
Размер бобины = 2”×2” Сердечник 7
Оборот на вольт = 7/(3,7) = 1,89 TPV
Количество первичных витков = оборотов на вольт × вольт
Количество первичных витков = 1,89 × 12 = 23 витка
Количество первичных витков = 1,89 × 220 × 1,03 = 429 витков
Где 1,03 — падение напряжения
40 витков в первичном сердечнике и 30 во вторичной обмотке.

b) Коэффициент трансформации
N_1=400
N_2=1000
Коэффициент трансформации=N_2/N_1
Коэффициент трансформации=1000/400
Коэффициент трансформации=2,5
c) Напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке
V_p/V_s =N_p/N_s переформулируем уравнение:
V_s=〖V_p×N〗_s/N_p
V_s=520×2,5
V_s=1300V
d) ЭДС, индуцированная на виток
V_p/N_p =520/400 =1,3 вольта на виток
V_s/ N_s=1300/1000=1,3 вольта на виток
Итак, на этом пока все. Надеюсь, вы узнали что-то новое из этой статьи. Теперь вы можете легко разработать собственный блок питания на основе понижающего трансформатора на 12 В и 2 А для проекта на основе Arduino. Не забудьте подписаться на мой сайт и YouTube-канал «Электронная клиника».
Разница между повышающим и понижающим трансформатором
Трансформатор представляет собой статическое устройство, которое передает электроэнергию переменного тока из одной цепи в другую с той же частотой, но обычно с другим уровнем напряжения. По экономическим причинам электроэнергия должна передаваться при высоком напряжении, тогда как с точки зрения безопасности она должна использоваться при низком напряжении. Это увеличение напряжения для передачи и снижение напряжения для использования могут быть достигнуты только с помощью повышающего и понижающего трансформатора.
Основное различие между повышающим и понижающим трансформаторами заключается в том, что повышающий трансформатор повышает выходное напряжение, а понижающий трансформатор снижает выходное напряжение. Некоторые другие различия объясняются ниже в виде сравнительной таблицы с учетом факторов: напряжения, обмотки, количества витков, толщины проводника и области применения.
Содержание: Повышающий и понижающий трансформатор
- Сравнительная таблица
- Определение
- Основные отличия
- Памятка
Сравнительная таблица
ОСНОВА ДЛЯ СРАВНЕНИЯ | ПОВЫШАЮЩИЙ ТРАНСФОРМАТОР | ПОНИЖАЮЩИЙ ТРАНСФОРМАТОР |
---|---|---|
Определение | Повышающий трансформатор увеличивает выходное напряжение.![]() | Понижающий трансформатор снижает выходное напряжение. |
Напряжение | Низкое входное напряжение при высоком выходном напряжении. | Входное напряжение высокое, а выходное напряжение низкое. |
Обмотка | Обмотка высокого напряжения является вторичной обмоткой. | Обмотка высокого напряжения является первичной обмоткой. |
Ток | Низкий ток вторичной обмотки. | Высокий ток во вторичной обмотке. |
Номинальное выходное напряжение | 11000 В или выше | 110 В, 24 В, 20 В, 10 В и т. д. |
Размер проводника | Первичная обмотка состоит из толстого изолированного медного провода. | Вторичная обмотка состоит из толстого изолированного медного провода |
Применение | Электростанция, рентгеновский аппарат, микроволновая печь и т. д. | Дверной звонок, преобразователь напряжения и т.![]() |
Определение повышающего трансформатора:
Когда напряжение на выходе повышается, трансформатор называется повышающим трансформатором. В этом трансформаторе число витков вторичной обмотки всегда больше числа витков первичной обмотки, поскольку на вторичной обмотке трансформатора возникает высокое напряжение.
В таких странах, как Индия, обычно мощность вырабатывается 11 кВ. Из экономических соображений мощность переменного тока передается при очень высоком напряжении (220–440 В) на большие расстояния. Поэтому на генерирующей станции применяется повышающий трансформатор.
Определение понижающего трансформатора:
Понижающий трансформатор снижает выходное напряжение или, другими словами, он преобразует низковольтную мощность с низким током в низковольтную мощность с большим током. Например, в нашей силовой цепи напряжение 230-110 В, а для дверного звонка требуется всего 16 В. Итак, для снижения напряжения со 110В или 220В до 16В следует использовать понижающий трансформатор.
Для питания различных зон напряжение снижено до 440В/230В из соображений безопасности. Таким образом, количество витков вторичной обмотки меньше, чем первичной обмотки, т.е. меньшее напряжение индуцируется на выходе (вторичном) конце трансформатора.
Основные различия между повышающим и понижающим трансформаторами
- выходное (вторичное) напряжение понижающего трансформатора меньше.
- В повышающем трансформаторе обмотка низкого напряжения является первичной обмоткой, а обмотка высокого напряжения — вторичной обмоткой, тогда как в понижающем трансформаторе обмотка низкого напряжения является вторичной обмоткой.
- В повышающем трансформаторе ток и магнитное поле менее развиты во вторичной обмотке и сильно развиты в первичной обмотке, тогда как в понижающем трансформаторе напряжение на вторичном конце низкое. Таким образом, ток и магнитное поле высокое.
- Примечание1 : Ток прямо пропорционален магнитному полю.
- Note2 : Согласно законам Ома, напряжение прямо пропорционально току. Если мы увеличим напряжение, ток также увеличится. Но в трансформаторе для передачи того же количества энергии, если мы увеличим напряжение, ток уменьшится и наоборот. Таким образом, мощность остается одинаковой на передающем и приемном концах трансформатора.
- Примечание1 : Ток прямо пропорционален магнитному полю.
- В повышающем трансформаторе первичная обмотка состоит из медного провода с толстой изоляцией, а вторичная обмотка состоит из тонкого медного провода с изоляцией, тогда как в понижающем трансформаторе выходной ток высок, поэтому медь с толстой изоляцией провод используется для изготовления вторичной обмотки.
- Примечание : Толщина провода зависит от силы тока, протекающего через него.
- Повышающий трансформатор увеличивает напряжение от 220В до 11кВ или выше, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение от 440-220В, 220-110В или 110-24В, 20В, 10В и т.