संचालन का सिद्धांत और एकल-चरण ट्रांसफार्मर का उपकरण

एकल-चरण नो-लोड ट्रांसफार्मर

इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में ट्रांसफॉर्मर ऐसे विद्युत उपकरण कहलाते हैं जिनमें तार के एक निश्चित कॉइल से वैकल्पिक विद्युत ऊर्जा को तार के दूसरे निश्चित कॉइल में स्थानांतरित किया जाता है जो पहले से विद्युत रूप से जुड़ा नहीं होता है।

लिंक जो ऊर्जा को एक कॉइल से दूसरे तक पहुंचाता है, वह चुंबकीय प्रवाह है, जो दो कॉइल के साथ इंटरलॉक होता है और परिमाण और दिशा में लगातार बदल रहा है।

चावल। 1.

अंजीर में। 1ए सरलतम ट्रांसफॉर्मर को दिखाता है जिसमें दो वाइंडिंग / और / / एक दूसरे के ऊपर समाक्षीय रूप से व्यवस्थित होते हैं। कुंडल / वितरित करने के लिए प्रत्यावर्ती धारा अल्टरनेटर डी से। इस वाइंडिंग को प्राइमरी वाइंडिंग या प्राइमरी वाइंडिंग कहा जाता है। वाइंडिंग के साथ // जिसे सेकेंडरी वाइंडिंग या सेकेंडरी वाइंडिंग कहा जाता है, विद्युत ऊर्जा के रिसीवर के माध्यम से एक सर्किट जुड़ा होता है।

ट्रांसफार्मर के संचालन का सिद्धांत

ट्रांसफार्मर की क्रिया इस प्रकार है। जब प्राथमिक वाइंडिंग में करंट प्रवाहित होता है / तो इसका निर्माण होता है चुंबकीय क्षेत्र, जिसके बल की रेखाएँ न केवल उन्हें बनाने वाली वाइंडिंग में प्रवेश करती हैं, बल्कि आंशिक रूप से द्वितीयक वाइंडिंग // में भी प्रवेश करती हैं। प्राथमिक वाइंडिंग द्वारा बनाई गई बल की रेखाओं के वितरण का एक अनुमानित चित्र चित्र में दिखाया गया है। 1बी।

जैसा कि चित्र से देखा जा सकता है, बल की सभी रेखाएँ कुंडल / के संवाहकों के चारों ओर बंद हैं, लेकिन उनमें से कुछ अंजीर में हैं। 1 बी, बिजली के तार 1, 2, 3, 4 भी कॉइल के तारों के चारों ओर बंद हैं //। इस प्रकार कुंडली//चुंबकीय रूप से कुंडली/चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के माध्यम से युग्मित है।

कॉइल के चुंबकीय युग्मन की डिग्री / और //, उनकी समाक्षीय व्यवस्था के साथ, उनके बीच की दूरी पर निर्भर करती है: कॉइल एक दूसरे से दूर होते हैं, उनके बीच कम चुंबकीय युग्मन होता है, क्योंकि बल की रेखाएं कम होती हैं कॉइल / कॉइल से चिपकना //।

चूँकि कुंडल / गुजरता है, जैसा कि हम मानते हैं, एकल चरण प्रत्यावर्ती धारा, अर्थात्, एक वर्तमान जो किसी कानून के अनुसार समय के साथ बदलता है, उदाहरण के लिए, साइन कानून के अनुसार, तो इसके द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र भी उसी कानून के अनुसार समय के साथ बदल जाएंगे।

उदाहरण के लिए, जब कुण्डली में धारा/ सबसे बड़े मान से गुजरती है, तो उसके द्वारा उत्पन्न चुंबकीय प्रवाह भी सबसे बड़े मान से होकर गुजरता है; जब कुण्डली में धारा/धारा शून्य से गुजरती है, अपनी दिशा बदलती है, तो चुंबकीय प्रवाह भी शून्य से गुजरता है, अपनी दिशा भी बदलता है।

कॉइल / में करंट बदलने के परिणामस्वरूप, दोनों कॉइल / और // एक चुंबकीय प्रवाह द्वारा प्रवेश कर जाते हैं, लगातार इसके मूल्य और दिशा को बदलते रहते हैं। विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के मूल नियम के अनुसार, कुंडली में प्रवेश करने वाले चुंबकीय प्रवाह में प्रत्येक परिवर्तन के लिए, कुंडली में एक प्रत्यावर्ती धारा प्रेरित होती है वैद्युतवाहक बल… हमारे मामले में, स्व-प्रेरण का इलेक्ट्रोमोटिव बल कॉइल / में प्रेरित होता है, और पारस्परिक प्रेरण का इलेक्ट्रोमोटिव बल कॉइल // में प्रेरित होता है।

यदि कॉइल के सिरे // विद्युत ऊर्जा के रिसीवर के एक सर्किट से जुड़े हैं (चित्र 1 ए देखें), तो इस सर्किट में एक करंट दिखाई देगा; इसलिए रिसीवर विद्युत शक्ति प्राप्त करेंगे। उसी समय, ऊर्जा वाइंडिंग को निर्देशित की जाएगी /जनरेटर से, वाइंडिंग // द्वारा सर्किट को दी गई ऊर्जा के लगभग बराबर। इस तरह, एक कॉइल से विद्युत ऊर्जा दूसरे कॉइल के सर्किट में प्रेषित की जाएगी, जो पहले कॉइल गैल्वेनिकली (धात्विक) से पूरी तरह से असंबंधित है। इस मामले में, ऊर्जा संचरण का साधन केवल एक वैकल्पिक चुंबकीय प्रवाह है।

अंजीर में दिखाया गया है। 1a, ट्रांसफार्मर बहुत अपूर्ण है क्योंकि प्राथमिक वाइंडिंग / और द्वितीयक वाइंडिंग // के बीच थोड़ा चुंबकीय युग्मन होता है।

दो कॉइल के चुंबकीय युग्मन, आम तौर पर बोलना, दो कॉइल से जुड़े चुंबकीय प्रवाह के अनुपात से एक कॉइल द्वारा बनाए गए प्रवाह से अनुमानित होता है।

अंजीर। 1b, यह देखा जा सकता है कि कुंडली की क्षेत्र रेखाओं का केवल एक हिस्सा/कुंडली के चारों ओर बंद है //। बिजली लाइनों का दूसरा हिस्सा (चित्र 1b - लाइन 6, 7, 8 में) केवल कॉइल / के आसपास बंद है। ये विद्युत लाइनें पहली कुंडली से दूसरे में विद्युत ऊर्जा के हस्तांतरण में बिल्कुल भी शामिल नहीं हैं, वे तथाकथित आवारा क्षेत्र बनाती हैं।

प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग के बीच चुंबकीय युग्मन को बढ़ाने के लिए और साथ ही चुंबकीय प्रवाह के पारित होने के लिए चुंबकीय प्रतिरोध को कम करने के लिए, तकनीकी ट्रांसफार्मर की वाइंडिंग को पूरी तरह से बंद लोहे के कोर पर रखा जाता है।

ट्रांसफार्मर के कार्यान्वयन का पहला उदाहरण योजनाबद्ध रूप से अंजीर में दिखाया गया है। तथाकथित रॉड प्रकार के 2 एकल-चरण ट्रांसफार्मर। इसके प्राथमिक और द्वितीयक कॉइल c1 और c2 लोहे की छड़ a-a पर स्थित होते हैं, जो सिरों पर लोहे की प्लेटों b-b से जुड़े होते हैं, जिन्हें योक कहा जाता है। इस तरह, दो छड़ें ए, ए और दो योक बी, बी एक बंद लोहे की अंगूठी बनाते हैं, जिसमें प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग के साथ अवरुद्ध चुंबकीय प्रवाह गुजरता है। इस लोहे के छल्ले को ट्रांसफार्मर का कोर कहा जाता है।

चावल। 2.

ट्रांसफॉर्मर का दूसरा अवतार योजनाबद्ध रूप से अंजीर में दिखाया गया है। तथाकथित बख़्तरबंद प्रकार के 3 एकल-चरण ट्रांसफार्मर। इस ट्रांसफॉर्मर में प्राइमरी और सेकेंडरी वाइंडिंग्स c, जिनमें से प्रत्येक में फ्लैट वाइंडिंग की एक पंक्ति होती है, को दो लोहे के छल्ले a और b के दो बार से बने कोर पर रखा जाता है। वाइंडिंग के चारों ओर के छल्ले ए और बी उन्हें लगभग पूरी तरह से कवच के साथ कवर करते हैं, इसलिए वर्णित ट्रांसफार्मर को बख़्तरबंद कहा जाता है। कॉइल सी के अंदर गुजरने वाले चुंबकीय प्रवाह को दो बराबर भागों में बांटा गया है, जिनमें से प्रत्येक अपनी लोहे की अंगूठी में संलग्न है।

चावल। 3

ट्रांसफॉर्मर में बंद लोहे के चुंबकीय सर्किट के उपयोग से लीकेज करंट में महत्वपूर्ण कमी आती है। ऐसे ट्रांसफार्मर में, प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग से जुड़े फ्लक्स लगभग एक दूसरे के बराबर होते हैं। यदि हम मानते हैं कि प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग्स एक ही चुंबकीय प्रवाह द्वारा प्रवेशित हैं, तो हम वाइंडिंग्स के इलेक्ट्रोमोटिव बलों के तात्कालिक मूल्यों के लिए कुल प्रेरित झटके के आधार पर भाव लिख सकते हैं:

इन भावों में, w1 और w2 - प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग्स के घुमावों की संख्या, और dFt प्रति समय तत्व dt के चुंबकीय प्रवाह के मर्मज्ञ वाइंडिंग में परिवर्तन का परिमाण है, इसलिए चुंबकीय प्रवाह के परिवर्तन की दर है . अंतिम भावों से, निम्नलिखित संबंध प्राप्त किया जा सकता है:

अर्थात। प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग्स में संकेत दिया गया है / और // क्षणिक इलेक्ट्रोमोटिव बल एक दूसरे से उसी तरह संबंधित हैं जैसे कॉइल के घुमावों की संख्या। अंतिम निष्कर्ष न केवल इलेक्ट्रोमोटिव बलों के तात्कालिक मूल्यों के संबंध में मान्य है, बल्कि उनके सबसे बड़े और प्रभावी मूल्यों के संबंध में भी है।

प्राथमिक वाइंडिंग में प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बल, स्व-प्रेरण के इलेक्ट्रोमोटिव बल के रूप में, उसी वाइंडिंग पर लागू वोल्टेज को लगभग पूरी तरह से संतुलित करता है... यदि E1 और U1 द्वारा आप इलेक्ट्रोमोटिव बल के प्रभावी मूल्यों को इंगित करते हैं प्राथमिक वाइंडिंग और उस पर लागू वोल्टेज के बारे में, तो आप लिख सकते हैं:

द्वितीयक वाइंडिंग में प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बल, विचाराधीन मामले में, इस वाइंडिंग के सिरों पर वोल्टेज के बराबर होता है।

यदि, पिछले वाले की तरह, E2 और U2 के माध्यम से आप द्वितीयक वाइंडिंग के इलेक्ट्रोमोटिव बल और उसके सिरों पर वोल्टेज के प्रभावी मूल्यों को इंगित करते हैं, तो आप लिख सकते हैं:

इसलिए, ट्रांसफार्मर की एक वाइंडिंग में कुछ वोल्टेज लगाने से, आप दूसरे कॉइल के सिरों पर कोई भी वोल्टेज प्राप्त कर सकते हैं, आपको बस इन कॉइल के घुमावों की संख्या के बीच एक उपयुक्त अनुपात लेने की आवश्यकता है। यही ट्रांसफार्मर का मुख्य गुण है।

प्राथमिक वाइंडिंग के फेरों की संख्या तथा द्वितीयक वाइंडिंग के फेरों की संख्या के अनुपात को कहते हैं ट्रांसफार्मर का परिवर्तन अनुपात... हम परिवर्तन गुणांक kT को निरूपित करेंगे।

इसलिए, कोई लिख सकता है:

एक ट्रांसफॉर्मर जिसका परिवर्तन अनुपात एक से कम है, स्टेप-अप ट्रांसफॉर्मर कहलाता है, क्योंकि सेकेंडरी वाइंडिंग का वोल्टेज, या तथाकथित सेकेंडरी वोल्टेज, प्राइमरी वाइंडिंग के वोल्टेज से अधिक होता है, या तथाकथित प्राइमरी वोल्टेज . एक से अधिक परिवर्तन अनुपात वाले ट्रांसफार्मर को स्टेप-डाउन ट्रांसफार्मर कहा जाता है, क्योंकि इसका द्वितीयक वोल्टेज प्राथमिक से कम होता है।

लोड के तहत एकल-चरण ट्रांसफार्मर का संचालन

ट्रांसफार्मर की सुस्ती के दौरान, चुंबकीय प्रवाह प्राथमिक वाइंडिंग करंट या प्राथमिक वाइंडिंग के मैग्नेटोमोटिव बल द्वारा बनाया जाता है। चूँकि ट्रांसफॉर्मर का मैग्नेटिक सर्किट लोहे से बना होता है और इसलिए इसमें चुंबकीय प्रतिरोध कम होता है, और प्राथमिक वाइंडिंग के घुमावों की संख्या को आमतौर पर बड़ा माना जाता है, ट्रांसफार्मर का नो-लोड करंट छोटा होता है, यह 5- सामान्य का 10%।

यदि आप द्वितीयक कुंडल को कुछ प्रतिरोध के लिए बंद करते हैं, तो द्वितीयक कुंडल में धारा के प्रकट होने के साथ, इस कुंडल का चुंबकत्व बल भी दिखाई देगा।

लेंज़ के नियम के अनुसार, द्वितीयक कुंडली का चुंबकत्व बल प्राथमिक कुंडली के चुंबकत्व बल के विरुद्ध कार्य करता है

ऐसा लगता है कि इस मामले में चुंबकीय प्रवाह कम होना चाहिए, लेकिन अगर प्राथमिक वाइंडिंग पर एक निरंतर वोल्टेज लगाया जाता है, तो चुंबकीय प्रवाह में लगभग कोई कमी नहीं होगी।

वास्तव में, ट्रांसफॉर्मर लोड होने पर प्राथमिक घुमाव में प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बल लागू वोल्टेज के लगभग बराबर होता है। यह इलेक्ट्रोमोटिव बल चुंबकीय प्रवाह के समानुपाती होता है।इसलिए, यदि प्राथमिक वोल्टेज परिमाण में स्थिर है, तो लोड के तहत इलेक्ट्रोमोटिव बल लगभग वैसा ही रहना चाहिए जैसा कि ट्रांसफार्मर के नो-लोड ऑपरेशन के दौरान था। यह परिस्थिति किसी भी भार के तहत चुंबकीय प्रवाह की लगभग पूर्ण स्थिरता की ओर ले जाती है।

इस प्रकार, प्राथमिक वोल्टेज के निरंतर मूल्य पर, ट्रांसफॉर्मर का चुंबकीय प्रवाह लोड के परिवर्तन के साथ मुश्किल से बदलता है और इसे नो-लोड ऑपरेशन के दौरान चुंबकीय प्रवाह के बराबर माना जा सकता है।

ट्रांसफॉर्मर का चुंबकीय प्रवाह केवल लोड के तहत अपना मान बनाए रख सकता है क्योंकि द्वितीयक वाइंडिंग में करंट दिखाई देता है, प्राइमरी वाइंडिंग में करंट भी बढ़ जाता है, इतना कि मैग्नेटोमोटिव बलों या एम्पीयर के बीच का अंतर प्राथमिक और द्वितीयक घुमावों के बीच होता है आइडलिंग के दौरान वाइंडिंग मैग्नेटोमोटिव बल या एम्पीयर-टर्न के लगभग बराबर रहता है ... इस प्रकार, द्वितीयक वाइंडिंग में एक डीमैग्नेटाइजिंग मैग्नेटोमोटिव बल या एम्पीयर-टर्न की उपस्थिति प्राथमिक वाइंडिंग के मैग्नेटोमोटिव बल में स्वचालित वृद्धि के साथ होती है।

चूंकि, जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, एक ट्रांसफार्मर चुंबकीय प्रवाह बनाने के लिए एक छोटे मैग्नेटोमोटिव बल की आवश्यकता होती है, यह कहा जा सकता है कि द्वितीयक मैग्नेटोमोटिव बल में वृद्धि के साथ प्राथमिक मैग्नेटोमोटिव बल में वृद्धि होती है, जो परिमाण में लगभग समान है।

इसलिए, कोई लिख सकता है:

इस समानता से, ट्रांसफार्मर की दूसरी मुख्य विशेषता प्राप्त होती है, अर्थात् अनुपात:

जहाँ kt परिवर्तन कारक है।

इसलिए, ट्रांसफार्मर की प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग की धाराओं का अनुपात परिवर्तन अनुपात से विभाजित एक के बराबर होता है।

इसलिए, ट्रांसफार्मर की मुख्य विशेषताएं एक रिश्ता बनाना

और

यदि हम संबंध के बाएँ पक्ष को एक दूसरे से और दाएँ पक्ष को एक दूसरे से गुणा करते हैं, तो हमें मिलता है

और

अंतिम समानता ट्रांसफार्मर की तीसरी विशेषता देती है, जिसे इस तरह शब्दों में व्यक्त किया जा सकता है: वोल्ट-एम्पीयर में ट्रांसफार्मर की द्वितीयक वाइंडिंग द्वारा दी गई शक्ति लगभग वोल्ट-एम्पीयर में भी प्राथमिक वाइंडिंग को दी गई शक्ति के बराबर होती है। .

यदि हम वाइंडिंग के कॉपर में और ट्रांसफॉर्मर कोर के आयरन में होने वाले ऊर्जा नुकसान को अनदेखा कर दें, तो हम कह सकते हैं कि ट्रांसफॉर्मर की प्राथमिक वाइंडिंग को बिजली स्रोत से आपूर्ति की गई सारी शक्ति उसकी सेकेंडरी वाइंडिंग में स्थानांतरित हो जाती है, और ट्रांसमीटर चुंबकीय प्रवाह है।