Warum brennen Wechselstromtransformatoren nicht ab?

Ich bin kaum mit der Funktionsweise eines Wechselstromtransformators vertraut. Nach dem Anzeigen dieser Frage:

Warum verbrennen nicht alle Motoren sofort?

Das hat mich dazu gebracht, an dasselbe mit Wechselstromtransformatoren zu denken.

Die Primärspule sollte einen sehr geringen Widerstand bieten und daher viel Strom fließen lassen. Ich vermute, dass der Widerstand vom schwankenden Magnetfeld herrührt. Ist das richtig? Wenn ja, gehe ich davon aus, dass der Strom ansteigt, wenn eine Last auf die Sekundärspule gelegt wird, weil das Magnetfeld nicht in die Primärspule einbricht, sondern von der Sekundärspule verwendet wird?

Bedeutet dies auch, dass ein Gleichstrom, der an einen Transformator angelegt wird, Probleme verursachen würde? (dh sehr hoher Strom)

Ich bin sicher, dass ich das nicht richtig sage, also hoffe ich, dass mich jemand klarstellen kann.

Um meine Frage zusammenzufassen: Wie verhält sich die Primärspule eines Transformators (in Bezug auf den Stromfluss), wenn die Sekundärspule nicht belastet wird, und was ändert sich, wenn die Sekundärspule belastet wird?

Andy gab Ihnen die klassische akademische Antwort auf Ihre Fragen. Alles, was er sagte, ist richtig, aber ich bezweifle, dass Sie als Anfänger das meiste verstehen werden. Lassen Sie mich also eine einfache Erklärung ausprobieren.

Die Primärwicklung eines Transformators besteht aus einer Spule, die um einen Eisenkern gewickelt ist und verschiedene Formen annehmen kann. Diese Primärwicklung hat einen sehr geringen Widerstand. (Messen Sie den Widerstand eines typischen Leistungstransformators, der in elektronischen Tischgeräten verwendet wird, mit einem DMM und Sie werden feststellen, dass er nur wenige Ohm beträgt.) Schließen Sie eine Gleichspannungsquelle an diese an, das Ergebnis ist ziemlich vorhersehbar. Die Spannungsquelle liefert der Primärwicklung einen so großen Strom wie möglich, und der Transformator wird sehr heiß und steigt wahrscheinlich in Rauch auf. Das oder Ihre Gleichstromversorgung wird eine Sicherung durchbrennen, sich selbst verbrennen oder in den Strombegrenzungsmodus wechseln, wenn sie so ausgestattet ist. Während dieser hohe Strom fließt, erzeugt die Primärwicklung im Übrigen tatsächlich ein unidirektionales Magnetfeld im Transformatorkern.

Messen Sie nun die Induktivität der Sekundärwicklung mit einem LRC-Messgerät. (Dies ist ein DMM-ähnliches Gerät, das nur Induktivität, Widerstand und Kapazität misst - "LRC".) Bei einem 60-Hz-Leistungstransformator werden Sie wahrscheinlich ein paar Henries der Induktivität an den Primärleitungen ablesen.

Wenden Sie als nächstes den Wert "L" auf die Formel an, um die "induktive Reaktanz" (" X L ") der Primärwicklung zu berechnen, wobei "f" die Wechselstrom-Hauptfrequenz von 60 Hz für die USA ist . Die Antwort, X L , ist in Ohm-Einheiten, genau wie der Gleichstromwiderstand, aber in diesem Fall sind dies "Wechselstrom-Ohm", auch bekannt als "Impedanz".$X_L = 2 \pi f L$$X_L$$X_L$

$X_L$$I = \frac{V}{X_L}$. Im üblichen USA-Fall haben wir 120 Volt RMS als V. Sie werden jetzt sehen, dass das aktuelle "I" ein ziemlich vernünftiger Wert ist. Wahrscheinlich ein paar hundert Milliampere (auch "RMS"). Aus diesem Grund können Sie 120 Volt an den entladenen Transformator anlegen, und er läuft problemlos ein Jahrhundert lang. Dieser Primärstrom von einigen hundert Milliampere, der als "Erregerstrom" bezeichnet wird, erzeugt Wärme in der Primärspule des Transformators, aber die mechanische Masse des Transformators kann diese Wärmemenge konstruktionsbedingt praktisch für immer verarbeiten. Trotzdem würde, wie oben beschrieben, keine 5-V-Gleichstromversorgung benötigt, sondern nur ein paar Minuten, um denselben Transformator zu verbrennen, wenn diese Gleichstromversorgung einen ausreichend großen Strom liefern könnte, um die Gleichstromspule mit niedrigem R-Wert erfolgreich anzutreiben. Das ist das "Wunder" der induktiven Reaktanz! Es'

Das ist für den entladenen Transformator. Schließen Sie nun eine geeignete ohmsche Last an die Sekundärseite an. Der oben beschriebene Erregerstrom fließt weiter in etwa der gleichen Größe. Jetzt fließt aber zusätzlicher Strom in die Primärwicklung. Dies wird als "reflektierter Strom" bezeichnet - der Strom, der durch die Sekundärwiderstandslast "verursacht" wird, die Strom aus der Sekundärwicklung des Transformators zieht. Die Größe dieses reflektierten Stroms wird durch das Windungsverhältnis des Leistungstransformators bestimmt. Die einfachste Methode zur Bestimmung des reflektierten Stroms ist die Verwendung der VA-Methode (Volt-Ampere). Multiplizieren Sie die Sekundärspannung des Transformators mit dem Strom in Ampere, der von der an der Sekundärseite angebrachten ohmschen Last aufgenommen wird. (Dies ist im Wesentlichen "Watt" - Volt mal Ampere.) Die "VA-Methode" sagt, dass die VA des Sekundärs gleich der inkrementellen VA des Primärs sein muss. ("Inkremental" bedeutet in diesem Fall "zusätzlich zum Erregerstrom".) Wenn Sie also einen typischen Wechselstromtransformator mit einer 120-Veff-Primärwicklung und einer 6-Veff-Sekundärwicklung haben und einen 6-Ohm-Widerstand an die Sekundärwicklung anschließen, bedeutet dies Die 6-Ohm-Last zieht 1,0 A RMS von der Sekundärseite ab. Die sekundäre VA = 6 x 1 = 6. Diese sekundäre VA muss numerisch der primären VA entsprechen, wobei die Spannung 120 VRMS beträgt. 0 Amp RMS von der Sekundärseite. Die sekundäre VA = 6 x 1 = 6. Diese sekundäre VA muss numerisch der primären VA entsprechen, wobei die Spannung 120 VRMS beträgt. 0 Amp RMS von der Sekundärseite. Die sekundäre VA = 6 x 1 = 6. Diese sekundäre VA muss numerisch der primären VA entsprechen, wobei die Spannung 120 VRMS beträgt.
Primär-VA = Sekundär-VA = 6 = 120 x I.
I = 6/120 oder nur 50 Milliampere RMS.

Sie können das meiste davon mit einem einfachen DMM überprüfen, um die Ströme im Primär- und Sekundärbereich im Leerlauf und unter Lastbedingungen zu messen. Probieren Sie es selbst aus, aber seien Sie in erster Linie vorsichtig, da diese 120 VRMS nahezu tödlich sind. Sie können jedoch NICHT direkt den "inkrementellen" Strom in der Primärwicklung beobachten, der durch Hinzufügen der Last zur Sekundärwicklung verursacht wird. Warum? Diese Antwort ist nicht so einfach! Der Erregerstrom und der reflektierte Strom sind um 90 Grad phasenverschoben. Sie addieren sich, aber sie addieren sich laut Vektor-Mathematik, und das ist insgesamt eine andere Diskussion.

Leider wird Andys schön ausgesprochene Antwort kaum gewürdigt, es sei denn, der Leser versteht die Vektormathematik, wie sie auf Wechselstromkreise angewendet wird. Ich hoffe, dass meine Antwort und Ihre Überprüfungsexperimente Ihnen ein gründliches Verständnis der Funktionsweise eines Leistungstransformators vermitteln.

Ich gehe davon aus, dass der Strom ansteigt, wenn eine Last auf die Sekundärspule gelegt wird, weil das Magnetfeld nicht in die Primärspule einbricht, sondern von der Sekundärspule verwendet wird.

Es klingt richtig, ist es aber nicht. Im Allgemeinen ist für einen einigermaßen effizienten Transformator die Magnetisierung des Kerns unter allen Bedingungen einer Sekundärlast konstant. Das Problem ist, wie kann ich das erklären, ohne Sie davon zu überzeugen, dass die Transformator-Ersatzschaltung (unten) nicht falsch ist:

Dinge zu beachten: -

• Xm ist 99,9% der Primärinduktivität des Transformators
• Xp (primäre Streuinduktivität) macht die letzten 0,1% der primären Induktivität aus
• Xs und Rs sind sekundäre Streuinduktivitäten und Wicklungswiderstände, bezogen auf die Primärwicklung durch die Wirkung des quadratischen Windungsverhältnisses.
• Das, was wie ein Transformator (rechts) aussieht, sollte nicht als solches angesehen werden - es ist ein perfekter Stromrichter und erzeugt überhaupt keinen Magnetismus - es ist ein Hilfsmittel für die Mathematik und ich wünsche den Särgen, die diese Bilder zeichnen würde es nur wie eine Blackbox zeigen !!

Wie Sie möglicherweise sehen können, ist der Spannungsabfall von Rp und Xp selbst unter Bedingungen hoher Last im Vergleich zu einer Eingangswechselspannung gering, und dies bedeutet, dass die Spannung über Xm ziemlich konstant ist. Beachten Sie, dass Xm die einzige Komponente ist, die im Kern Magnetismus erzeugt. Nicht überzeugt, oder? Ich würde dir keine Vorwürfe machen.

Hier ist eine andere Sichtweise

Die Serie von 4 Bildern unten versucht zu demonstrieren, dass die Flussbeiträge von Lastströmen sowohl in Primär- als auch in Sekundärrichtung gleich und entgegengesetzt sind und daher den Fluss aufhebt. Es zeigt einen einfachen 1: 1-Transformator, gilt jedoch gleichermaßen für verschiedene Windungsverhältnisse, da der Fluss proportional zu Amperewindungen und nicht zu Ampere ist. Schauen Sie sich jedes Bild der Reihe nach numerisch an: -

1) Ja, die Impedanz eines offenen Transformators ergibt sich aus dem schwankenden Magnetfeld (versucht, das Magnetfeld des Kerns zu ändern)

2) Ja, wenn an der Primärwicklung eine Gleichspannung anliegt, besteht die Gefahr, dass der Transformator durchbrennt. (Es sei denn, es ist aus irgendeinem Grund für diesen Strom ausgelegt). Ich habe die Spule bei einem alten Motorrad aus ähnlichen Gründen ein paar Mal verloren: Bei ausgeschaltetem Motor eingeschaltet, die Spule verbrannt und der Kunststoff tropft heraus.

3) Ohne Belastung der Sekundärspule muss der Strom durch die Primärspule durch die sehr große / sehr steife Induktivität ("Streuinduktivität") der Primärspule fließen.

4) Bei Belastung der Sekundärseite hebt der Sekundärstrom die Wirkung des Primärstroms auf den Kern auf.

Ein Transformator, der dafür ausgelegt ist, dass Gleichstrom durch ihn fließt, wird als sättigbare Drossel bezeichnet und als Schalter verwendet. dh der Gleichstrom sättigt den Magnetkern, so dass die Wechselstromversorgung den Fluss im Kern nicht ändern kann, dh die sekundäre Wechselspannung ist Null. Beim Abschalten des Gleichstroms kann sich nun der Fluss im Kern ändern und es findet eine normale Transformatorwirkung statt, die zur Wechselspannung am Sekundärteil führt.

Ein ähnliches Gerät, das jedoch auf dem Wechselstrom basiert, der den Kern sättigt, wird als ferro-resonanter Transformator bezeichnet. Diese wurden verwendet, um die Sekundärspannung eines Transformators kostengünstig zu stabilisieren. Dieses Gerät hat zwei Sekundärwicklungen, von denen eine durch einen Kondensator mit großem Wert kurzgeschlossen ist und die andere die Ausgangswicklung ist.