Transformatoren haben sowohl an der Sekundär- als auch an der Primärwicklung Hunderte von Windungen, weshalb jeweils sehr dünne Kupferdrähte verwendet werden. Aber warum verbrauchen sie nicht einfach weniger Windungen an jeder Wicklung und erhalten das gleiche Spannungsverhältnis?
Noch wichtiger ist, warum nicht weniger Windungen eines dickeren Drahtes für eine erhöhte VA verwenden? (anstelle von 1000: 100 Umdrehungen von 22 AWG-Draht, warum nicht 100: 10 Umdrehungen von 16 AWG-Draht, wenn dies die VA erhöhen würde)
transformer
user3503966
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Antworten:
Wenn Sie die Primärwicklung eines Leistungstransformators mit Spannung versorgen, fließt ein gewisser Strom, auch wenn die Sekundärwicklung offen ist. Die Höhe dieses Stroms wird durch die Induktivität der Primärspule bestimmt. Die Primärwicklung muss eine Induktivität haben, die ausreicht, um diesen Strom angemessen zu halten. Bei 50- oder 60-Hz-Leistungstransformatoren ist diese Induktivität ziemlich hoch, und mit einer geringen Anzahl von Windungen in der Wicklung ist dies normalerweise nicht möglich.
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Wenn Sie nur 1 Umdrehung auf einem Eisenkern hatten, konnte es eine Induktivität von (sagen wir) 1 uH haben. Wenn Sie zwei Windungen anlegen, verdoppelt sich die Induktivität nicht, sondern vervierfacht sich. Zwei Windungen bedeuten also 4 uH. "Na und?" du könntest sagen!
Nun, für eine gegebene angelegte Wechselspannung ist der von dieser Wicklung mit zwei Windungen aufgenommene Strom ein Viertel des Stroms für eine Wicklung mit einer Windung. Beachten Sie, dass dies für das Verständnis der Kernsättigung von grundlegender Bedeutung ist.
Was bewirkt eine Kernsättigung (was weitgehend vermieden werden sollte)? Die Antwort ist die aktuelle und die Anzahl der Windungen. Es wird als magnetomotorische Kraft bezeichnet und hat Abmessungen von Amperewindungen.
Mit zwei Windungen und einem Viertel des Stroms ist die Amperewindung (magnetomotorische Kraft) also halb so groß wie die einer Wicklung mit einer Windung. Wir können also sofort feststellen, dass eine Spule mit einer Windung, wenn zwei Windungen den Kern bis zum Rand der Sättigung bringen würden, eine erhebliche Sättigung verursachen und ein großes Problem darstellen würde.
Dies ist der Hauptgrund, warum Transformatoren viele Primärwindungen verwenden. Wenn ein bestimmter Transformator 800 Windungen hat und sich am Sättigungspunkt befindet, wird der Kern durch eine deutliche Reduzierung der Windungen gesättigt.
Was passiert, wenn der Kern gesättigt ist? Die Induktivität beginnt zu sinken und es wird mehr Strom aufgenommen, und dies sättigt den Kern mehr und mehr. Nun, Sie sollten sehen, wohin dies führt.
Beachten Sie, dass diese Antwort nichts anderes als die Primärwicklung berücksichtigt hat. In der Tat sprechen wir nur von der primären Magnetisierungsinduktivität - dies und das allein kann den Kern sättigen. Sekundäre Lastströme spielen bei der Kernsättigung keine Rolle.
Beachten Sie auch, dass Transformatoren, die in Hochgeschwindigkeits-Schaltnetzteilen verwendet werden, relativ wenige Windungen haben. 10 henry bei 50 Hz hat eine Impedanz von 3142 Ohm und 1 mH bei 500 kHz hat genau die gleiche Impedanz. Für einen Kern, der auf natürliche Weise 10 uH für eine einzelne Windung erzeugt, sind zum Wickeln von 1 mH zehn Windungen erforderlich (denken Sie daran, dass die Windungen in der Formel für die Induktivität im Quadrat sind). Für den gleichen Kern bei 50 Hz (natürlich unpraktisch) erfordert 10 henry 1000 Umdrehungen.
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Wenn Sie einen Eisenkern für einen Transformator haben, lautet eine der Spezifikationen "Wie viele Windungen muss eine Wicklung pro Volt haben, wenn die Frequenz angegeben wird". Man kann diese Spezifikation nicht umgehen und hat weniger Kurven ohne die folgenden Konsequenzen
Der Querstrom kann durch Erhöhen der Induktivität der Primärwicklung verringert werden.
Die Angabe der Windungen / Volt ergibt sich aus der folgenden Liste von Tatsachen, die alle dazu neigen, die Spuleninduktivitäten zu verkleinern:
Wie kann man dagegen vorgehen, indem man mehr Runden hinzufügt? Das liegt daran, dass die Induktivität als Quadrat der Anzahl der Windungen wächst. Man kann sagen: Aber die Magnetisierung (= dreht x Strom) wächst auch! Es stimmt, aber es wächst nur linear, also genug Windungen, und schließlich ist die Induktivität hoch genug, um die Nachteile zu überwinden.
Genau, nicht alle Nachteile. Der Platz ist begrenzt. Mehr Windungen bedeuten also, dass der Draht dünner sein muss. Dies erhöht den Widerstand und die Widerstandsverluste (= Erwärmung).
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Transformatoren übertragen Energie über den Magnetfluss von einer Seite zur anderen.
Beide Seiten bestehen aus Induktoren, der Primärinduktor erzeugt ein Magnetfeld, das in den Sekundärinduktor induziert wird.
Die Induktivität bestimmt die Fähigkeit, aus einem Strom einen magnetischen Fluss ( ) zu erzeugen und ist proportional:Φ
Die Induktivität eines Induktors wird durch die Anzahl der Windungen (neben der Fläche oder Größe) bestimmt:
Siehe Wikipedia zur Induktivität
Ein kleiner Transformator ist normalerweise wünschenswert, daher sind mehr Windungen besser als größere (einfach ausgedrückt).
Die Induktivität muss mit der Netzfrequenz übereinstimmen. Andernfalls würde die Primärwicklung jetzt entweder genügend elektrischen und damit magnetischen Strom fließen lassen (für höhere Frequenzen) oder eher einem Kurzschluss (für niedrigere Frequenzen) ähneln. Beides ist nicht wünschenswert.
Niedrigere Frequenzen erfordern eine höhere Induktivität (= mehr Windungen oder größere Kerne). Dies ist der Grund, warum Schaltnetzteile, die höhere Frequenzen im Bereich von Hunderten von kHz - MHz verwenden, so kleine Transformatoren verwenden und dabei im Vergleich zu herkömmlichen Transformatoren viel mehr Leistung übertragen können.
Ein Zitat aus dem Wikipedia- Artikel über Transformatoren :
(Betonung meiner.)
Siehe Wikipedia zum Einfluss der Frequenz auf Transformatoren
Damit,
Fazit: Sie müssten den Transformator physikalisch vergrößern, um die Anzahl der Wicklungen zu reduzieren. Wenn Sie die Anzahl der Wicklungen verringern, verringern Sie den Wirkungsgrad und erhöhen die Verluste. Und das ist normalerweise nicht wünschenswert.
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Das Spitzenmagnetfeld im Kern steht in Beziehung zur angelegten Spitzenspannung pro Windung. Je größer die Fläche des Kerns ist, desto mehr Volt pro Windung können erzeugt werden.
Das Magnetfeld im Kern darf einen bestimmten Sättigungswert nicht überschreiten, sonst sinkt die Permeabilität des Eisens und der Transformator muss um Größenordnungen mehr Strom ziehen, um die Magnetisierung aufrechtzuerhalten. Dies begrenzt streng, wie viele Volt pro Windung unterstützt werden können, und gibt Ihnen so eine minimale Anzahl von Windungen für jede Windung.
Für einen typischen kleinen (50 VA, ish?) Ringkern, den ich zur Hand habe, beträgt der Kernquerschnitt 25 mm mal 13 mm. Wenn ich den Kern mit einer Flussspitze von ± 1,8 T bei 50 Hz betreibe, erzeugt er eine Spitze von etwa 170 mV pro Umdrehung. Eine 12-Veff-Wicklung würde also 100 Windungen benötigen, die 240-V-Netzwicklung 2000. Ich könnte mehr Windungen als diese verwenden, aber weniger Windungen würden den Kern in die Sättigung drücken.
Wenn ich einen Kern mit der Querschnittsfläche einer Eisenbahnschwelle von 130 mm x 250 mm verwenden würde, könnte ich 12 Veff in einer einzigen Umdrehung erhalten, aber auch einen ziemlich unhandlichen Transformator.
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Ihre Grundannahme ist falsch, daher kann die Frage nicht wirklich beantwortet werden.
Transformatoren gibt es in vielen verschiedenen Spannungs- und Stromstärken für ihre Ein- und Ausgänge. Einige verwenden viele dünne Drahtwindungen (hohe Spannung, niedriger Strom). Einige verwenden nur wenige Windungen dicken Drahtes (niedrige Spannung, hoher Strom).
Die Antwort auf "Warum tun sie das nicht ..." lautet "Sie tun das" (wenn es angebracht ist).
An diejenigen, die diese Antwort nicht mögen
Ich sehe, dass diese Antwort eine Reihe von Abwertungen und ungefähr die gleiche Anzahl von Aufwertungen erhalten hat. Offensichtlich ist es umstritten. Einige sehen es als minderwertig an, besonders nachdem andere in Kommentaren über die wahre Bedeutung des OP spekuliert haben.
Ungeachtet dessen, was andere glauben, dass das OP bedeutete, ging er von einer offensichtlich falschen Prämisse aus, nämlich dass Transformatoren sowohl auf Primär- als auch auf Sekundärseite Hunderte von Windungen aufweisen und dass immer "dünner" Kupferdraht verwendet wird. Es klingt dann wie eine dieser rhetorischen Fragen "Warum macht es nicht jeder auf andere offensichtliche Weise?" .
Das habe ich geantwortet. Es ist die richtige Antwort auf die oben interpretierte Frage. Vielleicht wollte das OP das nicht fragen. Vielleicht ist es. Beachten Sie, dass das OP nicht zurückgekehrt ist, um die Frage zu klären oder zu bearbeiten.
Eine viel bessere Frage wäre gewesen, wie sich weniger Windungen dicken Drahts gegen mehr Windungen dünnen Drahts austauschen lassen. Das, das respektvoll gefragt wurde, ohne zuerst ein Urteil zu fällen oder falsche Prämissen vorauszusetzen, hätte eine ganz andere Antwort erhalten. Aber auch das wurde jetzt tatsächlich gefragt, und nicht einmal, wie es scheint, war das OP gemeint.
Selbst wenn das OP zurückkommt und die Frage ändert, möchte ich diese Antwort als Erinnerung daran dienen, Fragen richtig und eindeutig zu stellen und nicht mit der Angabe falscher Annahmen als Tatsachen zu beginnen.
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