Mengapa transformer menggunakan banyak belokan?

48

Transformer memiliki ratusan belokan pada belitan sekunder dan primer, dan akibatnya gunakan kabel tembaga yang sangat tipis untuk masing-masingnya. Tapi, mengapa mereka tidak hanya menggunakan putaran lebih sedikit pada setiap belitan dan mendapatkan rasio tegangan yang sama?

Lebih penting lagi, mengapa tidak menggunakan lebih sedikit putaran kawat yang lebih tebal untuk peningkatan VA? (Alih-alih 1000: 100 putaran 22 kawat awg, mengapa tidak 100: 10 putaran 16 awg kawat jika ini akan meningkatkan VA)

transformer

— pengguna3503966
sumber

14

Apakah pada dasarnya Anda bertanya, "Mengapa perancang transformator membutuhkan transformator yang mengambil input 120 VAC dan mengeluarkan 12,6 VAC, dan karena itu perlu mengatakan rasio putaran 10: 1, gunakan 1000 putaran pada primer dan 100 putaran pada sekunder alih-alih 600 menyalakan primer dan 60 menghidupkan sekunder? Faktor apa yang membuat pilihan itu? " Apakah itu pertanyaanmu?

— jonk

7

"Transformer memiliki ratusan belokan pada belitan sekunder dan primer" . Tidak, tidak, setidaknya tidak selalu. Contoh yang bagus adalah pistol solder. Mereka biasanya memiliki belokan sekunder.

— Olin Lathrop

2

Transformer sering berakhir dengan menggunakan 10% dari arus daya terukur hanya untuk magnetisasi inti untuk meningkatkan faktor kopling lebih dekat ke 1. Jadi, bahkan pistol solder memiliki seribu putaran pada primer untuk mencapai 100mA atau lebih sekarang ini V / (2pifL) kemudian gunakan > 1 A pada 120V untuk 125W. Jumlah belokan menentukan nilai L primer, bukan diameter kawat. Sekunder turn tunggal memungkinkan rasio dorongan arus tinggi. Jadi semakin kecil transformator, semakin banyak belokan yang diperlukan untuk menaikkan impedansi tanpa beban dan mengurangi arus tanpa beban menjadi <= 10%

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

5

Jika itu membantu untuk memahami ini secara lebih intuitif, lebih sedikit belokan membuat magnet yang mengerikan. Selain itu, NO belokan menjadikannya fungsional menjadi mati pendek, yang sangat berguna untuk transformator penginderaan saat ini, tetapi konyol dan berbahaya bagi transformator potensial, karena celana pendek mati di sejumlah besar tegangan yang berarti cenderung meledak.

— Sean Boddy

1

Baca pertanyaannya: mengapa transformer menggunakan banyak belokan untuk mentransformasi ...

— zx8754

63

Ketika Anda menerapkan tegangan ke belitan utama transformator daya, sebagian arus akan mengalir, bahkan ketika sekundernya adalah rangkaian terbuka. Jumlah arus ini ditentukan oleh induktansi dari kumparan primer. Primer harus memiliki induktansi yang cukup tinggi agar arus masuk akal. Untuk transformator daya 50 atau 60 Hz, induktansi ini cukup tinggi, dan Anda biasanya tidak bisa sampai di sana dengan sedikit belokan di belitan.

— Nyonya
sumber

1

Benar, dan juga menyebutkan permeabilitas inti dunia nyata dan dimensi inti. Misalnya, jika mu besi 1000x lebih tinggi, maka pemilihan primer 1 putaran akan bekerja dengan baik. Atau, putar pendahuluan 1-putaran kami pada inti besi multi-ton selebar meter. (Heh, atau parit 60Hz dan gunakan jaringan listrik 30KHz, seperti yang dilakukan di aerospace.)

— wbeaty

1

@ tidak ada, permeabilitas tidak memengaruhi saturasi. Jika Anda menginginkan 1 putaran primer dalam ukuran inti itu, Anda membutuhkan besi yang jenuh pada 2000T, bukan 2T. Core selebar meter akan bekerja!

— Neil_UK

1

@ kenalan Sementara induktansi menjaga arus rendah, induktansi tergantung pada permeabilitas inti, yang akan runtuh jika fluks inti naik di atas saturasi. Kita harus merancang cukup belokan untuk menjaga medan inti cukup rendah. Jika kita bisa menggandakan permeabilitas besi, sementara itu akan mengurangi separuh arus magnetisasi yang ditarik, itu tidak akan mengurangi separuh jumlah putaran yang bisa kita gunakan.

— Neil_UK

Perhatikan bahwa frekuensinya penting - transformator dengan rating VA yang sama yang dijalankan pada pesawat pada 440Hz akan jauh lebih kecil dan memerlukan belokan yang lebih sedikit (dan dengan demikian lebih sedikit tembaga, lebih sedikit berat, dll).

— Adam Davis

37

Jika Anda hanya memiliki 1 menyalakan inti besi, itu mungkin memiliki induktansi dari (katakanlah) 1 uH. Ketika Anda menerapkan induktansi dua putaran tidak dua kali lipat, induktansi empat kali lipat. Jadi dua belokan berarti 4 uH. "Terus?" Anda mungkin berkata!

Nah, untuk voltase AC yang diberikan, arus yang diambil oleh belitan berliku adalah seperempat dari arus untuk belitan belokan tunggal. Perhatikan karena ini mendasar dalam memahami saturasi inti.

Apa yang menyebabkan kejenuhan inti (sesuatu yang sebagian besar harus dihindari)? Jawabannya adalah arus dan jumlah belokan. Ini disebut kekuatan motif magneto dan memiliki dimensi belokan ampere.

Jadi, dengan dua belokan dan seperempat arus, belokan ampere (gaya gerak magneto) adalah setengah dari belokan tunggal. Jadi, segera kita dapat mengamati bahwa jika dua belokan membawa inti ke "tepi" saturasi, satu putaran belitan akan secara signifikan jenuh dan menjadi masalah besar.

Ini adalah alasan mendasar mengapa transformer menggunakan banyak belokan primer. Jika transformator tertentu memiliki 800 putaran dan berada pada titik saturasi, secara signifikan mengurangi putaran akan memenuhi inti.

Apa yang terjadi ketika inti jenuh yang mungkin Anda tanyakan. Induktansi mulai turun dan lebih banyak arus diambil dan ini menjenuhkan inti lebih banyak dan baik, Anda harus melihat di mana ini akan pergi.

Perhatikan bahwa jawaban ini tidak menganggap apa pun selain belitan primer; pada dasarnya kita hanya berbicara tentang induktansi magnetisasi primer - ini dan ini saja yang dapat menjenuhkan inti. Arus beban sekunder tidak memiliki bagian untuk dimainkan dalam saturasi inti.

Perhatikan juga bahwa trafo yang digunakan dalam catu daya switching kecepatan tinggi memiliki belokan yang relatif sedikit; 10 henry pada 50 Hz memiliki impedansi 3142 ohm dan 1 mH pada 500 kHz memiliki impedansi yang persis sama. Untuk inti yang secara alami menghasilkan 10 uH untuk satu putaran, untuk memutar 1 mH membutuhkan sepuluh putaran (ingat ternyata kuadrat dalam rumus induktansi). Untuk inti yang sama pada 50 Hz (tentu saja tidak praktis), 10 henry membutuhkan 1000 putaran.

— Andy alias
sumber

Komentar bukan untuk diskusi panjang; percakapan ini telah dipindahkan ke obrolan .

— Dave Tweed

4

@DaveTweed Saya tidak setuju dengan penghapusan awal dari komentar yang menunjukkan kelemahan teknis yang serius dari sebuah jawaban.

— Massimo Ortolano

Dan saya tidak setuju dengan @ MassimoOrtolano ketika dia menegaskan bahwa saturasi inti tidak disebabkan oleh arus. Bio Savart menginformasikan bahwa fluks magnetik berbanding lurus dengan arus. Dan tidak ada masalah sama sekali jika benda itu adalah transformator atau antena loop. Saya telah mendengar argumen dan menerima bahwa Anda dapat menggunakan volt detik tetapi mengapa massimo menolak hubungan antara arus dan fluks. Nah, itu yang saya sebut cacat teknis. Mengapa massimo tidak memberikan perlakuan berlarut-larut yang sama untuk jawaban lain yang mengatakan hal yang sama?

— Andy alias

@ MassimoOrtolano: Komentar belum dihapus, mereka baru saja dipindahkan ke chat room. Ikuti tautan yang disediakan di atas. Dan tolong lanjutkan diskusi di sana. Jika Anda mencapai kesimpulan, poskan di sini.

— Dave Tweed

15

Jika Anda memiliki inti besi untuk transformator, salah satu spesifikasinya adalah "berapa belokan yang harus dimiliki oleh satu belitan per satu volt ketika frekuensi diberikan". Seseorang tidak dapat melewati spesifikasi ini dan memiliki belokan lebih sedikit tanpa konsekuensi berikut

efisiensi berkurang
lebih banyak arus transversal yang tidak diinginkan yang hanya menyebabkan kerugian, tetapi tidak berguna untuk proses transformasi tegangan

Arus transversal dapat dibuat lebih rendah dengan meningkatkan induktansi dari belitan primer.

Turn / volt spec adalah konsekuensi dari daftar fakta berikut yang semuanya cenderung membuat induktansi kumparan lebih kecil:

bahan besi memiliki permeabilitas magnetik yang terbatas
inti besi tidak bisa terbuat dari besi penuh. Ini dibagi menjadi lapisan terisolasi tipis untuk menjaga arus eddy cukup kecil di inti. Insulasi mengambil ruang dan itu terlepas dari setrika
fluks magnet satu belitan memintas sebagian besi dan belitan lainnya
terlalu banyak arus transversal menyebabkan saturasi magnetik pada setrika. Saturasi secara radikal mengurangi permeabilitas magnetik

Bagaimana seseorang bisa melawan ini dengan menambahkan lebih banyak belokan? Itu karena induktansi tumbuh sebagai kuadrat dari jumlah belokan. Seseorang dapat bangkit: Tetapi magnetisasi (= berubah x arus) tumbuh juga! Benar, tetapi itu hanya tumbuh secara linear, sehingga cukup bergantian, maka akhirnya induktansi cukup tinggi untuk mengatasi kelemahan.

Tepatnya, tidak semua kekurangan. Ruang terbatas. Jadi lebih banyak belokan berarti bahwa kawat harus lebih tipis. Ini meningkatkan resistensi dan kerugian resistif (= pemanasan).

— pengguna287001
sumber

10

Transformer bekerja dengan mentransfer energi melalui fluks magnet dari satu sisi ke sisi lain.

Kedua belah pihak dibuat oleh induktor, induktor primer menciptakan medan magnet, yang diinduksi ke induktor sekunder.

$\Phi$

L = \frac{d Φ}{d i} and d Φ = L * d i

$L = { d\Phi \over di } \text{ and } d\Phi = L * di$

Induktansi induktor ditentukan oleh jumlah belokan (di samping area, atau ukuran):

N = \frac{µ N ² A}{l} (simplified, reduced winding-area-length relation)

$N = { µ N² A \over l } \text{ (simplified, reduced winding-area-length relation) }$

Lihat Wikipedia di Induktansi

Sebuah transformator kecil biasanya diinginkan, jadi lebih banyak belokan lebih baik daripada ukuran yang lebih besar (cukup cantumkan).

Induktansi harus sesuai dengan frekuensi listrik. Kalau tidak, belitan primer akan memungkinkan arus listrik dan magnet yang cukup untuk mengalir (untuk frekuensi yang lebih tinggi) atau lebih seperti korsleting (untuk frekuensi yang lebih rendah). Keduanya tidak diinginkan.

Frekuensi yang lebih rendah memerlukan induktansi yang lebih tinggi (= lebih banyak putaran atau inti yang lebih besar). Ini adalah alasan mengapa mengganti catu daya, menggunakan frekuensi yang lebih tinggi dalam hundrets kisaran kHz - MHz, menggunakan transformator yang sangat kecil sambil dapat mentransfer daya lebih banyak dibandingkan dengan transformer konvensional.

Kutipan dari artikel Wikipedia tentang transformer :

EMF dari transformator pada kerapatan fluks yang diberikan meningkat dengan frekuensi. ^[16] Dengan beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi, transformer dapat secara fisik lebih kompak karena inti yang diberikan mampu mentransfer lebih banyak daya tanpa mencapai saturasi dan lebih sedikit putaran diperlukan untuk mencapai impedansi yang sama .

(Penekanan milikku.)

Lihat Wikipedia tentang Pengaruh frekuensi pada transformer

Begitu,

kekuatan transformator perlu ditransfer ditentukan oleh arus yang mengalir melalui kumparannya
arus yang harus dilakukan kawat menentukan ketebalan kawat (yang berperan dalam ukuran)
ukuran kumparan dan jumlah putaran menentukan induktansi
induktansi pada frekuensi tertentu menentukan kemampuan untuk mentransfer energi

Kesimpulan: Anda harus membuat trafo lebih besar secara fisik untuk mengurangi jumlah belitan. Saat mengurangi jumlah belitan, Anda menurunkan efisiensi dan menambah kerugian. Dan ini biasanya tidak diinginkan.

— try-catch-akhirnya
sumber

8

Medan magnet puncak di inti terkait dengan tegangan yang diterapkan puncak per putaran. Semakin besar area inti, semakin banyak volt per putaran dapat dihasilkan.

Medan magnet dalam inti tidak dapat diizinkan untuk melebihi nilai saturasi tertentu, jika hal itu terjadi maka permeabilitas dari besi turun, dan transformator harus menarik urutan magnitudo lebih banyak arus untuk mempertahankan magnetisasi. Jadi ini benar-benar membatasi berapa volt per putaran dapat didukung, dan memberi Anda jumlah belokan minimum untuk belitan apa pun.

Untuk inti toroidal kecil tipikal (50 VA, ish?) Yang harus saya tangani, penampang core 25 mm kali 13 mm. Jika saya menjalankan inti dengan fluks memuncak pada ± 1,8 T pada 50 Hz, itu akan menghasilkan sekitar 170 mV puncak per putaran. Jadi belitan 12 Vrms akan membutuhkan 100 putaran, belitan utama 240 V membutuhkan 2000 putaran. Saya bisa menggunakan lebih banyak belokan dari ini, tetapi belokan yang lebih sedikit akan mendorong inti ke saturasi.

Jika saya menggunakan inti dengan luas penampang bantalan kereta api, 130 mm x 250 mm, saya bisa mendapatkan 12 Vrms dalam satu belokan, tetapi juga transformator yang agak berat.

— Neil_UK
sumber

Mungkin berguna untuk mencatat bahwa "kereta api tidur" apa yang orang-orang di AS akan sebut sebagai "dasi"; ketika saya pertama kali melihat istilah tersebut, sebelum saya membaca dimensi, saya pikir penulis mengacu pada kereta bergaya Pullman.

— supercat

Bisakah Anda memberikan semacam referensi numerik dari mana Anda mendapatkan angka-angka ini? Saya telah melihat-lihat sedikit di internet dan melampaui formula dasar N1 / N2 dan beberapa formula "angka ajaib". Saya mengalami kesulitan menemukan jawaban yang masuk akal yang keduanya menjelaskan mengapa orang peduli tentang jumlah belokan, frekuensi, dan inti ukuran transformator. Saya akan menghargai jika Anda juga hanya memiliki dokumen referensi dengan informasi ini - dengan semua informasi (salah) ini tersebar di sekitar saya khawatir saya mungkin hanya perlu membaca buku teks untuk merancang transformator sederhana.

— hedgepig

1

@inkyvoyd 25mmx13mm diukur dari inti saya dengan kaliper, 1.8T untuk fluks puncak berasal dari lembar data untuk besi transformator. Transformasi antara fluks, area, frekuensi dan tegangan berasal dari Hukum Faraday. Anda dapat melihat contoh yang berhasil dalam tindakan ini di jawaban saya yang lain di sini

— Neil_UK

0

Premis dasar Anda salah, jadi pertanyaannya tidak bisa dijawab.

Transformer memiliki banyak variasi tegangan dan arus untuk input dan outputnya. Beberapa menggunakan banyak belokan kawat tipis (tegangan tinggi, arus rendah). Beberapa menggunakan beberapa putaran kawat tebal (tegangan rendah, arus tinggi).

Jadi jawaban untuk "Mengapa mereka tidak ..." , adalah "Mereka melakukannya" (bila perlu).

Bagi mereka yang tidak suka jawaban ini

Saya melihat jawaban ini mendapatkan sejumlah downvotes, dan tentang jumlah upvotes yang sama. Jelas itu kontroversial. Beberapa melihatnya sebagai kualitas rendah, terutama setelah orang lain berspekulasi tentang arti sebenarnya OP dalam komentar.

Terlepas dari apa yang orang lain pikirkan tentang OP, dia memulai dengan premis yang sangat keliru, yaitu bahwa transformer memiliki 100 putaran baik pada pendahuluan maupun sekundernya dan bahwa kawat tembaga "tipis" selalu digunakan. Itu kemudian terdengar seperti salah satu pertanyaan retoris "Mengapa tidak semua orang melakukannya dengan cara lain yang jelas ini."

Inilah yang saya jawab. Ini adalah jawaban yang benar untuk pertanyaan yang ditafsirkan di atas. Mungkin bukan itu yang ingin ditanyakan OP . Mungkin memang begitu. Perhatikan bahwa OP belum kembali untuk memberikan klarifikasi atau mengedit pertanyaan sama sekali.

Pertanyaan yang jauh lebih baik adalah tentang timbal balik dari lebih sedikit putaran kawat tebal versus lebih banyak putaran kawat tipis. Yang bertanya dengan hormat tanpa terlebih dahulu menghakimi atau mendahului anggapan keliru akan mendapat jawaban yang sangat berbeda. Namun, sekali lagi, itulah yang sebenarnya ditanyakan, dan bahkan bukan apa yang dimaksud OP.

Sekalipun OP benar-benar kembali dan mengubah pertanyaan, saya akan membiarkan jawaban ini sebagai pengingat untuk mengajukan pertanyaan dengan baik dan jelas, dan untuk tidak memulai dengan menyatakan asumsi yang salah sebagai fakta.

— Olin Lathrop
sumber

Jangan tandai jawaban sebagai kualitas rendah kecuali jika itu spam atau bukan jawaban. Jika Anda tidak menyukainya maka turunkan suaranya.

— Voltage Spike

@ laptop2d: Kepada siapa itu diarahkan?

— Dave Tweed

1

@ laptop2d tidak, itu untuk bendera "bukan jawaban". ini adalah lambang kualitas rendah.

— Pejalan kaki

@ laptop2d juga, sistem secara otomatis menempatkan jawaban terpilih ke dalam antrian itu. Anda benar-benar perlu membaca kembali panduan tentang Kualitas Rendah sebelum membuat pernyataan seperti itu.

— Pejalan kaki

@ Hall dan yang lainnya. Lihat tambahan untuk menjawab. Ini menjawab apa yang ditanyakan . Kita mungkin tidak setuju menafsirkan pertanyaan yang ambigu ini, tetapi ini adalah jawaban yang valid untuk satu penafsiran yang tidak dapat diabaikan.

— Olin Lathrop