יסודות השנאי

רובוטריקים בדרך כלל הם מכשירים המסוגלים להמיר כמויות מערך אחד למשנהו. במאמר זה נתמקד בשנאי המתח שהוא מרכיב חשמלי סטטי המסוגל להמיר מתח זרם מערך אחד למשנהו מבלי לשנות את התדר באמצעות עקרונות האינדוקציה האלקטרומגנטית.

באחד המאמרים הקודמים שלנו על זרם חילופין הזכרנו עד כמה שנאי היה חשוב בהיסטוריה של זרם חילופין. זה היה המאפשר העיקרי שאיפשר את זרם חילופין. בתחילה כאשר נעשה שימוש במערכות מבוססות DC, לא ניתן היה להעביר אותן למרחקים ארוכים עקב אובדן כוח בקווים ככל שהמרחק (אורך) עולה, כלומר היה צריך להציב תחנות כוח DC בכל מקום, ולכן המטרה העיקרית של AC הייתה כדי לפתור את בעיית ההולכה וללא השנאי, זה לא היה אפשרי מכיוון שההפסדים עדיין היו קיימים אפילו עם AC.

כאשר השנאי נמצא במקום, ניתן היה להעביר AC מתחנות הייצור במתח גבוה מאוד אך זרם נמוך המבטל את ההפסדים בקו (חוטים) בשל הערך של I ² R (המעניק את אובדן הכוח בקו). השנאי משמש אז כדי להמיר את המתח הגבוה, אנרגיה נוכחית נמוכה למתח נמוך, אנרגיה נוכחית גבוהה לחלוקה סופית בתוך קהילה מבלי לשנות את התדר ובאותו הכח הועבר מתחנת הכח (P = IV).

כדי להבין טוב יותר את שנאי המתח, עדיף להשתמש במודל הפשוט ביותר שלו שהוא שנאי חד פאזי.

שנאי שלב אחד

שנאי פאזה אחת הוא סוג שנאי המתח הנפוצים ביותר (מבחינת מספרים בשימוש). הוא קיים ברוב המכשירים ה"מחוברים "אליהם אנו משתמשים בבית ובכל מקום אחר.

הוא משמש לתיאור עקרון הפעולה, בנייתו וכו 'של שנאי מכיוון שנאים אחרים הם כמו וריאציה או שינוי של שנאי הפאזה היחידה. לדוגמא, אנשים מסוימים מתייחסים לשנאי התלת-פאזי כמורכב משלושה שנאים חד-פאזיים.

שנאי שלב אחד מורכב משני סלילים / סלילה (הסליל הראשי והמשני). שני סלילים אלה מסודרים בצורה כזו שאין חיבור חשמלי ביניהם, ולכן הם מתפתלים סביב ברזל מגנטי משותף המכונה בדרך כלל ליבת השנאי, ולכן לשני הסלילים יש רק חיבור מגנטי ביניהם. זה מבטיח שהספק מועבר רק באמצעות אינדוקציה אלקטרומגנטית וגם הופך את השנאים לשימושיים לבידוד חיבורים.

עקרון תפעולי של שנאי:

כפי שצוין קודם לכן, השנאי מורכב משני סלילים; הראשוני הסלילי המשני. הסליל הראשוני מייצג תמיד את הקלט לשנאי ואילו הסליל המשני, את הפלט מהשנאי.

שתי השפעות עיקריות מגדירות את פעולת השנאי:

הראשונה היא, זרם זורם דרך סטים חוטי את השדה מגנטי סביב התיל. גודל השדה המגנטי שנוצר תמיד פרופורציונלי ישירות לכמות הזרם העוברת דרך החוט. גודל השדה המגנטי גדל אם החוט מתפתל לצורת סליל. זהו העיקרון שבעזרתו מגנטיות נגרמת על ידי הסליל הראשוני. על ידי הפעלת מתח על הסליל הראשוני, הוא גורם לשדה מגנטי סביב ליבת השנאי.

האפקט השני אשר בשילוב עם הראשון מסביר את העיקרון המבצעי של השנאי אשר מבוסס על העובדה, אם מנצח הוא פצע סביב חתיכת מגנט ושינויי השדה המגנטיים, השינוי בשדה מגנטי יניע ב נוכחי המוליך, שגודלו ייקבע על ידי מספר הסיבובים של סליל המוליך. זה העיקרון שבו הסליל המשני מקבל אנרגיה.

כאשר מפעילים מתח על הסליל הראשוני, הוא יוצר שדה מגנטי סביב הליבה הכוח תלוי בזרם המופעל. לכן השדה המגנטי שנוצר גורם לזרם בסליל המשני שהוא פונקציה של גודל השדה המגנטי ומספר הסיבובים של הסליל המשני.

עיקרון תפעולי זה של השנאי מסביר גם מדוע היה צריך להמציא את AC כי השנאי יעבוד רק כשיש אלטרנטיבה במתח או בזרם המופעל כמו שרק אז יפעלו עקרונות האינדוקציה האלקטרומגנטית. לפיכך לא ניתן היה להשתמש בשנאי עבור DC אז.

בניית השנאי

ביסודו של דבר, שנאי מורכב משני חלקים הכוללים; שני סלילי אינדוקציה וליבת פלדה למינציה. הסלילים מבודדים זה מזה וגם מבודדים למניעת מגע עם הליבה.

בניית השנאי תיבחן אם כן תחת בניית הסליל והליבה.

הליבה של הרובוטריק

הליבה של השנאי נבנית תמיד על ידי ערימת גיליונות פלדה למינציה זה בזה, ומבטיחה שפער אוויר מינימלי קיים ביניהם. ליבת השנאים בתקופה האחרונה מורכבת תמיד מליבת פלדה למינציה במקום מליבות ברזל כדי להפחית הפסדים בגלל זרם אדי.

ישנן שלוש צורות עיקריות של יריעות הפלדה למינציה לבחירה, שהן E, I ו- L.

כאשר עורמים את הלמינציה יחד ליצירת הליבה, הם תמיד נערמים בצורה כזו שצידי המפרק מתחלפים. לדוגמא, מהסדינים מורכבים כאל מול החזית במהלך ההרכבה הראשונה, הם יונחו חזרה לקראת הרכבה הבאה כפי שמוצג בתמונה למטה. זה נעשה כדי למנוע רתיעה גבוהה במפרקים.

סליל

בעת בניית שנאי, חשוב מאוד לציין את סוג השנאי כמגביר או יורד מכיוון שזה קובע את מספר הסיבובים שיהיו בסליל הראשוני או המשני.

סוגי רובוטריקים:

בעיקר ישנם שלושה סוגים של שנאי מתח;

1. עזוב את רובוטריקים

2. סטפ אפ רובוטריקים

3. שנאי בידוד

הצעד למטה שנאי הם שנאים אשר נותן ערך מופחת של המתח מיושם על הסליל הראשוני על הסליל המשני, בעוד שעבור צעד עד שנאי, השנאי נותן ערך מוגבר של המתח מיושם על הסליל הראשוני, על מהשניות סליל.

שנאי בידוד הם שנאים המעניקים את אותו המתח המופעל על הראשוני במשני ובכך בעצם משמש לבידוד מעגלים חשמליים.

מההסבר לעיל, יצירת סוג מסוים של שנאי יכולה להיות מושגת רק על ידי תכנון מספר הסיבובים בכל אחד מהסלילים הראשיים והמשניים כדי לתת את התפוקה הנדרשת, כך ניתן לקבוע על ידי יחס הסיבובים. תוכל לקרוא את המדריך המקושר כדי ללמוד עוד על סוגי השנאים השונים.

שנאי הופך את יחס ומשוואת EMF:

יחס הסיבוב של שנאי (n) ניתן על ידי המשוואה;

n = Np / Ns = Vp / Vs

כאשר n = יחס סיבובים

Np = מספר סיבובים בסליל הראשי

Ns = מספר סיבובים בסליל המשני

Vp = מתח המופעל על הראשוני

Vs = מתח בשני

ניתן להשתמש בקשרים אלה שתוארו לעיל לחישוב כל אחד מהפרמטרים במשוואה.

הנוסחה שלעיל נקראת פעולת מתח השנאים.

מכיוון שאמרנו הכוח נשאר זהה לאחר הטרנספורמציה אז;

נוסחה זו לעיל מכונה הפעולה הנוכחית של השנאי. מה שמשמש כהוכחה לכך שהשנאי לא רק הופך מתח אלא גם הופך זרם.

משוואת EMF:

מספר הסיבובים של הסליל של אחד מהסלילים הראשוניים או המשניים קובע את כמות הזרם שהוא גורם או נגרם על ידיו. כאשר מצטמצם הזרם המופעל על הראשוני, חוזק השדה המגנטי מצטמצם ואותו הזרם המושרה במפתל המשני.

E = N (dΦ / dt)

כמות המתח המושרה בפיתול המשני ניתנת על ידי המשוואה:

כאשר N הוא מספר הפניות בסיבוב המשני.

מכיוון שהשטף משתנה בסינוסואיד, השטף המגנטי Φ = Φ _{מקסימום} sinwt

לכן

E = N * w * Φmax * cos (wt) Emax = NwΦmax

ערך הריבוע הממוצע של השורש של ה- EMF המושרה מתקבל על ידי חלוקת הערך המרבי של EMF ב- √2

משוואה זו מכונה משוואת EMF השנאים.

איפה: N הוא מספר הפניות בסליל

f הוא תדר השטף בהרץ

Φ הוא צפיפות השטף המגנטי בוובר

עם קביעת כל הערכים הללו, כך ניתן לבנות את השנאי.

חשמל

כפי שהוסבר קודם לכן, נוצרו שנאים בכדי להבטיח שערך החשמל שנוצר בתחנות הייצור מועבר למשתמשי הקצה ללא אובדן מועט או ללא, ולכן בשנאי אידיאלי, ההספק ביציאה (סלילה משנית) תמיד זהה לזה כוח הקלט. רובוטריקים מכונים אפוא התקני הספק קבועים, בעוד שהם עשויים לשנות את ערכי המתח והזרם, זה תמיד נעשה בצורה כזו שאותו כוח בכניסה זמין ביציאה.

לכן

P _s = P _p

כאשר Ps הוא הכוח המשני ו- Pp הוא הכוח בראשוני.

מאז P = IvcosΦ אז אני _s V _s cosΦ _s = אני _p V _p cosΦ _p

יעילות של שנאי

היעילות של שנאי ניתנת על ידי המשוואה;

יעילות = (כוח פלט / הספק קלט) * 100%

אמנם תפוקת הכוח של שנאי אידיאלי צריכה להיות זהה להזנת הכוח, אך רוב השנאים רחוקים מהשנאי האידיאלי והם חווים הפסדים בגלל מספר גורמים.

חלק מההפסדים שניתן לחוות על ידי שנאי מפורטים להלן;

1. הפסדי נחושת

2. הפסדי היסטרזיס

3. הפסדים שוטפים של אדי

1. הפסדי נחושת

הפסדים אלה מכונים לעיתים הפסדים מתפתלים או הפסדי I ² R. הפסדים אלה קשורים לכוח שמפזר המוליך המשמש להתפתלות כאשר מועבר דרכו זרם עקב התנגדות המוליך. ניתן לחשב את ערך ההפסד באמצעות הנוסחה;

P = I ² R

2. הפסדי היסטרזיס

זהו אובדן הקשור לחוסר הרצון של החומרים המשמשים לליבת השנאי. כאשר הזרם המתחלף הופך את כיוונו, יש לו השפעה על המבנה הפנימי של החומר המשמש לליבה מכיוון שהוא נוטה לעבור שינויים פיזיים שגם הם משתמשים באנרגיה.

3. הפסדי זרם אדי

זהו הפסד שנכבש בדרך כלל על ידי שימוש ביריעות פלדה דקות למינציה. אובדן זרם העצבני נובע מהעובדה שהליבה היא גם מוליכה ותגרום ל- emf בסליל המשני. הזרמים הנגרמים בליבה על פי חוק הרחוקים יתנגדו לשדה המגנטי ויובילו לפיזור האנרגיה.

אם יש לנו השפעה על ההשפעה של הפסדים אלה לחישובי היעילות של השנאי;

יעילות = (הספק קלט - הפסדים / הספק כניסה) * 100% כל הפרמטרים המתבטאים ביחידות הספק.