Step-up, Step-Down og Isolation Transformers

JDM Wheel Restoration (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Step-up, Step-Down og Isolation Transformers

AC elektriske kredsløb


Spørgsmål 1

Beregn spændingsudgangen ved sekundærvikling af en transformer, hvis primærspændingen er 35 volt, sekundærviklingen har 4500 omdrejninger, og den primære vikling har 355 omdrejninger.

V sekundær =

Reveal svar Skjul svar

V sekundær = 443, 7 volt

Bemærkninger:

Transformervikling beregninger er simpelthen en øvelse i matematiske forhold. Hvis dine elever ikke er stærke i deres forholdskompetencer, giver dette spørgsmål en ansøgning om at skærpe dem!

Spørgsmål 2

Beregn laststrøm og belastningsspænding i dette transformerkredsløb:

Jeg indlæser = V load =

Reveal svar Skjul svar

Jeg indlæser = 23, 77 mA V belastning = 8.318 V

Bemærkninger:

De fleste transformatorproblemer er intet mere end forhold, men nogle elever finder vanskeligheder vanskelige at håndtere. Spørgsmål som dette er gode til at få eleverne kommet op til tavlen foran klasseværelset og demonstrere, hvordan de har opnået resultaterne.

Spørgsmål 3

Beregn antallet af omdrejninger, der er nødvendige i en transformers sekundære vikling, for at transformere en primærspænding på 300 volt ned til en sekundær spænding på 180 volt, hvis den primære vikling har 1150 omdrejninger af ledninger.

N sekundær =

Reveal svar Skjul svar

N sekundær = 690 omdrejninger

Bemærkninger:

De fleste transformatorproblemer er intet mere end forhold, men nogle elever finder vanskeligheder vanskelige at håndtere. Spørgsmål som dette er gode til at få eleverne kommet op til tavlen foran klasseværelset og demonstrere, hvordan de har opnået resultaterne.

Spørgsmål 4

Forudsig, hvordan alle komponentspændinger og strømme i dette kredsløb vil blive påvirket som følge af følgende fejl. Overvej hver fejl uafhængigt (dvs. en ad gangen, ingen flere fejl):

Transformer T 1 primære vikling fejler åben:
Transformator T 1 primære vikling mislykkes kortsluttet:
Transformator T 1 sekundær vikling fejler åben:
Belastning afkortes:

For hver af disse betingelser, forklar hvorfor de resulterende virkninger vil forekomme.

Reveal svar Skjul svar

Transformer T 1 primære vikling fejler åben: Ingen strøm gennem nogen komponent, ingen spænding på tværs af enhver sekundær side komponent.
Transformator T 1 primære vikling mislykkes kortsluttet: Stor strøm gennem sikring (som får det til at blæse), lille strøm gennem sekundær vikling eller belastning, lille spænding på tværs af sekundær vikling eller belastning.
Transformator T 1 sekundær vikling fejler åben: Ingen strøm gennem nogen sekundær side komponent, ingen spænding på tværs af enhver sekundær vikling komponent, lille strøm gennem primærvikling.
Load fail shorted: Stor strøm gennem sikring (som får det til at blæse), stor strøm gennem sekundær vikling og belastning, lille spænding på tværs af sekundær vikling eller belastning.

Bemærkninger:

Formålet med dette spørgsmål er at nærme sig domænet for kredsløbsfejlfinding ud fra et perspektiv om at vide, hvad fejlen er, snarere end kun at vide, hvad symptomerne er. Selvom dette ikke nødvendigvis er et realistisk perspektiv, hjælper det eleverne med at opbygge den grundlæggende viden, der er nødvendig for at diagnosticere et fejlet kredsløb fra empiriske data. Spørgsmål som dette skal følges (til sidst) af andre spørgsmål, der beder eleverne om at identificere sandsynlige fejl baseret på målinger.

Spørgsmål 5

Antag, at 1200 omdrejninger af kobbertråd er viklet omkring en del af en jernbøjle, og 3000 omdrejninger af tråd er viklet rundt om en anden del af samme bøjle. Hvis 1200-svingspolen er aktiveret med 15 volt AC (RMS), hvor meget spænding vil du se mellem endene på 3000-spolen "# 5"> Reveal svar Skjul svar

37, 5 volt AC, RMS.

Bemærkninger:

Transformervikling beregninger er simpelthen en øvelse i matematiske forhold. Hvis dine elever ikke er stærke i deres forholdskompetencer, giver dette spørgsmål en ansøgning om at skærpe dem!

Spørgsmål 6

Beregn spændingsudgangen ved sekundærvikling af en transformer, hvis primærspændingen er 230 volt, sekundærviklingen har 290 omdrejninger, og den primære vikling har 1120 omdrejninger.

V sekundær =

Reveal svar Skjul svar

V sekundær = 59, 6 volt

Bemærkninger:

Transformervikling beregninger er simpelthen en øvelse i matematiske forhold. Hvis dine elever ikke er stærke i deres forholdskompetencer, giver dette spørgsmål en ansøgning om at skærpe dem!

Spørgsmål 7

Beregn kildestrøm og belastningsstrøm i dette transformerkredsløb:

Jeg kilde = Jeg indlæser =

Reveal svar Skjul svar

Jeg kilde = 187, 5 mA Jeg indlæser = 72, 73 mA

Bemærkninger:

De fleste transformatorproblemer er intet mere end forhold, men nogle elever finder vanskeligheder vanskelige at håndtere. Spørgsmål som dette er gode til at få eleverne kommet op til tavlen foran klasseværelset og demonstrere, hvordan de har opnået resultaterne.

Spørgsmål 8

Hvis en spole isoleret wire vikles rundt om en jernkerne, dannes en induktans. Selv om ledningen har ubetydelig modstand, vil strømmen gennem spolen fra en vekselstrømskilde blive begrænset af spiralens induktive reaktans (X L ), da den magnetiske flux i jernkernen oscillerer frem og tilbage for at fremkalde en mod-EMF :

Plot den øjeblikkelige magnetiske flux (φ) bølgeform i jernkernen svarende til den øjeblikkelige påførte spænding (v) vist i denne graf:

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Der er en simpel formel (omend indeholdende en afledt term), der beskriver forholdet mellem øjeblikkelig flux (φ) og øjeblikkelig induceret spænding (v). Dine elever burde vide, hvad det er, og at det skal anvendes på dette spørgsmål!

Spørgsmål 9

Hvis vi aktiverer en induktors spole med en oscillerende (AC) spænding, vil vi generere en oscillerende magnetisk flux i induktorkernen:

Hvis vi omslutter en anden trådspole omkring den samme magnetiske kerne som den første (spolebåndspole), etablerer vi en situation, hvor der findes gensidig induktans: en ændring af strøm gennem en spole frembringer spænding i den anden og visum-versa. Dette vil naturligvis resultere i, at en vekselstrøm spændes i den anden trådspole:

Hvilket navn er der givet til en sådan enhed, med to spoler af ledning, der deler en fælles magnetisk flux "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/01876x03.png">

Reveal svar Skjul svar

Denne enhed kaldes en transformer .

Bemærk: De relative amplituder af vp og vs er vilkårlig. Jeg trak dem i forskellige amplituder til gavn for læseren: så de to bølgeformer ikke ville overlappe hinanden fuldstændigt og blive uadskillelige fra hinanden.

Bemærkninger:

Spørg dine elever om, hvordan sekundærspolen skulle være lavet for virkelig at generere en spænding, der er større end den anvendte (primære) spolespænding. Hvad med at generere en sekundær spænding mindre end den primære "panelpanelets panelpanel-standard" itemscope>

Spørgsmål 10

Vist her er et skematisk diagram af en transformator, der drev en resistiv belastning, på det nøjagtige tidspunkt, hvor primærviklingens spænding er ved sin positive (+) top:

Identificer polariteten af ​​spændingen over belastningsmodstanden på dette præcise tidspunkt, samt strømretningen i hver af viklingene.

Reveal svar Skjul svar

Opfølgningsspørgsmål: bemærk forholdet mellem strømretningen og polariteten af ​​spændingen for hver af transformatorviklingene. Hvad foreslår disse forskellige relationer, hvad angår strømmen af ​​strøm i kredsløbet "noter skjult"> Noter:

Et perspektiv, der kan hjælpe eleverne med at forstå strømens retninger gennem hver vikling af transformeren i forhold til spændingspolariteterne, er at tænke på hver vikling som enten en kilde til elektrisk kraft eller en belastning . Spørg dine elever, "hvilken vikling virker som en kilde i dette kredsløb, og hvilken fungerer som en belastning ? Forestil dig disse kilder og belastninger er DC (så vi kan opretholde den samme polaritet af spænding, af hensyn til analyse). Hvilken vej ville du tegne strømmen til en DC-kilde og til en DC-belastning?

Spørgsmål 11

Tændspolen af en benzindrevet forbrændingsmotor er et eksempel på en transformer, selvom den ikke drives af vekselstrøm. Forklar, hvordan en transformator kan drives på elektricitet, der ikke er AC:

Reveal svar Skjul svar

For at en transformer skal fungere, skal den primære viklingsstrøm ændres hurtigt med tiden. Om dette er en strøm, der virkelig veksler, eller bare en som pulserer i samme retning, er irrelevant.

Udfordring spørgsmål: er bølgeformen af ​​den sekundære spænding sinusformede "noter skjult"> Noter:

Dette er en meget almindelig anvendelse af transformatorteknologi: tændingen "spole" bruges til at antænde luftbrændstofblandingen inde i en benzinmotorens forbrændingskammer. Dette spørgsmål omhandler også et problem, der undertiden misforstås af studerende, at transformatorer er grundlæggende AC-enheder, ikke DC.

Det kan være en god idé at have en tændingsspole til bil til rådighed til klasseværelset demonstration. I stedet for et tændrør kan en neonlampe bruges til at indikere tilstedeværelsen af ​​højspænding.

Hvad angår besvarelsen af ​​udfordringsspørgsmålet, vil et oscilloskop hurtigt bevise waveshapes natur, for enhver transformator, der er aktiveret med pulserende DC.

Spørgsmål 12

Der er sket noget i dette kredsløb, fordi lyspæren ikke tændes, når kontakten er lukket:

Hvilken type (r) transformerfejl (er) vil forårsage et sådant problem, og hvordan kan du bekræfte at bruge et multimeter "# 12"> Reveal svar Skjul svar

Den mest almindelige type transformatorfejl, der forårsager et problem som dette, er en åben vikling. Dette er meget nemt at kontrollere ved hjælp af et multimeter (jeg lader dig besvare denne del af spørgsmålet!).

Bemærkninger:

Selvfølgelig kan fejl i dette kredsløb, der ikke har noget at gøre med transformatoren, også forhindre lyspæren i at lyse. Hvis tiden tillader det, ville det være godt at analysere et par fejlsscenarier med dine elever og udfordre dem til at finde kilde til problemerne så effektivt som muligt.

Spørgsmål 13

Industrielle styrketransformatorer bruges til at træde 480 eller 240 volt til et niveau, der er mere acceptabelt for relæstyringskredsløb: normalt 120 volt. Nogle styrekrafttransformatorer er bygget med flere primære viklinger for at lette forbindelse til enten en 480 volt eller 240 volt vekselstrømskilde:

Sådanne transformatorer er normalt annonceret som "240 × 480" primære viklinger, symbolet "×", der repræsenterer to uafhængige viklinger med fire forbindelsespunkter (H1 til H4).

Vis forbindelserne på de fire "H" -stik, der er nødvendige til 240 volt drift, og også til 480 volt drift på følgende illustrationer:

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Denne type transformer er meget almindelig i industrielle kontrolsystemer. Diskuter med dine elever, hvorfor de primære viklingsterminaler er arrangeret som de er (H1-H3-H2-H4), for at lette nær-terminal jumpering med metalklip.

Spørgsmål 14

Hvis en isolationstransformator (en transformator med det samme antal "sving" i primær- og sekundærspolerne) er forbundet mellem en vekselstrømskilde og en vekselstrøm, måler vi den samme spænding og den samme strøm ved både kilde- og belastningsterminalerne:

Hvis vi beregner effekten af ​​kilden og strømmen, der afledes af belastningen, er værdien den samme: 420 watt (P = IV).

Antag nu at vi analyserer et kredsløb indeholdende en step-up transformer (en med flere omdrejninger af ledning i sekundærspolen end i primærspolen). Med en trin-transformator vil belastningsspændingen være større end forsyningsspændingen. I dette eksempel viser jeg en step-up transformer med et trinforhold på 1: 2:

Hvis man antager, at belastningsmodstanden er helt forskellig fra det første (isolationstransformator) kredsløb, hvad kan man udlede om belastningsstrømmen og strømmen (både kilde og belastning) i dette kredsløb "# 14"> Reveal svar Skjul svar

Den grundlæggende fysiske lov kendt som energibesparelsesloven fortæller dig alt hvad du behøver at vide om kildeffekt og belastningsevne! Og dermed bør du ikke kun kvalitativt bestemme belastningsstrømmen i dette kredsløb, men også beregne det med en rimelig grad af præcision.

Bemærkninger:

Den eneste grund til at jeg tøver med at fortælle eleverne, at de kan beregne belastningsstrømmen netop, er, fordi det ikke blev angivet, om transformatoren er "lossy" overhovedet. Ingen reel transformer er selvfølgelig 100% tabsløs, og det er noget vi skal tage i betragtning i "virkeligheden".

Jeg har konstateret, at energibesparelsen ikke kun giver mening for eleverne, da de lærer at beregne transformatoradfærd, men det er en fremragende forstærkning af en grundlæggende fysisk lov, en god forståelse af, som vil tjene dem godt gennem deres karriere.

Spørgsmål 15

Beregn alle listede værdier for dette transformer kredsløb:

V primær =
V sekundær =
Jeg primær =
Jeg sekundær =

Forklar, om dette er en trin-up, step-down eller isolationstransformer, og forklar også, hvad der skelner mellem "primær" vikling fra "sekundær" vikling i en hvilken som helst transformer.

Reveal svar Skjul svar

V primær = 48 volt
V sekundær = 14, 77 volt
Jeg primær = 30, 3 mA
Jeg sekundær = 98, 5 mA

Dette er en down-down transformer.

Bemærkninger:

De fleste transformatorproblemer er intet mere end forhold, men nogle elever finder vanskeligheder vanskelige at håndtere. Spørgsmål som dette er gode til at få eleverne kommet op til tavlen foran klasseværelset og demonstrere, hvordan de har opnået resultaterne.

Spørgsmål 16

Beregn alle listede værdier for dette transformer kredsløb:

V primær =
V sekundær =
Jeg primær =
Jeg sekundær =

Forklar, om dette er en trin-up, step-down eller isolationstransformer, og forklar også, hvad der skelner mellem "primær" vikling fra "sekundær" vikling i en hvilken som helst transformer.

Reveal svar Skjul svar

V primær = 3, 7 volt
V sekundær = 12, 0 volt
Jeg primær = 26, 1 mA
Jeg sekundær = 8, 02 mA

Dette er en step-up transformer.

Bemærkninger:

De fleste transformatorproblemer er intet mere end forhold, men nogle elever finder vanskeligheder vanskelige at håndtere. Spørgsmål som dette er gode til at få eleverne kommet op til tavlen foran klasseværelset og demonstrere, hvordan de har opnået resultaterne.

Bemærk til dine elever, hvordan skelnen mellem en step-up og en down-down transformer er simpelthen et spørgsmål om brug. Det er muligt at bruge en transformer hverken!

Spørgsmål 17

I en typisk step-up eller step-down transformer bruger højspændingsviklingen normalt en finere målingstråd end lavspændingsviklingen. Forklar hvorfor dette er.

Reveal svar Skjul svar

Højspændingsviklingen håndterer mindre strøm end lavspændingsviklingen.

Bemærkninger:

Hvis du tilfældigvis har en transformer, der er skåret i halvdelen (gennem kernen), vil den danne et fremragende demonstrationsstykke til diskussion. Forskellen mellem viklinger vil straks vise til eleverne, når de ser en.

Spørgsmål 18

En mekaniker går i skole og tager et kursus i AC elektriske kredsløb. Efter at have lært om step-up og step-down transformere, gør han bemærkningen om, at "Transformers fungerer som elektriske versioner af gear med forskellige forhold."

Hvad betyder mekanikeren ved denne erklæring "# 18"> Reveal svar Skjul svar

På samme måde som indgribende tandhjul med forskellige tandtællinger omdanner mekanisk kraft mellem forskellige niveauer af hastighed og drejningsmoment, transformerer elektriske transformere strøm mellem forskellige niveauer af spænding og strøm.

Bemærkninger:

Ikke alene er dette en lydanalogi, men en, som mange mekanisk indstillede mennesker forholder sig til nemt! Hvis du tilfældigvis har nogle mekanik i dit klasseværelse, skal du give dem mulighed for at forklare konceptet om gearforhold til de studerende, der ikke er opmærksomme på gearsystemmatematik.

Spørgsmål 19

Forklar, hvordan denne særlige transformer kan styre strøm til lyspæren:

Hvilke fordele kan der være at bruge en transformer til at styre vekselstrøm, i modsætning til en variabel modstand "# 19"> Reveal svar Skjul svar

Denne transformer styrer strøm til lyspæren ved at tilvejebringe et variabelt spændingsforhold mellem kilde og belastning.

Bemærkninger:

Det kan medvirke til at give nogle numeriske eksempler på spændingsforstærkningsforholdet for transformeren i dette kredsløb, for at eleverne bedre forstår, hvordan denne enhed styrer lyspæreffekten. Påmind dine elever om, at moderne transformatorer er meget effektive enheder, med fuld belastning effektivitet ratings typisk over 95%.

Hvis eleverne spørger om Variac, kan du vise dem dette diagram:

Selvfølgelig er Variac en type autotransformer, og som sådan tilvejebringer den elektriske isolering af en almindelig transformer ikke. I nogle tilfælde kan det være vigtigt!

Spørgsmål 20

I dette variable-spændingstransformator kredsløb skiftes indgangsspændingen (120 VAC) til forskellige "taps" på transformatorens primære vikling for at skabe forskellige trin-down-forhold.

Mens det er muligt at "trykke" på transformatorens sekundære vikling for at opnå forskellige udgangsspændinger i stedet for primæren, er der en god grund til at lokalisere kontakten i kredsløbets primære side. Identificer denne praktiske grund.

Reveal svar Skjul svar

For at minimere mængden af ​​strøm skal kontakterne håndtere.

Bemærkninger:

Det er vigtigt altid at huske på praktiske begrænsninger af komponenter som kontaktpersoner ved udformning af kredsløb. Sikker på, at der kan være mange alternative måder at opbygge et arbejdskreds på, men nogle måder vil være mere praktiske end andre.

I nogle tilfælde kan det være bedre at finde omskifteren (og viklingskranerne) på den sekundære side af en down-down transformer i stedet for den primære. Forestil dig, om den primære viklingsspænding var 100 kVAC i stedet for 120 VAC. Still dette scenarie til dine elever og spørg dem, hvilke praktiske omskifter begrænsninger kan kræve genplacering til transformatorens sekundære vikling.

Spørgsmål 21

Antag at et strømforsyningssystem leverer vekselstrøm til en resistiv belastningstegning på 150 ampere:

Beregn belastningsspændingen, belastningsafbrydelsen, strømmen, der afledes af trådmodstanden (R- ledningen ) og den samlede effekteffektivitet (η = ((P- belastning ) / (P- kilde ))).

E belastning =
P belastning =
P linjer =
η =

Antag nu, at vi skulle bruge et par perfekt effektive 10: 1 transformere til at træde spændingen op for transmission og ned igen for at blive brugt til lasten. Genberegne belastningsspændingen, belastningsenergien, spildkraften og den samlede effektivitet af dette system:

E belastning =
P belastning =
P linjer =
η =
Reveal svar Skjul svar

Enkelt system (ingen transformatorer):

E belastning = 210 volt
P belastning = 31, 5 kW
P- linjer = 4, 5 kW
η = 87, 5%

Kompleks system (med transformere):

E belastning = 239, 7 volt
P belastning = 35, 96 kW
P linjer = 45 W
η = 99, 88%

Opfølgningsspørgsmål: Kan du tænke på ulemper ved kredsløbet ved hjælp af 10: 1 transformatorer sammenlignet med det originale transformerløse strømsystem "Noter skjult"> Noter:

Et eksempel som dette forklarer normalt fordelene ved at bruge AC i stedet for DC til overførsel af store mængder elkraft over betydelige afstande, bedre end blot at fortælle eleverne, hvorfor transformatorer anvendes i elsystemer. Selv med beskedne strømtab i transformatorerne (siger 3% tab i hver), er den samlede effektivitet stadig meget større i dette system end uden at bruge transformatorer overhovedet.

Når du diskuterer opfølgningsspørgsmålet, skal du sørge for at få sikkerhed som en overvejelse, hvis ingen af ​​dine elever gør det.

Spørgsmål 22

Shunt modstande er almindeligt anvendt til at måle strøm i strømkredsløb ved at producere et lille spændingsfald i direkte forhold til kredsløbsstrømmen. De er især nyttige til måling af komplekse strømbølgeformer i vekselstrømskredsløb, da de ikke forvrænger bølgeformen overhovedet.

Antag at du ønskede at måle den nuværende bølgeform i dette strømkredsløb ved at bruge et oscilloskop til at måle spændingen faldt over shunt-modstanden:

Hvis du tilslutter et oscilloskop til strømkredsløbet som vist, vil der ske meget dårlige ting, som oscilloskopets jordklip smelter med masser af gnister!

Efter at have erstattet den beskadigede probesamling og tager en lang pause for at berolige dine nerver, foreslår en erfaren tekniker, at du tilslutter oscilloskopets netledning til en isolationstransformer for at undgå dette problem i fremtiden. Forklar, hvad en isolationstransformator er, hvorfor det forhindrer det kortslutningsproblem, der opstår i dette kredsløb, og hvilke forholdsregler der skal tages, når man bruger en.

Reveal svar Skjul svar

En "isolationstransformator" fører heller ikke spænding op eller ned, men giver ganske enkelt simpel isolering mellem primære og sekundære viklinger. I dette særlige tilfælde bryder en isolationstransformator ind i oscilloskopets strømkredsløb et kredsløb dannet af sondens jordklips forbindelse med oscilloskopmetallet chassis, som igen er forbundet med jordnetten på netledningen, der er forbundet til jord jorden for sikkerhed.

Hvis en isolationstransformator anvendes på en sådan måde, undgår det kortslutningsproblemet, men kun på bekostning af "ungrounding" oscilloskopets chassis, hvilket gør det usikkert at røre !!!

Opfølgningsspørgsmål: Identificer en måde til sikkert at bruge et oscilloskop til at måle shunt-modstandens spænding uden at skulle bruge en isolationstransformator.

Bemærkninger:

Denne lektion om brug af oscilloskop er en værdifuld, da eleverne sikkert vil støde på problemer med deres kredsløb, der skyldes jordbundsforbindelser gennem oscilloskopets chassisbund. At have et oscilloskop og et ohmmeter i klasseværelset under diskussionstid ville være en god idé, så eleverne kan teste de fælles forbindelser selv.

Spørgsmål 23

Antag, at du skal bruge et 120 volt, 600 watt varmeelement fra en 240 volt kilde. Du tilfældigvis har flere 240V / 120V nedtrapstransformatorer til rådighed, men hver enkelt er kun klassificeret til 400 VA. Tegn et skematisk diagram, der viser, hvordan flere transformatorer kunne bruges til at matche 120 volt belastningen til 240 volt kilden.

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Hvis eleverne endnu ikke har studeret vekselstrøm (watt, volt-ampere og volt-ampere reaktive), lad dem bestemme hvad "VA" betyder først, og lad dem så vide, at det simpelthen svarer til "watt" for en resistiv belastning.

Det er et meget realistisk problem at skulle matche ledige komponenter til en bestemt opgave, så dette spørgsmål er værd at dine elevernes stund til at diskutere og forstå grundigt.

Spørgsmål 24

Forklar, hvordan konstruktionen af ​​en trin-down transformer adskiller sig fra en trin-up transformer.

Reveal svar Skjul svar

Step-down transformere har færre sekundære sving end primære drejninger, mens step-up transformere har mere sekundære sving end primære sving.

Bemærkninger:

Bed dine elever om at forklare forholdet mellem primære og sekundære sving, og hvordan dette påvirker spændingstransformationsforholdet, baseret på gensidig induktans.

Spørgsmål 25

Forklar, hvordan konstruktionen af ​​en isolationstransformator adskiller sig fra en trin-up eller down-down transformer.

Reveal svar Skjul svar

Step-down transformere har færre sekundære sving end primære drejninger, mens step-up transformere har mere sekundære sving end primære sving. Isolationstransformatorer har samme sving i begge viklinger.

Bemærkninger:

Bed dine elever om at forklare forholdet mellem primære og sekundære sving, og hvordan dette påvirker spændingstransformationsforholdet, baseret på gensidig induktans.

Spørgsmål 26

Ved beregning af strøm i transformerkredsløb, hvordan sammenligner primær- og sekundærkredsløbet (P primær = V primær I primær og P sekundær = V sekundær I sekundær ) med hinanden "# 26"> Reveal svar Skjul svar

Ideelt set er P sekundær = P primær, selv om denne ækvivalens aldrig er helt nøjagtig. I praksis vil P sekundære altid være lidt mindre end P primære .

Bemærkninger:

Det enkleste svar på dette spørgsmål er, at P sekundær = P primær, og dette er et nyttigt princip ved beregning af transformerkredsløb. Selv når det ikke er helt sandt, er det stadig et nyttigt værktøj til at kontrollere rigtigheden af ​​vores beregninger. Spørg dine elever, hvorfor dette er.

Spørgsmål 27

Forklar, hvorfor transformatorer bruges i vid udstrækning i fjerndistributionssystemer. Hvilken fordel låne de til et elsystem?

Reveal svar Skjul svar

Transformatorer bruges til at spænding op for effektiv transport over lange afstande, og bruges til at træde højspændingen ned igen for brugskredsløb.

Bemærkninger:

Bed dine elever om at forklare svaret i detaljer, snarere end at gentage, hvad det givne svar siger. Hvorfor er højspændings strømfordeling mere effektiv end lavspændingsfordeling? Hvorfor skal højspænding trækkes ned for brugs-applikationer?

Spørgsmål 28

Er transformatorerne, der forbinder kraftværksgeneratorer til højspændingsledninger, betragtes som step-up eller step-down ? Forklar dit svar.

Reveal svar Skjul svar

De betragtes som step-up .

Bemærkninger:

Bed dine elever om at definere "step-up" og "step-down" i reference til strømsystem transformere.

Spørgsmål 29

En loddepistol er et værktøj til hurtig opvarmning af elektriske forbindelser til lodning. For voldsomt til printkort (PCB) applikationer, er den bedre egnet til punkt-til-punkt ledningsapplikationer, hvor store ledninger skal forbindes med metalklemmer og andre ledninger.

Ud over at være et nyttigt loddeværktøj, er denne enhed også et glimrende eksempel på en down-down transformer . Forklar, hvordan konstruktionen af ​​en loddepistol anvender en down-down transformer (med et meget stort trinforhold!) For at generere høje temperaturer ved lodningspidsen.

Reveal svar Skjul svar

Dette spørgsmål besvares bedst ved demontering og inspektion af en ægte loddepistol. Disse værktøjer er ret nemme at skille fra hinanden og genmontere, så der bør kun være ringe bekymring for skader fra sådan udforskning. Selvom det selvfølgelig skal gå, skal du aldrig adskille en elektrisk enhed, der stadig er forbundet med ledning!

Bemærkninger:

For studerende, der mangler loddepistoler, kan de skilles fra hinanden, og for dem, der ikke ønsker at ødelægge et værktøj ved hjælp af forkert demontering / genmontering, er det ikke svært at finde fotografier af loddepistolinterne. Trind-down transformer samlingen skal være indlysende, når den kontrolleres.

Spørgsmål 30

Kredsløbet vist her har et problem: Lampen tændes ikke, selv om vekselstrømkilden er kendt for at være god. Du ved, at kredsløbet fungerede fint, så det er designet korrekt. Noget i det har mislykkedes:

Identificer en komponent eller ledningsfejl, der kunne tage højde for lampen, der ikke lyser, og beskriv hvordan du ville bruge testudstyr til at kontrollere fejlen.

mislykket ledning eller komponent i kredsløbet, der muligvis kunne tage højde for problemet, og typen af ​​fejl (åben eller kort) du formoder at det ville være.
Identificer den type testmåling, du ville tage på dette kredsløb, og hvor du ville tage det (identificer de testpunkter, du vil måle mellem) for at verificere den mistænkte fejl.
Reveal svar Skjul svar

Der er flere muligheder her, og derfor forlader jeg dette for dig at bestemme!

Bemærkninger:

Selvfølgelig kan fejl i dette kredsløb, der ikke har noget at gøre med transformatoren, også forhindre lyspæren i at lyse. Hvis tiden tillader det, ville det være godt at analysere et par fejlsscenarier med dine elever og udfordre dem til at finde kilde til problemerne så effektivt som muligt.

Spørgsmål 31

Antag, at en down-down transformer fejler på grund af en utilsigtet kortslutning på den sekundære (belastning) side af kredsløbet:

At transformeren faktisk svigtede som følge af den korte er uden tvivl: Røg blev set fra det, kort før strømmen i kredsløbet standsede. En tekniker fjerner den opbrændte transformer og foretager en hurtig kontinuitetskontrol af begge viklinger for at kontrollere, at den er fejlagtig åben. Hvad hun finder er, at den primære vikling er åben, men at sekundærviklingen stadig er kontinuerlig. Forvirret på dette fund spørger hun dig om at forklare, hvordan den primære vikling kunne have mislykket åben, mens sekundærviklingen stadig er intakt, hvis den korte forekom på den sekundære side af kredsløbet. Hvad ville du sige "# 31"> Reveal svar Skjul svar

En kortslutning ville medføre, at strømmen i begge viklinger af transformeren øges.

Bemærkninger:

Det er vigtigt for eleverne at indse, at en transformator "reflekterer" belastningsforhold på den sekundære side til den primære side, så kilden "føler" belastningen i alle henseender. Hvad der sker på den sekundære (load) side vil faktisk afspejles på den primære (kilde) side.

Spørgsmål 32

En vekselstrømsmotor modtager reduceret spænding gennem en trin-down transformer, så den kan fungere korrekt på en 277 volt kilde:

Efter mange års problemfri drift svigter noget. Nu nægter motoren at fungere, når begge kontakter er lukket. En tekniker tager fire spændingsmålinger mellem følgende testpunkter med begge kontakter i "on" -position:


TrinMåling


1V TP2-Gnd = 277 V


2V TP3-Gnd = 277 V


3V TP5-Gnd = 0 V


4V TP4-Gnd = 0 V


Udfyld dette udvidede bord, efter teknikerens trin i samme rækkefølge som spændingsmålinger blev taget, mærkning af hver komponents status som enten "O" (muligvis åben), "S" (muligvis kortsluttet) eller "OK" (kendt for at være godt). Den første række af tabellen skal indeholde mange mulige fejletiketter (fordi der med mange data er mange muligheder), men da flere målinger tages, skal du kunne begrænse mulighederne. Antag, at kun en komponent er afbrudt.


TrinMålingSW 1SikringPrimærSekundærSW 2Motor


1V TP2-Gnd = 277 V


2V TP3-Gnd = 277 V


3V TP5-Gnd = 0 V


4V TP4-Gnd = 0 V


Reveal svar Skjul svar


TrinMålingSW 1SikringPrimærSekundærSW 2Motor


1V TP2-Gnd = 277 VOkayOOOOO


2V TP3-Gnd = 277 VOkayOkayOOOO


3V TP5-Gnd = 0 VOkayOkayOOOOkay


4V TP4-Gnd = 0 VOkayOkayOOOkayOkay


Enten primær eller sekundær vikling er mislykket åben!

Opfølgningsspørgsmål: Beskriv, hvad du vil måle næste i dette kredsløb for at afgøre, om det er den primære eller sekundære vikling, der har fejlet åbent.

Bemærkninger:

Studerende kan spørge, hvorfor det er muligt for os at sige, at den anden omskifter og motor er i orden, efter at teknikeren har målt 0 volt før hver. Vi ved helt sikkert, at noget har fejlet før punkterne hvor 0 volt måles, men det fortæller os ikke komponenternes sundhed efter disse punkter! Svaret på dette meget gode spørgsmål er den antagelse, der er angivet i slutningen af ​​spørgsmålet: at vi kun antager en komponentfejl i kredsløbet . Hvis enten switch 2 eller motoren blev slået åben, ville den stadig ikke regne med manglende spænding mellem TP4 og jord. En kortere motor kan, men så ville sikringen have blæst, hvilket resulterer i 0 volt mellem TP3 og jord. Så vi antager motoren, og switch 2 skal være okay, fordi kun en enkelt enkeltfejl kan forårsage de målinger, vi læser.

Spørgsmål 33

Ethernet er en populær kommunikationsstandard til mange digitale enheder, inklusive personlige computere. Oprindeligt var Ethernet beregnet til at være en netværksstandard til kun at overføre digitale data uden strøm. I senere år, men opgraderinger til standarden tilladt DC-strøm til at blive overført over de samme wire par. IEEE-standarden 802.3af er et eksempel på en Power-over-Ethernet-standard.

Her er vist en skematisk visning af, hvordan to Ethernet-enheder forbinder hinanden over et kabel med kategori 5 ("Cat 5") snoet par, uden strømforsyning over kablet:

Digitale data består af spændingsimpulser over tid (AC, i det væsentlige), der udføres mellem de to enheder over to sæt snoetpar-ledninger.

Den næste skematiske viser 802.3af-standarden, der gør det muligt at kommunikere både DC og digitale data over de samme ledninger. Bemærk brug af transformatorer på hver enhed:

Forklar, hvilken funktion (er) transformatorerne giver i dette system, og hvordan de tillader jævnstrøm til at rejse gennem trådpar fra kilde til indlæsning uden at forstyrre Ethernet-datasignalerne, som er AC.

Reveal svar Skjul svar

Spor DC-strømmen fra kilde til indlæsning, og du vil se, at der er nul netmagnetisk flux i transformerkernerne, der skyldes DC, hvilket betyder, at transformatorerne ikke "ser" DC-strømmen til alle praktiske formål.

Bemærkninger:

Dette er en interessant anvendelse af transformatorer: isolering af DC giver mulighed for en form for "power line carrier" system, der skal laves uden brug af filter netværk.

Faktisk er der mere til 802.3af-standarden end hvad der er vist i det andet skematiske diagram. Denne standard tillader også brugen af ​​de to andre ledninger i Cat 5-kabel som dedikerede strømledere. Jeg udelader dette aspekt for enkelhed.

Spørgsmål 34

Find en eller to ægte transformatorer og bring dem med til klassen til drøftelse. Identificer så meget information som muligt om dine transformere forud for diskussion:

Vindeforhold (er)
Winding resistances
Spændingsvurdering af hver vikling
Nuværende vurdering af hver vikling
Frekvensvurdering
Applikation (strøm, signal, lyd osv.)
Type (jernkerne, luftkerne osv.)
Reveal svar Skjul svar

Hvis det er muligt, skal du finde en fabrikants dataark for dine komponenter (eller i det mindste et datablad for en lignende komponent) for at diskutere med dine klassekammerater.

Vær forberedt på at bevise dine transformers faktiske svingende modstand i klassen ved at bruge et multimeter!

Bemærkninger:

Formålet med dette spørgsmål er at få eleverne til at kinestetisk interagere med emnet. Det kan måske være fjollet at få eleverne til at deltage i en "show and tell" -øvelse, men jeg har fundet ud af, at aktiviteter som dette i høj grad hjælper nogle studerende. For de elever, der er kinestetiske i naturen, er det en stor hjælp til faktisk at røre virkelige komponenter, mens de lærer om deres funktion. Selvfølgelig giver dette spørgsmål også en glimrende mulighed for at praktisere tolkning af komponentmærkninger, bruge et multimeter, adgangsdatablade mv.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →