ઓપરેશનનો સિદ્ધાંત અને સિંગલ-ફેઝ ટ્રાન્સફોર્મરનું ઉપકરણ

સિંગલ-ફેઝ નો-લોડ ટ્રાન્સફોર્મર

વિદ્યુત ઇજનેરીમાં ટ્રાન્સફોર્મર્સને આવા વિદ્યુત ઉપકરણો કહેવામાં આવે છે જેમાં વાયરના એક નિશ્ચિત કોઇલમાંથી વૈકલ્પિક વર્તમાન વિદ્યુત ઉર્જા પ્રથમ સાથે વિદ્યુત રીતે જોડાયેલ ન હોય તેવા વાયરના અન્ય નિશ્ચિત કોઇલમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે.

એક કોઇલમાંથી બીજી કોઇલમાં ઉર્જાનું પ્રસારણ કરતી કડી ચુંબકીય પ્રવાહ છે, જે બે કોઇલ સાથે એકબીજાને જોડે છે અને તીવ્રતા અને દિશામાં સતત બદલાતી રહે છે.

ચોખા. 1.

અંજીરમાં. 1a એ સૌથી સરળ ટ્રાન્સફોર્મર બતાવે છે જેમાં બે વિન્ડિંગ્સનો સમાવેશ થાય છે / અને // એક બીજાની ઉપર એકસાથે ગોઠવાયેલ છે. કોઇલ / વિતરિત કરવા માટે વૈકલ્પિક પ્રવાહ આ વિન્ડિંગને પ્રાથમિક વિન્ડિંગ અથવા પ્રાથમિક વિન્ડિંગ કહેવામાં આવે છે. વિન્ડિંગ સાથે // જેને સેકન્ડરી વિન્ડિંગ અથવા સેકન્ડરી વિન્ડિંગ કહેવાય છે, એક સર્કિટ ઇલેક્ટ્રિકલ એનર્જીના રીસીવરો દ્વારા જોડાયેલ છે.

ટ્રાન્સફોર્મરના સંચાલનનો સિદ્ધાંત

ટ્રાન્સફોર્મરની ક્રિયા નીચે મુજબ છે. જ્યારે પ્રાથમિક વિન્ડિંગમાં પ્રવાહ વહે છે / તે બનાવવામાં આવે છે ચુંબકીય ક્ષેત્ર, બળની રેખાઓ જે તેમને બનાવેલ વિન્ડિંગમાં જ નહીં, પણ આંશિક રીતે ગૌણ વિન્ડિંગમાં પણ પ્રવેશ કરે છે //. પ્રાથમિક વિન્ડિંગ દ્વારા બનાવેલ બળની રેખાઓના વિતરણનું અંદાજિત ચિત્ર ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યું છે. 1 બી.

આકૃતિમાંથી જોઈ શકાય છે તેમ, બળની બધી રેખાઓ કોઇલના વાહકની આસપાસ બંધ છે /, પરંતુ તેમાંથી કેટલીક અંજીરમાં છે. 1b, ઇલેક્ટ્રિક વાયર 1, 2, 3, 4 પણ કોઇલના વાયરની આસપાસ બંધ છે //. આમ કોઇલ // ચુંબકીય રીતે ચુંબકીય ક્ષેત્ર રેખાઓના માધ્યમથી કોઇલ સાથે જોડાયેલ છે.

કોઇલના ચુંબકીય જોડાણની ડિગ્રી /અને //, તેમની વચ્ચેના અંતર પર આધાર રાખે છે: કોઇલ એકબીજાથી જેટલા દૂર છે, તેમની વચ્ચે ઓછા ચુંબકીય જોડાણ, કારણ કે તેના પર બળની રેખાઓ ઓછી હોય છે. કોઇલ /કોઇલને વળગી રહો //.

કારણ કે કોઇલ / પસાર થાય છે, જેમ આપણે ધારીએ છીએ, સિંગલ ફેઝ વૈકલ્પિક પ્રવાહ, એટલે કે, એક પ્રવાહ જે અમુક કાયદા અનુસાર સમય સાથે બદલાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, સાઈન કાયદા અનુસાર, પછી તેના દ્વારા બનાવેલ ચુંબકીય ક્ષેત્ર પણ તે જ કાયદા અનુસાર સમય જતાં બદલાશે.

ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે કોઇલમાં વર્તમાન / સૌથી મોટા મૂલ્યમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે તેના દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ ચુંબકીય પ્રવાહ પણ સૌથી મોટા મૂલ્યમાંથી પસાર થાય છે; જ્યારે કોઇલમાં પ્રવાહ / શૂન્યમાંથી પસાર થાય છે, તેની દિશા બદલીને, ત્યારે ચુંબકીય પ્રવાહ પણ શૂન્યમાંથી પસાર થાય છે, તેની દિશા પણ બદલીને.

કોઇલમાં વર્તમાન બદલવાના પરિણામે /, બંને કોઇલ / અને // ચુંબકીય પ્રવાહ દ્વારા ઘૂસી જાય છે, તેનું મૂલ્ય અને દિશા સતત બદલાય છે. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનના મૂળભૂત કાયદા અનુસાર, કોઇલમાં પ્રવેશતા ચુંબકીય પ્રવાહમાં દરેક ફેરફાર માટે, કોઇલમાં વૈકલ્પિક પ્રવાહ પ્રેરિત થાય છે. ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ… અમારા કિસ્સામાં, સ્વ-ઇન્ડક્શનનું ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ કોઇલ //માં પ્રેરિત થાય છે, અને પરસ્પર ઇન્ડક્શનનું ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ કોઇલમાં // પ્રેરિત થાય છે.

જો કોઇલના છેડા // વિદ્યુત ઊર્જાના રીસીવરોના સર્કિટ સાથે જોડાયેલા હોય (ફિગ. 1a જુઓ), તો આ સર્કિટમાં વર્તમાન દેખાશે; તેથી રીસીવરને વિદ્યુત શક્તિ પ્રાપ્ત થશે. તે જ સમયે, ઊર્જાને જનરેટરમાંથી // વિન્ડિંગ તરફ નિર્દેશિત કરવામાં આવશે, જે વિન્ડિંગ દ્વારા સર્કિટને આપવામાં આવતી ઊર્જાની લગભગ સમાન હશે. આ રીતે, એક કોઇલમાંથી વિદ્યુત ઉર્જા બીજા કોઇલના સર્કિટમાં પ્રસારિત થશે, જે પ્રથમ કોઇલ સાથે સંપૂર્ણપણે અસંબંધિત છે ગેલ્વેનિકલી (મેટાલિક). આ કિસ્સામાં, ઊર્જા પ્રસારણનું માધ્યમ માત્ર એક વૈકલ્પિક ચુંબકીય પ્રવાહ છે.

ફિગમાં બતાવેલ છે. 1a, ટ્રાન્સફોર્મર ખૂબ જ અપૂર્ણ છે કારણ કે પ્રાથમિક વિન્ડિંગ / અને સેકન્ડરી વિન્ડિંગ // વચ્ચે થોડું ચુંબકીય જોડાણ છે.

બે કોઇલનું ચુંબકીય જોડાણ, સામાન્ય રીતે કહીએ તો, એક કોઇલ દ્વારા બનાવેલ પ્રવાહ અને બે કોઇલ સાથે જોડાયેલા ચુંબકીય પ્રવાહના ગુણોત્તર દ્વારા અંદાજવામાં આવે છે.

ફિગ. 1b, તે જોઈ શકાય છે કે કોઈલની ફીલ્ડ લાઈનોનો માત્ર ભાગ /કોઈલની આસપાસ બંધ છે //. પાવર લાઇનનો બીજો ભાગ (ફિગ. 1b માં — લાઇન 6, 7, 8) ફક્ત કોઇલની આસપાસ બંધ છે. આ પાવર લાઇન્સ પ્રથમ કોઇલથી બીજામાં વિદ્યુત ઊર્જાના સ્થાનાંતરણમાં બિલકુલ સામેલ નથી, તેઓ કહેવાતા સ્ટ્રે ફીલ્ડ બનાવે છે.

પ્રાથમિક અને ગૌણ વિન્ડિંગ્સ વચ્ચેના ચુંબકીય જોડાણને વધારવા અને તે જ સમયે ચુંબકીય પ્રવાહના પેસેજ માટે ચુંબકીય પ્રતિકાર ઘટાડવા માટે, તકનીકી ટ્રાન્સફોર્મર્સના વિન્ડિંગ્સ સંપૂર્ણપણે બંધ આયર્ન કોરો પર મૂકવામાં આવે છે.

ટ્રાન્સફોર્મર્સના અમલીકરણનું પ્રથમ ઉદાહરણ ફિગમાં યોજનાકીય રીતે બતાવવામાં આવ્યું છે. કહેવાતા રોડ પ્રકારના 2 સિંગલ-ફેઝ ટ્રાન્સફોર્મર. તેની પ્રાથમિક અને ગૌણ કોઇલ c1 અને c2 લોખંડના સળિયા a — a પર સ્થિત છે, જે છેડે લોખંડની પ્લેટ b — b સાથે જોડાયેલ છે, જેને યોક્સ કહેવાય છે. આ રીતે, બે સળિયા a, a અને બે યોક્સ b, b બંધ લોખંડની વીંટી બનાવે છે, જેમાં પ્રાથમિક અને ગૌણ વિન્ડિંગ્સ સાથે અવરોધિત ચુંબકીય પ્રવાહ પસાર થાય છે. આ લોખંડની વીંટી ટ્રાન્સફોર્મરનો મુખ્ય ભાગ કહેવાય છે.

ચોખા. 2.

ટ્રાન્સફોર્મર્સનું બીજું મૂર્ત સ્વરૂપ ફિગમાં યોજનાકીય રીતે બતાવવામાં આવ્યું છે. કહેવાતા સશસ્ત્ર પ્રકારનું 3 સિંગલ-ફેઝ ટ્રાન્સફોર્મર. આ ટ્રાન્સફોર્મરમાં પ્રાથમિક અને ગૌણ વિન્ડિંગ્સ c, જેમાં પ્રત્યેક સપાટ વિન્ડિંગ્સની પંક્તિનો સમાવેશ થાય છે, બે લોખંડની વીંટી a અને b ના બે બારથી બનેલા કોર પર મૂકવામાં આવે છે. વિન્ડિંગ્સની આસપાસના રિંગ્સ a અને b તેમને લગભગ સંપૂર્ણપણે બખ્તરથી આવરી લે છે, તેથી વર્ણવેલ ટ્રાન્સફોર્મરને આર્મર્ડ કહેવામાં આવે છે. કોઇલ c ની અંદરથી પસાર થતો ચુંબકીય પ્રવાહ બે સમાન ભાગોમાં વહેંચાયેલો છે, જેમાંથી દરેક તેની પોતાની લોખંડની વીંટીમાં બંધ છે.

ચોખા. 3

ટ્રાન્સફોર્મર્સમાં બંધ આયર્ન મેગ્નેટિક સર્કિટનો ઉપયોગ લિકેજ પ્રવાહમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો હાંસલ કરે છે. આવા ટ્રાન્સફોર્મર્સમાં, પ્રાથમિક અને ગૌણ વિન્ડિંગ્સ સાથે જોડાયેલા પ્રવાહો એકબીજા સાથે લગભગ સમાન હોય છે. જો આપણે ધારીએ કે પ્રાથમિક અને ગૌણ વિન્ડિંગ્સ સમાન ચુંબકીય પ્રવાહ દ્વારા ઘૂસી જાય છે, તો આપણે વિન્ડિંગ્સના ઇલેક્ટ્રોમોટિવ દળોના તાત્કાલિક મૂલ્યો માટેના કુલ પ્રેરિત આંચકાના આધારે અભિવ્યક્તિઓ લખી શકીએ છીએ:

આ અભિવ્યક્તિઓમાં, w1 અને w2 — પ્રાથમિક અને ગૌણ વિન્ડિંગ્સના વળાંકોની સંખ્યા, અને dFt એ સમય તત્વ દીઠ ચુંબકીય પ્રવાહના ઘૂસણખોરી વિન્ડિંગમાં ફેરફારની તીવ્રતા છે, તેથી ચુંબકીય પ્રવાહના પરિવર્તનનો દર છે. . છેલ્લા અભિવ્યક્તિઓમાંથી, નીચેના સંબંધ મેળવી શકાય છે:

એટલે કે પ્રાથમિક અને ગૌણ વિન્ડિંગ્સમાં દર્શાવેલ છે / અને // ક્ષણિક ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળો કોઇલના વળાંકની સંખ્યાની જેમ જ એકબીજા સાથે સંબંધિત છે. છેલ્લો નિષ્કર્ષ માત્ર ઇલેક્ટ્રોમોટિવ દળોના ત્વરિત મૂલ્યોના સંદર્ભમાં જ નહીં, પણ તેમના મહાન અને અસરકારક મૂલ્યોના સંદર્ભમાં પણ માન્ય છે.

પ્રાથમિક વિન્ડિંગમાં પ્રેરિત ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ, સ્વ-ઇન્ડક્શનના ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ તરીકે, સમાન વિન્ડિંગ પર લાગુ થતા વોલ્ટેજને લગભગ સંપૂર્ણપણે સંતુલિત કરે છે... જો E1 અને U1 દ્વારા તમે ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળના અસરકારક મૂલ્યો સૂચવો છો પ્રાથમિક વિન્ડિંગ અને તેના પર લાગુ વોલ્ટેજ, પછી તમે લખી શકો છો:

ગૌણ વિન્ડિંગમાં પ્રેરિત ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ, વિચારણા હેઠળના કિસ્સામાં, આ વિન્ડિંગના છેડા પરના વોલ્ટેજ જેટલું છે.

જો, અગાઉના એકની જેમ, E2 અને U2 દ્વારા તમે ગૌણ વિન્ડિંગના ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળના અસરકારક મૂલ્યો અને તેના છેડે વોલ્ટેજ સૂચવો છો, તો તમે લખી શકો છો:

તેથી, ટ્રાન્સફોર્મરના એક વિન્ડિંગમાં થોડો વોલ્ટેજ લગાવીને, તમે અન્ય કોઇલના છેડે કોઈપણ વોલ્ટેજ મેળવી શકો છો, તમારે ફક્ત આ કોઇલના વળાંકની સંખ્યા વચ્ચે યોગ્ય ગુણોત્તર લેવાની જરૂર છે. ટ્રાન્સફોર્મરની મુખ્ય મિલકત આ જ છે.

પ્રાથમિક વિન્ડિંગના વળાંકની સંખ્યા અને ગૌણ વિન્ડિંગના વળાંકની સંખ્યાના ગુણોત્તરને કહેવામાં આવે છે. ટ્રાન્સફોર્મરનો ટ્રાન્સફોર્મેશન રેશિયો... અમે રૂપાંતર ગુણાંક kT દર્શાવીશું.

તેથી, કોઈ લખી શકે છે:

ટ્રાન્સફોર્મર જેનો ટ્રાન્સફોર્મેશન રેશિયો એક કરતા ઓછો હોય તેને સ્ટેપ-અપ ટ્રાન્સફોર્મર કહેવામાં આવે છે, કારણ કે સેકન્ડરી વિન્ડિંગનું વોલ્ટેજ, અથવા કહેવાતા સેકન્ડરી વોલ્ટેજ, પ્રાથમિક વિન્ડિંગના વોલ્ટેજ અથવા કહેવાતા પ્રાથમિક વોલ્ટેજ કરતા વધારે હોય છે. . એક કરતા વધારે ટ્રાન્સફોર્મેશન રેશિયો ધરાવતા ટ્રાન્સફોર્મરને સ્ટેપ-ડાઉન ટ્રાન્સફોર્મર કહેવામાં આવે છે, કારણ કે તેનું સેકન્ડરી વોલ્ટેજ પ્રાથમિક કરતા ઓછું હોય છે.

લોડ હેઠળ સિંગલ-ફેઝ ટ્રાન્સફોર્મરનું સંચાલન

ટ્રાન્સફોર્મરની નિષ્ક્રિયતા દરમિયાન, ચુંબકીય પ્રવાહ પ્રાથમિક વિન્ડિંગ કરંટ દ્વારા અથવા તેના બદલે પ્રાથમિક વિન્ડિંગના મેગ્નેટોમોટિવ બળ દ્વારા બનાવવામાં આવે છે. ટ્રાન્સફોર્મરનું ચુંબકીય સર્કિટ લોખંડથી બનેલું હોવાથી અને તેથી ચુંબકીય પ્રતિકાર ઓછો હોય છે, અને પ્રાથમિક વિન્ડિંગના વળાંકોની સંખ્યા સામાન્ય રીતે મોટી હોવાનું માનવામાં આવે છે, ટ્રાન્સફોર્મરનો નો-લોડ પ્રવાહ નાનો છે, તે 5- છે. સામાન્યના 10%.

જો તમે ગૌણ કોઇલને અમુક પ્રતિકાર માટે બંધ કરો છો, તો પછી ગૌણ કોઇલમાં વર્તમાનના દેખાવ સાથે, આ કોઇલનું ચુંબકીય બળ પણ દેખાશે.

લેન્ઝના કાયદા અનુસાર, ગૌણ કોઇલનું ચુંબકીય બળ પ્રાથમિક કોઇલના મેગ્નેટોમોટિવ બળ સામે કાર્ય કરે છે.

એવું લાગે છે કે આ કિસ્સામાં ચુંબકીય પ્રવાહ ઘટવો જોઈએ, પરંતુ જો પ્રાથમિક વિન્ડિંગ પર સતત વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે, તો ચુંબકીય પ્રવાહમાં લગભગ કોઈ ઘટાડો થશે નહીં.

વાસ્તવમાં, જ્યારે ટ્રાન્સફોર્મર લોડ થાય છે ત્યારે પ્રાથમિક વિન્ડિંગમાં પ્રેરિત ઇલેક્ટ્રોમોટિવ ફોર્સ લાગુ વોલ્ટેજની લગભગ સમાન હોય છે. આ ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ ચુંબકીય પ્રવાહના પ્રમાણસર છે.તેથી, જો પ્રાથમિક વોલ્ટેજ તીવ્રતામાં સ્થિર હોય, તો લોડ હેઠળનો ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ લગભગ એ જ રહેવો જોઈએ જેવો તે ટ્રાન્સફોર્મરના નો-લોડ ઓપરેશન દરમિયાન હતો. આ સંજોગો કોઈપણ ભાર હેઠળ ચુંબકીય પ્રવાહની લગભગ સંપૂર્ણ સ્થિરતા તરફ દોરી જાય છે.

આમ, પ્રાથમિક વોલ્ટેજના સતત મૂલ્ય પર, ટ્રાન્સફોર્મરનો ચુંબકીય પ્રવાહ લોડના ફેરફાર સાથે ભાગ્યે જ બદલાય છે અને નો-લોડ ઓપરેશન દરમિયાન ચુંબકીય પ્રવાહની સમાન ધારણા કરી શકાય છે.

ટ્રાન્સફોર્મરનો ચુંબકીય પ્રવાહ માત્ર લોડ હેઠળ તેનું મૂલ્ય જાળવી શકે છે કારણ કે જેમ જેમ ગૌણ વિન્ડિંગમાં કરંટ દેખાય છે, તેમ પ્રાથમિક વિન્ડિંગમાં પણ પ્રવાહ વધે છે, જેથી પ્રાથમિક અને ગૌણના ચુંબકીય બળો અથવા એમ્પીયર વળાંક વચ્ચેનો તફાવત વધે છે. નિષ્ક્રિયતા દરમિયાન વિન્ડિંગ્સ લગભગ મેગ્નેટોમોટિવ ફોર્સ અથવા એમ્પીયર-ટર્નની સમાન રહે છે ... આમ, ગૌણ વિન્ડિંગમાં ડિમેગ્નેટાઇઝિંગ મેગ્નેટોમોટિવ ફોર્સ અથવા એમ્પીયર-ટર્નનો દેખાવ પ્રાથમિક વિન્ડિંગના મેગ્નેટોમોટિવ બળમાં સ્વચાલિત વધારો સાથે છે.

કારણ કે, ઉપર જણાવ્યા મુજબ, ટ્રાન્સફોર્મર ચુંબકીય પ્રવાહ બનાવવા માટે નાના મેગ્નેટોમોટિવ બળની આવશ્યકતા છે, એવું કહી શકાય કે ગૌણ મેગ્નેટોમોટિવ બળમાં વધારો એ પ્રાથમિક મેગ્નેટોમોટિવ બળમાં વધારો સાથે છે, જે તીવ્રતામાં લગભગ સમાન છે.

તેથી, કોઈ લખી શકે છે:

આ સમાનતામાંથી, ટ્રાન્સફોર્મરની બીજી મુખ્ય લાક્ષણિકતા પ્રાપ્ત થાય છે, એટલે કે ગુણોત્તર:

જ્યાં kt એ પરિવર્તન પરિબળ છે.

તેથી, ટ્રાન્સફોર્મરના પ્રાથમિક અને ગૌણ વિન્ડિંગ્સના પ્રવાહોનો ગુણોત્તર રૂપાંતરણ ગુણોત્તર દ્વારા વિભાજિત એક સમાન છે.

તેથી, ટ્રાન્સફોર્મરની મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓ સંબંધ છે

અને

જો આપણે સંબંધની ડાબી બાજુઓને એકબીજા દ્વારા અને જમણી બાજુઓને એકબીજા દ્વારા ગુણાકાર કરીએ, તો આપણને મળે છે

અને

છેલ્લી સમાનતા ટ્રાન્સફોર્મરની ત્રીજી લાક્ષણિકતા આપે છે, જે આના જેવા શબ્દોમાં વ્યક્ત કરી શકાય છે: વોલ્ટ-એમ્પીયરમાં ટ્રાન્સફોર્મરના સેકન્ડરી વિન્ડિંગ દ્વારા વિતરિત કરવામાં આવતી શક્તિ લગભગ વોલ્ટ-એમ્પીયરમાં પ્રાથમિક વિન્ડિંગને આપવામાં આવતી શક્તિ જેટલી જ હોય ​​છે. .

જો આપણે વિન્ડિંગ્સના કોપરમાં અને ટ્રાન્સફોર્મરના કોરના આયર્નમાં ઉર્જાના નુકસાનને અવગણીએ, તો આપણે કહી શકીએ કે પાવર સ્ત્રોતમાંથી ટ્રાન્સફોર્મરના પ્રાથમિક વિન્ડિંગને પૂરી પાડવામાં આવતી તમામ પાવર તેના સેકન્ડરી વિન્ડિંગમાં ટ્રાન્સફર થાય છે, અને ટ્રાન્સમીટર એ ચુંબકીય પ્રવાહ છે.