עקרון הפעולה של שנאי חד פאזי: מאפיינים בסיסיים ואופני פעולה

במגזר האנרגיה משתמשים במקורות ראשוניים של מתח חילופין גבוה, אך בחיי היומיום או בארגונים יש צורך להפחית אותו באופן משמעותי. למטרה זו משתמשים בשנאים. כדי להבין באופן מלא וליישם נכון מתח בחיי היומיום, אתה צריך לדעת את עקרון הפעולה של שנאי חד פאזי.

מידע כללי על שנאים

הרבה יותר קל להעביר זרם חילופין למרחקים ארוכים, מכיוון שההפסדים המינימליים הקשורים לערכי המתח (U) והזרם (I) מושגים. בנוסף, כדי לשדר לא לסירוגין, אלא קבוע I, יש צורך להשתמש באלקטרוניקה מורכבת, המבוססת על הגברה של הפרמטרים של חשמל. החלק העיקרי של טכנולוגיה זו הוא טרנזיסטורי כוח, הדורשים קירור מיוחד, והקריטריון העיקרי הוא המחיר. השימוש בשנאים הפועלים רק על זרמים משתנים הוא הפתרון האופטימלי.

מטרה ומכשיר

שנאי (T) הוא מכשיר חשמלי מיוחד הפועל רק על AC I ו משמש להמרת ערכי הקלט U ו-I לערכים הנדרשים של הכמויות שסופקו על ידי הצרכן.

ה-T הוא מכשיר פרימיטיבי למדי, אבל יש כמה מוזרויות בעיצוב שלו. כדי להבין את עקרון הפעולה של שנאי חד פאזי, כדאי ללמוד את מטרתו ואת המכשיר. שנאי חד פאזי מסודר כדלקמן - הוא מורכב ממעגל מגנטי ופיתולים.

המעגל המגנטי, או ליבת השנאי, עשוי מחומר פרומגנטי.

פרומגנטים הם חומרים בעלי מגנטיזציה ספונטנית. זה נובע מהעובדה שלאטומים של חומר יש תכונות חשובות מאוד: ספין קבוע ומומנטים מסלוליים. המאפיינים של פרומגנטים תלויים בטמפרטורה ובפעולת השדה המגנטי. לייצור הליבה המגנטית T משתמשים בחומרים הבאים: פלדה חשמלית או פרמללוי.

פלדה חשמלית מכילה בהרכבה חלק מסה גדול של סיליקון (Si), אשר, תחת פעולת טמפרטורה גבוהה, מתחבר עם אטומי פחמן ©. סוג זה משמש בכל סוגי ה-T, ללא קשר לקיבולת.

Permalloy היא סגסוגת של ניקל (Ni) וברזל (Fe) ומשמשת רק בשנאים בהספק נמוך.

סוג T הוא סליל המורכב ממסגרת וחוט מכוסה בחומר מבודד. חוט זה מלופף על בסיס הסלילים, ומספר הסיבובים תלוי בפרמטרים T. מספר הסלילים יכול להיות 2 או יותר, זה תלוי בתכונת העיצוב של המכשיר החשמלי ונקבע על פי ההיקף.

עקרון הפעולה

עקרון הפעולה של שנאי חד פאזי הוא די פשוט ומבוסס על יצירת כוח אלקטרו-מוטיבי (EMF) בפיתולים של מוליך שנמצא בשדה מגנטי נע ונוצר באמצעות משתנה I. כאשר החשמל עובר דרך הפיתולים של הסליל הראשוני, נוצר שטף מגנטי (F), אשר מחלחל גם לסליל המשני. לקווי החשמל Ф בשל העיצוב הסגור של המעגל המגנטי יש מבנה סגור. כדי להשיג את ההספק האופטימלי T, יש צורך לאתר את הסלילים המתפתלים במרחק קרוב זה לזה.

בהתבסס על חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית, מתרחש שינוי ב- Ф ומושרה בפיתול הראשוני של ה-EMF. ערך זה נקרא EMF של אינדוקציה עצמית, ובמשני - EMF של אינדוקציה הדדית.

כאשר הצרכן מחובר לפיתול הראשוני T, מופיעה במעגל אנרגיה חשמלית המועברת מהפיתול הראשוני דרך המעגל המגנטי (הסלילים אינם מחוברים באופן גלווני). במקרה זה, רק F. רובוטריקים שונים מבחינת תכונות העיצוב. עם הגעה לצימוד המגנטי המקסימלי (MC), T מחולקים לסוגים הבאים:

1. חָזָק.
2. מְמוּצָע.
3. חלש.

עם MR חלש, מתרחש אובדן משמעותי של אנרגיה ו-T מסוג זה כמעט ואינו בשימוש. המאפיין העיקרי של T כזה הם ליבות פתוחות.

לרמת MC הממוצעת מגיעים רק עם מעגל מגנטי סגור לחלוטין. אחת הדוגמאות ל-T כזה היא סוג המוט, שבו הפיתולים ממוקמים על מוטות ברזל ומחוברים ביניהם ברצועות או בעול. התוצאה של עיצוב זה היא ליבה סגורה לחלוטין.

דוגמה ל-MC חזק היא מסוג T משוריין, שפיתוליו ממוקמים על סלילים אחד או יותר. פיתולים אלה ממוקמים קרוב מאוד, שבגללם מובטח אובדן מינימלי של אנרגיה חשמלית. המעגל המגנטי מכסה לחלוטין את הסלילים, ויוצר Ф חזק יותר, שמתפרק לשני חלקים. עבור שנאים מסוג זה, שטפי הצימוד בין הפיתולים שווים כמעט.

דרכי פעולה

ל-T, כמו לכל מקור כוח משני, יש מצבי פעולה מסוימים. המצבים שונים בצריכה של I. ישנם 2 מצבים: בטלה וטעינה. ללא עומס, T צורך כמות מינימלית של I, המשמשת רק למגנטיזציה והפסדים בפיתולים לחימום. בנוסף, השדה המגנטי מפוזר. Ф נוצר בכוח מגנטו-מוטיבי, אשר נוצר על ידי הפיתול הראשוני. במקרה זה, Idle הוא 3-10% מהערך הנומינלי (IN).

עם עומס בפיתול II, מופיע I, ומכאן הכוח המגנטו-מוטיבי (MDF). לפי חוק לנץ: ה-MDS II של הפיתול פועל כנגד ה-MDS של הפיתול הראשוני. במקרה זה, ה-EMF בפיתול הראשוני במהלך העומס T שווה ל-U והוא פרופורציונלי ישירות ל-F. במקרה זה, השגת k יכולה להיכתב כך: I1 / I2 = w2 / w1 = 1 / k.

בהתבסס על הנוסחאות לחישוב k, ניתן לקבל יחס נוסף T: e1 * I1 = e2 * I2 = 1.

יחס זה מראה שהכוח הנצרך על ידי הפיתול הראשוני שווה להספק הנצרך על ידי הפיתול II תחת עומס. הספק T נמדד בוולט-אמפר (VA).

פרמטרים עיקריים

בנוסף, יש לציין שלכל T יש כמה פרמטרים השונים משנאים אחרים. בנוסף, אם אתה מבין את התלות הללו, אתה יכול לחשב וליצור T במו ידיך.

הקשר בין EMF הנובע בפיתולים T תלוי במספר הסיבובים של כל אחד מהם. בהתחשב בעובדה שפיתולי I ו-II מנוקבים על ידי אותו F, ניתן לחשב את היחס הבא בהתבסס על החוק הכללי של אינדוקציה עבור ערכי EMF מיידיים:

1. עבור ראשוני עם מספר הסיבובים w1: e1 = - w1 * dF / dt * E-8.
2. עבור המשני עם מספר הסיבובים w2: e2 = - w2 * dF / dt * E-8.

היחס dФ / dt מציג את כמות השינוי ב-Ф ליחידת זמן. ערך השטף Ф תלוי בחוק השונות של זרם החילופין ליחידת זמן. בהתבסס על ביטויים אלה, מתקבלת הנוסחה הבאה עבור היחס בין מספר הסיבובים ל-EMF של כל פיתול:

e1 / e2 = w1 / w2.

לכן, אנו יכולים להסיק את המסקנה הבאה: ערכי ה-EMF המושרים בפיתולים מתייחסים זה לזה, כמו גם למספר הסיבובים של הפיתולים. לקבלת סימון פשוט יותר, אתה יכול להשוות את הערכים של e ו-U: e = U. מכאן נובע ש e1 = U1 e2 = U2 וניתן לקבל כמות נוספת, הנקראת יחס הטרנספורמציה (k): e1 / e2 = U1 / U2 = w1 / w2 = k. על פי יחס הטרנספורמציה, T מחולקים לירידה והולכת.

יורד הוא T, שממנו k קטן מ-1, ובהתאם לכך, אם k> 1, אז הוא עולה. בהיעדר הפסדים בחוטי הפיתולים והפיזור Ф (הם לא משמעותיים וניתן להזניח), זה די פשוט לחשב את הפרמטר העיקרי T (k). לשם כך, עליך להשתמש באלגוריתם הפשוט הבא למציאת k: מצא את היחס בין פיתולי U (אם יש יותר מ-2 פיתולים, יש לחפש את היחס עבור כל הפיתולים).

עם זאת, החישוב של k הוא רק הצעד הראשון לחישוב נוסף או פתרון בעיות עבור נוכחות של סיבובים קצרים.

כדי לקבוע את ערכי ה-U, יש צורך להשתמש ב-2 וולטמטרים, שדיוקם הוא בערך 0.2-0.5. בנוסף, ישנן דרכים לקבוע k:

1. לפי הדרכון.
2. למעשה.
3. שימוש בגשר ספציפי (גשר שרינג).
4. מכשיר המיועד למטרה זו (UICT).

לפיכך, עקרון הפעולה של שנאי חד פאזי מבוסס על חוק פשוט של הפיזיקה, כלומר: אם מוליך עם מספר n פניות שיוצבו בשדה מגנטי, והשדה הזה חייב להשתנות כל הזמן עם הזמן, ואז ייווצרו הפניות EMF. במקרה זה, ההצהרה ההפוכה נכונה גם: אם מוליך ממוקם בשדה מגנטי קבוע ונע איתו, אז מתחיל להופיע EMF בפיתולים שלו.