תוֹכֶן
זרם החילופין (AC) ברוב המכשירים בביתך יכול להגיע רק מקווי חשמל המוליכים זרם (DC) באמצעות שנאי. דרך כל סוגי הזרמים השונים שעלולים לזרום במעגל, זה עוזר לקבל את הכוח לשלוט בתופעות החשמליות הללו. על כל השימושים שלהם בשינוי מתח המעגלים, רובוטריקים מסתמכים במידה רבה על יחס הפניות שלהם.
חישוב שנאי מפנה יחס
יחס שנאי הופך היא החלוקה של מספר הסיבובים במפתול העיקרי במספר הפניות בסיבוב המשני על ידי המשוואה טר = נע/ נs. יחס זה אמור להיות שווה גם למתח של הפיתול העיקרי מחולק למתח של הפיתול המשני, כפי שניתן על ידי Vע/ Vs. הפיתול העיקרי מתייחס למשרן המופעל, אלמנט מעגל המשרה שדה מגנטי בתגובה לזרימת המטען, של השנאי, והמשני הוא המשרן הלא-ממונע.
יחסים אלה נכונים בהנחה שזווית הפאזה של הפיתול העיקרי שווה לזוויות הפאזות של המשנית על ידי משוואה Φע = Φס. זווית פאזה ראשונית ומשנית זו מתארת כיצד הזרם, המתחלף בין כיווני קדימה לאחור בכיוונים הראשוניים והמשניים של השנאי, מסונכרנים זה עם זה.
עבור מקורות מתח AC, כפי שמשתמשים בשנאים, צורת הגל הנכנס היא סינוסואלית, הצורה שגל הסינוס מייצר. יחס סיבובי השנאי אומר לך כמה מתח מתח דרך שנאי כאשר הזרם עובר מהפיתולים הראשוניים אל הפיתולים המשניים.
כמו כן, שימו לב כי המילה "יחס" בנוסחה זו מתייחסת לא שבריר, לא יחס בפועל. השבר של 1/4 שונה מהיחס 1: 4. בעוד 1/4 הוא חלק אחד מתוך שלם המחולק לארבעה חלקים שווים, היחס 1: 4 מייצג שעבור אחד ממשהו יש ארבעה ממשהו אחר. "היחס" ביחס מסתובב שנאי הוא שבר ולא יחס בפורמולה של יחס שנאי.
יחס סיבובי השנאי מגלה כי ההבדל השברירי שלוקח המתח מבוסס על מספר הסלילים הפצועים סביב החלקים הראשוניים והמשניים של השנאי. שנאי עם חמש סלילי פצע ראשוניים ו 10 סלילי פצע משניים יחתוך את מקור המתח לשניים כפי שניתן על ידי 5/10 או 1/2.
בין אם מתח גדל או יורד כתוצאה מסלילים אלה קובע את זה שנאי מדרגה או שנאי מורד על ידי נוסחת יחס השנאי. שנאי שאינו מגביר או מוריד מתח הוא "שנאי עכבה" שיכול למדוד עכבה, מעגלים המתנגדים לזרם, או פשוט להצביע על הפסקות בין מעגלי חשמל שונים.
בניית שנאי
מרכיבי הליבה של שנאי הם שני הסלילים, ראשוניים ומשניים, המתעטפים סביב ליבת ברזל. הליבה הפרומגנטית, או ליבה העשויה ממגנט קבוע, של שנאי משתמשת גם בפרוסות חשמליות מבודדות חשמליות כך שמשטחים אלו יכולים להוריד התנגדות לזרם העובר מהסלילים הראשוניים לסלילים המשניים של השנאי.
הקמת שנאי תוכננה בדרך כלל לאבד כמה שפחות אנרגיה. מכיוון שלא כל השטף המגנטי מהסלילים הראשוניים עובר למשני, יהיה איבוד מסוים בפועל. רובוטריקים יאבדו אנרגיה בגלל זרמי מערבולת, זרם חשמלי מקומי שנגרם כתוצאה משינויים בשדה המגנטי במעגלים חשמליים.
רובוטריקים מקבלים את שמם מכיוון שהם משתמשים בהתקנה זו של ליבה ממגנטת עם פיתולים על שני חלקים נפרדים ממנה כדי להפוך אנרגיה חשמלית לאנרגיה מגנטית באמצעות מגנטציה של הליבה מהזרם דרך הפיתולים הראשיים.
לאחר מכן, הליבה המגנטית משרה זרם בתוך הפיתולים המשניים, שממיר את האנרגיה המגנטית לאנרגיה חשמלית. משמעות הדבר היא כי השנאים פועלים תמיד על מקור מתח AC הנכנס, כזה שעובר בין כיווני זרם קדימה ואחורית בפרקי זמן קבועים.
סוגי אפקטים של שנאי
מלבד נוסחת הסלילים או מספר הסלילים, תוכלו ללמוד שנאים כדי ללמוד יותר על טיבם של סוגים שונים של מתחים, אינדוקציה אלקטרומגנטית, שדות מגנטיים, שטף מגנטי ותכונות אחרות הנובעות מבניית שנאי.
בניגוד למקור מתח הזרם בכיוון אחד, א מקור מתח AC שנשלח דרך הסליל הראשוני תיצור שדה מגנטי משלו. תופעות אלה מכונות השראות הדדיות.
חוזק השדה המגנטי יגדל לערכו המרבי, השווה להבדל בשטף המגנטי המחולק בפרק זמן, dΦ / dt. זכור, במקרה זה, Φ משמש לציון שטף מגנטי, לא זווית פאזה. קווי שדה מגנטי אלה נמשכים החוצה מהאלקטרומגנט. מהנדסים שבונים רובוטריקים גם לוקחים בחשבון את הצמדת השטף, שהיא תוצר השטף המגנטי Φ ומספר הסלילים בחוט נ הנגרמת על ידי השדה המגנטי העובר מסליל אחד לשני.
המשוואה הכללית לשטף מגנטי היא Φ = BAcosθ עבור שטח פנים שהשדה עובר א בתוך מ2, שדה מגנטי ב בטסלס ו θ כזווית בין וקטור בניצב לאזור ולשדה המגנטי. עבור המקרה הפשוט של סלילים עטופים סביב מגנט, השטף ניתן על ידי Φ = NBA למספר סלילים נ, שדה מגנטי ב ומעל אזור מסוים א של משטח שהוא במקביל למגנט. עם זאת, עבור שנאי, הצמדת השטף גורמת לשטף המגנטי בהתפתלות הראשונית להיות שווה לזה של הפיתול המשני.
לפי חוק בימינו, אתה יכול לחשב את המתח המושרה בהתפתלויות הראשוניות או המשניות של השנאי על ידי חישוב N x dΦ / dt. זה גם מסביר מדוע יחס השנאי מסתובב בין המתח של חלק אחד של השנאי לחלק השני שווה למספר הסלילים של האחד לחלק השני.
אם היית משווה את N x dΦ / dt של חלק אחד למשנהו, dΦ / dt היה מבטל בגלל ששני החלקים בעלי אותו שטף מגנטי. לבסוף, אתה יכול לחשב שנאי אמפר מסתובבים כתוצר הזמנים הנוכחי של מספר הסלילים כשיטה למדידת כוח המגנט של הסליל
רובוטריקים בפועל
חלוקות כוח מגננות חשמל מתחנות כוח לבניינים ובתים. קווי כוח אלה מתחילים בתחנת הכוח בה גנרטור חשמלי יוצר אנרגיה חשמלית ממקור כלשהו. זו יכולה להיות סכר הידרואלקטרי הרותם את כוחם של מים או טורבינת גז המשתמשת בעירה כדי ליצור אנרגיה מכנית מהגז הטבעי וממירה אותם לחשמל. חשמל זה, למרבה הצער, מיוצר כמו מתח DC שיש להמיר למתח AC עבור רוב מכשירי הבית.
רובוטריקים הופכים את החשמל לשמיש על ידי יצירת ספקי כוח חד-פאזיים DC למשק בית ולבניינים ממתח ה AC המתנדנד הנכנס. השנאים לאורך רשתות חלוקת החשמל גם מבטיחים שהמתח הוא כמות הולמת למוצרי אלקטרוניקה לבית ומערכות חשמל. רשתות ההפצה משתמשות גם ב"אוטובוסים "המפרידים התפלגות למספר כיוונים לצד מפסקי חשמל כדי לשמור על התפלגות נפרדת זו מזו.
מהנדסים לרוב מביאים בחשבון את יעילותם של שנאים המשתמשים במשוואה הפשוטה ליעילות _η = Pהו/ עאני _fאו כוח פלט P__הו וכוח קלט עאני. בהתבסס על בניית עיצובים שנאים, מערכות אלה אינן מאבדות אנרגיה לחיכוך או להתנגדות אוויר מכיוון שהשנאים אינם כוללים חלקים נעים.
הזרם המגנט, כמות הזרם הנחוצה למגנט ליבת השנאי, היא בדרך כלל קטנה מאוד בהשוואה לזרם שחלק הראשי של שנאי גורם. משמעותם של גורמים אלה היא כי רוב השנאים יעילים מאוד עם יעילות של 95 אחוזים ומעלה עבור מרבית העיצובים המודרניים.
אם היית מפעיל מקור מתח AC על התפתל העיקרי של שנאי, השטף המגנטי המושרה בליבה המגנטית ימשיך להניע מתח AC במתווה המשני באותו שלב כמו מתח המקור. השטף המגנטי בליבה, לעומת זאת, נשאר 90 ° מאחורי זווית הפאזה של מתח המקור. המשמעות היא שזרם הפיתולים העיקרי, זרם המגנט, מפגר גם אחרי מקור מתח AC.
משוואה שנאי בהשראה הדדית
בנוסף לשדות, שטף ומתח, רובוטריקים ממחישים את התופעות האלקטרומגנטיות של השראות הדדיות המעניקות יותר כוח לפתילות הראשוניות של שנאי כשהוא מחובר לאספקת חשמל.
זה קורה כתגובת הפיתולים הראשונית לעלייה בעומס, משהו הצורך חשמל, על הפיתולים המשניים. אם הוספת עומס לסיבובי המשנה בשיטה כמו הגדלת ההתנגדות של חוטיו, הפיתולים הראשיים יגיבו על ידי שאיבת זרם רב יותר ממקור הכוח כדי לפצות על הירידה הזו. השראות הדדיות הוא העומס שאתה שם על המשני שאתה יכול להשתמש בו כדי לחשב את העלייה בזרם דרך הפיתולים הראשיים.
אם היית כותב משוואת מתח נפרדת הן עבור הפיתולים הראשוניים והן המשניים, היית יכול לתאר תופעות של השראות הדדיות. עבור המתפתל העיקרי, Vע = אניער1 + L1Δ אניע/ Δt - M ΔIס/ Δt, לזרם דרך הפיתול העיקרי אניע, עמידות בפני עומס מפותל ראשוני ר1השראות הדדיות Mהשראות ראשוניות מפותלות לאני, מתפתל משני אניס ומשתנה בזמן Δt. הסימן השלילי מול השראות הדדיות M מראה שזרם המקור חווה מיד ירידת מתח כתוצאה מהעומס על הפיתול המשני, אך בתגובה, הסיבוב העיקרי מעלה את המתח שלו.
משוואה זו עוקבת אחר כללי כתיבת משוואות המתארות את ההבדל בין זרם ומתח בין אלמנטים במעגל. עבור לולאה חשמלית סגורה, אתה רשאי לכתוב את סכום המתח על פני כל רכיב כשווה לאפס כדי להראות כיצד המתח יורד על כל רכיב במעגל.
עבור הפיתולים הראשיים אתה כותב משוואה זו כדי להסביר את המתח על פני הפיתולים הראשיים עצמם (אניער1), המתח בגלל הזרם המושרה של השדה המגנטי ל1Δ אניע/ Δt והמתח כתוצאה מהשפעת השראות הדדית מהסלילה המשנית M ΔIס/ Δt.
באופן דומה, אתה רשאי לכתוב משוואה המתארת את ירידות המתח על פני הפיתולים המשניים כ M ΔI__ע/ Δt = אניסר2 + ל2Δ אניס/ Δt. משוואה זו כוללת את הזרם המתפתל המשני אניסהשראות מפותלות משניות ל2 ועמידות העומס המתפתלת המשנית ר2. ההתנגדות והשראות מסומנים בתרשימים משנה 1 או 2 במקום P או S, בהתאמה, שכן לעיתים קרובות מנוגדים ומשרנים ממוספרים, ולא מסומנים באמצעות אותיות. לבסוף, אתה יכול לחשב השראות הדדיות מהמשרנים באופן ישיר M = √L1L2.