Transformatoare Step-up, Step-down și Izolare

You Bet Your Life: Secret Word - Door / People / Smile (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Transformatoare Step-up, Step-down și Izolare

AC Circuite electrice


Intrebarea 1

Calculați tensiunea de ieșire prin bobina secundară a unui transformator dacă tensiunea primară este de 35 volți, înfășurarea secundară are 4500 de rotații, iar înfășurarea primară are 355 de rotații.

V secundar =

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

V secundar = 443, 7 volți

Note:

Transformatorul calculelor de lichidare este pur și simplu un exercițiu în rapoartele matematice. În cazul în care studenții dvs. nu sunt puternici în ceea ce privește abilitățile lor, această întrebare oferă o cerere de ascuțire a acestora!

intrebarea 2

Calculați curentul de sarcină și tensiunea de sarcină în acest circuit al transformatorului:

Încărcare = sarcină V =

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

I încărcare = 23, 77 mA V sarcină = 8, 318 V

Note:

Cele mai multe probleme ale transformatoarelor nu sunt nimic mai mult decât rapoarte, dar unii studenți găsesc raporturi greu de manevrat. Întrebări precum acest lucru sunt minunate pentru ca studenții să vină la bord în fața sălii de curs și să demonstreze cum au obținut rezultatele.

Întrebarea 3

Calculați numărul de rotații necesare în bobina secundară a transformatorului pentru a transforma o tensiune primară de 300 volți până la o tensiune secundară de 180 volți, dacă înfășurarea primară are 1150 de fire.

N secundar =

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

N secundar = 690 de rotații

Note:

Cele mai multe probleme ale transformatoarelor nu sunt nimic mai mult decât rapoarte, dar unii studenți găsesc raporturi greu de manevrat. Întrebări precum acest lucru sunt minunate pentru ca studenții să vină la bord în fața sălii de curs și să demonstreze cum au obținut rezultatele.

Întrebarea 4

Preziceți modul în care toate tensiunile și curenții componentelor din acest circuit vor fi afectate ca urmare a următoarelor defecțiuni. Luați în considerare fiecare defecțiune independent (adică unul câte unul, fără multiple defecte):

Transformatorul T 1 nu este deschis:
Transformatorul T 1 înfășurări primare este scurtcircuitat:
Transformatorul T 1 este înfășurată secundar:
Încărcarea nu se scurtează:

Pentru fiecare dintre aceste condiții, explicați de ce se vor produce efectele rezultate.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Transformatorul T1 nu este deschis la bobina primară: nu are curent prin nici o componentă, nu are tensiune pe nici o componentă secundară.
Transformatorul T 1 nu este scurtcircuitat: curent mare prin siguranŃă (care îl va face să explodeze), puŃin curent prin bobină sau sarcină secundară, tensiune redusă în bobinaj secundar sau sarcină.
Înfășurarea secundară a transformatorului T1 nu este deschisă: nu există curent prin nici o componentă secundară, fără tensiune pe orice componentă de bobinaj secundar, puțin curent prin bobina primară.
Încărcarea nu este scurtată: curent mare prin siguranțe (care îl va face să sufle), curent mare prin bobină și sarcină secundară, tensiune mică în bobina secundară sau sarcină.

Note:

Scopul acestei întrebări este abordarea domeniului de depanare a circuitelor dintr-o perspectivă de a ști ce este vina, mai degrabă decât să știm doar ce sunt simptomele. Deși aceasta nu este neapărat o perspectivă realistă, aceasta îi ajută pe elevi să construiască cunoștințele fundamentale necesare pentru a diagnostica un circuit defect din datele empirice. Întrebări precum acest lucru ar trebui să fie urmate (în cele din urmă) de alte întrebări care îi cer elevilor să identifice greșelile posibile pe baza măsurătorilor.

Întrebarea 5

Să presupunem că 1200 de fire de sârmă de cupru sunt înfășurate în jurul unei porțiuni dintr-un cerc de fier și 3000 de fire de sârmă sunt înfășurate în jurul unei alte porțiuni a aceluiași cerc. Dacă bobina de 1200 de capete este alimentată cu 15 volți AC (RMS), cât va apărea tensiunea între capetele bobinei de 3000 de rânduri "# 5"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

37, 5 volți AC, RMS.

Note:

Transformatorul calculelor de lichidare este pur și simplu un exercițiu în rapoartele matematice. În cazul în care studenții dvs. nu sunt puternici în ceea ce privește abilitățile lor, această întrebare oferă o cerere de ascuțire a acestora!

Întrebarea 6

Calculați tensiunea de ieșire prin bobina secundară a unui transformator dacă tensiunea primară este de 230 volți, înfășurarea secundară are 290 de rotații, iar înfășurarea primară are 1120 de rotații.

V secundar =

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

V secundar = 59, 6 volți

Note:

Transformatorul calculelor de lichidare este pur și simplu un exercițiu în rapoartele matematice. În cazul în care studenții dvs. nu sunt puternici în ceea ce privește abilitățile lor, această întrebare oferă o cerere de ascuțire a acestora!

Întrebarea 7

Calculați curentul sursă și curentul de sarcină în acest circuit al transformatorului:

Sursă = I încărc

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

I sursă = 187, 5 mA I încărcare = 72, 73 mA

Note:

Cele mai multe probleme ale transformatoarelor nu sunt nimic mai mult decât rapoarte, dar unii studenți găsesc raporturi greu de manevrat. Întrebări precum acest lucru sunt minunate pentru ca studenții să vină la bord în fața sălii de curs și să demonstreze cum au obținut rezultatele.

Întrebarea 8

Dacă o bobină de sârmă izolată este înfășurată în jurul unui miez de fier, va fi formată o inductanță. Chiar dacă firul are o rezistență neglijabilă, curentul prin bobina dintr-o sursă de curent alternativ va fi limitat de reactanța inductivă (XL) a bobinei, deoarece fluxul magnetic din miezul de fier oscilează înainte și înapoi pentru a induce un contra-EMF :

Se trasează forma de undă instantanee a fluxului magnetic (φ) în miezul de fier corespunzător tensiunii aplicate instantaneu (v) prezentată în acest grafic:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Există o formulă simplă (deși conține un termen derivat) care descrie relația dintre fluxul instantaneu (φ) și tensiunea indusă instantaneu (v). Studenții ar trebui să știe ce este și că ar trebui să fie aplicată la această întrebare!

Întrebarea 9

Dacă energizăm bobina unui inductor cu o tensiune oscilantă (AC), vom genera un flux magnetic oscilant în miezul inductor:

Dacă înfășurăm oa doua bobină de sârmă în jurul aceluiași miez magnetic ca bobina primară (inductor), am stabilit o situație în care există o inductanță reciprocă: o schimbare a curentului printr-o bobină induce o tensiune în cealaltă și o viză. Acest lucru, evident, va duce la o tensiune AC indusă în a doua bobină de sârmă:

Ce nume este dat unui astfel de dispozitiv, cu două bobine de sârmă partajând un flux magnetic comun "/ / www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/01876x03.png">

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Acest dispozitiv este numit transformator .

Notă: amplitudinile relative ale vp și v s sunt arbitrare. I-am desenat la amplitudini diferite în beneficiul cititorului: astfel încât cele două forme de undă nu s-ar suprapune perfect și nu ar putea fi deosebite una de cealaltă.

Note:

Întrebați elevii dvs. cum ar trebui să se facă bobina secundară pentru a genera cu adevărat o tensiune mai mare decât tensiunea aplicată (primară) a bobinei. Ce zici de a genera o tensiune secundară mai mică decât panoul principal al panoului de panou de lucru?

Întrebarea 10

Se prezintă aici o diagramă schematică a unui transformator care alimentează o sarcină rezistivă, la momentul exact în care tensiunea înfășurării primare este la vârful pozitiv (+):

Identificați polaritatea tensiunii pe rezistența de sarcină la acest moment exact în timp, precum și direcția curentului în fiecare dintre înfășurările.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Următoarele întrebări: rețineți relația dintre direcția curentului și polaritatea tensiunii pentru fiecare dintre înfășurările transformatorului. Ce sugerează aceste relații diferite în ceea ce privește "fluxul" puterii în circuit "note ascunse"> Note:

O perspectivă care ar putea ajuta elevii să înțeleagă direcțiile curentului prin fiecare înfășurare a transformatorului, în raport cu polaritățile de tensiune, este să se gândească la fiecare înfășurare ca fie o sursă de energie electrică sau o sarcină . Întrebați elevii dvs. ", care lichidare acționează ca sursă în acest circuit și care acționează ca o sarcină ? Imaginați-vă aceste surse și încărcările sunt DC (deci putem menține aceeași polaritate a tensiunii, de dragul analizei). În ce mod ați trage curenții pentru o sursă DC și pentru o sarcină DC?

Întrebarea 11

Bobina de aprindere a unui motor pe benzină cu motor cu ardere internă este un exemplu de transformator, deși nu este alimentat de curent alternativ. Explicați modul în care un transformator poate fi acționat pe o electricitate care nu este AC:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Pentru ca un transformator să funcționeze, curentul de înfășurare primar trebuie să se schimbe rapid în funcție de timp. Indiferent dacă acesta este un curent care se alternează cu adevărat sau doar unul care impulsionează în aceeași direcție, este irelevant.

Întrebare de provocare: este forma de undă a tensiunii secundare sinusoidal "note ascunse"> Note:

Aceasta este o aplicație foarte comună a tehnologiei transformatoarelor: "bobina" de aprindere utilizată pentru aprinderea amestecului de aer-combustibil în interiorul camerei de combustie a motorului benzinei. Această întrebare abordează, de asemenea, o problemă uneori greșit înțeleasă de studenți, că transformatoarele sunt fundamental dispozitive AC, nu DC.

Ar putea fi o idee bună să aveți la dispoziție o bobină de aprindere pentru automobile pentru demonstrația în clasă. În locul unei bujii, o lampă de neon poate fi utilizată pentru a indica prezența unei tensiuni înalte.

În ceea ce privește răspunsul la întrebarea provocată, un osciloscop va demonstra rapid caracterul formei de undă, pentru orice transformator alimentat cu DC pulsatoriu.

Întrebarea 12

Ceva a eșuat în acest circuit, deoarece becul nu se aprinde când comutatorul este închis:

Ce tipuri de defecțiuni la transformator ar provoca o problemă de genul acesta și cum puteți verifica utilizând un multimetru "# 12"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Cel mai comun tip de defecțiune a transformatorului care provoacă o problemă de genul acesta este o deschidere deschisă . Acest lucru este foarte ușor de verificat folosind un multimetru (vă voi lăsa să răspundeți la această parte a întrebării!).

Note:

Desigur, defectele din acest circuit care nu au nimic de a face cu transformatorul ar putea de asemenea să împiedice aprinderea becului. Dacă timpul permite, ar fi bine să analizați câteva scenarii de eșec cu elevii dvs., provocându-i să localizeze sursa problemelor cât mai eficient posibil.

Întrebarea 13

Transformatoarele de putere industriale de control sunt utilizate pentru a coborî 480 sau 240 de volți la un nivel mai acceptabil pentru circuitele de comandă a releului: de obicei 120 volți. Unele transformatoare de putere de control sunt construite cu mai multe înfășurări primare, pentru a facilita conectarea fie la o sursă de alimentare de 480 V, fie la 240 V AC:

Astfel de transformatoare sunt de obicei publicate ca având înfășurări primare "240 × 480", simbolul "×" reprezentând două înfășurări independente cu patru puncte de conectare (H1 până la H4).

Afișați conexiunile pe cele patru borne "H" necesare pentru funcționarea la 240 de volți și, de asemenea, pentru funcționarea la 480 volți, pe următoarele ilustrații:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Acest tip de transformator este foarte comun în sistemele de control industrial. Discutați cu studenții dvs. de ce bornele primare de înfășurare sunt aranjate așa cum sunt ele (H1-H3-H2-H4), pentru a facilita îmbinarea la jumătatea distanței cu cleme metalice.

Întrebarea 14

Dacă un transformator de izolare (un transformator cu același număr de "ture" în bobine primare și secundare) este conectat între o sursă de curent alternativ și o sarcină AC, vom măsura aceeași tensiune și același curent la ambele surse de sursă și sarcină:

Dacă se calculează puterea de ieșire de la sursă și puterea disipată de sarcină, valoarea este aceeași: 420 W (P = IV).

Acum, să presupunem că analizăm un circuit care conține un transformator step-up (unul cu mai multe rotații de sârmă în bobina secundară decât în ​​bobina primară). Cu un transformator de tip step-up, tensiunea de sarcină va fi mai mare decât tensiunea de alimentare. În acest exemplu, am prezentat un transformator step-up cu un raport de pas 1: 2:

Presupunând că rezistența de sarcină este complet diferită de primul circuit (transformator de izolare), ce puteți deduce despre curentul de sarcină și puterea (sursă și sarcină) în acest circuit "# 14"> Răspuns dezvălui Ascunde răspuns

Legea fizică de bază cunoscută sub numele de Legea conservării energiei vă spune tot ce trebuie să știți despre puterea sursei și puterea de încărcare! Și din acest motiv, nu numai că ar trebui să puteți determina calitativ curentul de sarcină în acest circuit, ci și să îl calculați cu un grad de precizie corect.

Note:

Singurul motiv pentru care ezită să le spun elevilor că pot calcula exact sarcina se datorează faptului că nu a fost specificat dacă transformatorul este sau nu "pierdut" deloc. Nici un transformator real nu este 100% fără pierderi, desigur, și acesta este un lucru pe care trebuie să-l luăm în considerare în "viața reală".

Am constatat că abordarea privind conservarea energiei nu are sens doar pentru studenți, deoarece învață să calculeze comportamentul transformatorului, ci este o întărire excelentă a unei legi fizice de bază, o bună înțelegere a căreia îi va servi bine pe tot parcursul carierei.

Întrebarea 15

Calculați toate valorile listate pentru acest circuit al transformatorului:

V primară =
V secundar =
Am primar =
I secundar =

Explicați dacă este vorba despre un transformator de step-up, step-down sau de izolare și explicați, de asemenea, ceea ce deosebește înfășurarea "primară" de înfășurarea "secundară" în orice transformator.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

V primar = 48 volți
V secundar = 14, 77 volți
I primar = 30, 3 mA
I secundar = 98, 5 mA

Acesta este un transformator pas cu pas .

Note:

Cele mai multe probleme ale transformatoarelor nu sunt nimic mai mult decât rapoarte, dar unii studenți găsesc raporturi greu de manevrat. Întrebări precum acest lucru sunt minunate pentru ca studenții să vină la bord în fața sălii de curs și să demonstreze cum au obținut rezultatele.

Întrebarea 16

Calculați toate valorile listate pentru acest circuit al transformatorului:

V primară =
V secundar =
Am primar =
I secundar =

Explicați dacă este vorba despre un transformator de step-up, step-down sau de izolare și explicați, de asemenea, ceea ce deosebește înfășurarea "primară" de înfășurarea "secundară" în orice transformator.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

V primar = 3, 7 volți
V secundar = 12, 0 volți
I primar = 26, 1 mA
I secundar = 8, 02 mA

Acesta este un transformator de step-up .

Note:

Cele mai multe probleme ale transformatoarelor nu sunt nimic mai mult decât rapoarte, dar unii studenți găsesc raporturi greu de manevrat. Întrebări precum acest lucru sunt minunate pentru ca studenții să vină la bord în fața sălii de curs și să demonstreze cum au obținut rezultatele.

Notați elevilor dvs. cum distincția dintre un transformator pas cu pas și un pas în jos este pur și simplu o chestiune de utilizare. Este posibil să utilizați un transformator în orice fel!

Întrebarea 17

Într-un transformator de tip step-up sau step-down, înfășurarea cu tensiune mai înaltă utilizează de obicei sârmă mai bună decât bobina de tensiune joasă. Explicați de ce este acest lucru.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Înfășurarea cu tensiune mai înaltă manipulează mai puțin curent decât bobina de tensiune joasă.

Note:

Dacă întâmpinați un transformator care a fost tăiat în jumătate (chiar prin miez), acesta va face o piesă de demonstrație excelentă pentru discuții. Diferența dintre înfășurări va fi imediat evidentă elevilor atunci când văd una.

Întrebarea 18

Un mecanic merge la școală și face un curs în circuitele electrice de curent alternativ. După ce a învățat despre transformatoarele step-up și step-down, el face observația că "Transformatorii acționează ca versiuni electrice ale uneltelor, cu rapoarte diferite".

Ce înseamnă mecanic prin această afirmație "# 18"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

La fel cum mișcările de angrenare cu numere diferite ale dinților transformă puterea mecanică între diferite niveluri de viteză și cuplu, transformatoarele electrice transformă puterea între diferite niveluri de tensiune și curent.

Note:

Nu numai aceasta este o analogie sonoră, ci una pe care mulți oameni cu gândire mecanică o relaționează cu ușurință! Dacă întâmpinați unele mecanici în clasă, oferiți-le posibilitatea de a explica conceptul de rapoarte de transmisie acelor studenți care nu cunosc matematica sistemului de angrenaje.

Întrebarea 19

Explicați modul în care acest transformator special este capabil să controleze alimentarea cu bec:

Ce avantaje ar putea fi folosirea unui transformator pentru a controla puterea AC, spre deosebire de un rezistor variabil "# 19"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Acest transformator controlează alimentarea cu energie a becului furnizând un raport variabil de tensiune între sursă și sarcină.

Note:

S-ar putea ajuta să dați niște exemple numerice de raport de tensiune descendent pentru transformator în acest circuit, pentru ca elevii să înțeleagă mai bine modul în care acest dispozitiv controlează puterea becurilor. Amintiți-vă studenților că transformatoarele moderne sunt dispozitive foarte eficiente, cu randamente de eficiență maximă de încărcare de obicei de peste 95%.

Dacă studenții întreabă despre Variac, poate doriți să le arătați această diagramă:

Desigur, Variac este un tip de autotransformator și, ca atare, nu asigură izolarea electrică a unui transformator regulat. În unele cazuri, acest lucru poate fi important!

Întrebarea 20

În acest circuit de transformare cu variabilitate de tensiune, tensiunea de intrare (120 VAC) este comutată pe diferite "robinete" de pe bobina primară a transformatorului pentru a crea diferite rapoarte pas cu pas.

În timp ce este posibil să "atingeți" bobina secundară a transformatorului pentru a obține diferite tensiuni de ieșire în loc de primar, există un motiv bun pentru localizarea comutatorului în partea primară a circuitului. Identificați acest motiv practic.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Pentru a minimiza cantitatea de curent pe care trebuie să o manipuleze contactele comutatorului.

Note:

Este important să țineți minte întotdeauna limitările practice ale componentelor, cum ar fi contactele comutatoarelor atunci când proiectați circuitele. Sigur, pot exista multe modalități alternative de a construi un circuit de lucru, dar unele modalități vor fi mai practice decât altele.

În unele cazuri, ar fi mai bine să localizați întrerupătorul (și robineții de înfășurare) pe partea secundară a unui transformator descendent mai degrabă decât primar. Imaginați-vă dacă tensiunea de înfășurare primară a fost de 100 kVAC în loc de 120 VAC. Puneți acest scenariu elevilor dvs. și întrebați-le ce limitări practice ale comutatoarelor ar putea forța relocarea la înfășurarea secundară a transformatorului.

Întrebarea 21

Să presupunem că un sistem de alimentare livra o sursă de curent alternativ la o sarcină rezistivă de 150 amperi:

Calculați tensiunea de sarcină, puterea de disipare a sarcinii, puterea disipată de rezistența firului (R wire ) și eficiența totală a puterii (η = (( sarcina P) / ( sursa P))).

E sarcina =
P sarcina =
Plines =
η =

Acum, să presupunem că vom folosi o pereche de transformatoare de 10: 1 perfect eficiente pentru a mări tensiunea până la transmisie și apoi din nou pentru a fi utilizate la sarcină. Recalculați tensiunea de sarcină, puterea de încărcare, puterea risipită și eficiența globală a acestui sistem:

E sarcina =
P sarcina =
Plines =
η =
Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Sistem simplu (fără transformatoare):

E sarcină = 210 volți
P sarcina = 31, 5 kW
P liniile = 4, 5 kW
η = 87, 5%

Sistem complex (cu transformatoare):

E încărcare = 239, 7 volți
P sarcina = 35, 96 kW
P liniile = 45 W
η = 99, 88%

Următoarele întrebări: puteți să vă gândiți la orice dezavantaje ale circuitului utilizând transformatoare 10: 1 în comparație cu sistemul de alimentare original (fără transformator) "note ascunse"> Note:

Un exemplu ca acesta clarifică, de obicei, beneficiile utilizării AC în loc de DC pentru transmiterea unor cantități mari de energie electrică pe distanțe substanțiale, mai bine decât să îi spunem pur și simplu studenților motivele pentru care transformatoarele sunt utilizate în sistemele de alimentare. Chiar și cu pierderi modeste de putere în transformatoare (să zicem, 3% pierdere în fiecare), eficiența globală este încă mult mai mare în acest sistem decât fără a folosi transformatoare deloc.

În discutarea întrebării de urmărire, asigurați-vă că aduceți siguranța în considerare dacă niciunul dintre elevii dvs. nu o face.

Întrebarea 22

Rezistoarele de șuntare sunt utilizate în mod obișnuit pentru măsurarea curentului în circuitele de putere, producând o scădere mică a tensiunii în proporție directă cu curentul circuitului. Ele sunt utile în special pentru măsurarea undelor complexe de curent în circuitele de curent alternativ, deoarece acestea nu distorsionează deloc forma de undă.

Să presupunem că ați dorit să măsurați forma de undă curentă în acest circuit de putere folosind un osciloscop pentru a măsura tensiunea care a scăzut peste rezistența de șunt:

Dacă conectați un osciloscop la circuitul de alimentare așa cum este arătat, se vor întâmpla lucruri foarte rele, cum ar fi topirea la sol a osciloscopului, cu o mulțime de scântei!

După înlocuirea ansamblului deteriorat al sondei și luarea unei pauze lungi pentru a vă atenua nervii, un tehnician experimentat vă sugerează să conectați cablul de alimentare al osciloscopului într-un transformator de izolare pentru a evita această problemă în viitor. Explicați ce este un transformator de izolare, de ce previne problema de scurtcircuit întâmpinată în acest circuit și ce măsuri de precauție trebuie luate atunci când utilizați unul.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Un "transformator de izolare" nu urmărește tensiunea în sus sau în jos, ci oferă pur și simplu izolare electrică între înfășurările primare și secundare. În acest caz particular, un transformator de izolație introdus în circuitul de putere al osciloscopului rupe un circuit format din clema de prindere a sondei cu șasiul metalic al osciloscopului, care la rândul său este conectat la vârful de pământ de pe conectorul cablului de alimentare care este conectat la pământ sol pentru siguranță.

Dacă se utilizează un transformator de izolație, se evită problema scurtcircuitului, dar numai cu costul de a "dezinstala" șasiul osciloscopului, făcându-l nesigur să atingă!

Următoarea întrebare: identificați o modalitate de a utiliza în siguranță un osciloscop pentru a măsura tensiunea rezistorului de derivație, fără a fi nevoie să utilizați un transformator de izolare.

Note:

Această lecție cu privire la utilizarea osciloscopului este una valoroasă, deoarece studenții sunt sigur că întâmpină probleme cu circuitele lor care rezultă din legăturile pământului prin intermediul șasiului osciloscopului. Având un osciloscop și un ohmmetru în sala de clasă în timpul timpului de discuție ar fi o idee bună, astfel încât studenții să poată testa conexiunile comune.

Întrebarea 23

Să presupunem că trebuie să alimentați un element de încălzire de 120 volți, de 600 watt, dintr-o sursă de 240 volți. Se întâmplă să ai mai multe transformatoare pas cu pas 240V / 120V, dar fiecare are o putere nominală de 400 VA. Desenați o diagramă schematică care arată modul în care ar putea fi utilizate mai multe transformatoare pentru a se potrivi încărcăturii de 120 volți cu sursa de 240 volți.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

În cazul în care elevii nu au studiat încă puterea CA (wați, volt-amperi și volt-amperi reactivi), lăsați-i să determine ce înseamnă "VA" mai întâi și apoi spuneți-i că este pur și simplu echivalentă cu "watts" sarcină.

Este o problemă foarte realistă de a trebui să potriviți componentele disponibile pentru o anumită sarcină, astfel încât această întrebare merită studenții dumneavoastră să discute și să înțeleagă bine.

Întrebarea 24

Explicați modul în care construcția unui transformator descendent diferă de cea a unui transformator de tip step-up .

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Transformatoarele de step-down au mai puține secvențe secundare decât cele primare, în timp ce transformatoarele de step-up au mai multe secțiuni secundare decât cele primare.

Note:

Cereți studenților dvs. să explice relația dintre transformările primare și secundare și modul în care aceasta afectează raportul de transformare a tensiunii, pe baza inductanței reciproce.

Întrebarea 25

Explicați modul în care construcția unui transformator de izolație diferă de cea a unui transformator de step-up sau step-down .

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Transformatoarele de step-down au mai puține secvențe secundare decât cele primare, în timp ce transformatoarele de step-up au mai multe secțiuni secundare decât cele primare. Transformatoarele de izolare au rotiri egale în ambele înfășurări.

Note:

Cereți studenților dvs. să explice relația dintre transformările primare și secundare și modul în care aceasta afectează raportul de transformare a tensiunii, pe baza inductanței reciproce.

Întrebarea 26

Când se calculează puterea în circuitele transformatorului, cum se compară între ele puterile circuitului primar și secundar (P primar = V primar I primar și P secundar = V secundar I secundar ) "# 26"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

În mod ideal, P secundar = P primar, deși această echivalență nu este niciodată exactă. În practică, secundarul P va fi întotdeauna puțin mai mic decât P primar .

Note:

Răspunsul cel mai simplu la această întrebare este că P secundar = P primar, iar acesta este un principiu util atunci când se efectuează calcule ale circuitului transformatorului. Chiar și atunci când nu este exact adevărat, este încă un instrument util pentru verificarea veridicității calculelor noastre. Întrebați elevii dvs. de ce este acest lucru.

Întrebarea 27

Explicați de ce transformatoarele sunt utilizate în mod extensiv în sistemele de distribuție pe distanțe lungi. Ce avantaj le împrumuta unui sistem energetic?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Transformatoarele sunt folosite pentru a testa tensiunea pentru un transport eficient pe distanțe lungi și au folosit pasul de înaltă tensiune din nou pentru circuitele punct de utilizare.

Note:

Cereți studenților dvs. să explice detaliat răspunsul, mai degrabă decât să repeta ceea ce afirmă răspunsul dat. De ce distribuția de înaltă tensiune este mai eficientă decât distribuția de joasă tensiune? De ce ar trebui să se coboare tensiunea înaltă pentru aplicațiile la punctul de utilizare?

Întrebarea 28

Transformatoarele care leagă generatoarele de centrale electrice de linii electrice de înaltă tensiune sunt considerate pas cu pas sau pas în jos ? Explică-ți răspunsul.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Acestea sunt considerate a fi o treaptă superioară .

Note:

Cereți elevilor să definească "step-up" și "step-down" în ceea ce privește transformatoarele de putere.

Întrebarea 29

Un pistol de lipit este o unealtă utilizată pentru a încălzi rapid conexiunile electrice pentru lipire. Prea voluminos pentru aplicațiile plăcii cu circuite imprimate (PCB), este mai potrivit pentru aplicații de cablare punct-la-punct în cazul în care firele mari trebuie să fie îmbinate cu știfturi metalice și cu alte fire.

Pe lângă faptul că este un instrument util de lipit, acest dispozitiv este, de asemenea, un excelent exemplu de transformator pas cu pas . Explicați modul în care construirea unei arme de lipit utilizează un transformator cu pas în jos (cu un raport de treaptă foarte mare!) Pentru a genera temperaturi ridicate la vârful de lipit.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Această întrebare este cel mai bine răspuns prin dezasamblarea și inspectarea unei arme de lipit reale. Aceste instrumente sunt destul de ușor de separat și reasamblate, deci ar trebui să existe puțină îngrijorare cu privire la daunele cauzate de astfel de explorări. Deși ar trebui să se înțeleagă, nu dezasamblați niciodată un dispozitiv electric care este încă conectat la curent!

Note:

Pentru elevii care nu au arme de lipit să se desprindă, iar pentru cei care nu doresc să-și piardă șansele să distrugă un instrument prin dezasamblarea / reasamblarea necorespunzătoare, nu este dificil să găsești fotografii ale cadrelor de lipit. Ansamblul transformatorului cu pas în jos trebuie să fie evident atunci când este inspectat.

Întrebarea 30

Circuitul prezentat aici are o problemă: lampa nu se aprinde, chiar dacă sursa de alimentare CA este cunoscută ca fiind bună. Știți că circuitul a funcționat foarte bine, așa că este proiectat corespunzător. Ceva în el a eșuat:

Identificați o defecțiune a componentelor sau a firelor care ar putea explica faptul că lampa nu luminează și descrieți modul în care utilizați echipamentul de testare pentru a verifica dacă este defectă.

cablu necorespunzător sau componentă în circuit care ar putea să genereze problema și tipul de defecțiune (deschis sau scurt) pe care îl suspectați că ar fi.
Identificați tipul măsurătorilor de test pe care le-ați lua pe acest circuit și unde l-ați lua (identificați punctele de testare pe care le-ați măsura între) pentru a verifica existența unei defecțiuni suspectate.
Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Există mai multe posibilități aici, așa că las acest lucru până la tine pentru a determina!

Note:

Desigur, defectele din acest circuit care nu au nimic de a face cu transformatorul ar putea de asemenea să împiedice aprinderea becului. Dacă timpul permite, ar fi bine să analizați câteva scenarii de eșec cu elevii dvs., provocându-i să localizeze sursa problemelor cât mai eficient posibil.

Întrebarea 31

Să presupunem că un transformator descendent eșuează din cauza unui scurtcircuit accidental pe partea secundară (sarcină) a circuitului:

Că transformatorul de fapt a eșuat ca urmare a scurt este fără nici o îndoială: fumul a fost văzut provenind de la el, cu puțin înainte de curent în circuitul oprit. Un tehnician scoate transformatorul ars și efectuează o verificare continuă a ambelor bobinări pentru a verifica dacă acesta nu a fost deschis. Ceea ce constată este că înfășurarea primară este deschisă, dar că înfășurarea secundară este continuă. Nehotărât de această constatare, ea vă cere să explicați modul în care înfășurarea primară ar fi putut fi deschisă în timp ce înfășurarea secundară este încă intactă, dacă într-adevăr, scurtul a avut loc pe partea secundară a circuitului. Ce ai spune "# 31"> Reveal răspuns Ascunde răspunsul

Un scurtcircuit ar determina creșterea curentului în ambele înfășurări ale transformatorului.

Note:

Este important ca studenții să realizeze că un transformator "reflectă" condițiile de încărcare pe partea secundară față de partea primară, astfel încât sursa "simte" sarcina în toate privințele. Ce se întâmplă pe partea secundară (sarcină) se va reflecta într-adevăr pe partea primară (sursă).

Întrebarea 32

Un motor de curent alternativ primește o tensiune redusă printr-un transformator descendent, astfel încât acesta să funcționeze corespunzător pe o sursă de 277 volți:

După ani de funcționare fără probleme, ceva nu reușește. Acum, motorul refuză să funcționeze atunci când ambele comutatoare sunt închise. Un tehnician efectuează patru măsurători de tensiune între următoarele puncte de testare cu ambele comutatoare în poziția "on":


EtapaMăsurare


1V TP2-Gnd = 277 V


2V TP3-Gnd = 277 V


3V TP5-Gnd = 0 V


4V TP4-Gnd = 0 V


Completați această tabelă extinsă, urmând pașii tehnicianului în aceeași ordine cu măsurătorile de tensiune, etichetarea fiecărei componente a fiecărei componente ca "O" (eventual deschisă), "S" (eventual scurtată) sau "OK" (cunoscută a fi bun). Primul rând al tabelului ar trebui să conțină numeroase etichete de eroare (deoarece cu puține date există multe posibilități), dar pe măsură ce sunt efectuate mai multe măsurători, ar trebui să puteți limita posibilitățile. Să presupunem că este criticat doar o componentă.


EtapaMăsurareSW 1siguranțăPrimarSecundarSW 2Motor


1V TP2-Gnd = 277 V


2V TP3-Gnd = 277 V


3V TP5-Gnd = 0 V


4V TP4-Gnd = 0 V


Revelați răspuns Ascundeți răspunsul


EtapaMăsurareSW 1siguranțăPrimarSecundarSW 2Motor


1V TP2-Gnd = 277 VO.KOOOOO


2V TP3-Gnd = 277 VO.KO.KOOOO


3V TP5-Gnd = 0 VO.KO.KOOOO.K


4V TP4-Gnd = 0 VO.KO.KOOO.KO.K


Fie eșecul primar sau secundar nu a fost deschis!

Întrebare de urmărire: descrieți ce ați măsura în continuare în acest circuit pentru a determina dacă este eșecul primar sau secundar care a eșuat.

Note:

Studenții se întreabă de ce este posibil să spunem că cel de-al doilea comutator și motorul sunt în regulă după ce tehnicianul a măsurat 0 volți înainte de fiecare. Cu siguranță știm că ceva nu a reușit înainte de punctele în care se măsoară 0 volți, dar asta nu ne spune sănătatea componentelor după acele puncte! Răspunsul la această întrebare foarte bună este ipoteza menționată la sfârșitul întrebării: că trebuie să presupunem doar o singură vină componentă în circuit . Dacă nici unul din comutatoarele 2 sau motorul nu a reușit să funcționeze, acesta nu ar reprezenta o lipsă de tensiune între TP4 și sol. Ar putea fi un motor scurtcircuitat, dar siguranța ar fi suflat, rezultând 0 V între TP3 și sol. Deci, presupunem că motorul și comutatorul 2 trebuie să fie în regulă, deoarece doar o altă defecțiune unică ar putea provoca măsurătorile pe care le citim.

Întrebarea 33

Ethernet este un standard popular de comunicații pentru multe dispozitive digitale, inclusiv calculatoare personale. Inițial, Ethernet a fost conceput pentru a fi un standard de rețea pentru transmiterea de date digitale, fără putere. În anii următori, totuși, upgrade-urile la puterea standard DC permisă să fie transmise pe aceleași perechi de fire. Standardul IEEE 802.3af este un exemplu al unui standard Ethernet de tip power-over.

Afișat aici este o schemă care arată modul în care două dispozitive Ethernet se conectează împreună printr-un cablu pereche torsadată de Categoria 5 ("Cat 5"), fără o putere DC transmisă prin cablare:

Datele digitale constau în impulsuri de tensiune în timp (AC, în esență), efectuate între cele două dispozitive pe două seturi de fire pereche torsadată.

Următoarea schemă arată standardul 802.3af, permițând comunicarea simultană a puterii DC și a datelor digitale prin aceleași perechi de fire. Rețineți utilizarea transformatoarelor la fiecare dispozitiv:

Explicați ce funcții asigură transformatoarele în acest sistem și modul în care acestea permit ca curentul DC să circule prin perechi de fire de la sursă pentru a fi încărcat fără a interfera cu semnalele de date Ethernet, care sunt AC.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Traceți curentul DC de la sursă la încărcare și veți vedea că există flux zero magnetic net în miezurile transformatoarelor rezultate din DC, ceea ce înseamnă că transformatoarele nu văd curentul DC în toate scopurile practice.

Note:

Aceasta este o aplicație interesantă a transformatoarelor: izolarea DC care permite realizarea unei forme de sistem "purtător de linii electrice" fără utilizarea rețelelor de filtrare.

De fapt, există mai mult standardul 802.3af decât cel prezentat în cea de-a doua diagramă schematică. Acest standard permite, de asemenea, utilizarea celorlalte două perechi de fire în cablul Cat 5 ca conductori de putere dedicați. Am omite acest aspect pentru simplitate.

Întrebarea 34

Găsiți unul sau două transformatoare reale și le aduceți cu voi în clasă pentru discuții. Identificați cât mai multe informații despre transformatoarele dvs. înainte de discuție:

Raportul de înfășurare
Rezistențele la lichidare
Tensiunea nominală a fiecărei înfășurări
Ratingul curent al fiecărei lichidări
Frecvență
Aplicație (putere, semnal, audio, etc.)
Tip (miez de fier, miez de aer etc.)
Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Dacă este posibil, găsiți fișa tehnică a producătorului pentru componentele dvs. (sau cel puțin o fișă tehnică pentru o componentă similară) pentru a discuta cu colegii de clasă.

Fiți pregătiți să demonstrați rezistența înfășurării reale a transformatoarelor dvs. în clasă, folosind un multimetru!

Note:

Scopul acestei întrebări este de a atrage studenții să interacționeze din punct de vedere kinetic cu subiectul. Ar putea părea prostește ca studenții să se angajeze într-un exercițiu "arată și spune", dar am constatat că astfel de activități ajută foarte mult pe unii elevi. Pentru acei cursanți care sunt în natură kinesthetic, este un mare ajutor pentru a atinge efectiv componentele reale în timp ce învață despre funcția lor. Desigur, această întrebare oferă, de asemenea, o oportunitate excelentă pentru ei de a practica interpretarea marcajelor componentelor, a folosi un multimetru, foi de date de acces etc.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →