Почему трансформатор не может работать от источника постоянного тока?

Что происходит, когда первичная обмотка трансформатора подключена к источнику постоянного тока?

Трансформатор – это устройство, которое повышает или понижает уровень переменного тока или напряжения без изменения основной частоты (то есть источника входного сигнала).

Трансформатор работает только на переменном токе и не может работать на постоянном токе, т.е. он предназначен для работы только и только на переменном токе и напряжении. Чтобы узнать, что произойдет, если мы подключим источник постоянного тока к первичной обмотке трансформатора, см. следующие примеры, в которых мы сначала подключаем трансформатор к сети переменного тока, а затем к постоянному току.

Трансформатор подключен к сети переменного тока

Предположим, мы подключаем трансформатор к сети переменного тока со следующими данными.

• Первичное напряжение =В₁ =230 В
• Сопротивление =R₁ =10 Ом
• Индуктивность =L =0,4 Гн
• Исходная частота =50 Гц.

Давайте посмотрим, какой ток будет течь через первичную обмотку трансформатора в случае переменного тока.

Мы знаем, что сопротивление в переменном токе =полное сопротивление

Сопротивление =Z = В / I в Ом

Где Z =√ (R ² + Х_L ) ² в случае индуктивной цепи.

X_L  =2πf Л

X_L  =2 x 3,1415 x 50 Гц x 0,4 Гц

X_L  =125,67 Ом

Теперь об импедансе

Z =√ (R ² + Х_L ) ²

Ввод значений

Z =√ (10 ² Ом + 125,67 ² Ом)

Z =126,1 Ом

Теперь в основном списке

I =V / Z

I =230 В / 126,1 Ом =1,82 А

Первичный ток в случае переменного тока =1,82 А

Трансформатор подключен к источнику постоянного тока

Теперь подключите тот же трансформатор к источнику постоянного тока и посмотрите, что произойдет.

Мы знаем, что в постоянном токе нет частоты, т. е. f =0. Следовательно, индуктивное сопротивление X_L  будет равно нулю, если мы поместим f =0 в X_L  =2πf Л.

Таким образом, ток в первичной обмотке трансформатора в случае источника постоянного тока.

I =V / R

I =230 В / 10 Ом

I =23A.

Первичный ток в случае постоянного тока =23 А

Похожие сообщения: 

• Почему в электронных схемах используется постоянный ток вместо переменного?
• Почему мы не можем хранить переменный ток в батареях вместо постоянного?

Приведенный выше расчет показывает, что в случае подачи постоянного тока в первичную обмотку трансформатора будет протекать чрезмерный ток, который сожжет первичные обмотки трансформатора. Это не единственная причина, поскольку ток будет постоянным, теперь давайте посмотрим, что произойдет в случае стационарного тока в трансформаторе.

Если первичная обмотка трансформатора подключена к источнику постоянного тока, первичная обмотка будет потреблять постоянный ток и, следовательно, создавать постоянный поток. Следовательно, обратной ЭДС не будет. Их первичная обмотка будет потреблять чрезмерный ток из-за низкого сопротивления первичной обмотки, поскольку мы знаем, что индуктивное сопротивление (X_L ) равен нулю из-за формулы индуктивного сопротивления (X_L =2πf L), где частота источника постоянного тока равна нулю. Таким образом, происходит перегрев и перегорание первичной обмотки или перегорание предохранителя и автоматического выключателя. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не подключить первичную обмотку трансформатора к источнику постоянного тока.

Почему трансформатор не может работать от постоянного тока вместо переменного?

Если мы приложим постоянное напряжение или ток к первичной обмотке трансформатора, получим следующие результаты

Мы это знаем 

v =L (di/dt)

Где:

• v =мгновенное напряжение на первичных обмотках
• L =индуктивность катушки индуктивности.
• di/dt =мгновенная скорость изменения тока в А/с.

Теперь, в этом случае, напряжение постоянное, т.е. постоянное, теперь ток (i) будет быстро увеличиваться, пока не насытится железный сердечник трансформатора.

На этом этапе ток (i) увеличится до опасного уровня и перестанет меняться. Когда ток (i) не изменяется, наведенное напряжение в первичной обмотке будет равно нулю, поскольку di/dt =0, что приведет к короткому замыканию обмотки трансформатора с источником постоянного тока.

Когда ток превышает безопасный уровень, происходит большая потеря мощности, как P =I ² Р . что приведет к повышению температуры до опасного уровня и может привести к взрыву трансформатора, а также может загореться трансформаторное масло.

Или посмотрим на Второй закон Фарадея

e =N dΦ / dt

Где

• e =Индуцированная ЭДС
• N =количество витков
• dΦ =изменение потока
• dt =изменение во времени

В случае подачи постоянного напряжения на трансформатор в первичной обмотке будет индуцироваться постоянный поток (Φ) из-за постоянного тока.

Теперь индуцированная ЭДС в первичной обмотке будет равна нулю, поскольку (dΦ/dt =0), т. е. e =N dϕ/dt =0 из-за постоянного потока, индуцированного постоянным током.

Мы также знаем, что в источнике постоянного тока нет частоты, и поток обратно пропорционален частоте (Φ =V / f ), который насыщает сердечник трансформатора.

Это означает, что первичная обмотка трансформатора будет замыкать цепь на дополнительный постоянный ток, который может вывести из строя трансформатор в целом. Именно по этой причине мы не должны подключать трансформатор к источнику постоянного тока вместо переменного. .

При каких условиях безопасно подается постоянный ток на первичную обмотку трансформатора?

В большинстве случаев это вопрос типа собеседования по электротехнике и электронике, поэтому давайте посмотрим, как подключить трансформатор к источнику постоянного тока.

Есть два условия, при которых мы можем подключить трансформатор к DC.

• Пульсирующий постоянный ток в качестве входного сигнала
• Последовательное подключение высокого сопротивления с первичной обмоткой

Пульсирующий постоянный ток в Transformer

В этом методе пульсирующий постоянный ток (который содержит пульсации, а не чистая форма установившегося тока) подается на первичную сторону трансформатора. В этом случае отрицательный цикл сбрасывает поток, а временной интеграл напряжения равен нулю в одном полном цикле, что снова способствует сбросу потока в обмотке. Эта концепция используется в SMPS (импульсный источник питания).

Высокое сопротивление последовательно с трансформатором

Как известно, трансформатор работает только от сети переменного тока. в случае питания постоянным током первичная обмотка трансформатора может начать дымить и гореть. Но есть способ, с помощью которого мы можем управлять трансформатором на постоянном токе (хотя схема бесполезна без выхода), добавив резистор высокого номинала последовательно с первичной обмоткой трансформатора.

Когда первичная обмотка трансформатора должна быть подключена к источнику постоянного тока. последовательно с первичкой подключено большое сопротивление. Это последовательное сопротивление ограничивает первичный ток до безопасного значения постоянного тока и, таким образом, предотвращает перегорание первичной обмотки.

Обратите внимание, что не подключайте трансформатор к источнику постоянного тока без высокого сопротивления последовательно с первичной обмоткой. Потому что в постоянном токе нет частоты, а импеданс (Z) индуктора равен нулю. Если вы поместите Z =0 в I =V / Z, ток будет слишком большим, т. е. индуктор действует как короткое замыкание на постоянное напряжение и ток.