Spennubreytar eru nauðsynlegir íhlutir í raforkukerfum og gera kleift að flytja og dreifa rafmagni á skilvirkan hátt yfir langar vegalengdir. Þó að spennubreytar séu til í ýmsum gerðum og útfærslum, þá standa tveir grundvallarflokkar upp: uppspennubreytar og niðurspennubreytar.

Í þessari bloggfærslu munum við skoða grundvallarmuninn á upp- og niðurspennubreytum, kafa djúpt í einstaka eiginleika þeirra, virknisreglur og algeng notkun í rafmagnsverkfræði.

Step-Up Transformers

Hvað eru uppstigsspennar

Uppspennubreytar eru rafmagnstæki sem eru hönnuð til að auka spennu frá aðalvindu til aukavindu.

Þetta aflspennir samanstanda af tveimur spólum úr einangruðum koparvír sem eru vafin utan um sameiginlegan kjarna, þar sem aukavafningurinn hefur fleiri snúninga en aðalvafningurinn. Hærri fjöldi snúninga í aukavafningnum gerir spennubreytum kleift að umbreyta lágspennu-, hástraumsafli í háspennu-, lágstraumsafli, sem gerir þá tilvalda fyrir langar vegalengdar flutning raforku.

Hvernig uppspennubreytar virka

Virkni spennubreyta byggir á meginreglunni um rafsegulfræðilega örvun. Þegar riðstraumur (AC) er settur á aðalvöfðuna myndar hann segulflæði innan spennukjarna. Þetta sveiflukennda segulsvið veldur rafhreyfikrafti (EMF) í efri vöfðuna og myndar útgangsspennu sem er í réttu hlutfalli við hlutfall fjölda snúninga í efri vöfðunni miðað við aðalvöfðuna.

Í uppspennubreytum hefur aukavafningurinn fleiri snúninga en aðalvafningurinn, sem leiðir til hærri aukaspennu samanborið við aðalspennuna. Hlutfall fjölda snúninga í aukavafningnum og aðalvafningnum er þekkt sem umbreytingarhlutfallið, sem ákvarðar stærð útgangsspennunnar. Til dæmis, ef uppspennubreytir hefur aðalvafning með 100 snúningum og aukavafning með 1,000 snúningum, þá væri umbreytingarhlutfallið 10:1, sem þýðir að útgangsspennan verður tífalt hærri en inntaksspennan.

Spennubreytingin í spennubreyti fylgir þessari formúlu:

V_s / V_p = N_s / N_p

hvar:

• V_s er aukaspennan (útgangsspennan)
• V_p er aðalspennan (inntaksspennan)
• N_s er fjöldi snúninga í efri vafningunni
• N_p er fjöldi snúninga í aðalvöfðingunni

Í spennubreyti með uppsveiflu er fjöldi snúninga í aukavafningunni (N_s) meiri en fjöldi snúninga í aðalvafningunni (N_p). Þar af leiðandi verður aukaspennan (V_s) hærri en aðalspennan (V_p), sem í raun „uppsveiflar“ spennuna.

Straumbreytingin í spennubreyti er í öfugu hlutfalli við spennubreytinguna. Hún fylgir þessari formúlu:

I_p / I_s = N_s / N_p

hvar:

• I_p er aðalstraumurinn (inntaksstraumurinn)
• I_s er aukastraumurinn (útgangsstraumurinn)

Í spennubreyti með uppsveiflu minnkar straumurinn þegar spennan eykst frá aðalvindu upp í aukavindu. Þetta er vegna þess að aflið (P) í kjörspenni helst stöðugt og aflið er margfeldi spennu og straums (P = V × I). Ef spennan eykst verður straumurinn að minnka til að viðhalda sama aflstigi.

Step-Down Transformers

Hvað eru niðurdráttarspennar

A niðurþrep spennir er tegund spennubreytis sem breytir háspennu, lágstraumsafli í lágspennu, hástraumsafl.

Lækkandi spennubreytar eru samansettir úr tveimur settum af spólum, þekktar sem aðal- og aukavafningar, sem eru vafðar utan um sameiginlegan kjarna úr segulmagnaða efnum eins og járni eða stáli. Aðalvafningurinn tekur við háspennuinntakinu en aukavafningurinn sendir lægri spennuúttakið.

Hvernig niðurdráttarspennar virka

Virknisreglan í spennubreytum með niðurdrátt byggist á lögmáli Faradays um rafsegulfræðilega innleiðingu. Þegar riðstraumur (AC) er settur á aðalvöfðuna, myndar það breytilegt segulflæði innan spennukjarna. Þetta sveiflukennda segulsvið veldur rafhreyfikrafti (EMF) í aukavöfðuna, sem myndar útgangsspennu sem er í réttu hlutfalli við hlutfall fjölda snúninga í aukavöfðuna og fjölda snúninga í aðalvöfðuna.

Í niðurspennubreyti hefur aukaspólunin færri snúninga en aðalspólunin. Þar af leiðandi er örvuð spenna í aukaspóluninni lægri en inntaksspennan sem beitt er á aðalspóluna. Hins vegar, í samræmi við lögmálið um varðveislu orkunnar, eykst straumurinn í aukaspóluninni hlutfallslega til að viðhalda stöðugri orkuframleiðslu (að því gefnu að kjörspenni sé án taps).

Lykilmunur á uppsveiflum og niðursveiflum

Spennubreyting

Uppspennubreytar eru hannaðir til að auka spennuna frá aðalvafningunni upp í efri vafninguna. Þetta er gert með því að hafa fleiri snúninga í efri vafningunni samanborið við aðal vafninginn.

Lækkandi spennubreytar draga úr spennunni frá aðalvafningunni að aukavafningunni með því að hafa færri snúninga í aukaspóluna en í aðalvafningunni.

Núverandi umbreyting

Í spennubreyti, þegar spennan eykst frá aðalvindu upp í aukavindu, minnkar straumurinn hlutfallslega.

Í spennubreyti með lækkunarspennu, þegar spennan lækkar frá aðalvindu í aukavindu, eykst straumurinn hlutfallslega.

Beygjuhlutfall

Í spennubreyti er snúningshlutfallið stærra en 1, sem gefur til kynna að aukavindingin hefur fleiri snúninga en aðalvindingin.

Í niðurspennubreyti er snúningshlutfallið minna en 1, sem gefur til kynna að aukavindingin hefur færri snúninga en aðalvindingin.

hönnun

Uppspennarar hafa yfirleitt stærri kjarna og fleiri vindingar í efri vafningnum til að mæta aukinni spennu. Þeir þurfa einnig einangrunarefni með meiri rafsvörunarstyrk til að koma í veg fyrir rafmagnsbilun.

Lækkandi spennubreytar hafa minni kjarna og færri snúninga í efri vafningnum. Þeir geta einnig notað þykkari vírþykkt í efri vafningnum til að takast á við aukinn straum.

Algeng notkun

Uppspennubreytar eru almennt notaðir í rafstöðvum til að auka spennu raforkunnar áður en hún er send langar leiðir um háspennulínur.

Lækkandi spennubreytar eru hins vegar notaðir í dreifikerfum raforku til að lækka háspennurafmagn niður í lægri spennu sem hentar notendum. Þeir eru almennt að finna í dreifistöðvum og eru notaðir til að knýja heimili, skrifstofur og iðnaðarbúnað.

Skilvirkni

Uppspennarar hafa yfirleitt meiri skilvirkni samanborið við niðurspennara. Þetta er vegna þess að aukin spenna í uppspennum leyfir minni straumflæði, sem dregur úr kopartapi í vafningunum.

Lækkandi spennubreytar, þótt þeir séu enn skilvirkir, geta haft aðeins lægri skilvirkni vegna aukinnar straumflæðis í aukavindingunni, sem leiðir til meiri kopartaps.

Hugtakið öfugfóðrun

Þó að uppspennubreytar og niðurspennubreytar séu hannaðir í ákveðnum tilgangi er mögulegt að nota þá í öfugri stefnu, sem kallast öfug straumgjöf. Í þessari stillingu getur uppspennubreytir virkað sem niðurspennubreytir og öfugt. Hins vegar fylgja þessari framkvæmd ákveðnar takmarkanir og hugsanleg áhætta sem þarf að íhuga vandlega.

Þegar spennirinn er notaður í öfugri stöðu gæti hann ekki virkað eins skilvirkt og spennustjórnunin gæti skerst. Þar að auki getur öfug fóðrun leitt til öryggisáhyggna og hugsanlegs tjóns á spenninum eða tengdum búnaði.

Til að tryggja örugga og skilvirka notkun er almennt mælt með því að nota spennubreyta í þeim tilgangi sem þeir eru ætlaðir og innan tilgreindra spennu- og straumgilda. Ef tiltekin notkun krefst mismunandi spennubreytingarhlutfalls er ráðlegt að nota spennubreyti sem er sérstaklega hannaður í þeim tilgangi frekar en að reiða sig á öfuga fóðrun.

Í sumum tilfellum má nota öfuga fóðrun í tímabundnum eða neyðartilvikum, en það ætti að gera með varúð og undir handleiðslu hæfra rafvirkja. Viðeigandi öryggisráðstafanir, svo sem notkun viðeigandi öryggisbræðslu, rofa og eftirlitsbúnaðar, ættu að vera innleiddar til að vernda spennubreytinn og tengdan búnað fyrir hugsanlegum skemmdum.