Tại sao máy biến thế dùng dòng điện xoay chiều

Bài 37.3 trang 80 SBT Vật lí 9

VIdeo khi nối máy biến áp vào nguồn điện một chiều sẽ xảy ra hiện tượng gì tại sao

Máy biến áp chỉ hoạt động trên AC và không thể hoạt động trên DC tức là nó đã được thiết kế để chỉ hoạt động trên dòng điện và điện áp xoay chiều.Để biết rằng điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta kết nối nguồn một chiều với nguồn sơ cấp của máy biến áp, hãy xem các ví dụ sau đây trong đó chúng ta kết nối một máy biến áp với nguồn AC trước và sau đó là DC.

Bài viết liên quan:

• Chúng ta có thể vận hành máy biến áp 60Hz trên nguồn cung cấp 50Hz và ngược lại không?

Máy biến áp được kết nối với nguồn AC – Tại sao phải dùng điện xoay chiều để vận hành máy biến áp

Giả sử chúng ta kết nối một máy biến áp với nguồn cung cấp AC với dữ liệu sau khi nối máy biến áp với nguồn điện một chiều sẽ xảy ra hiện tượng nào :

• Điện áp sơ cấp = V1= 230V
• Điện trở = R1= 10 Ω
• Độ tự cảm = L = 0,4 H
• Tần số nguồn = 50Hz

Cho phép xem có bao nhiêu dòng điện sẽ chạy qua sơ cấp của một máy biến áp trong trường hợp xoay chiều.

Chúng ta biết rằng điện trở trong AC = Trở kháng

Trở kháng = Z =V / I tínhbằng Ω

Trong đó Z = √ [R2+ XL]2trong trường hợp mạch không thuần cảm.

XL= 2πfL

XL= 2 x 3,1415 x 50Hz x 0,4H

XL= 125,67Ω

Bây giờ cho trở kháng

Z = √ [R2+ XL]2

Đặt các giá trị

Z = √ [102Ω + 125,672Ω]

Z = 126,1 Ω

Hiện đang có trong chính

I = V / Z

I = 230V / 126,1Ω =1,82A

Dòng điện sơ cấp trong trường hợp AC = 1,82A

Bài viết liên quan:

• Điều gì xảy ra khi đường dây AC chạm vào đường dây DC?

Máy biến áp được kết nối với nguồn điện một chiều – Tại sao phải dùng điện xoay chiều để vận hành máy biến áp

Nguồn điện một chiều đặt vào máy biến áp sẽ có hiện tượng Bây giờ kết nối cùng một máy biến áp với điện áp một chiều và để xem điều gì sẽ xảy ra.

Chúng ta biết rằng không có tần số trong DC tức là f = 0. Do đó, điện kháng cảm ứng XLsẽ bằng không nếu chúng ta đặtf= 0 trong XL= 2πfL.

Như vậy, dòng điện trong sơ cấp của máy biến áp trong trường hợp nguồn một chiều.

I = V / R

I = 230V / 10Ω

I = 23A.

Dòng điện chính trong trường hợp DC = 23A

Tính toán trên cho thấy dòng điện quá mức sẽ chạy trong cuộn sơ cấp của máy biến áp trong trường hợp nguồn điện một chiều sẽ làm cháy các cuộn sơ cấp của máy biến áp.Đây không phải là lý do duy nhất vì dòng điện sẽ là DC, bây giờ chúng ta hãy xem điều gì sẽ xảy ra trong trường hợp dòng điện trạng thái yếu trong máy biến áp.

Nếu cuộn sơ cấp của máy biến áp được kết nối với nguồn điện một chiều, cuộn sơ cấp sẽ tạo ra một dòng điện ổn định và do đó tạo ra một từ thông không đổi.Do đó, sẽ không có sức phản điện động nào được tạo ra. Cuộn sơ cấp của chúng sẽ tạo ra dòng điện quá mức do điện trở của cuộn sơ cấp thấp vì chúng ta biết rằng điện kháng cảm ứng [XL] bằng không do công thức điện kháng cảm ứng [XL= 2πfL] trong đó tần số của nguồn một chiều bằng không.Do đó, kết quả là cuộn sơ cấp sẽ quá nóng và cháy.Phải cẩn thận không để kết nối sơ cấp của máy biến áp qua Nguồn điện một chiều.

Bài viết liên quan biến áp nguồn dùng biến áp gì :

• Vai trò của tụ điện trong mạch điện xoay chiều và một chiều là gì?

Tại sao phải dùng điện xoay chiều để vận hành máy biến áp?

Khi nói cuộn dây sơ cấp của máy biến áp với nguồn điện một chiều thì :Nếu chúng ta áp dụng điện áp hoặc dòng điện một chiều vào sơ cấp của máy biến áp, sau đây là kết quả

Chúng ta biết rằng

v = L [di / dt]

Ở đây:

• v = Điện áp tức thời trên cuộn sơ cấp
• L = Độ tự cảm của cuộn cảm
• di / dt = Tốc độ thay đổi dòng điện tức thời trong A / s

Bây giờ trong trường hợp này, điện áp không đổi tức là DC, Bây giờ dòng điện [i] sẽ nhanh chóng tăng cho đến khi lõi sắt của máy biến áp bão hòa.

Ở giai đoạn này, dòng điện [i] sẽ tăng đến mức nguy hiểm và ngừng thay đổi.Khi không có sự thay đổi dòng điện [i], điện áp cảm ứng trong cuộn sơ cấp sẽ bằng 0 di / dt = 0 dẫn đến ngắn mạch cuộn dây máy biến áp với nguồn một chiều.

Khi dòng điện vượt quá mức an toàn, tổn thất điện năng cao sẽ xảy ra nhưP = I2R.điều này sẽ làm tăng nhiệt độ đến mức nguy hiểm và có thể xảy ra cháy nổ máy biến áp và dầu máy biến áp cũng có thể bắt lửa.

e = N dΦ / dt

Ở đây

• e = EMF cảm ứng
• N = số lượt
• dΦ = Thay đổi từ thông
• dt = Thay đổi theo thời gian

Trong trường hợp điện áp một chiều vào máy biến áp, sẽ có từ thông không đổi [Φ] cảm ứng trong cuộn sơ cấp do dòng điện không đổi.

Bây giờ EMF cảm ứng trong sơ cấp sẽ bằng không khi [dΦ / dt = 0] tức là e = N dϕ / dt = 0 do từ thông không đổi gây ra bởi dòng điện không đổi.

Chúng ta cũng biết rằng không có tần số trong nguồn điện một chiều và từthông có tỉ lệ nghịch với tần số[Φ = V / f] bão hòa lõi máy biến áp.

Điều đó có nghĩa là, sơ cấp của máy biến áp sẽ tác động một đường dẫn ngắn mạch đến dòng điện một chiều bổ sung có thể làm nổ máy biến áp . Đó là lý do chính xác màchúng ta không nên kết nối máy biến áp với nguồn DC thay vì AC.

Trong điều kiện nào thì nguồn điện một chiều được dùng cho cuộn sơ cấp của máy biến áp?

Trong hầu hết các trường hợp, đây là mộtdạng câu hỏi kỹ thuật điện và điện tử, vì vậy chúng ta hãy xem cách kết nối máy biến áp với nguồn điện một chiều.

Xung DC trong máy biến áp

Trong phương pháp này, một dòng điện một chiều dao động [chứa các gợn sóng và không phải là dạng thuần túy của dòng điện trạng thái ổn định] vào phía sơ cấp của máy biến áp.Trong trường hợp này, chu kỳ âm đặt lại từ thông và tích phân thời gian của điện áp bằng 0 trong một chu kỳ hoàn chỉnh, điều này một lần nữa giúp đặt lại từ thông trong cuộn dây.Khái niệm này được sử dụng trong SMPS [Nguồn cung cấp chế độ chuyển mạch.

Điện trở cao trong máy biến áp khi nối cuộn sơ cấp của biến áp với nguồn điện một chiều thì

Như chúng ta biết rằng máy biến áp chỉ hoạt động trên điện xoay chiều.trong trường hợp nguồn điện một chiều, cuộn sơ cấp của máy biến áp có thể bắt đầu bốc khói và cháy.Nhưng có một cách mà chúng ta có thể vận hành Máy biến áp trên DC [mặc dù mạch vô dụng khi không có đầu ra] bằng cách thêm mộtđiện trở cógiá trị caomắc nốitiếp với cuộn sơ cấp của máy biến áp.

Khi cuộn dây sơ cấp của máy biến áp được nối với nguồn điện một chiều.điện trở cao được mắc nối tiếp với cuộn sơ cấp.Điện trở nối tiếp này giới hạn dòng điện sơ cấp ở một giá trị DC an toàn và do đó ngăn cuộn sơ cấp bị cháy.

Xin lưu ý rằng không kết nối máy biến áp với nguồn DC không có điện trở cao mắc nối tiếp với sơ cấp.Bởi vì không có tần số trong DC và trở kháng [Z] củacuộn cảmbằng không.Nếu bạn đặt Z = 0 trong I = V / Z, Dòng điện sẽ quá cao, tức là cuộn cảm hoạt động như một đoạn ngắn mạch đối với điện áp DC và dòng điện.