Warum kann ein Transformator nicht mit Gleichstrom betrieben werden?

Was passiert, wenn die Primärseite eines Transformators an die Gleichstromversorgung angeschlossen wird?

Ein Transformator ist ein Gerät, das den Pegel des Wechselstroms oder der Wechselspannung herauf- oder heruntertransformiert, ohne die Primärfrequenz (d. h. die Frequenz der Eingangsquelle) zu ändern.

Transformator funktioniert nur mit Wechselstrom und kann nicht mit Gleichstrom betrieben werden, d. h. er wurde entwickelt, um nur und nur mit Wechselstrom und -spannung betrieben zu werden. Um zu wissen, was passiert, wenn wir eine Gleichstromquelle an die Primärseite eines Transformators anschließen, sehen Sie sich die folgenden Beispiele an, in denen wir einen Transformator zuerst an Wechselstrom und dann an Gleichstrom anschließen.

Transformator an die Wechselstromversorgung angeschlossen

Angenommen, wir schließen einen Transformator mit den folgenden Daten an die Wechselstromversorgung an.

• Primärspannung =  V₁ =230 V
• Widerstand =R₁ =10 Ω
• Induktivität =L =0,4 H
• Quellfrequenz =50 Hz

Mal sehen, wie viel Strom bei Wechselstrom durch die Primärwicklung eines Transformators fließt.

Wir wissen, dass Widerstand in AC =Impedanz

ist

Impedanz =Z = V / I in Ω

Wobei Z =√ (R ² + X_L ) ² bei induktiver Schaltung.

X_L  =2πf L

X_L  =2 x 3,1415 x 50 Hz x 0,4 H

X_L  =125,67 Ω

Jetzt für die Impedanz

Z =√ (R ² + X_L ) ²

Werte setzen

Z =√ (10 ² Ω + 125,67 ² Ω)

Z =126,1 Ω

Jetzt aktuell in der Primärseite

I =V / Z

I =230 V / 126,1 Ω =1,82 A

Der Primärstrom bei AC =1,82A

Transformator an die Gleichstromversorgung angeschlossen

Schließen Sie nun denselben Transformator an die Gleichspannung an und sehen Sie, was passiert.

Wir wissen, dass es im Gleichstrom keine Frequenz gibt, d. h. f =0. Daher ist die induktive Reaktanz X_L  wäre Null, wenn wir f setzen =0 im X_L  =2πf L.

Also Strom in der Primärwicklung eines Transformators im Falle einer Gleichstromquelle.

I =V / R

I =230V / 10Ω

I =23A.

Der Primärstrom bei DC =23A

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Die obige Berechnung zeigt, dass im Falle einer Gleichstromversorgung ein übermäßiger Strom in der Primärwicklung eines Transformators fließt, der die Primärspulen des Transformators durchbrennt. Dies ist nicht der einzige Grund, da der Strom Gleichstrom sein wird. Sehen wir uns nun an, was im Falle eines stationären Stroms im Transformator passiert.

Wenn die Primärwicklung eines Transformators an die Gleichstromversorgung angeschlossen ist, zieht die Primärwicklung einen konstanten Strom und erzeugt daher einen konstanten Fluss. Folglich wird keine Gegen-EMK erzeugt. Die Primärwicklung zieht aufgrund des niedrigen Widerstands der Primärwicklung übermäßigen Strom, da wir wissen, dass die induktive Reaktanz (X_L ) ist aufgrund der induktiven Reaktanzformel (X_L =2πf L) wobei die Frequenz der Gleichstromquelle Null ist. Das Ergebnis ist, dass die Primärwicklung überhitzt und durchbrennt oder die Sicherung und der Leistungsschalter durchbrennen. Es muss darauf geachtet werden, die Primärwicklung eines Transformators nicht über die DC-Versorgung anzuschließen.

Warum kann ein Transformator nicht mit Gleichstrom statt mit Wechselstrom betrieben werden?

Wenn wir die Gleichspannung oder den Gleichstrom an die Primärwicklung eines Transformators anlegen, sind die folgenden Ergebnisse

Das wissen wir 

v =L (di/dt)

Wo:

• v =Momentanspannung über den Primärspulen
• L =Induktivität des Induktors
• di/dt =Momentane Rate der Stromänderung in A/s

Nun ist in diesem Fall die Spannung konstant, d. h. DC, jetzt steigt der Strom (i) schnell an, bis der Eisenkern des Transformators gesättigt ist.

In diesem Stadium wird der Strom (i) auf das gefährliche Niveau ansteigen und sich nicht mehr ändern. Wenn sich der Strom (i) nicht ändert, ist die induzierte Spannung in der Primärwicklung Null, da di/dt =0, was zu einem Kurzschluss der Transformatorwicklung mit der entsetzten Gleichstromquelle führt.

Wenn der Strom das sichere Niveau überschreitet, tritt ein hoher Leistungsverlust auf als P =I ² R . Dadurch steigt die Temperatur auf ein gefährliches Niveau und es besteht die Gefahr einer Explosion des Transformators, und Transformatoröl kann ebenfalls Feuer fangen.

Oder sehen wir uns das Zweite Faradaysche Gesetz an

e =N dΦ / dt

Wo

• e =Induzierte EMF
• N =die Anzahl der Umdrehungen
• dΦ =Flussänderung
• dt =Zeitänderung

Bei Gleichspannung am Transformator würde aufgrund des konstanten Stroms ein konstanter Fluss (Φ) in der Primärwicklung induziert.

Jetzt ist die induzierte EMF in der Primärwicklung Null als (dΦ/dt =0), d.h. e =N dϕ/dt =0 aufgrund des konstanten Flusses, der durch konstanten Strom induziert wird.

Wir wissen auch, dass es bei der Gleichstromversorgung keine Frequenz gibt und der Fluss umgekehrt proportional zur Frequenz ist (Φ =V / f ), die den Transformatorkern sättigt.

Dies bedeutet, dass die Primärwicklung des Transformators einen Kurzschlusspfad für den zusätzlichen Gleichstrom darstellt, der den gesamten Transformator durchbrennen kann. Das ist genau der Grund, warum wir keinen Transformator an die DC-Versorgung anstelle von AC anschließen sollten .

Unter welchen Bedingungen wird die Gleichstromversorgung sicher an die Primärseite eines Transformators angelegt?

In den meisten Fällen handelt es sich hierbei um eine Frage für Elektro- und Elektronikingenieure, also sehen wir uns an, wie man einen Transformator an die Gleichstromversorgung anschließt.

Es gibt zwei Bedingungen, unter denen wir einen Transformator an den DC anschließen können.

• Pulsierender Gleichstrom als Eingang
• Hoher Widerstand in Reihe mit Primärwicklung

Pulsierender Gleichstrom im Transformator

Bei dieser Methode wird ein pulsierender Gleichstrom (der Welligkeiten und keine reine Form von Dauerstrom enthält) an die Primärseite eines Transformators angelegt. In diesem Fall setzt der negative Zyklus den Fluss zurück und das Zeitintegral der Spannung ist in einem vollständigen Zyklus Null, was wiederum dazu beiträgt, den Fluss in der Wicklung zurückzusetzen. Dieses Konzept wird in SMPS (Switched-Mode Power Supply.

) verwendet

Hochwiderstand in Reihe mit Transformator

Wie wir wissen, funktioniert ein Transformator nur mit Wechselstrom. Bei DC-Versorgung kann die Primärwicklung eines Transformators anfangen zu rauchen und zu brennen. Aber es gibt eine Möglichkeit, einen Transformator mit Gleichstrom zu betreiben (obwohl die Schaltung ohne Ausgang nutzlos ist), indem wir einen hochohmigen Widerstand in Reihe mit der Primärseite des Transformators schalten.

Wenn die Primärwicklung eines Transformators an eine Gleichstromversorgung angeschlossen werden soll. ein hoher Widerstand ist mit der Primärwicklung in Reihe geschaltet. Dieser Serienwiderstand begrenzt den Primärstrom auf einen sicheren DC-Wert und verhindert so ein Durchbrennen der Primärseite.

Bitte beachten Sie, dass Sie keinen Transformator ohne hohen Widerstand in Reihe mit der Primärwicklung an die Gleichstromversorgung anschließen. Weil es im Gleichstrom keine Frequenz gibt und die Impedanz (Z) der Induktivität Null ist. Wenn Sie Z =0 in I =V/Z eingeben, ist der Strom zu hoch, d. H. Die Induktivität wirkt als Kurzschluss zur Gleichspannung und zu den Strömen.