Waarom kan een transformator niet op gelijkstroomvoeding worden gebruikt?

Wat gebeurt er als de primaire van een transformator is aangesloten op de gelijkstroomvoeding?

Een transformator is een apparaat dat het niveau van wisselstroom of -spanning verhoogt of verlaagt zonder de primaire frequentie (d.w.z. de ingangsbron) te wijzigen.

De transformator werkt alleen op wisselstroom en kan niet op gelijkstroom worden gebruikt, d.w.z. hij is ontworpen om alleen en alleen op wisselstroom en -spanning te worden gebruikt. Om te weten wat er zal gebeuren als we een DC-bron aansluiten op de primaire van een transformator, zie de volgende voorbeelden waarin we eerst een transformator op de AC aansluiten en dan op DC.

Transformator aangesloten op de AC-voeding

Stel dat we een transformator op de AC-voeding aansluiten met de volgende gegevens.

• Primaire spanning =  V₁ =230V
• Weerstand =R₁ =10 Ω
• Inductantie =L =0,4 H
• Bronfrequentie =50Hz

Laten we eens kijken hoeveel stroom er door de primaire van een transformator zal vloeien in het geval van wisselstroom.

We weten dat weerstand in AC =Impedantie

Impedantie =Z = V / I in

Waarbij Z =√ (R ² + X_L ) ² in geval van inductief circuit.

X_L  =2πf L

X_L  =2 x 3,1415 x 50 Hz x 0,4 H

X_L  =125,67Ω

Nu voor impedantie

Z =√ (R ² + X_L ) ²

De waarden plaatsen

Z =√ (10 ² Ω + 125.67 ² Ω)

Z =126.1 Ω

Nu actueel in de primaire

I =V / Z

I =230V / 126.1Ω =1.82A

De primaire stroom in het geval van AC =1,82A

Transformer aangesloten op de DC-voeding

Sluit nu dezelfde transformator aan op de gelijkspanning en kijk wat er gebeurt.

We weten dat er geen frequentie is in DC, d.w.z. f =0. Daarom is de inductieve reactantie X_L  zou nul zijn als we f . zetten =0 in de X_L  =2πf L.

Dus stroom in de primaire van een transformator in het geval van een gelijkstroombron.

I =V / R

I =230V / 10Ω

I =23A.

De primaire stroom in het geval van DC =23A

Gerelateerde berichten: 

• Waarom gebruiken elektronische circuits gelijkstroom in plaats van wisselstroom?
• Waarom kunnen we geen wisselstroom opslaan in batterijen in plaats van gelijkstroom?

De bovenstaande berekening laat zien dat er een overmatige stroom zal vloeien in de primaire van een transformator in het geval van DC-voeding, waardoor de primaire spoelen van de transformator zullen verbranden. Dit is niet de enige reden, aangezien de stroom gelijkstroom zal zijn, laten we nu eens kijken wat er gebeurt in het geval van een constante stroom in de transformator.

Als de primaire van een transformator is aangesloten op de DC-voeding, zal de primaire een constante stroom trekken en dus een constante flux produceren. Bijgevolg zal er geen tegen-EMK worden geproduceerd. De primaire wikkeling zal overmatige stroom trekken vanwege de lage weerstand van de primaire omdat we weten dat inductieve reactantie (X_L ) is nul vanwege de inductieve reactantieformule (X_L =2πf L) waarbij de frequentie van de DC-bron nul is. Het resultaat is dus dat de primaire wikkeling oververhit raakt en doorbrandt of dat de zekering en stroomonderbreker doorbranden. Er moet voor worden gezorgd dat de primaire van een transformator niet wordt aangesloten op de DC-voeding.

Waarom kan een transformator niet op gelijkstroom werken in plaats van wisselstroom?

Als we de gelijkspanning of stroom toepassen op de primaire van een transformator, zijn dit de resultaten

We weten dat 

v =L (di/dt)

Waar:

• v =Momentane spanning over de primaire spoelen
• L =Inductantie van de spoel
• di/dt =Onmiddellijke snelheid van stroomverandering in A/s

In dit geval is de spanning constant, d.w.z. DC. Nu zal de stroom (i) snel toenemen totdat de ijzeren kern van de transformator verzadigd is.

In dit stadium zal huidige (i) toenemen tot het gevaarlijke niveau en stoppen met veranderen. Wanneer er geen verandering in stroom (i) is, zal de geïnduceerde spanning in de primaire nul zijn als di/dt =0, wat leidt tot kortsluiting van de transformatorwikkeling met de ontstelde gelijkstroombron.

Als de stroom het veilige niveau overschrijdt, treedt een hoog stroomverlies op als P =I ² R . waardoor de temperatuur tot het gevaarlijke niveau stijgt en er kans is op explosie van de transformator en transformatorolie kan ook vlam vatten.

Of laten we eens kijken naar de tweede wet van Faraday

e =N dΦ / dt

Waar

• e =Geïnduceerde EMF
• N =het aantal beurten
• dΦ =Verandering in flux
• dt =Verandering in tijd

In het geval van gelijkspanning naar de transformator, zou er een constante flux (Φ) geïnduceerd worden in de primaire als gevolg van constante stroom.

Nu zal de geïnduceerde EMF in de primaire nul zijn als (dΦ/dt =0) d.w.z. e =N dϕ/dt =0 als gevolg van constante flux geïnduceerd door constante stroom.

We weten ook dat er geen frequentie is in DC-voeding en dat flux omgekeerd evenredig is aan de frequentie (Φ =V / f ) die de transformatorkern verzadigt.

Het betekent dat de primaire van de transformator een kortsluitingspad zal vormen naar de extra gelijkstroom die de algehele transformator kan doen opblazen. Dat is precies de reden waarom we geen transformator op de DC-voeding moeten aansluiten in plaats van op AC .

Onder welke voorwaarden wordt DC-voeding veilig toegepast op de primaire van een transformator?

In de meeste gevallen is dit een vraag van het type elektrotechniek en elektronica-engineering, dus laten we eens kijken hoe we een transformator aansluiten op de gelijkstroomvoeding.

Er zijn twee voorwaarden waar we een transformator op de DC kunnen aansluiten.

• Pulserende gelijkstroom als ingang
• Hoge weerstand in serie met primaire wikkeling

Pulserende gelijkstroom in transformator

Bij deze methode wordt een pulserende gelijkstroom (die rimpels bevat en geen zuivere vorm van stationaire stroom) naar de primaire zijde van een transformator geleid. In dit geval stelt de negatieve cyclus de flux en de tijdintegraal van de spanning opnieuw in op nul in één volledige cyclus, wat opnieuw helpt om de flux in de wikkeling te resetten. Dit concept wordt gebruikt in SMPS (Switched-Mode Power Supply.

Hoge weerstand in serie met transformator

Zoals we weten werkt een transformator alleen op wisselstroom. in het geval van DC-voeding kan de primaire van een transformator gaan roken en branden. Maar er is een manier waarop we een transformator op gelijkstroom kunnen laten werken (hoewel het circuit nutteloos is zonder output) door een hoogwaardige weerstand toe te voegen in serie met de primaire van de transformator.

Als de primaire wikkeling van een transformator moet worden aangesloten op een gelijkstroomvoeding. een hoge weerstand is in serie geschakeld met de primaire. Deze serieweerstand beperkt de primaire stroom tot een veilige DC-waarde en voorkomt zo dat de primaire stroom doorbrandt.

Houd er rekening mee dat u geen transformator op de gelijkstroomvoeding aansluit zonder hoge weerstand in serie met de primaire. Omdat er geen frequentie is in DC en de impedantie (Z) van de inductor nul is. Als u Z =0 in de I =V/Z plaatst, zal de stroom te hoog zijn, d.w.z. de inductor werkt als een kortsluiting naar de gelijkspanning en stromen.