• В автомобилях, оборудованных магнитными тормозными системами, колеса изготовлены из материала с высокой электропроводностью.
• При выключенном тормозе : электромагниты возле прялки выключены – не применяются законы Фарадея и Ленца
• Когда тормоз на : электромагниты включены для создания внешнего магнитного поля
  • Как следствие этого вновь генерируемого поля, вращательное движение колеса создает шанс возникновения магнитного потока, когда оно пересекает линии магнитного потока электромагнита.
  • Закон Фарадея : вихревые токи индуцируются в колесе из-за его движения относительно магнитного поля
  • Закон Ленца : вихревые токи формируются в таком направлении, что результирующая сила противодействует изменению потока. Сила противодействует движению колеса, что, в свою очередь, заставляет транспортное средство замедляться.

• Преимущества магнитного торможения
  • Отсутствие трения при торможении, поэтому техническое обслуживание требуется реже или не требуется
  • Величина силы сопротивления пропорциональна наведенному току, который зависит от изменения потока, испытываемого колесом. Это означает, что чем выше скорость, с которой транспортное средство ранее выезжало, тем больше сила сопротивления.
    • Транспортные средства на очень высоких скоростях могут быть остановлены более эффективно по сравнению с использованием обычных фрикционных тормозов.
  • Преобразование энергии : механическая энергия в электрическую энергию в тепловую энергию (пренебрежительно мало)

• Индукционные варочные панели используют переменный ток для питания электромагнитов, расположенных под плитой.
• Электромагниты генерируют магнитное поле, которое периодически меняет ориентацию
• Посуда, изготовленная из подходящего проводящего материала, при приближении к электромагнитам испытывает изменение магнитного потока
• Закон Фарадея: вихревых токов индуцируются в кастрюле
• Закон Ленца : применяется вместе с законом Фарадея, но не учитывается в данном случае, поскольку для индукционной плиты требуется только тепло
• Преимущества индукционной плиты
  • Гораздо эффективнее обычных газовых плит. В обычных печах тепловая энергия, вырабатываемая пламенем, частично теряется при передаче ее на кухонную посуду. Эта проблема значительно сведена к минимуму в индукционной плите
  • «Безопасный» — поскольку вихревые токи могут возникать только в токопроводящих материалах, случайный контакт с поверхностью печи не приведет к таким серьезным последствиям, как в случае возгорания. После использования печь все еще содержит остаточное тепло, но часто это не опасно при контакте
  .
• Недостаток: можно использовать только посуду из определенных видов токопроводящего материала.
• Преобразование энергии: электрическая в тепловую (тепловую)
  • технология не на 100% эффективна, тепло будет частично теряться при передаче.

Практический вопрос 1

(a) Все трансформаторы, работающие по принципу электромагнитной индукции Фарадея, имеют КПД менее 100 %. Объясните, почему это так. (4 балла)

(b) Объясните одну стратегию, которая используется для преодоления проблем, описанных вами в (a). (2 балла)  

Практический вопрос 2

Первичная обмотка трансформатора имеет 4800 витков и питается от сети 240 В переменного тока. Вторичная цепь приводит в действие небольшой электродвигатель с сопротивлением 192 Ом, потребляющий 0,5 А.

(a) Рассчитайте, сколько витков должно быть во вторичной обмотке.

(b) Ток, протекающий в первичной цепи, равен 0,21 А. Рассчитайте КПД трансформатора.

Предыдущий раздел:  Применение эффекта двигателя: двигатель постоянного тока

Следующий раздел:  Генераторы

Используйте стрелки влево/вправо для навигации по слайд-шоу или проведите пальцем влево/вправо, если вы используете мобильное устройство

Как попасть внутрь скромного трансформера

Трансформеры являются основным компонентом почти каждой панели. Хотя это довольно простое устройство, вы, вероятно, не знаете, как оно работает и как выбирать поставщика.

Панели управления бывают разных размеров и форм и оснащены различными компонентами. Один компонент, который вы найдете почти в каждой панели, — это скромный трансформатор. «Скромные», потому что они не особенно привлекательны по сравнению с другими высокотехнологичными панельными устройствами, но они выполняют несколько важных функций, одна из которых может удивить сборщиков панелей.

Всем известно, что трансформаторы могут повышать или понижать напряжение. Большинство людей понимают, что они делают это посредством индукции. В большинстве трансформаторов переменное напряжение подается на первичную (входную) катушку или обмотку, которая намотана на металлический сердечник. Когда напряжение колеблется, оно создает магнитное поле вокруг сердечника. Это поле индуцирует ток в отдельной, вторичной (выходной) обмотке сердечника.

Вторичное напряжение зависит от соотношения витков: количества витков на первичной обмотке по сравнению со вторичной. Трансформатор с 400 витками на первичной обмотке и 100 витками на вторичной обмотке будет иметь коэффициент трансформации 0,25 витка. Подача 100 вольт на первичную обмотку вызовет 25 вольт на вторичной.

Прежде чем исследовать роль трансформаторов и рассмотреть некоторые моменты, которые следует учитывать при выборе подходящих трансформаторов для ваших панелей, давайте кратко рассмотрим историю этого важного электрического устройства.

Самые ранние трансформаторы
Первым широко используемым трансформатором была индукционная катушка, разработанная в середине 1800-х годов как способ получения более высокого напряжения от батарей. Поскольку батареи производят постоянный ток, требовалось дополнительное устройство для создания переменного тока, необходимого для индукции. Это устройство представляло собой набор вибрирующих электрических контактов, называемых прерывателями, которые быстро включали и выключали ток.

Трансформаторы были ключевым игроком в «Войне токов» между Edison (DC) и Westinghouse/Tesla (AC). Поскольку напряжение переменного тока не требует прерывателя и было гораздо более эффективным, чем индукционная катушка на основе постоянного тока, трансформаторы переменного тока стали краеугольным камнем сети систем распределения электроэнергии, которая начала процветать в конце 1800-х годов. Трансформаторы Теслы 1883 года позволили генерировать электроэнергию при низком напряжении, преобразовывать ее в более высокое напряжение, чтобы уменьшить потери при передаче на большие расстояния, а затем понизить ее до более низкого уровня для конечных пользователей. Этот технологический прорыв помог Тесле и Вестингаузу получить права на зажигание 1893 Всемирная выставка в Чикаго. Остальное, как говорится, уже история.

С тех пор трансформаторы продолжали развиваться и расширяться по размеру, форме и конфигурации. Существуют гиганты, такие как массивный распределительный трансформатор на 1100 кВ — достаточно большой, чтобы служить автобусным гаражом — от
до самого маленького, найденный в электронных устройствах и имеющий площадь около 0,012 дюйма.

Обеспечение питания панели
Трансформаторы, используемые в панелях управления, относятся к малым размерам диапазона и почти всегда используются для понижения мощности с 480 В или 240 В до 120 В или 24 В. Причиной этого отказа является основная цель трансформаторов, используемых в промышленности: безопасность. Люди, работающие с более низким напряжением, гораздо реже получают травмы или погибают в результате инцидентов, связанных с питанием, чем если бы они работали с более высоким напряжением источника.

Более низкие напряжения также снижают вероятность повреждения нижестоящих, защищенных устройств и систем, предотвращая возникновение дугового напряжения. Многие устройства, в том числе насосы и двигатели, при запуске потребляют большую силу тока, часто в 10 раз превышающую нормальную рабочую силу тока. Трансформаторы создают стабильное вторичное напряжение в течение этих коротких (5-50 миллисекунд) периодов пусковой перегрузки, помогая предотвратить повреждение или неправильную работу оборудования.

Понижение ступенчатого напряжения позволяет использовать более мелкие и недорогие компоненты после трансформатора. Кроме того, это позволяет источникам питания работать с меньшей вероятностью короткого замыкания.

Выбор панельных трансформаторов начинается с простого расчета:

1. Определите напряжение питания (входную мощность), частоту сети и напряжение нагрузки устройств после трансформатора – например,
   480 В при 60 Гц.
2. Рассчитайте общее количество вольт-ампер (ВА) путем сложения ВА, потребляемых при нормальной работе всеми компонентами (включая световые индикаторы и таймеры), которые будут находиться под напряжением одновременно. Эту информацию могут предоставить производители устройств.
3. Полученные от производителей устройства, добавьте пусковой ток ВА этих компонентов и прибавьте его к ВА, рассчитанному на шаге 2.

Расчетный бросок тока включает хороший коэффициент безопасности для выбранного трансформатора. Имея суммарный пусковой и установившийся объем ВА, используйте руководства и данные производителей управляющих силовых трансформаторов, чтобы определить подходящую мощность ВА для вашего приложения.

Помимо этих основных параметров трансформатора, существует множество факторов или характеристик, которые могут учитывать сборщики щитов, такие как размер, вес, тепловыделение, способ монтажа и т. д. Также есть некоторые возможности учитывать личные предпочтения, например, клеммные блоки или конфигурации выводов.

Инструменты выбора и конфигураторы доступны для помощи покупателям трансформаторов, например инструмент выбора трансформаторов ABB.

Минимальная дифференциация продуктов
Хотя характеристики и функции многих компонентов панели сильно различаются от производителя к производителю, это в значительной степени не относится к трансформаторам. Как только производитель панелей получит основные характеристики, он может просто обратиться к своему дистрибьютору или на онлайн-рынок, чтобы найти нужный трансформатор по лучшей цене.

Трансформаторная промышленность очень разнообразна, поставщиками являются OEM-компоненты крупных производителей, продукты с измененной маркировкой и переработанные подделки. Хотя, безусловно, есть некоторая разница в качестве, она не критична. Вот почему покупатели трансформаторов обычно полагаются на предпочтения бренда или отношения с дистрибьюторами при принятии решения о покупке трансформатора.

Отличительной чертой является доступность
Практически в каждой панели управления имеется силовой трансформатор. Выбор и покупка подходящего трансформатора — это относительно простой и понятный процесс, который сводится к нескольким спецификациям применения в сочетании с личными предпочтениями в отношении некоторых функций.

Одним из факторов, который часто отличает поставщиков трансформаторов, является доступность продукции.