איבוד אנרגיה בטרנספורמרים

הפסדים במשדר

כשמדובר במשדר חשמלי שהוא מכשיר סטטי, בדרך כלל אין פסדי מכאניקה. אנו מתייחסים רק לפסדי חשמל במשדר.

הפסד בכל מכונה מוגדר באופן כללי כהבדל בין כוח הכניסה וכוח היציאה. כאשר כוח הכניסה מסופק לחלק הראשי של המשדר, חלק מהכוח הזה משמש לפיצוי על פסדי הליבה במשדר, כלומר פסדי היסטרזיס במשדר ופסדי זרם עקיפה בליבה, וחלק מהכוח נאבד כ-I2R ונפוץ כחום בחלקים הראשיים והמשניים של המשדר, מאחר שיש להם התנגדות פנימית בהם.

הראשון נקרא פסדי ליבה או פסדי ברזל במשדר והשני ידוע כפסדי אוהמיים או פסדי נחושת במשדר. פסידים נוספים מתרחשים במשדר, המכונים פסדי פליטה, עקב פליטות מגנטיות שמקושרות לעצם המכני והנושאים החשמליים.

פסדי נחושת במשדר

פסדי הנחושת הם I²I2R, עם I12R1 בצד הראשי ו-I22R2 בצד המשני. כאן, I1 ו-I2 הם הזרמים הראשיים והמשניים, ו-R1 ו-R2 הם ההתנגדויות של הנושאים. מאחר שהזרמים תלויים בעומס, פסדי הנחושת במשדר משתנים בהתאם לעומס.

פסדי ליבה במשדר

פסדי ההיסטרזיס ופסדי הזרם העקיפה, שניהם תלויים בתכונות המגנטיות של החומרים המשמשים לבניית הליבה של המשדר ובעיצובו. לכן, פסדים אלה במשדר קבועים ולא תלויים בזרם העומס. לפיכך, פסדי הליבה במשדר, המכונים גם פסדי ברזל במשדר, יכולים להיחשב קבועים לכל טווח עומסים.

פסדי ההיסטרזיס במשדר מסומנים כ,

פסדי הזרם העקיפה במשדר מסומנים כ,

Kh = קבוע ההיסטרזיס.

Ke = קבוע הזרם העקיפה.

Kf = קבוע הצורה.

פסדי הנחושת יכולים להיות מסומנים פשוט כ,

IL2R2′ + פסדי פליטה

כאשר, IL = I2 = עומס המשדר, ו-R2′ היא ההתנגדות של המשדר הפנויה לצד המשני.

עכשיו נדון בהיסטרזיס ולזרם העקיפה מעט יותר לפרטים כדי להבין טוב יותר את הנושא של הפסדים במשדרים.

פסדי היסטרזיס במשדר

פסדי ההיסטרזיס במשדרים ניתן להסביר בשני דרכים: פיזיקלית ומתמטית.

הסבר פיזיקלי של פסדי ההיסטרזיס

הליבה המגנטית של המשדר מיוצרת מפלדה סיליקונית מכווצת קרה. פלדה היא חומר פרומגנטי מאוד טוב. סוגי חומרים כאלה רגישים מאוד למגנטיזציה. זה אומר, כל פעם שמגנטוס שדה יעבור דרכם, הם ינהגו כמו מגנט. חומרים פרומגנטיים יש להם מספר תחומים מבניים.

תחומים הם אזורים קטנים מאוד במבנה החומר, שבו כל הדיפולים מקבילים לכיוון אותו. במילים אחרות, התחומים הם כמו מגנטים קטנים קבועים שנסודרים באופן רנדומלי בתוך המבנה של החומר.

התחומים מסודרים בתוך המבנה החומרי באופן רנדומלי עד כדי כך שהשדה המגנטי הנטו של החומר הוא אפס. כאשר שדה מגנטי חיצוני (mmf) מופעל, התחומים המכוונים באופן רנדומלי מתאימים לכיוון השדה.

לאחר שהשדה מוסר, רוב התחומים חוזרים למצבים רנדומליים, אבל חלק נשארים מתואמים. בשל התחומים שלא השתנו, החומר נהיה מעט מגנטיזציה קבועה. המגנטיות הזו נקראת "מגנטיות ספונטנית".

כדיutralize את המגנטיות הזו, נדרש להפעיל mmf מנוגד מסוים. הכוח המגנטומוטיבי או mmf המופעל בליבה של המשדר הוא חילופי. עבור כל מחזור עקב ההיפוך הזה של התחומים, יהיה עבודה נוספת שנעשית. בגלל זה, יהיה צריכה של אנרגיה חשמלית המוכרת כפסדי היסטרזיס במשדר.

הסבר מתמטי של פסדי ההיסטרזיס במשדר

קביעת פסדי ההיסטרזיס

שקול טבעת של דגם פרומגנטי בעל היקף L מטר, שטח חתך a מ"ר ו-N סיבובים של חוט מבודד כפי שמוצג בתמונה ליד,

נקבע, הזרם הזורם דרך הסליל הוא I אמפר,

כוח המגנטיזציה,

נניח, הצפיפות המגנטית ברגע זה היא B,

לכן, השטף הכולל דרך הטבעת, Φ = BXa Wb

מאחר והזרם הזורם דרך הסולנון הוא חילופי, השטף המופק בטבעת הברזל הוא גם חילופי בטבע, כך שהמתח המושרה (e′) יבוטא כ,

לפי חוק לנץ, המתח המושרה הזה ינגד את זרימת הזרם, לכן, כדי לשמור על הזרם I בסליל, המקור חייב לספק מתח שווה והופכי. לכן, המתח המופעל,

אנרגיה נצרכת בזמן קצר dt, במהלכה הצפיפות המגנטית השתנתה,

לכן, העבודה הכוללת או האנרגיה שנצרכת במהלך מחזור אחד של מגנטיזציה היא,

עכשיו aL הוא נפח הטבעת ו-H.dB הוא השטח של פס אלמנטרי של עקומת B – H המוצגת בתמונה למעלה,

לכן, האנרגיה שנצרכת במחזור אחד = נפח הטבעת × שטח מעגל ההיסטרזיס.במקרה של משדר, הטבעת הזו יכולה להיחשב כלב המשדר. לכן, העבודה שנעשתה היא לא יותר מאשר האנרגיה החשמלית שאבדה בליבה של המשדר וזה ידוע כפסדי ההיסטרזיס במשדר.

מה הם פסדי הזרם העקיפה?

במשדר, אנחנו מספקים זרם חילופין בצד הראשי, זרם חילופין זה יוצר שדה מגנטי חילופי בליבה וכאשר השדה המגנטי הזה מתחבר עם הנושא המשני, יהיה מתח מושרה בצד המשני, שיגרום לזרם לזרום דרך העומס המחובר איתו.

חלק מהשדות המגנטיים החלופיים של המשדר עשויים גם לקשור עם חלקים אחרים מוליכים כגון ליבה של פלדה או גוף של ברזל של המשדר וכו'. מאחר והשדות המגנטיים הקשורים עם חלקים אלו של המשדר, יהיה מתח מושרה מקומי.

בשל מתחים אלה, יהיו זרמים שינעו באופן מקומי בחלקים הללו של המשדר. הזרמים המעגליים הללו לא יתרמו לתוצאה של המשדר וינצלו כחום. סוג אובדן האנרגיה הזה נקרא פסדי הזרם העקיפה של המשדר.

זו הייתה הסבר רחב ופשוט של פסדי הזרם העקיפה. ההסבר המפורט של אובדן זה אינו נכלל בהיקף הדיון בפרק זה.