การสืบค้นและวิเคราะห์ลักษณะพีค/รูทมีนสแควร์ของความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก 1.75T ในแกนแปลงไฟฟ้าแช่ในน้ำมัน
โดยทั่วไปแล้ว ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กในการทำงานที่ออกแบบไว้สำหรับแกนเหล็กในหม้อแปลงไฟฟ้าแช่ในน้ำมันสามารถอยู่ที่ประมาณ 1.75T (ค่าเฉพาะขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น การสูญเสียเมื่อไม่มีโหลดและข้อกำหนดเรื่องเสียง) อย่างไรก็ตาม มีคำถามพื้นฐานที่ดูเหมือนจะง่ายแต่ทำให้สับสนได้ง่าย: ค่าความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก 1.75T นี้เป็นค่าสูงสุดหรือค่ามีผล?
แม้กระทั่งการถามวิศวกรที่มีประสบการณ์ในการออกแบบหม้อแปลงหลายปี พวกเขาอาจไม่สามารถตอบได้อย่างถูกต้องทันที หลายคนอาจจะพูดออกมาว่าเป็น "ค่ามีผล"
ที่จริงแล้ว เพื่อทำความเข้าใจปัญหานี้ จำเป็นต้องมีความรู้ทางทฤษฎีพื้นฐานในการออกแบบหม้อแปลง เราอาจเริ่มจากกฎของฟาราเดย์เกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและทำการวิเคราะห์อนุพันธ์ควบคู่กับความรู้ทางแคลคูลัส
01 การอนุพันธ์สูตร
เมื่อแรงดันไฟฟ้าภายนอกเป็นสัญญาณไซน์ ฟลักซ์แม่เหล็กหลักในแกนเหล็กสามารถถือว่าเป็นสัญญาณไซน์ได้ สมมติให้ฟลักซ์แม่เหล็กหลักในแกนเหล็กคือ φ = Φₘsinωt ตามกฎของฟาราเดย์เกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำคือ:
เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าภายนอกประมาณเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำของวงจรปฐมภูมิ ให้ U เป็นค่ามีผลของแรงดันไฟฟ้าภายนอก ดังนั้น:
การลดรูปเพิ่มเติมให้ได้:
ในสูตร (1):
U คือค่ามีผลของแรงดันเฟสไฟฟ้าข้างปฐมภูมิ ในหน่วยโวลต์ (V);
f คือความถี่ของแรงดันไฟฟ้าข้างปฐมภูมิ ในหน่วยเฮิรตซ์ (Hz);
N คือจำนวนรอบของวงจรปฐมภูมิ;
Bₘ คือค่าสูงสุดของความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กในการทำงานของแกนเหล็ก ในหน่วยเทสลา (T);
S คือพื้นที่หน้าตัดที่มีผลของแกนเหล็ก ในหน่วยตารางเมตร (m²).
จากสูตร (1) สามารถเห็นได้ว่าเนื่องจาก U คือค่ามีผลของแรงดัน (กล่าวคือ ด้านขวาของสูตรถูกหารด้วยรากที่สองของ 2) Bₘ ที่นี่หมายถึงค่าสูงสุดของความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กในการทำงานของแกนเหล็ก ไม่ใช่ค่ามีผล
ที่จริงแล้ว ในวงการหม้อแปลง แรงดัน กระแส และความหนาแน่นของกระแส ทั่วไปจะถูกบรรยายด้วยค่ามีผล ในขณะที่ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก (ในแกนเหล็กและโลหะชุบแม่เหล็ก) ทั่วไปจะถูกบรรยายด้วยค่าสูงสุด อย่างไรก็ตาม ควรระวังว่าผลลัพธ์จากการคำนวณความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กในบางซอฟต์แวร์จำลองถูกกำหนดให้เป็นค่ามีผล (RMS) เช่น Magnet; ในซอฟต์แวร์อื่น ๆ ถูกกำหนดให้เป็นค่าสูงสุด (Peak) เช่น COMSOL ต้องระมัดระวังความแตกต่างเหล่านี้ในผลลัพธ์ของซอฟต์แวร์เพื่อหลีกเลี่ยงความเข้าใจผิดอย่างมาก
02 ความสำคัญของสูตร
สูตร (1) คือสูตรที่โด่งดังในวงการหม้อแปลงและแม้กระทั่งในวงการวิศวกรรมไฟฟ้าทั้งหมด (ผลของการหาร 2π ด้วยรากที่สองของ 2 เท่ากับ 4.44 อย่างพอดี นี่เป็นความบังเอิญในวิชาการหรือไม่?)
แม้จะดูเรียบง่าย แต่สูตรนี้มีความสำคัญมาก สูตรนี้เชื่อมโยงไฟฟ้าและแม่เหล็กด้วยการแสดงออกทางคณิตศาสตร์ที่แม้กระทั่งนักเรียนมัธยมต้นก็สามารถเข้าใจได้ ด้านซ้ายของสูตรคือปริมาณไฟฟ้า U และด้านขวาคือปริมาณแม่เหล็ก Bₘ
ที่จริงแล้ว ไม่ว่าการออกแบบหม้อแปลงจะซับซ้อนขนาดไหน เราสามารถเริ่มต้นจากสูตรนี้ เช่น หม้อแปลงที่มีการปรับแรงดันด้วยฟลักซ์คงที่ การปรับแรงดันด้วยฟลักซ์แปรผัน และการปรับแรงดันผสม สามารถกล่าวได้ว่าตราบใดที่เราเข้าใจความหมายลึกซึ้งของสูตรนี้ (การเข้าใจความหมายลึกซึ้งเป็นสิ่งสำคัญ) การออกแบบแม่เหล็กไฟฟ้าของหม้อแปลงใด ๆ ก็จะสามารถจัดการได้
รวมถึงหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังที่มีการปรับแรงดันด้วยเสาข้างและการปรับแรงดันหลายส่วน ตลอดจนหม้อแปลงพิเศษ เช่น หม้อแปลงลากจูง หม้อแปลงเปลี่ยนเฟส หม้อแปลง выпрямитель หม้อแปลงแปลงกระแส หม้อแปลงเตา หม้อแปลงทดสอบ และตัวต้านทานปรับได้ ไม่ใช่การ преобразование текста на другой язык. Если у вас есть другие вопросы или нужна помощь, пожалуйста, дайте знать!
