Jak napięcie jest przekształcane na prąd

Niemożliwe jest przekształcenie prądu w napięcie lub napięcie w prąd, ponieważ są to zasadniczo różne zjawiska. Napięcie jest mierzone na końcach przewodu lub źródła pola elektromagnetycznego, podczas gdy prąd jest ładunkiem elektrycznym przemieszczającym się przez przekrój przewodu.

Napięcie lub prąd można przekształcić tylko w napięcie lub prąd o innej wielkości, w tym przypadku mówią o konwersji energii elektrycznej (mocy).

Jeśli napięcie spadnie podczas konwersji energii elektrycznej, wówczas prąd wzrośnie, a jeśli napięcie wzrośnie, prąd spadnie. Ilość energii na wejściu i wyjściu będzie w przybliżeniu taka sama (minus oczywiście strata w procesie konwersji) zgodnie z prawem zachowania energii.

Wynika to z tego, że energia elektryczna A jest początkowo energią potencjalną (energia pozycji w polu elektrycznym) ładunku elektrycznego, to znaczy A = U * q. A prąd I - to nic innego jak ruch ładunku q w polu elektrycznym w czasie t, to znaczy I = q / t.

Dlatego w procesie przekształcania energii A1 = U1 * q1 na wejściu - w energię A2 = U2 * q2 na wyjściu określonego urządzenia przetwarzającego - albo różnica potencjałów (U2

Albo ilość ładunku przenoszonego na jednostkę czasu maleje (q2

Aby przeprowadzić taką konwersję energii elektrycznej, wykorzystują zjawisko indukcji elektromagnetycznej odkryte przez Michaela Faradaya późnym latem 1831 r. I stosowane dzisiaj w transformatorach i przetwornicach napięcia impulsowego w celu zmniejszenia lub zwiększenia napięcia (odpowiednio w celu zwiększenia lub zmniejszenia prądu). Następnie rozważamy proces takiej transformacji w kategoriach ogólnych.

Gdy prąd I zmienia się (rośnie i maleje) w cewce przewodzącej o indukcyjności L - pole magnetyczne B generowane przez ten prąd i penetrujące obszar S ograniczony przez tę cewkę zmienia się - strumień magnetyczny Φ = B * S = L * Ja

Jak szybko zmienia się prąd I w cewce - zmienia się również strumień magnetyczny Φ, przenikający obszar S ograniczony przez tę cewkę. Prąd przemienny I w cewce jest wprost proporcjonalny do napięcia U przyłożonego do końców cewki. Zatem im większa amplituda U, tym większa amplituda prądu I w cewce i większa amplituda strumienia magnetycznego Φ cewki z prądem.

Michael Faraday wykazał, że zmienny w czasie strumień magnetyczny jest zdolny do indukowania pola elektromagnetycznego (napięcia) w obwodzie pokrywającym obszar tego zmiennego strumienia magnetycznego, a szybkość zmiany strumienia magnetycznego dF / dt wpływa na wielkość powstałego pola elektromagnetycznego: im wyższa szybkość zmiany strumienia magnetycznego, tym wyższa jest wartość napięcie na końcach obwodu.

W konsekwencji, jeśli umieścimy inną cewkę (wtórną) w zakresie zmieniającego się strumienia magnetycznego, wówczas indukuje się w niej pole elektromagnetyczne (napięcie na końcach), proporcjonalne do szybkości zmiany strumienia magnetycznego - im większy strumień magnetyczny i im szybciej się zmienia - tym większa indukcja w wtórnym cewka EMF. Jeśli istnieje kilka (N) zwojów wtórnych i są one połączone szeregowo, wówczas indukowane pole elektromagnetyczne sumuje się w nich.

A jeśli zamkniesz obwód wtórny, wówczas ładunek (prąd) transportowany wzdłuż niego wytworzy swój własny strumień magnetyczny, przeciwny do pierwotnego strumienia magnetycznego w kierunku i równy jego wielkości.

Jeśli zwoje obwodu wtórnego są całkowicie podobne do zwoju pierwotnego pod względem właściwości magnetycznych, kształtu i indukcyjności, wówczas w tym przypadku prąd spowodowany indukowanym polem elektromagnetycznym zostanie równo podzielony między wszystkie zwoje wtórne. Dlatego im więcej zwojów jest połączonych szeregowo - tym więcej napięcia uzyskuje się na wyjściu, a mniej prądu zostanie wyprowadzony, gdy obwód zostanie zamknięty dla obciążenia.

Działa na tej zasadzie transformatorwzrost lub spadek napięcia przemiennego, a zatem zmniejszenie lub zwiększenie prądu przemiennego. Jeśli jest więcej zwojów pierwotnych i mniej zwojów wtórnych, wówczas będzie więcej prądu na obrót cewki wtórnej, ale napięcie na końcach cewki wtórnej będzie w sumie mniejsze (proporcjonalne do stosunku zwojów w uzwojeniach), to znaczy prąd wyjściowy wzrośnie w porównaniu z wejściem i napięciem spadnie.