Hoe spanning wordt omgezet in stroom

Het is onmogelijk om stroom in spanning om te zetten of spanning in stroom, omdat dit fundamenteel verschillende fenomenen zijn. Spanning wordt gemeten aan de uiteinden van een geleider of een EMF-bron, terwijl stroom een ​​elektrische lading is die door een dwarsdoorsnede van een geleider beweegt.

Spanning of stroom kan alleen worden omgezet in spanning of stroom van een andere grootte, in dit geval hebben ze het over de conversie van elektrische energie (power).

Als de spanning tijdens de conversie van elektrische energie afneemt, neemt de stroom toe en als de spanning stijgt, neemt de stroom af. De hoeveelheid energie bij de invoer en uitvoer zal ongeveer hetzelfde zijn (minus, natuurlijk, het verlies in het conversieproces) in overeenstemming met de wet van behoud van energie.

Dit komt omdat de elektrische energie A aanvankelijk de potentiële energie is (positie-energie in een elektrisch veld) van een elektrische lading, dat wil zeggen A = U * q. En de huidige I - is niets meer dan de beweging van de lading q in het elektrische veld in de tijd t, dat wil zeggen I = q / t.

Daarom wordt tijdens het proces van het omzetten van energie A1 = U1 * q1 aan de ingang - in energie A2 = U2 * q2 aan de uitgang van een bepaald omzettingsapparaat - ofwel het potentiaalverschil (U2

Of de hoeveelheid lading die per tijdseenheid wordt overgedragen neemt af (q2

Om een ​​dergelijke conversie van elektrische energie uit te voeren, gebruiken ze het fenomeen van elektromagnetische inductie, ontdekt door Michael Faraday in de late zomer van 1831 en vandaag gebruikt in transformatoren en in pulsspanningsomzetters om de spanning te verlagen of te verhogen (respectievelijk om de stroom te verhogen of te verlagen). Vervolgens beschouwen we het proces van een dergelijke transformatie in algemene termen.

Wanneer de stroom I verandert (toeneemt en afneemt) in een geleidende spoel met inductantie L - verandert het magnetische veld B dat wordt gegenereerd door deze stroom en het gebied S binnendringt dat wordt beperkt door deze spoel - de magnetische flux Φ = B * S = L * I.

Hoe snel de stroom I in de spoel verandert - zo verandert ook de magnetische flux Φ, die het gebied S binnendringt dat wordt beperkt door deze spoel. De wisselstroom I in de spoel is recht evenredig met de spanning U op de uiteinden van de spoel. Dus hoe groter de amplitude U, hoe groter de amplitude van de stroom I in de spoel en hoe groter de amplitude van de magnetische flux Ф van de spoel met de stroom.

Michael Faraday toonde aan dat een in de tijd variërende magnetische flux in staat is om EMF (spanning) te induceren in een circuit dat het gebied van deze variërende magnetische flux bedekt, en de snelheid van verandering van de magnetische flux dF / dt beïnvloedt de grootte van de resulterende EMF: hoe hoger de snelheid van verandering van de magnetische flux, hoe hoger de spanning aan de uiteinden van het circuit.

Dientengevolge, als we een andere spoel (secundair) in het bereik van de veranderende magnetische flux plaatsen, zal er een EMF (spanning aan de uiteinden) in worden geïnduceerd, evenredig met de snelheid van verandering van de magnetische flux - hoe groter de magnetische flux en hoe sneller deze verandert - hoe groter de inductie in de secundaire spoel EMF. Als er meerdere (N) secundaire beurten zijn en deze in serie zijn verbonden, zal de geïnduceerde EMF hierin oplopen.

En als het secundaire circuit gesloten is, dan zal de lading (stroom) die erlangs wordt verplaatst zijn eigen magnetische flux creëren, tegengesteld aan de primaire magnetische flux in richting en even groot in grootte.

Als de windingen van het secundaire circuit volledig vergelijkbaar zijn met de primaire wind in magnetische eigenschappen, vorm en inductie, dan zal in dit geval de stroom die wordt veroorzaakt door de geïnduceerde EMF gelijk worden verdeeld over alle secundaire windingen. Daarom, hoe meer beurten in serie zijn aangesloten - hoe meer spanning wordt verkregen aan de uitgang en hoe minder stroom wordt uitgevoerd wanneer het circuit wordt gesloten voor de belasting.

Het werkt volgens dit principe transformatortoenemende of afnemende wisselspanning en dienovereenkomstig afnemende of toenemende wisselstroom. Als er meer primaire windingen en minder secundaire windingen zijn, zal er meer stroom per draaiing van de secundaire spoel zijn, maar de spanning aan de uiteinden van de secundaire spoel zal in totaal minder zijn (evenredig met de verhouding van windingen in de wikkelingen), dat wil zeggen de uitgangsstroom zal toenemen in vergelijking met de ingang en de spanning zal naar beneden gaan.