Ideális transzformátornál a szekunder és primer feszültség aránya megegyezik a menetszámok arányával: U₂/U₁ = N₂/N₁. Az áramok aránya fordított: I₂/I₁ = N₁/N₂. A feszültség csökkentése így nagyobb szekunder árammal járhat azonos továbbított teljesítmény mellett.
A „nagyobb áram” itt a két oldal terheléshez tartozó áramának összehasonlítása. A menetszámarányból önmagában nem tudod, mennyi áramot vesz fel a csatlakozó fogyasztó. Ehhez a szekunder terhelés ismerete vagy az áram külön megadása szükséges.
Egy négyszeres feszültségcsökkentés számítása
Saját elméleti példánkban a primer menetszám N₁ = 800, a szekunder N₂ = 200. A primer váltakozó feszültség effektív értéke 24 V, a feltételezett szekunder terhelési áram effektív értéke 1,2 A.
A menetszámarány N₂/N₁ = 200/800 = 0,25. A szekunder feszültség U₂ = 24 × 0,25 = 6 V. A primer áram I₁ = I₂ × N₂/N₁ = 1,2 × 0,25 = 0,30 A.
A két oldal feszültség-áram szorzata azonos: 24 × 0,30 = 7,2 VA, illetve 6 × 1,2 = 7,2 VA. Ez közvetlen ellenőrzés arra, hogy az áramáttételt nem fordítva alkalmaztuk. Ha a feszültség és az áram egyaránt négyszeresére nőne, a veszteségmentes modell teljesítményegyenlege sérülne.
Az OpenStax transzformátorokról szóló fejezete a közös változó mágneses fluxusból vezeti le az áttételt és az ideális energiaegyenleget. A képletek következetesen használt effektív értékekre is érvényesek.
A terhelés visszaellenőrzése
Tegyük fel, hogy a példában a szekunder terhelés tisztán ohmos. A terhelési ellenállás R₂ = U₂/I₂ = 6/1,2 = 5 Ω. Ennek a primer oldalról látszó ellenállása R₁ = (N₁/N₂)² × R₂ = 4² × 5 = 80 Ω.
A primer áram ebből 24/80 = 0,30 A, ugyanaz, mint az áramáttétellel. Az ellenállás négyszeres helyett tizenhatszoros arányban jelenik meg a primer oldalon, mert a feszültség és az áram áttétele egyszerre hat a hányadosra.
Ha ugyanezen ideális áttételnél a szekunder áram csak 0,6 A volna, a primer áram 0,15 A-ra változna. Az áttétel nem kényszerít állandó 1,2 A-t a terhelésre. A teljesítményigényt a terhelési állapot határozza meg.
Miért VA az eredmény?
Az effektív feszültség és áram szorzata a látszólagos teljesítmény, mértékegysége VA. Tisztán ohmos váltakozó áramú terhelésnél a teljesítménytényező 1, ezért a példánk 7,2 VA értékéhez 7,2 W hatásos teljesítmény tartozik.
Általános terhelésnél a wattértékhez a teljesítménytényező is kell. A VA-érték önmagában nem mondja meg a hasznos kimenő teljesítményt, és nem bizonyítja egy valós transzformátor megfelelő hőmérsékletét. Az ideális összefüggésben nincs veszteség; a valós berendezés felvett hatásos teljesítménye a leadottnál nagyobb lehet.
Mit számol az eszköz, és mi marad a modellen kívül?
Az ideális transzformátor kalkulátorban a példához 800 és 200 menetet, 24 V primer effektív feszültséget és 1,2 A szekunder effektív áramot adj meg. A bemenetek pozitív menetszámot és következetesen effektív elektromos értékeket feltételeznek.
A modell elhanyagolja a tekercsveszteséget, a szórást, a mágnesező áramot és a telítődést. Üresjárásban emiatt ideálisan nulla primer terhelési áram adódhat; valódi transzformátornál ez nem általános mérési eredmény.
Az áttétel változó fluxusú működéshez tartozik. A képlet nem állandó egyenfeszültség közvetlen transzformálásának szabálya, és nem írja le a kapcsolás pillanatának átmeneteit. A 24 V-os példa elméleti számítás: hálózati transzformátor építéséhez, szigeteléséhez vagy védelemválasztáshoz nem ad tervet. Valós eszköznél a gyártói feszültség-, frekvencia- és terhelési adatokat külön kell ellenőrizni.