המכשיר ועיקרון הפעולה של השנאי
כדי להמיר מתח חשמלי בסדר גודל אחד למתח חשמלי בסדר גודל אחר, כלומר להמיר אנרגיה חשמלית, השתמש שנאים חשמליים.
שנאי יכול רק להמיר זרם חילופין לזרם חילופין, לכן, כדי לקבל זרם ישר, זרם החילופין מהשנאי מתוקן במידת הצורך. למטרה זו הם משרתים מיישרים.
בדרך זו או אחרת, כל שנאי (בין אם זה שנאי מתח, שנאי זרם או שנאי דופק) פועל בשל תופעת האינדוקציה האלקטרומגנטית המתבטאת במלוא הדרו דווקא בזרם חילופין או דופק.
מכשיר שנאי
בצורתו הפשוטה ביותר, שנאי חד פאזי מורכב משלושה חלקים עיקריים בלבד: ליבה פרומגנטית (מעגל מגנטי), כמו גם פיתולים ראשוניים ומשניים. באופן עקרוני, שנאי יכול להיות יותר משתי פיתולים, אבל לפחות שניים מהם. במקרים מסוימים, ניתן לבצע את הפונקציה של הפיתול המשני על ידי חלק מהסיבובים של הפיתול הראשוני (ראה איור. סוגי שנאים), אבל פתרונות כאלה הם די נדירים בהשוואה לאלה הרגילים.
החלק העיקרי של השנאי הוא ליבה פרומגנטית. כאשר השנאי פועל, השדה המגנטי המשתנה נמצא בתוך הליבה הפרומגנטית. מקור השדה המגנטי המשתנה בשנאי הוא זרם החילופין של הפיתול הראשוני.
מתח סלילה משני של שנאי
ידוע שכל זרם חשמלי מלווה בשדה מגנטי; בהתאם, זרם חילופין מלווה בשדה מגנטי לסירוגין (המשתנה בגודל ובכיוון).
לפיכך, על ידי אספקת זרם חילופין לפיתול הראשוני של השנאי, אנו מקבלים שדה מגנטי משתנה של זרם המתפתל הראשוני. וכך השדה המגנטי מרוכז בעיקר בליבת השנאי, ליבה זו עשויה מחומר בעל חדירות מגנטית גבוהה, גדולה אלפי מונים מזו של האוויר, כך שעיקר השטף המגנטי של הפיתול הראשוני יהיה סגור בדיוק בתוך הליבה, לא דרך האוויר.
לפיכך, השדה המגנטי המתחלף של הפיתול הראשוני מרוכז בנפח ליבת השנאי, העשויה מפלדת שנאי, פריט או חומר מתאים אחר, בהתאם לתדירות הפעולה ומטרתו של שנאי מסוים.
הפיתול המשני של השנאי ממוקם על ליבה משותפת עם הפיתול הראשוני שלו. לכן, השדה המגנטי המתחלף של הפיתול הראשוני חודר גם את פניות הפיתול המשני.
א תופעה של אינדוקציה אלקטרומגנטית זה פשוט טמון בעובדה ששדה מגנטי המשתנה בזמן גורם לשדה חשמלי משתנה במרחב שמסביבו. ומכיוון שיש חוט סליל שני בחלל הזה סביב השדה המגנטי המשתנה, השדה החשמלי המתחלף המושרה פועל על נושאי המטען שבתוך חוט זה.
פעולת השדה החשמלי הזו גורמת ל-EMF בכל סיבוב של הסליל המשני. כתוצאה מכך, מתח חשמלי מתחלף מופיע בין המסופים של הפיתול המשני. כאשר הפיתול המשני של השנאי המחובר אינו טעון, השנאי ריק.
פעולת השנאי בעומס
אם עומס מסוים מחובר לפיתול המשני של שנאי פועל, נוצר זרם דרך העומס בכל המעגל המשני של השנאי.
זרם זה יוצר שדה מגנטי משלו, שלפי חוק לנץ יש לו כיוון כזה שהוא מתנגד ל"סיבה שגורמת לו". זה אומר שהשדה המגנטי של זרם הפיתול המשנית בכל רגע של זמן נוטה להפחית את השדה המגנטי הגובר של הפיתול הראשוני או נוטה לתמוך בשדה המגנטי של הפיתול הראשוני כאשר הוא פוחת, הוא תמיד מצביע על המגנטי שדה של הסליל הראשי.
לפיכך, כאשר הפיתול המשני של השנאי נטען, מתרחש EMF אחורי בפיתול הראשוני שלו, מה שמאלץ את הפיתול הראשוני של השנאי למשוך יותר זרם מרשת האספקה.
גורם טרנספורמציה
יחס הסיבובים של הפיתולים הראשיים N1 ו-N2 המשניים של שנאי קובע את היחס בין מתחי הקלט U1 והמוצא U2 שלו לבין זרמי הכניסה I1 והיציאה I2 כאשר השנאי פועל תחת עומס. יחס זה נקרא יחס טרנספורמציה של השנאי:
גורם הטרנספורמציה גדול מאחד אם השנאי מופחת ופחות מאחד אם השנאי מוגבר.
שנאי מתח
שנאי מתח הוא סוג של שנאי מטה שנועד לבודד באופן גלווני מעגלי מתח גבוה ממעגלים במתח נמוך.
בדרך כלל, כשמדובר במתח גבוה, הם מתכוונים ל-6 קילו-וולט או יותר (על הפיתול הראשוני של שנאי המתח), ומתח נמוך פירושו ערכים בסדר גודל של 100 וולט (על הפיתול המשני).
שנאי כזה משמש, ככלל, למטרות מדידה... הוא מוריד, למשל, את המתח הגבוה של קו החשמל למתח נמוך נוח למדידה, תוך שהוא מסוגל לבודד באופן גלווני את מעגלי המדידה, ההגנה, הבקרה ממעגל המתח הגבוה. סוג זה של שנאים פועלים בדרך כלל במצב סרק.
בעצם כל דבר יכול להיקרא שנאי מתח שנאי כוחמשמש להמרת אנרגיה חשמלית.
שנאי זרם
בשנאי זרם, הפיתול הראשוני, המורכב בדרך כלל מסיבוב אחד בלבד, מחובר בסדרה עם מעגל מקור הזרם. סיבוב זה עשוי להיות קטע של חוט המעגל שבו יש למדוד את הזרם.
החוט מועבר פשוט דרך החלון של ליבת השנאי והופך לסיבוב היחיד הזה - הסיבוב של הפיתול הראשי. הפיתול המשני שלו, בעל סיבובים רבים, מחובר למכשיר מדידה בעל התנגדות פנימית נמוכה.
רובוטריקים מסוג זה משמשים למדידת ערכי זרם חילופין במעגלי חשמל. כאן הזרם והמתח של הפיתול המשני הם פרופורציונליים לזרם הנמדד של הפיתול הראשוני (מעגל הנוכחי).
שנאי זרם נמצאים בשימוש נרחב בהתקני הגנת ממסר למערכות חשמל, ולכן יש להם דיוק גבוה. הם הופכים את המדידות לבטוחות, מכיוון שהם מבודדים באופן גלווני את מעגל המדידה מהמעגל הראשוני (בדרך כלל מתח גבוה - עשרות ומאות קילו-וולט).
שנאי דופק
שנאי זה נועד להמיר צורת דופק של זרם (מתח). פולסים קצרים, בדרך כלל מלבניים, המופעלים על הפיתול העיקרי שלו גורמים לשנאי לעבוד כמעט בתנאי חולף.
שנאים כאלה משמשים בממירי מתח דופק והתקני פולסים אחרים, כמו גם בשנאים מבדילים.
השימוש בשנאי פולסים מאפשר להפחית את המשקל והעלות של המכשירים בהם הם נמצאים בשימוש, פשוט בגלל תדירות ההמרה המוגברת (עשרות ומאות קילו-הרץ) בהשוואה לשנאי רשת הפועלים בתדר של 50-60 הרץ. פולסים מלבניים, שזמן העלייה שלהם קטן בהרבה ממשך הדופק עצמו, עוברים בדרך כלל טרנספורמציה עם עיוות נמוך.