headline
Error processing SSI file




זרם חילופין


שנאי


את האנרגיה החשמלית ניתן לתאר כמכפלה של ההספק החשמלי במשך הזמן בו היא מושקעת או נצרכת. כלומר, האנרגיה החשמלית תלויה ביחס ישר בהספק החשמלי. ההספק החשמלי הינו מכפלה של המתח החשמלי בזרם החשמלי. מכאן יוצא שהאנרגיה החשמלית נמצאת ביחס ישר למכפלה של המתח החשמלי בזרם החשמלי,

E α U I

בפרק זה נראה כיצד ניתן לשנות באנרגיה החשמלית המועברת או הנצרכת את היחס בין המתח והזרם, תוך שמירה על ערך קבוע של מכפלתם – כלומר ללא שינוי ברמת האנרגיה החשמלית.

ההתקן החשמלי שמבצע את המרת האנרגיה הזו נקרא שנאי (או טרנספורמטור בלעז).

השנאי הינו ליבת ברזל שעליה מלופפים בנפרד שני תילים מוליכים מבודדים שאין ביניהם מגע חשמלי. אם נחבר להדקי התיל הראשון מקור זרם חילופין, אזי זרם החילופין שיזרום דרכו ישרה שדה מגנטי משתנה בתוך הליבה, בהתאם לתדירות השינוי בזרם. עוצמת השדה המגנטי המשתנה שהוא ישרה בליבת הברזל תלויה בין היתר במספר הכריכות שלו.

שנאי


קווי השדה המגנטי "זורמים" דרך ליבת הברזל ועוברים דרך כריכות התיל השני. כתוצאה משינויי עוצמת השדה המגנטי המתחלף נוצר בתיל השני זרם חילופין מושרה. זרם החילופין המושרה תלוי בין היתר במספר הכריכות של התיל השני הכרוך סביב הליבה.

הכא"מ שבסליל הראשון מייצר שטף מגנטי משתנה לפי הקשר הנתון במשוואה הבאה,

ε1 = –n1 ΔΦB / Δt

בהנחה שאין זליגה ואיבוד של שטף מגנטי, נקבל שאותה כמות של שטף מגנטי משתנה מייצרת כא"מ בסליל השני לפי המשוואה,

ε2 = –n2 ΔΦB / Δt

נחלץ את שינוי השטף המגנטי משתי המשוואות ונשווה אותו. נקבל,

ε1 / n1 = ε2 / n2

ε2 / ε1 = n2 / n1

מכאן שעל-ידי בחירה מתאימה של יחסי כריכות בין שני הסלילים נוכל לקבל כל ערך כא"מ שנרצה בסליל השני.

בנוסף להנחה שאין איבודי שטף מגנטי נוכל גם להניח שאיבוד האנרגיה בתוך השנאי כתוצאה מהתנגדות חשמלית של הסלילים ויצירת זרמי מערבולת בליבת הברזל (היוצרים שניהם אנרגית חום) הוא זניח.

בפועל, נמצא בתעשייה שנאים שנצילותם היא מעל ל- 99%!

מכיוון שנצילות השנאי היא כמעט מלאה, אזי ההספק החשמלי משני צידיו שווה,

ε2 I2 = ε1 I1

מכאן ש-

I2 / I1 = n1 / n2

מסקנה: כל העלאת מתח במוצא של השנאי גורמת להורדה של עוצמת הזרם החשמלי במוצאו ולהפך.

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - מגנטיות | חשמל ומגנטיות - זרם חילופין : מבוא | מנוע זרם ישר | הכאמ המושרה בלולאה מסתובבת | מחולל | אלקטרומגנט | שנאי | הולכת חשמל לצרכנים רחוקים | סיכום ]