שנאים מעלה ומטה - בעיות ופתרונות
1. שנאי יש סליל ראשוני וסליל משני עם מספר לולאות של 500 ו-5000. קלט מתח הוא 220 וולט. מהו מתח המוצא?
ידוע:
סליל ראשוני (NP) = 500 לולאות
סליל משני (Ns) = 5000 לולאות
מתח ראשוני (VP) = 220 וולט
מבוקש: מתח משני (VS)
פתרון:
Vs / Ns 49 אשרp / Np
Vs / 5000 = 220 / 500
Vs / 5000 = 0.44
Vs = (0.44)(5000)
Vs = 2200 וולט
2. לשנאי יש סליל ראשוני עם 1200 לולאות וסליל משני עם 1000 לולאות. אם הזרם בסליל הראשוני הוא 4 אמפר, אז מהו הזרם בסליל המשני?
ידוע:
סליל ראשוני (NP) = 1200 לולאות
סליל משני (NS) = 1000 לולאות
הזרם בסליל הראשוני (IP) = 4 אמפר
מבוקש: הזרם בסליל המשני (IS)
פתרון:
IS/IP = NP/NS
הזרם בסליל המשני:
IS/4 = 1200/1000
IS/ 4 = 1.2
IS = 1.2 (4)
IS = 4.8 אמפר
3. המתח המשני הוא 220 וולט והמתח הראשוני הוא 110 וולט, אז השוואה בין הסליל המשני לסליל הראשוני היא...
ידוע:
מתח משני (VS) = 220 וולט
מתח ראשוני (VP) = 110 וולט
מבוקש: NS/NP
פתרון:
VS/VP = NS/NP
220/110 = נS/NP
22/11 = נS/NP
2/1 = נS/NP
12/6 = נS/NP
4. בהתבסס על האיור למטה, מהו המתח העיקרי של השנאי.
ידוע:
מתח משני (VS) = 24 וולט
לולאות ראשיות (NP או N1) = 11 ניוטון
לולאות משניות (NS או N2) = 1 נ = נ
מבוקש: מתח ראשוני (VP)
פתרון:
Vs / Ns 49 אשרp / Np
24 / N = Vp / 11 צפון
24 / 1 = Vp / 11
24 = V.p / 11
Vp = (24)(11)
Vp = 264 וולט
5. בהתבסס על האיור למטה, מהו מתח הכניסה של שנאי.
ידוע:
סליל ראשוני (N1) = 21 ניוטון
סליל משני (N2) = 3 ניוטון
מתח משני (V2) = 20 וולט
מבוקש: מתח ראשוני (V1)
פתרון:
V2 / N2 49 אשר1 / N1
20/3 N = V1 / 21 צפון
20 / 1 = V1 / 7
20 = V.1 / 7
V1 = (7)(20)
V1 = 140 וולט
6. לפי האיור למטה, מהו כמות הלולאות המשניות של השנאי.
ידוע:
מתח ראשוני (VP) = 220 וולט
לולאות ראשיות (NP) = 200 לולאות
מתח משני (VS) = 1100 וולט
מבוקש: לולאות משניות (NS)
פתרון:
Vs / Ns 49 אשרp / Np
1100 וולט / ניוטוןs = 220 וולט / 200 לולאות
1100 / צפוןs = 220/200
1100 / צפוןs = 1.1
Ns = 1100/1.1
Ns = 1000 לולאות
7. לפי האיור למטה, מהו כמות הלולאות המשניות של השנאי.
ידוע:
מתח ראשוני (VP) = 220 וולט
לולאות ראשיות (NP) = 200 לולאות
מתח משני (VS) = 1100 וולט
מבוקש: לולאות משניות (NS)
פתרון:
Vs / Ns 49 אשרp / Np
1100 / צפוןS = 220/200
1100 / צפוןS = 22/20
1100 / צפוןS = 1.1
NS = 1100/1.1
NS = 1000
8.
| שַׁנַאי | Np | Ns | Vp | Vs | Ip | Is |
| 1 | 1000 | 120 | 12 | 0.4 | 2 | |
| 2 | 80 | 8 | 20 | 2 | 2.5 |
בהתבסס על הטבלה לעיל, אם היעילות של שני השנאים זהה, 50%, קבע את Ns ואניp.
פתרון:
משוואת יעילות השנאי:
חשב את Ns של השנאים 1:
חישוב Ip של השנאים 2:
9.
בהתבסס על האיור לעיל, איזו מהטענות הבאות לגבי האיור לעיל נכונה.
א. איור 1 הוא שנאי מעלה ואיור 2 הוא שנאי מוריד
ב. איור 1 הוא שנאי מוריד-מתח ואיור 2 הוא שנאי מעלה-מתח
ג. איורים 1 ו-2 הם שנאי מוריד-מתח
ד. איורים 1 ו-2 הם שנאי עלייה מתקדמת
פתרון
שנאי מעלה-מתח משמש להעלאת המתח החשמלי, בעוד שנאי מוריד-מתח משמש להפחתת המתח החשמלי. באיור 1, המתח הראשוני גדול מהמתח המשני (20 וולט > 5 וולט), כך שאיור 1 הוא שנאי מוריד-מתח. באיור 2, המתח הראשוני קטן מהמתח השני (5 וולט < 40 וולט), כך שאיור 2 הוא שנאי מעלה-מתח.
התשובה הנכונה היא ב'.
10.
אם לסליל הראשוני יש 800 לולאות, קבע את הסליל המשני.
ידוע:
לולאות ראשוניות = Np = 800 לולאות
מתח ראשוני =VP = 220 וולט
מתח משני = VS = 55 וולט
מבוקש: לולאות משניות (NS)
פתרון:
Vs / Ns 49 אשרp / Np
55 / צפוןs = 220/800
55 / צפוןs = 22/80
NS = (80)(55) / 22
NS = 4400/22
NS = 200 לולאות
11.
ההצהרה הנכונה לגבי שנאים P ו-Q היא...
A. P הוא שנאי מוריד מתח בגלל Is <אניp
B. P הוא שנאי עלייה מתח בגלל Vp <Vs
C. Q הוא שנאי עלייה בגלל Vp > ויs
D. Q הוא שנאי עלייה מתח מכיוון שאניs > אניp
פתרון
P הוא שנאי עלייה מכיוון שמתח ראשוני (Vp = 110 וולט) < מתח משני (וולטs = 200 V).
Q הוא שנאי מוריד מתח מכיוון שמתח ראשוני (Vp = 220 וולט) > מתח משני (וולטs = 110 V).
התשובה הנכונה היא ב'.
- מהו תפקידו העיקרי של שנאי?
- תשובההתפקיד העיקרי של שנאי הוא לשנות את המתח של מקור מתח חשמלי בעל זרם חילופין (AC). ניתן לעשות זאת על ידי הגדלה (step-up) או הפחתה (step-down) של המתח בהתאם לצורכי היישום.
- כיצד נבדלים שנאים בעלי עלייה וצמצום ירידה בתפקודם?
- תשובהשנאי מעלה-מתח מגביר את המתח מהסליל הראשוני לסליל המשני, בעוד ששנאי מוריד-מתח מוריד את המתח מהסליל הראשוני לסליל המשני.
- מהו הקשר בין מספר הסיבובים בסליל הראשוני והמשני של שנאי לבין טרנספורמציית המתח שלו?
- תשובהיחס טרנספורמציה של המתח הוא ביחס ישר ליחס הסיבובים. אם לסליל המשני יש יותר סיבובים מאשר לסליל הראשוני, זהו שנאי מעלה-מתח, ולהיפך. המתח בכל סליל הוא ביחס למספר הסיבובים באותו סליל.
- מדוע יש צורך להגביר את המתח לצורך העברת חשמל למרחקים ארוכים?
- תשובההעלאת המתח מפחיתה את הזרם עבור הספק נתון, מה שבתורו מפחית את הפסדי ההספק ההתנגדותיים בקווי תמסורת. זרם נמוך יותר פירושו גם שניתן להשתמש בחוטים דקים יותר, שהם זולים וקלים יותר לניהול.
- מדוע בתים מקבלים בדרך כלל חשמל במתח נמוך בהרבה מזה המשמש להולכת חשמל?
- תשובהמתחים גבוהים יותר, אמנם יעילים להולכה, מסוכנים לשימוש ביתי. לכן, לפני כניסת החשמל לבתים, משתמשים בשנאים מורידי מתח כדי להפחית את המתח לרמות בטוחות יותר עבור מכשירי חשמל ביתיים ואלקטרוניקה.
- האם אנרגיה אובדת כאשר חשמל עובר ממתח אחד למתח אחר בשנאי?
- תשובהלשנאים אידיאליים לא יהיו אובדני אנרגיה, אך לשנאים אמיתיים יש הפסדים. הפסדים אלה נובעים בעיקר מחימום התנגדותי בסלילים והפסדים מגנטיים בליבת המכשיר. עם זאת, שנאים הם בדרך כלל יעילים מאוד, לעתים קרובות מעל 90-95%.
- מהי החשיבות של חומר ליבת השנאי?
- תשובהחומר הליבה ממלא תפקיד משמעותי ביעילות ובתפקוד של השנאי. הוא עשוי בדרך כלל מברזל או פריט, המסייעים בהכוונת השטף המגנטי בין הסליל הראשוני והמשני. תכונות חומר הליבה משפיעות על יעילות השנאי, הפסדים מגנטיים ויכולתו לשאת את השטף מבלי להגיע לרוויה.
- האם שנאים יכולים לעבוד עם זרם ישר (DC)?
- תשובהלא, שנאים דורשים שטף מגנטי משתנה כדי לגרום למתח, המסופק על ידי זרם חילופין (AC). בזרם ישר (DC), ברגע שהזרם מתייצב, אין שטף משתנה, ולכן, לא מושרה מתח בסליל המשני.
- מדוע ניתן להשתמש בשנאי מוריד מתח במכשירים אלקטרוניים כמו מטענים?
- תשובהמכשירים אלקטרוניים רבים פועלים במתחים נמוכים יותר מאשר אספקת החשמל הביתית הרגילה. שנאי מוריד מתח במטען או במתאם מפחית את המתח לרמה המתאימה למכשיר, ומבטיח שהוא פועל בצורה בטוחה ויעילה.
- כיצד משפיעים שינויים בעומס (כגון שימוש ביותר או פחות מכשירים) על מתח המוצא של שנאי?
- תשובהבשנאי אידיאלי, שינויים בעומס לא ישפיעו על מתח המוצא. עם זאת, בשנאים אמיתיים, עקב התנגדויות פנימיות וריאקטנסים, מתח המוצא יכול לרדת מעט בתנאי עומס גבוה ולעלות מעט בתנאי עומס נמוך.
