2. I N D E X
1 . C E R T I F I C A T E O F
E X C E L L E N C E
2 . A C K N O W L E D G E M E N T
3 . A I M O F P R O J E C T
4 . I N T R O D U C T I O N
5 . T H E O R Y
6 . A P P A R A T U S R E Q U I R E D
7 . P R O C E D U R E F O L L O W E D
8 . O B S E R V A T I O N
9 . C O N C L U S I O N
1 0 . P R E C A U T I O N
1 1 . B I B L I O G R A P H Y
3. introduction
T h e t r a n s f o r m e r i s a d e v i c e u s e d
f o r c o n v e r t i n g a l o w a l t e r n a t i n g
v o l t a g e t o a h i g h a l t e r n a t i n g
v o l t a g e o r v i c e - v e r s a .
A T r a n s f o r m e r b a s e d o n t h e
P r i n c i p l e o f m u t u a l i n d u c t i o n
a c c o r d i n g
t o t h i s p r i n c i p l e , t h e a m o u n t o f
m a g n e t i c f l u x l i n k e d w i t h a c o i l
c h a n g i n g , a n e . m . f i s i n d u c e d i n
t h e n e i g h b o r i n g c o i l .
4. A t r a n s f o r m e r i s a n e l e c t r i c a l d e v i c e w h i c h i s u s e d f o r
c h a n g i n g t h e A . C . v o l t a g e s . A t r a n s f o r m e r i s m o s t w i d e l y u s e d
d e v i c e
i n b o t h l o w a n d h i g h c u r r e n t c i r c u i t . A s s u c h t r a n s f o r m e r s a r e
b u i l t
i n a n a m a z i n g s t r e n g t h o f s i z e s . I n e l e c t r o n i c , m e a s u r e m e n t a n d
c o n t r o l c i r c u i t s , t r a n s f o r m e r s i z e m a y b e s o s m a l l t h a t i t w e i g h t
o n l y
a f e w t e n s o f g r a m s w h e r e a s i n h i g h v o l t a g e p o w e r
c i r c u i t s , i t m a y
w e i g h t h u n d r e d o f t o n e s .
I n a t r a n s f o r m e r , t h e e l e c t r i c a l e n e r g y t r a n s f e r f r o m o n e
c i r c u i t t o a n o t h e r c i r c u i t t a k e s p l a c e w i t h o u t t h e u s e o f m o v i n g
p a r t s .
A t r a n s f o r m e r w h i c h i n c r e a s e s t h e v o l t a g e s i s c a l l e d a s t e p u p
t r a n s f o r m e r . A t r a n s f o r m e r w h i c h d e c r e a s e s t h e A . C . v o l t a g e s i s
c a l l e d a s t e p - d o w n t r a n s f o r m e r .
T r a n s f o r m e r i s , t h e r e f o r e , a n e s s e n t i a l p i e c e o f a p p a r a t u s
b o t h f o r h i g h a n d l o w c u r r e n t c i r c u i t s .
5. OBJECTIVES
02
T o i n v e s t i g a t e t h e r e l a t i o n b e t w e e n t h e
r a t i o o f –
1 . I n p u t a n d o u t p u t v o l t a g e .
2 . N u m b e r o f t u r n i n g s i n t h e s e c o n d a r y c o i l
a n d p r i m a r y c o i l o f
a s e l f m a d e t r a n s f o r m e r .
6. THEORY
W h e n a n a l t e r i n g e . m . f . i s s u p p l i e d t o t h e p r i m a r y c o i l p 1 p 2 , a n
a l t e r n a t i n g c u r r e n t s t a r t s f a l l i n g i n i t . T h e a l t e r i n g c u r r e n t i n t h e
p r i m a r y p r o d u c e s a c h a n g i n g m a g n e t i c f l u x , w h i c h i n d u c e s a l t e r i n g
v o l t a g e i n t h e p r i m a r y a s w e l l a s i n t h e s e c o n d a r y . I n a g o o d t r a n s f o r m e r , w h o l e o f t h e
m a g n e t i c f l u x l i n k e d w i t h p r i m a r y i s a l s o
l i n k e d w i t h t h e s e c o n d a r y , a n d t h e n t h e i n d u c e d e . m . f . i n d u c e d i n
e a c h t u r n o f t h e s e c o n d a r y i s e q u a l t o t h a t i n d u c e d i n e a c h t u r n o f
t h e p r i m a r y . T h u s i f E p a n d E s b e t h e i n s t a n t a n e o u s v a l u e s o f t h e
e . m . f . ’ s i n d u c e d i n t h e p r i m a r y a n d t h e s e c o n d a r y a n d N p a n d N s a r e
t h e n o . o f t u r n s o f t h e p r i m a r y s e c o n d a r y c o i l s o f t h e t r a n s f o r m e r
a n d
d ф / d t = r a t e o f c h a n g e o f f l u x i n e a c h t u r n o f f
t h e c o i l a t t h i s i n s t a n t , w e h a v e
E p = - N p d ф / d t _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ( 1 ) a n d
E s = - N s d ф / d t _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ( 2 )
7. S i n c e t h e a b o v e r e l a t i o n s a r e t r u e a t e v e r y i n s t a n t , s o b y d i v i d i n g 2
b y 1 , w e g e t
E s / E p = - N s / N p _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ( 3 )
A s E p i s t h e i n s t a n t a n e o u s v a l u e o f b a c k e . m . f i n d u c e d i n t h e
p r i m a r y c o i l p 1 , s o t h e i n s t a n t a n e o u s c u r r e n t i n p r i m a r y c o i l i s d u e t o
t h e d i f f e r e n c e ( E – E p ) i n t h e i n s t a n t a n e o u s v a l u e s o f t h e a p p l i e d a n d
b a c k e . m . f . f u r t h e r i f R p i s t h e r e s i s t a n c e o , p 1 p 2 c o i l , t h e n t h e
i n s t a n t a n e o u s c u r r e n t I p i n t h e p r i m a r y c o i l i s g i v e n b y
I p = E – E p / R p
E – E p = I p R p
W h e n t h e r e s i s t a n c e o f t h e p r i m a r y i s s m a l l , R p I p c a n b e n e g l e c t e d s o
t h e r e f o r e
E – E p = 0 o r E p = E
T h u s b a c k e . m . f = i n p u t e . m . f
H e n c e e q u a t i o n 3 c a n b e w r i t t e n a s
E s / E p = E s / E = o u t p u t e . m . f / i n p u t e . m . f = N s / N p = K
W h e r e K i s c o n s t a n t , c a l l e d t u r n o r t r a n s f o r m a t i o n r a t i o .
8. I N A S T E P - D O W N T R A N S F O R M E R
E s < E s o K < 1 , h e n c e N s <
N p
I f I p = v a l u e o f p r i m a r y
c u r r e n t a t t h e s a m e i n s t a n t
A n d I s = v a l u e o f s e c o n d a r y
c u r r e n t a t t h i s i n s t a n t , t h e n
I n p u t p o w e r a t t h e i n s t a n t =
E p I p a n d
O u t p u t p o w e r a t t h e s a m e
i n s t a n t = E s I s
I f t h e r e a r e n o l o s s e s o f
p o w e r i n t h e t r a n s f o r m e r ,
t h e n
I n p u t p o w e r = o u t p u t p o w e r
O r
E p I p = E s I s O r
E s / E p = I p / I s = K
9. I N A S T E P - U P T R A N S F O R M E R
E s > E s o K > 1 , h e n c e N s > N p
A s , k > 1 , s o I p > I s o r I s < I p
i . e . c u r r e n t i n s e c o n d a r y i s w e a k e r
w h e n s e c o n d a r y v o l t a g e i s
h i g h e r .
H e n c e , w h a t e v e r w e g a i n i n v o l t a g e , w e
l o s e i n c u r r e n t i n t h e
s a m e r a t i o .
S i m i l a r l y i t c a n b e s h o w n , t h a t i n a
s t e p d o w n t r a n s f o r m e r ,
w h a t e v e r w e l o s e i n v o l t a g e , w e g a i n
i n c u r r e n t i n t h e s a m e
r a t i o .
T h u s a s t e p u p t r a n s f o r m e r i n r e a l i t y
s t e p s d o w n t h e c u r r e n t &
a s t e p d o w n t r a n s f o r m e r s t e p s u p t h e
c u r r e n t .
10. E F F I C I E N C Y
E f f i c i e n c y o f a t r a n s f o r m e r i s d e f i n e d
a s t h e r a t i o o f o u t p u t p o w e r t o
t h e i n p u t p o w e r .
i . e .
η = o u t p u t p o w e r / i n p u t p o w e r = E s I s
/ E p I p
T h u s i n a n i d e a l t r a n s f o r m e r , w h e r e
t h e r e i s n o p o w e r l o s s e s , η = 1 .
B u t i n a c t u a l p r a c t i c e , t h e r e a r e m a n y
p o w e r l o s s e s ; t h e r e f o r e t h e
e f f i c i e n c y o f t r a n s f o r m e r i s l e s s t h a n
o n e .
11. IS THE ENERGY LOSS
IN THE FORM OF HEAT
IN THE COPPER COILS
OF A TRANSFORMER.
THIS IS DUE TO JOULE
HEATING OF
CONDUCTING WIRES.
ENERGY LOSSES
FOLLOWING ARE THE MAJOR SOURCES OF ENERGY LOSS IN A TRANSFORMER:
1. COPPER LOSS 2. IRON LOSS
IS THE ENERGY LOSS IN
THE FORM OF HEAT IN
THE IRON CORE OF
THE TRANSFORMER. THIS
IS DUE TO FORMATION OF
EDDY CURRENTS IN IRON
CORE. IT IS MINIMIZED BY
TAKING LAMINATED
CORES.
12. 3 . L e a k a g e o f
m a g n e t i c f l u x
o c c u r s i n s p i t e o f b e s t
i n s u l a t i o n s .
T h e r e f o r e , r a t e o f
c h a n g e o f m a g n e t i c
f l u x l i n k e d w i t h e a c h
t u r n o f
S 1 S 2 i s l e s s t h a n t h e
r a t e o f c h a n g e o f
m a g n e t i c f l u x l i n k e d
w i t h
e a c h t u r n o f P 1 P 2 .
4 . H y s t e r e s i s
l o s s
i s t h e l o s s o f e n e r g y
d u e t o r e p e a t e d
m a g n e t i z a t i o n a n d
d e m a g n e t i z a t i o n o f
t h e i r o n c o r e w h e n
A . C . i s f e d
t o i t .
5 . M a g n e t o s t r i a t i o n
i . e . h u m m i n g
n o i s e o f a
t r a n s f o r m e r .
15. P R O C E D U R E
1 . T a k e t h i c k i r o n r o d a n d c o v e r i t w i t h a t h i c k p a p e r a n d w i n d a
l a r g e n u m b e r o f t u r n s o f t h i n C u w i r e o n t h i c k p a p e r ( s a y 6 0 ) . T h i s
c o n s t i t u t e s p r i m a r y c o i l o f t h e t r a n s f o r m e r .
2 . C o v e r t h e p r i m a r y c o i l w i t h a s h e e t o f p a p e r a n d w o u n d r e l a t i v e l y
s m a l l e r n u m b e r o f t u r n s ( s a y 2 0 ) o f t h i c k c o p p e r w i r e o n i t . T h i s
c o n s t i t u t e s t h e s e c o n d a r y c o i l . I t i s a s t e p d o w n t r a n s f o r m e r .
3 . C o n n e c t p 1 , p 2 t o A . C m a i n a n d m e a s u r e t h e i n p u t v o l t a g e a n d
c u r r e n t u s i n g A . C v o l t m e t e r a n d a m m e t e r r e s p e c t i v e l y .
4 . S i m i l a r l y , m e a s u r e t h e o u t p u t v o l t a g e a n d c u r r e n t t h r o u g h s 1 a n d s 2 .
5 . N o w c o n n e c t s 1 a n d s 2 t o A . C m a i n a n d a g a i n m e a s u r e v o l t a g e
a n d c u r r e n t t h r o u g h p r i m a r y a n d s e c o n d a r y c o i l o f s t e p
u p t r a n s f o r m e r .
6 . R e p e a t a l l s t e p s f o r o t h e r s e l f m a d e t r a n s f o r m e r s b y c h a n g i n g
n u m b e r o f t u r n s i n p r i m a r y a n d s e c o n d a r y c o i l .
16. U S E S O F T R A N S F O R M E R
A t r a n s f o r m e r i s u s e d i n a l m o s t a l l a . c . o p e r a t i o n s -
I n v o l t a g e r e g u l a t o r f o r T . V . , r e f r i g e r a t o r , c o m p u t e r , a i r
c o n d i t i o n e r , e t c .
A s t e p d o w n t r a n s f o r m e r i s u s e d f o r w e l d i n g p u r p o s e s .
A s t e p d o w n t r a n s f o r m e r i s u s e d f o r o b t a i n i n g l a r g e
c u r r e n t .
A s t e p u p t r a n s f o r m e r i s u s e d f o r t h e p r o d u c t i o n o f X - R a y s
a n d N E O N a d v e r t i s e m e n t .
T r a n s f o r m e r s a r e u s e d i n v o l t a g e r e g u l a t o r s a n d s t a b i l i z e d
p o w e r s u p p l i e s .
T r a n s f o r m e r s a r e u s e d i n t h e t r a n s m i s s i o n s o f a . c . o v e r
l o n g d i s t a n c e s .
S m a l l t r a n s f o r m e r s a r e u s e d i n R a d i o s e t s , t e l e p h o n e s , l o u d
s p e a k e r s a n d e l e c t r i c b e l l s e t c
17. CONCLUSIONS
1 . T h e o u t p u t v o l t a g e o f t h e t r a n s f o r m e r a c r o s s t h e s e c o n d a r y c o i l
d e p e n d s u p o n t h e r a t i o ( N s / N p ) w i t h r e s p e c t t o t h e i n p u t v o l t a g e
2 . T h e o u t p u t v o l t a g e o f t h e t r a n s f o r m e r a c r o s s t h e s e c o n d a r y c o i l
d e p e n d s u p o n t h e r a t i o ( N s / N p ) w i t h r e s p e c t t o t h e i n p u t v o l t a g e
3 . T h e r e i s a l o s s o f p o w e r b e t w e e n i n p u t a n d o u t p u t c o i l o f a
t r a n s f o r m e r .