Skip to main content

EMF Equation of Transformer | Turns Ratio of Transformer

EMF equation of the transformer is very important for understanding the working of the transformer.When sinusoidal voltage is applied to primary of the transformer it draws magnetizing current to set up flux in the core.



The flux set up in the core gets linked to the primary and secondary winding of the transformer. The alternating flux set up in the core when links to turns of the primary and secondary winding induces voltage called EMF. The EMF induced in the transformer winding depends on number of turns and rate of change of the flux. The EMF induced across the primary and secondary always opposes the applied voltage.




According to Faraday's law of electromagnetic induction, if the alternating flux links to a coil the voltage is induced in the coil.The  voltage induced in the primary and the secondary winding of the transformer is as given below. The RMS value of secondary induced EMF and primary induced EMF can be calculated using Faraday's law of electromagnetic induction.





Ep = - Np x dФ/dt

Es = - Ns x dФ/dt

Where,
Ep        = EMF induced in the primary
Es         = EMF induced in the secondary
Np        = Number of turns in the primary winding
Ns        = Number of turns in the secondary winding
dФ/ dt  = Rate of change of the flux in the core

The minus sign shows that the voltage induced in the primary and secondary opposes the applied voltage.

Derivation of EMF Equation Of Transformer :

The derivation of the EMF equation of the transformer can be derived by calculating the rate of change of the flux in the transformer core. The flux set up in the core is sinusoidal.


The flux in the core changes from + Фm to -Фm in 1/2f  seconds.

The voltage induced in the primary is 

Ep = - Np x dФ/dt  ---------(1)

The flux induced in the primary is because of the sinusoidal voltage applied to primary so the flux also varies sinusoidal. The instantaneous value of the flux in the transformer is ;

Ф = Фm Sinwt   -------------(2)

Putting value of flux in the equation (1)

Ep = - Np x d/dt(Фm Sinwt)

Ep = - Np x wФm Coswt

Coswt = Sin(wt- π/2)

Ep = - Np x wФm Sin(wt- π/2)

The maximum value of voltage induced in the primary is 

Ep = - Np x wФm 

Ep = - Np wФm 

w = 2πf

Ep(max) =  Np 2πfФm   -----------(3)

The root mean square (RMS) value of the induced voltage in the primary

Ep(RMS) = Ep(Max)/√2   -------(4)

Putting the Ep(max) value in equation(4)

Ep(RMS) = Np 2πfФm/√2  

Ep(RMS) = √2π Np fФm

Ep(RMS) = 4.44 Np fФm    -------(5)

Similarly, the  root mean square (RMS) value of the induced voltage in the secondary is ;

Es(RMS) = 4.44 Ns fФm    -------(6)

The general EMF Equation of the transformer is;

E= 4.44 fФm  -----------(7) 

Voltage Transformation Ratio of Transformer 

The ratio of the secondary turns to primary turns is known as the voltage transformation ratio of the transformer and it is denoted by letter 'K'.

Dividing equation(6) by equation(5)

Es/Ep = 4.44 Ns fФm/ 4.44 Np fФm

ES/Ep  = Ns/Np  =K  --------(7)

If the secondary turns are more than the primary turns, the secondary voltage will be higher than the primary voltage and the turns ratio(K) is greater than 1. The transformer having voltage transformation ratio more than 1 is called step up transformer.

If the voltage transformation ratio (K) is less than 1, the transformer is called step down transformer.

The magnetizing MMF is negligible when substantial current flows in the primary and secondary winding of the transformer. The total MMF of the primary and secondary MMF is equal to the magnetizing MMF. The transformer is a constant flux machine as long as voltage and frequency remains constant.

 MMFprimary + MMFsecondary = MMFmagnetizing

When transformer is substantially loaded,  the magnetizing MMF can be neglected.

MMFprimary + MMFsecondary = 0

Np x Ip  + Ns x Is  =0

Np x Ip  = -Ns x Is


Ip/Is = - Ns/Np  ------(8)

The negative sign shows that the current in the  primary and secondary winding are in opposite direction with respect to the magnetizing current.The minus sign can be dropped for calculation of transformer transformation ratio.

From equation (7) & (8)

Es / Ep = Ip / Is  = K

Es / Ep = Ns / Np =Ip / Is = K


The voltage transformation ratio equation (7) of transformer is true if the flux in the transformer core is constant. The flux in the transformer  changes if the supply voltage and or frequency gets deviate from its designed value.

Transformer Turns Ratio

The ratio of primary(Np) to secondary turns(Ns) of the transformer is known as transformer turns ratio,or TTR. It is denoted by letter 'a'. 

Np / Ns = a 

Ns / Np = K

Np / Ns = 1/K

a = 1 / K

Es / Ep = Ns / Np =Ip / Is = K

Ep / ES = Np/ Ns = Is / Ip = 1/K

Ep /  Es = Np / Ns = Is / Ip = a

Illustrative example on transformer EMF equation 

A two-winding transformer has primary winding with 300 turns and secondary winding with 10 turns. The primary winding is connected to 3300 V supply system. Calculate-


  • What is secondary voltage at no load?
  • What is primary current when the 100-amp load connected to secondary?
  • What is the apparent power flowing in the primary and secondary circuit?
  • What is the turns ratio and voltage transformation ratio of transformer?
First transformer law:

Ep/Es = Np/Ns

Es = (Ep x Ns) /NP
Es = (3300 x 10)/ 300

Es = 110 Volts


Second transformer law:

Ip/ Is = Ns/Np

Ip = (Ns x Is)/ Np

Ip =  (10 x 100)/300

Ip = 1000/300

Ip = 3.33 Amps.

Apparent power in primary circuit  =  Ep x Ip
                                                             =  3300 x 3.33
                                                             =  10989 VA

Apparent power in secondary circuit  =  Es x Is
                                                                 =   110 x 100
                                                                 = 11000 VA

Transformer turns ratio(TTR)  

a  = Np/Ns
a  = 300/10
a  = 30

Transformer voltage transformation ratio  

K  = Es/ Ep
K  = 110/3300
K = 0.0333

Comments

Popular posts from this blog

नेपालमा जातजाति

नेपालमा जातजाती नेपाली बृहत शब्दकोषका अनुसार वंशपरम्परा, धर्म, गुण, आकृति, वासस्थान आदिका आधारमा विभाजित मनुष्यको वर्गलाई जात भनिन्छ भने शारीरिक बनावट आकार, प्रकार गुण, स्वभाव आदिका आधारमा छुट्टीने वा चिनिने जातीय विभाग, समूह वा वर्गलाई जाति भनिन्छ । यस्ता जात जातिले आफ्नै विशेष प्रकारका धर्म, नियम, संस्कारको पालना गरेका हुन्छन् । सामान्यतया यस्ता जातजातिको छुट्टै भाषा, भेषभुषा हुन्छ । वैवाहिक सम्बन्ध एउटै जातजाति भित्र हुने गर्दछ । नेपालमा विभिन्न प्रकारका जातजातिहरूको बसोवास भएको छ । त्यसैले नेपाली समाजलाई वहुल समाजको रूपमा चिनिन्छ । नेपालमा भएका जातजातिहरूलाई ब्राह्मण, क्षेत्री, वैश्य र सुद्र गरी ४ भागमा वर्गीकरण गरेको छ  ।    आदिवासी/जनजाति  आदिबासी जनजाति उत्थान राष्ट्रिय प्रतिष्ठान ऐन, २०५८ अनुसार “आदिबासी जनजाति भन्नाले आफ्नो मातृभाषा र परम्परागत रीतिरिवाज, छुट्टै सांस्कृतिक पहिचान, सामाजिक संरचना र लिखित वा अलिखित इतिहास भएको अनुसूची बमोजिमको जाति वा समुदाय सम्झनु पर्दछ  ।” जनजातिका विशेषताहरूलाई बुँदागत रूपमा भन्दाः  • जसको छुट्टै आफ्नै सामूहिक सांस्कृतिक पहिचान छ  

महानगरपालिका ,उप-महानगरपालिका र नगरपालिका गठन हुन चाहिने आधारहरु :-

महानगरपालिका ,उप-महानगरपालिका र नगरपालिका गठन हुन चाहिने आधारहरु :- ===========¥¥============ 1.महानगरपालिका गठनका आधारः- + कम्तीमा 3 लाख जनसंख्या + कम्तीमा वार्षिक रु 40 करोड आम्दानी + विद्युत्,खानेपा नी, सञ्चारको उपयुक्त सुविधा + नगरको प्रमुख सडकका साथै अन्या शाखा सडकहरु समेत पक्की भएको हुनु पर्ने + स्वास्थ्य सेवा सम्बन्धी विशिष्ठ प्रकृतिको सेवाको उपलब्धता + अन्तराष्ट्रिय खेलकुद कार्यक्रम आयोजनाका लागि आवश्यक पूर्वाधारको उपलब्धता + उच्च शिक्षाका लागि विभिन्न विषयहरुमा पर्याप्त अवसरको उपलब्धता र कम्तीमा एउटा विश्वविद्यालयको गठन + उच्च थप पर्याप्त शहरी सुविधाको उपलब्धता 2. उप-महानगरपालिका गठनका आधारः- + कम्तीमा 1 लाख जनसंख्या +कम्तीमा रु 10 करोड रुपैयाँ वार्षिका आम्दानी + नगरका प्रमुख सडकहरु पक्की भैसकेको हुनुपर्ने + विद्युत्, खानेपानी र सञ्चारको उपयुक्त सुविधा + उच्च गुणस्तरीय शिक्षा तथा सेवाको सुविधाको उपलब्धता + राष्ट्रिय तथा अन्तराष्ट्रिय स्तरको खेलकुद कार्यक्रमको लागि सामान्य व्यवस्था + सार्वजानिक उद्यानहरु र नगर सभागृहको व्यवस्था + अन्य अत्यावश्यक

नेपालका कलाकृतिहरु

नेपालका कलाकृतिहरू   नेपाली कलालाई विशेषतः चार भागमा वर्गीकरण गरिएको पाइन्छ : वास्तुकला, चित्रकला, मूर्तिकला र काष्ठकला  ।   (क) वास्तुकला • वासस्थान सम्बन्धी कलालाई वास्तुकला भनिन्छ । प्यागोडा शैली (छाने शैली), शिखर शैली, चैत्य, मुगल, गुम्वज शैली आदि यसका प्रचलित नमुना हुन्  ।  • वास्तुशैली एवम् कलाको दृष्टिबाट नपोलका मन्दिरहरूलाइ निम्न तीन पक्रारमा विभाजन गरिएको पाइन्छ : → प्यागोडा शैली (छाने शैली)  → शिखर शैली  → मिश्रीत शैली    प्यागोडा शैली (छाने शैली)  मन्दिरको बीचको भागखोक्रो छाडी तहतह परेको छानाहरू बनाइ निर्माण गरिएका मन्दिरहरूलाई प्यागोडा शैली (छाने शैली) भनिन्छ । यस्ता मन्दिर प्राङ्गणमा कलात्मक वस्तुहरू हुन्छन् भने टुँडाल र तोरणको प्रयोग गरिएको हुन्छ । पशुपतिनाथ मन्दिर, चाँगुनारायण, न्यातपोल, भक्तपुर आदि प्यागोडा शैलीका मन्दिरहरू हुन्  ।    शिखर शैली सुलुत्त परेर माथि चुलिँदै गएका झलक्क हेर्दा शिखरजस्तो देखिने छाना नबनाईकन मन्दिर निर्माण गर्ने कार्यलाई वास्तुकलामा शिखर शैली भन्ने गरिन्छ । यस्ता मन्दिरहरूको शिखर उँभोतिर सानो हुँदै गएको हुन्छ भने