A neoncsőnek nevezett, fényreklámoknak használt világító izék hosszú, vékony, meghajlított, gázzal töltött üvegcsövek. A bezárt gázon áram hajtunk át, ez azt jelenti, hogy elektronok repülnek át a gázon. Repülés közben az elektronok nekiütköznek a gázmolekuláknak, és energiát adnak át nekik, ez "felgerjeszti" a gázmolekulák egyik elektronját egy magasabb energiájú pályára. A gázmolekulák a gerjesztetát llapotukból az alapállapotba visszatérve fénykibocsátás révén adják le a gerjesztéskor a bombázó elektrontól kapott energiát, ettől világít a cső. A folyamatos fénykibocsátáshoz folyamatos áram szükséges, ahhoz pedig folyamatosan nagy feszültséget kell rákapcsolnunk; a nagyfeszültségt transzfeormátorok biztosítják. Ezeket a trafókat, melyek a hálózati feszültségből $5$‑$15\ \mathrm{kV}$ nagyfeszültséget állítanak elő, neontrafóknak szokás nevezni. Pedig nem mindegyik gázkisüléses fénycső neongáz töltésű; a különféle színeket különböző összetételű gázkeverékek betöltésével érik el. A korszerű, LED‑es fényreklámok ugyan sokkal kevesebb energiát fogyasztanak a gázkisüléses fényforrásoknál, de a gázkisüléses csövek a szép, lágy íveik, a minden irányban egyenletes fénykibocsátásuk miatt valószínűleg nem fognak teljesen eltűnni (ahogy a vendéglátóhelyeken újra divatba jöttek a gyenge, vöröses színű hangulatvilágítást adó izzólámpák is).
a) A képen látható, francia gyártmányú, de amerikai piacra készített neontrafó \(120\ \mathrm{V}\) váltófeszültségű (AC) hálózati táplálást igényel, az áramfelvétele \(3,15\ \mathrm{A}\). Cserébe \(12\ 000\ \mathrm{V}\) feszültséget és \(30\ \mathrm{mA}\) áramot ad le. Mekkora a hatásfoka?
\(\eta=95,24\%\)
A hatásfok mindig valami hasznos érték és befektetett érték hányadosa. Jelen esetben a hasznos dolog a trafó által (a szekunder oldalon) leadott teljesítmény, a befektetett pedig az általa a hálózatból (a primer oldalon) felvett teljesítmény:
\[\eta=\frac{P_{sz}}{P_p}\]
A teljesítményeket mindig a feszültség és az áram szorzataként számíthatjuk:
\[P_p=U_p\cdot I_p\]
\[P_{sz}=U_{sz}\cdot I_{sz}\]
Ezt felhasználva:
\[\eta=\frac{U_{sz}\cdot I_{sz}}{U_p\cdot I_p}\]
Írjuk be az adatainkat:
\[U_p=120\ \mathrm{V}\]
\[I_p=3,15\ \mathrm{A}\]
\[U_{sz}=12\ 000\ \mathrm{V}\]
\[I_{sz}=30\ \mathrm{mA}=0,03\ \mathrm{A}\]
Ezeket beírva:
\[\eta=\frac{U_{sz}\cdot I_{sz}}{U_p\cdot I_p}\]
\[\eta=\frac{12\ 000\ \mathrm{V}\cdot 0,03\ \mathrm{A}}{120\ \mathrm{V}\cdot 3,15\ \mathrm{A}}\]
\[\eta=0,9524=95,24\%\]
b) A fenti neontrafó primer tekercsének menetszáma 300. Mekkora a szekunder tekercsének menetszáma? (A terheléstől bekövetkező feszültségesést hanyagoljuk el!)
\(N_{sz}=30\ 000\)
A trafó primer és szekunder oldali menetszámai úgy aránylanak egymáshoz, mint az ottani feszültségek:
\[\frac{N_p}{N_{sz}}=\frac{U_p}{U_{sz}}\]
Melyeket ismerjük ezek közül?
\[N_p=300\]
\[U_p=120\ \mathrm{V}\]
\[U_{sz}=12\ 000\ \mathrm{V}\]
Írjuk be ezeket:
\[\frac{N_p}{N_{sz}}=\frac{U_p}{U_{sz}}\]
\[\frac{300}{N_{sz}}=\frac{120\ \mathrm{V}}{12\ 000\ \mathrm{V}}\]
Ebből a szekunder menetszám:
\[N_{sz}=30\ 000\]
c) Hány mm átmérőjű rézvezetékkel kell a primer illetve a szekunder oldalt megtekercselni? (Az AWG american wire gauge, azaz amerikai huzalmérték, mely azon alapszik, hogy hány lépésben vékonyították a gyártás során a drótot.)
| AWG gauge | Diameter (inches) | Diameter (mm) | Max. ampers |
| 0000 | 0,460 | 11,68 | 302 |
| 000 | 0,409 | 10,40 | 239 |
| 00 | 0,365 | 9,26 | 190 |
| 0 | 0,325 | 8,25 | 150 |
| 1 | 0,289 | 7,34 | 119 |
| 2 | 0,257 | 6,25 | 94 |
| 3 | 0,229 | 5,83 | 75 |
| 4 | 0,204 | 5,19 | 60 |
| 5 | 0,182 | 4,62 | 47 |
| 6 | 0,162 | 4,11 | 37 |
| 7 | 0,144 | 3,66 | 30 |
| 8 | 0,128 | 3,26 | 24 |
| 9 | 0,114 | 2,90 | 19 |
| 10 | 0,102 | 2,58 | 15 |
| 11 | 0,0907 | 2,30 | 12 |
| 12 | 0,0808 | 2,05 | 9,3 |
| 13 | 0,0720 | 1,83 | 7,4 |
| 14 | 0,0641 | 1,63 | 5,9 |
| 15 | 0,0571 | 1,45 | 4,7 |
| 16 | 0,0508 | 1,29 | 3,7 |
| 17 | 0,0453 | 1,15 | 2,9 |
| 18 | 0,0403 | 1,02 | 2,3 |
| 19 | 0,0359 | 0,912 | 1,8 |
| 20 | 0,0320 | 0,813 | 1,5 |
| 21 | 0,0285 | 0,724 | 1,2 |
| 22 | 0,0253 | 0,645 | 0,92 |
| 23 | 0,0226 | 0,574 | 0,729 |
| 24 | 0,0201 | 0,510 | 0,577 |
| 25 | 0,0179 | 0,455 | 0,457 |
| 26 | 0,0159 | 0,404 | 0,361 |
| 27 | 0,0142 | 0,361 | 0,288 |
| 28 | 0,0126 | 0,320 | 0,226 |
| 29 | 0,0113 | 0,287 | 0,182 |
| 30 | 0,0100 | 0,254 | 0,142 |
| 31 | 0,0089 | 0,226 | 0,113 |
| 32 | 0,0080 | 0,203 | 0,091 |
| Metric 2.0 | 0,00787 | 0,2000 | 0,088 |
| 33 | 0,0071 | 0,18034 | 0,072 |
| Metric 1.8 | 0,00709 | 0,18000 | 0,072 |
| 34 | 0,0063 | 0,16002 | 0,056 |
| Metric 1.6 | 0,0063 | 0,16002 | 0,056 |
| 35 | 0,0056 | 0,14224 | 0,044 |
| Metric 1.4 | 0,00551 | 0,14000 | 0,043 |
| 36 | 0,005 | 0,127 | 0,035 |
| Metric 1.25 | 0,00492 | 0,125 | 0,034 |
| 37 | 0,0045 | 0,114 | 0,0289 |
| Metric 1.12 | 0,00441 | 0,112 | 0,0277 |
| 38 | 0,004 | 0,1016 | 0,0228 |
| Metric 1 | 0,00394 | 0,1 | 0,0225 |
| 39 | 0,0035 | 0,0889 | 0,0175 |
| 40 | 0,0031 | 0,7874 | 0,0137 |
\(d_p=1,29\ \mathrm{mm}\)
\(d_{sz}=0,127\ \mathrm{mm}\)
A primer tekercs árama $3,15\ \mathrm{amper}$, így azt a sort kell megkeresnünk, ahol ehhez közeli érték van. Ez az AWG (amerikai kábel mértékrendszer) szerinti 16‑os és 17‑es között van, ami $1,29$ és $1,15\ \mathrm{mm}$‑es átmérőt jelent, így (a mérnöki ráhagyás miatt) az utóbbit, az $1,29\ \mathrm{mm}$‑est kell használnunk.
A szekunder tekercs árama $30\ \mathrm{mA}$, ami $0,03\ \mathrm{A}$‑t jelent, ez az AWG 36 és 37 közötti, ami $0,127$ és $0,115\ \mathrm{mm}$‑es átmérőt jelent, ebből a nagyobb értékre lesz szükségünk, ami a $0,127\ \mathrm{mm}$.