Transformator je elektromagnetna naprava, ki se uporablja za pretvorbo izmeničnega toka ene napetosti in frekvence v izmenični tok drugačne (ali enake) napetosti in enake frekvence.
Vsebina
Naprava in delovanje transformatorja
V najpreprostejšem primeru transformator vsebuje eno primarno navitje s številom zavojev W1 in en sekundar s številom zavojev W2. Energija se dovaja v primarno navitje, obremenitev je priključena na sekundarno. Prenos energije poteka z elektromagnetno indukcijo. Za izboljšanje elektromagnetne sklopke so v večini primerov navitja nameščena na zaprto jedro (magnetno vezje).
Če je na primarno navitje uporabljena izmenična napetost U1, nato izmenični tok I1, ki v jedru ustvari magnetni tok Ф enake oblike.Ta magnetni tok inducira EMF v sekundarnem navitju. Če je obremenitev priključena na sekundarni tokokrog, sekundarni tok I2.
Napetost v sekundarnem navitju je določena z razmerjem zavojev W1 in W2:
U2=U1* (W1/W2)=U1/k, kjer je k razmerje transformacije.
Če je k<1, potem U2>U1, in takšen transformator se imenuje step-up. Če je k>1, potem U2<U1, takšna transformator se imenuje step down. Ker je izhodna moč transformatorja enaka vhodni moči (minus izgube v samem transformatorju), lahko rečemo, da je Pout \u003d Pin, U1*JAZ1=U2*JAZ2 in jaz2=jaz1*k=I1* (W1/W2). Tako sta v transformatorju brez izgub vhodna in izhodna napetost neposredno sorazmerna razmerju zavojev navitja. In tokovi so obratno sorazmerni temu razmerju.
Transformator ima lahko več kot eno sekundarno navitje z različnimi razmerji. Torej ima lahko transformator za napajanje opreme gospodinjskih žarnic iz 220-voltnega omrežja eno sekundarno navitje, na primer 500 voltov za napajanje anodnih tokokrogov in 6 voltov za napajanje žarilnih tokokrogov. V prvem primeru k<1, v drugem - k>1.
Transformator deluje samo z izmenično napetostjo - za pojav EMF v sekundarnem navitju se mora spremeniti magnetni tok.
Vrste jeder za transformatorje
V praksi se uporabljajo jedra ne le navedene oblike. Glede na namen naprave se lahko magnetna vezja izvajajo na različne načine.
Jedra palic
Magnetna vezja nizkofrekvenčnih transformatorjev so izdelana iz jekla z izrazitimi magnetnimi lastnostmi.Za zmanjšanje vrtinčnih tokov je niz jeder sestavljen iz ločenih plošč, ki so električno izolirane druga od druge. Za delo pri visokih frekvencah se uporabljajo drugi materiali, na primer ferit.
Zgoraj obravnavano jedro se imenuje jedro in je sestavljeno iz dveh palic. Za enofazne transformatorje se uporabljajo tudi tripalična magnetna vezja. Imajo manj magnetnega toka uhajanja in večjo učinkovitost. V tem primeru se tako primarno kot sekundarno navitje nahajata na osrednji palici jedra.
Trifazni transformatorji so izdelani tudi na jedrih s tremi palicami. Imajo primarno in sekundarno navitje vsake faze, ki se nahaja vsak na svojem jedru. V nekaterih primerih se uporabljajo magnetna vezja s petimi palicami. Njihova navitja so nameščena na popolnoma enak način - vsako primarno in sekundarno na svoji palici, dve skrajni palici na vsaki strani pa sta namenjeni le zapiranju magnetnih tokov v določenih načinih.
oklepni
V oklepnem jedru so izdelani enofazni transformatorji - obe tuljavi sta nameščeni na osrednjem jedru magnetnega vezja. Magnetni tok v takem jedru se zapre podobno kot pri tripalični konstrukciji - skozi stranske stene. Pretok puščanja je v tem primeru zelo majhen.
Prednosti te zasnove vključujejo nekaj povečanja v velikosti in teži zaradi možnosti gostejšega polnjenja jedrnega okna z navitjem, zato je za izdelavo transformatorjev z nizko močjo koristno uporabiti oklepna jedra. Posledica tega je tudi krajši magnetni krog, kar vodi do zmanjšanja izgub brez obremenitve.
Pomanjkljivost je težji dostop do navitij za revizijo in popravilo, pa tudi povečana zapletenost izdelave izolacije za visoke napetosti.
Toroidni
V toroidnih jedrih je magnetni tok popolnoma zaprt znotraj jedra in praktično ni puščanja magnetnega toka. Toda takšne transformatorje je težko navijati, zato se uporabljajo precej redko, na primer v nastavljivih avtotransformatorjih z majhno močjo ali v visokofrekvenčnih napravah, kjer je pomembna odpornost proti hrupu.
Avtotransformator
V nekaterih primerih je priporočljivo uporabiti takšne transformatorje, ki imajo ne le magnetno povezavo med navitji, temveč tudi električno. To pomeni, da je v napravah za dvigovanje primarno navitje del sekundarja, v napravah za znižanje pa sekundarni del primarne. Takšna naprava se imenuje avtotransformator (AT).
Nižji avtotransformator ni preprost delilnik napetosti - magnetna sklopka je vključena tudi v prenos energije v sekundarni tokokrog.
Prednosti avtotransformatorjev so:
- manjše izgube;
- možnost gladke regulacije napetosti;
- manjši kazalniki teže in velikosti (avtotransformator je cenejši, lažje ga je prevažati);
- nižji stroški zaradi manjše potrebne količine materiala.
Slabosti vključujejo potrebo po uporabi izolacije obeh navitij, zasnovanih za višjo napetost, pa tudi pomanjkanje galvanske izolacije med vhodom in izhodom, ki lahko prenese učinke atmosferskih pojavov iz primarnega tokokroga v sekundarni. V tem primeru elementov sekundarnega tokokroga ni mogoče ozemljiti.Prav tako se za slabost AT štejejo povečani tokovi kratkega stika. Pri trifaznih avtotransformatorjih so navitja običajno povezana v zvezdo z ozemljeno nevtralno, možne so tudi druge sheme povezave, vendar preveč zapletene in okorne. To je tudi pomanjkljivost, ki zoži obseg avtotransformatorjev.
Uporaba transformatorjev
Lastnost transformatorjev, da povečujejo ali znižujejo napetost, se pogosto uporablja v industriji in v vsakdanjem življenju.
Transformacija napetosti
Za raven industrijske napetosti na različnih stopnjah se postavljajo različne zahteve. Pri pridobivanju električne energije je iz različnih razlogov nedonosna uporaba visokonapetostnih generatorjev. Zato se na primer v hidroelektrarnah uporabljajo generatorji za 6 ... 35 kV. Za prevoz električne energije, nasprotno, potrebujete povečano napetost - od 110 kV do 1150 kV, odvisno od razdalje. Nadalje se ta napetost ponovno zmanjša na raven 6 ... 10 kV, razporedi na lokalne postaje, od koder se zmanjša na 380 (220) voltov in pride do končnega potrošnika. V gospodinjskih in industrijskih aparatih ga je treba tudi znižati, običajno na 3 ... 36 voltov.
Vse te operacije se izvajajo s z uporabo močnostnih transformatorjev. Lahko so suhi ali na oljni osnovi. V drugem primeru je jedro z navitji nameščeno v rezervoar z oljem, ki je izolacijski in hladilni medij.
Galvanska izolacija
Galvanska izolacija poveča varnost električnih naprav. Če se naprava ne napaja neposredno iz 220-voltnega omrežja, kjer je eden od vodnikov priključen na ozemljitev, temveč preko transformatorja 220/220 voltov, bo napajalna napetost ostala enaka.Toda s hkratnim dotikom zemlje in sekundarnih tokovnih delov vezja za pretok toka ne bo toka, nevarnost električnega udara pa bo veliko manjša.
Merjenje napetosti
V vseh električnih napeljavah je potrebno nadzorovati nivo napetosti. Če se uporablja napetostni razred do 1000 voltov, so voltmetri priključeni neposredno na dele pod napetostjo. V električnih napeljavah nad 1000 voltov to ne bo delovalo - naprave, ki lahko prenesejo takšno napetost, se v primeru okvare izolacije izkažejo za preveč obsežne in nevarne. Zato so v takšnih sistemih voltmetri povezani z visokonapetostnimi vodniki prek transformatorjev s priročnim razmerjem transformacije. Na primer, za omrežja 10 kV se uporabljajo instrumentni transformatorji 1:100, izhod je standardna napetost 100 voltov. Če se napetost na primarnem navitju spremeni v amplitudi, se istočasno spremeni na sekundarnem. Voltmetrska lestvica je običajno graduirana v območju primarne napetosti.
Transformator je precej zapleten in drag element za proizvodnjo in vzdrževanje. Vendar pa so na mnogih področjih te naprave nepogrešljive in zanje ni alternative.
Podobni članki:
