Princíp činnosti transformátora a jeho použitie. Transformátor: podrobný jednoduchým jazykom. Magnetické jadro. Magnetické materiály

Najjednoduchšie je zariadenie pozostávajúce z oceľového jadra a dvoch vinutí (obr. 1). Keď sa na primárne vinutie aplikuje striedavé napätie, v sekundárnom vinutí sa indukuje EMF rovnakej frekvencie. Ak je k sekundárnemu vinutiu pripojený elektrický prijímač, potom v ňom vzniká elektrický prúd a na sekundárnych svorkách transformátora sa nastavuje napätie, ktoré je o niečo menšie ako EMF a do určitej relatívne malej miery závisí od zaťaženia. Pomer primárneho a sekundárneho napätia (transformačný pomer) sa približne rovná pomeru počtu závitov primárneho a sekundárneho vinutia.

Ryža. 1. Princíp zariadenia jednofázového dvojvinutého transformátora. 1 primárne vinutie, 2 sekundárne vinutie, 3 jadro. Primárne napätie U1, sekundárne napätie U2, primárny prúd I1, sekundárny prúd I2, magnetický tok F

Najjednoduchšie symboly transformátorov sú znázornené na obr. 2; kvôli prehľadnosti môžu byť rôzne vinutia transformátora, ako na obrázku, znázornené v rôznych farbách.

Ryža. 2. Symbol transformátora v podrobných (viacriadkových) schémach (a) a schémach elektrickej siete (b)

Transformátory môžu byť jednofázové alebo viacfázové a môže existovať viac ako jedno sekundárne vinutie. V elektrických sieťach sa zvyčajne používajú trojfázové transformátory s jedným alebo dvoma sekundárnymi vinutiami. Ak sú primárne a sekundárne napätie relatívne blízko seba, potom je možné použiť aj jednovinutie autotransformátorov, ktorých schematické diagramy sú znázornené na obr. 3.

Ryža. 3. Schematické diagramy zostupných (a) a zostupných (b) autotransformátorov

Najdôležitejšie menovité hodnoty transformátora sú jeho menovité primárne a sekundárne napätie, menovitý primárny a sekundárny prúd a menovitý sekundárny zdanlivý výkon (menovitý výkon). Transformátory je možné vyrábať ako pre veľmi nízky výkon (napríklad pre mikroelektronické obvody), tak aj pre veľmi vysoký výkon (napríklad pre výkonné energetické systémy), pokrývajúci rozsah výkonu od 0,1 mVA do 1000 MVA.

Straty energie v transformátore - straty v medi v dôsledku odporu vinutia a straty v oceli v dôsledku vírivých prúdov a hysterézie v jadre - sú zvyčajne také malé, že účinnosť transformátora je zvyčajne vyššia ako 99%. Napriek tomu môže byť rozptyl tepla vo vysokovýkonných transformátoroch taký silný, že je potrebné uchýliť sa k účinným metódam odvodu tepla. Najčastejšie je aktívna časť transformátora umiestnená v nádrži naplnenej minerálnym (transformátorovým) olejom, ktorá je v prípade potreby zásobovaná núteným vzduchom alebo vodným chladením. S výkonom do 10 MVA (niekedy aj vyšším) možno použiť aj suché transformátory, ktorých vinutia bývajú vyplnené epoxidovou živicou. Hlavnými výhodami suchých transformátorov je vyššia požiarna bezpečnosť a eliminácia úniku transformátorového oleja, takže je možné ich bez prekážok inštalovať v ktorejkoľvek časti budov vrátane akéhokoľvek podlažia. Prístrojové transformátory sa často používajú na meranie striedavých prúdov alebo napätí (najmä v prípade vysokých prúdov a vysokých napätí).

Zariadenie napäťového transformátora sa vo svojom princípe nelíši od výkonových transformátorov, ale pracuje v režime blízkom voľnobehu; transformačný pomer je v tomto prípade celkom konštantný. Menovité sekundárne napätie takýchto transformátorov je zvyčajne 100 V. Sekundárne vinutie prúdového transformátora je ideálne skratované a sekundárny prúd je potom úmerný primárnemu. Menovitý sekundárny prúd je zvyčajne 5 A, ale niekedy to môže byť aj menej (napr. 1 A). Príklady symbolov pre prúdové transformátory sú znázornené na obr. štyri.

Ryža. 4. Symbol prúdového transformátora v rozšírených obvodoch (a) a v jednolinkových obvodoch (b)

Za prvý možno považovať indukčný krúžok vyrobený Michaelom Faradayom (anglicky indukčný prsteň), pozostávajúci z prstencového oceľového jadra a dvoch vinutí, s ktorým 29. augusta 1831 objavil fenomén elektromagnetickej indukcie (obr. 5). Počas rýchleho prechodového javu, ku ktorému dochádza, keď je primárne vinutie pripojené k zdroju jednosmerného prúdu zapnuté alebo vypnuté, sa v sekundárnom vinutí indukuje impulzné EMF. Takéto zariadenie môže byť preto označované ako impulzný alebo prechodový transformátor.

Ryža. 5. Princíp prechodového transformátora od Michaela Faradaya. i1 primárny prúd, i2 sekundárny prúd, t čas

Na základe objavu Faradaya zostrojil učiteľ fyziky na Margnooth College neďaleko Dublinu (Dublin, Írsko) Nicholas Callan (Nicholas Callan, 1799-1864) v roku 1836 indukčnú cievku (induktor iskry), pozostávajúcu z prerušovača a transformátora; toto zariadenie umožnilo premeniť jednosmerný prúd na vysokonapäťový striedavý prúd a spôsobiť dlhé iskrové výboje. Indukčné cievky boli rýchlo zdokonalené a v 19. storočí boli široko používané pri štúdiu elektrických výbojov. Môžu za ne aj zapaľovacie cievky moderných áut. Prvý striedavý transformátor bol patentovaný v roku 1876 ruským elektrotechnikom Pavlom Yabločkovom, ktorý žil v Paríži, a používal ho v napájacích obvodoch svojich oblúkových lámp. Jadrom transformátora Yablochkov bol rovný zväzok oceľových drôtov, v dôsledku čoho magnetický obvod nebol uzavretý ako Faradayov, ale otvorený a takýto transformátor sa v iných inštaláciách nepoužíval. V roku 1885 elektrotechnici budapeštianskeho závodu Ganz and Company (Ganz & Co.) Max Deri (Max Deri, 172 1854–1938), Otto Titus Blathy (Otto Titus Blathy, 1860–1939) a Karol Zipernovsky (Karoly Zipernovsky, 18. – 1942) vyrobil transformátor s toroidným drôteným jadrom a zároveň vyvinul systém rozvodu striedavého prúdu založený na použití týchto transformátorov. Transformátor s ešte lepšími vlastnosťami, ktorého jadro bolo zostavené z oceľových plechov v tvare E a I, vytvoril v tom istom roku americký elektroinžinier William Stanley (William Stanley, 1858-1916), po ktorom nastal prudký rozvoj systémy striedavého prúdu začali tak v Európe, ako aj v Amerike. Prvý trojfázový transformátor postavil v roku 1889 Michail Dolivo-Dobrovolsky.

Transformátor je elektrické zariadenie, ktoré prenáša energiu striedavého prúdu z jedného obvodu do druhého pomocou elektromagnetickej interakcie. Väčšina transformátorov pozostáva z troch častí: primárneho vinutia, sekundárneho vinutia a jadra. Transformátor sa používa na premenu striedavého prúdu na elektrickú energiu pre domáce a priemyselné spotrebiče.

Princíp činnosti transformátora

Transformátory pracujú na princípe elektromagnetickej interakcie. Aby došlo k elektromagnetickej interakcii, je potrebná prítomnosť magnetického poľa a vodiča, medzi ktorými musí byť relatívny pohyb.

Keď sa na primárne vinutie transformátora aplikuje striedavý prúd, okolo vinutia sa vytvorí magnetické pole. Pretože je dodávaný striedavý prúd, ktorý mení smer každú polovicu cyklu, magnetické pole sa rozširuje a mizne niekoľkokrát za sekundu. Sekundárne vinutie je len vodič, ktorý je potrebný pre elektromagnetickú interakciu, a expanzia a zánik magnetického poľa poskytuje relatívny pohyb. Takže, keď sú splnené všetky tri požiadavky, dochádza k elektromagnetickej interakcii. V dôsledku toho sa v sekundárnom vinutí transformátora indukuje napätie.

Zvyšovacie transformátory sú výkonové konštrukcie určené na inštaláciu v elektrických domácich a priemyselných obvodoch. Inštalácia mení napätie smerom nahor. Je potrebné podrobnejšie zvážiť, ako funguje stupňovitý typ transformátorov, kde sa takéto inštalácie používajú.

Fungovanie

Aby ste pochopili, čo sú stupňovité transformátory, musíte pochopiť princíp fungovania. Zariadenie sa vyrába pre elektrárne, ktorých konštrukčné schémy patria do kategórie prechodu.

Zvyšovací transformátor v elektrárňach sa používa na zásobovanie sídiel a iných objektov prúdom s určitými technickými ukazovateľmi. Bez meniča vysoké napätie pozdĺž svojej dráhy postupne klesá. Koncový spotrebiteľ by dostával nedostatočné množstvo elektriny. Vďaka tejto inštalácii je elektrina zodpovedajúcej hodnoty prijímaná v koncovej elektrárni v okruhu. Spotrebiteľ prijíma napätie v sieti do 220 V. Priemyselné siete sú poskytované do 380 V.

Schéma znázorňujúca činnosť transformátora v linke obsahuje niekoľko prvkov. Generátor v elektrárni vyrába elektrinu 12 kV. Prechádza cez drôty do stupňovitých rozvodní. Je tu inštalované transformátorové zariadenie určené na zvýšenie rýchlosti vo vedení až do 400 kV.

Z rozvodne je elektrická energia privádzaná do vysokonapäťového vedenia. Ďalej energia vstupuje do znižovacej rozvodne. Tu je znížené na 12kV.

Transformátory s reverzným princípom činnosti smerujú prúd do nízkonapäťového prenosového vedenia. Na konci je nainštalovaná ďalšia spúšťacia jednotka. Z neho sa dodáva elektrina s indikátorom 220 V do domov, bytov atď.

Princíp zariadenia

Vzhľadom na to, ako funguje transformátor na zvýšenie napätia, musíte sa ponoriť do základných princípov návrhu. Základom transformátora je mechanizmus elektromagnetickej indukcie. Kovové jadro je v izolačnom prostredí. Obvod obsahuje dve cievky. Počet vinutí nie je rovnaký. Cievky sú schopné zvýšiť indikátor, v prvom okruhu ktorých je viac závitov ako v druhom.

Do primárneho okruhu sa privádza striedavé napätie. Napríklad ide o prúd v sieti 110 (100) V. Objaví sa magnetické pole. Jeho pevnosť sa zvyšuje so správnym pomerom vinutia v jadre. Keď elektrina prechádza cez druhé vinutie, v zvyšovacom transformátore sa objaví prúd s určitým indikátorom. Napríklad je k dispozícii indikátor sieťovej charakteristiky 220 V.

V tomto prípade zostáva frekvencia rovnaká. Na napájanie jednosmerného prúdu do napájacieho vedenia je v obvode namontovaný menič. Toto zariadenie môže byť v zariadení typu step-up. Zariadenie je schopné pracovať nielen na zmene napätia, ale aj frekvencie. Niektoré zariadenia sú napájané jednosmerným prúdom.

Odrody

1. Autotransformátor. Má jedno kombinované vinutie.
2. Moc. Najbežnejšia odroda medzi zariadeniami, ktoré zvyšujú indikátor napätia.
3. Anti-rezonancia. Má uzavretý dizajn. Vďaka špeciálnemu princípu fungovania majú kompaktné rozmery.
4. uzemnený. Vinutia sú spojené hviezdou alebo cikcakom.
5. Špičkové transformátory. Samostatný jednosmerný a striedavý prúd.
6. Domácnosť. Zvýšenie charakteristík elektrickej energie počas prevádzky transformátora sa uskutočňuje v malom rozsahu. Pomáhajú eliminovať rušenie v domácej sieti, chránia zariadenia pred prepätím, nízkou a vysokou elektrinou.

Prezentované návrhy sa líšia výkonom a technickými charakteristikami.

Iné typy

V súlade s výkonnostnými charakteristikami prezentovaného zariadenia sa líši niekoľkými ďalšími spôsobmi. Podľa počtu okruhov existujú jednofázové (domáce) a trojfázové (priemyselné) štruktúry.

Ako chladiaci systém sa používajú rôzne látky. Existujú olejové a suché odrody. V prvom prípade je zariadenie lacnejšie. Olej je horľavá látka. Pri použití je zabezpečená kvalitná ochrana pred nehodou. Suché kamenivo je plnené nehorľavou látkou. Sú drahšie, ale požiadavky na ich inštaláciu sú lojálne.

Cirkulácia chladiča v systéme môže byť nútená alebo prirodzená. Existujú návrhy, v ktorých sú tieto metódy kombinované. Rozmanitosť typov umožňuje každému vybrať si optimálny typ zariadenia.

Označovanie

Výrobcovia vyvinuli špeciálne označenie prezentovaného zariadenia. To umožňuje spotrebiteľom a inšpektorom ľahko určiť typ zariadenia.

Vo všeobecnosti označenie vyzerá takto - TM / N - X, kde:

• T - označenie typu zariadenia;
• M je výkon jednotky špecifikovaný výrobcom, kVA;
• H - trieda napätia zo strany vysokonapäťového vinutia (HV);
• X - klimatická charakteristika, ktorá určuje vlastnosti umiestnenia v súlade s GOST 15150.

Označenie môže obsahovať ďalšie charakteristiky. Na jeho tele je nainštalovaný štítok označujúci parametre zariadenia. Pri inštalácii zariadenia musia byť informácie s označením na mieste prístupnom pre vizuálnu kontrolu. Prečítajte si viac o označovaní transformátorov.

Oprava a servis

Transformátor je komplexné zariadenie. Pravidelne bude potrebné vykonať servis a. Odporúča sa zveriť túto prácu odborníkom. Takúto prácu má právo vykonávať len osoba s príslušným vzdelaním.

Pri zvýšenej rýchlosti ohrevu, prítomnosti hluku je potrebné previnúť obvody transformátora. Tento postup môže vykonať nekvalifikovaný špecialista s minimálnou úrovňou vedomostí v oblasti elektrotechniky.

Zariadenie má magnetický pohon. Je to bežné pre cievky. Prvý okruh je zodpovedný za zníženie a druhý - za zvýšenie elektriny v sieti. Kontrola transformátora sa vykonáva podľa určitej technológie.

Vyšetrenie

Najprv sa vykoná vizuálna kontrola bloku. Ak sa počas prevádzky pozoruje prehriatie, na povrchu sa objavia deformácie, nepravidelnosti, opuch izolácie. Ak kontrola neodhalila odchýlky, musíte nájsť vstup a výstup zariadenia. Prvý z nich je pripojený k prvej cievke. To vytvára magnetické pole pri použití elektriny. Výstup je pripojený k sekundárnemu vinutiu.

Výstupný signál je filtrovaný. Tento ukazovateľ je potrebné merať. Skladacie časti konštrukcie trupu sú odstránené. Vyžaduje prístup k mikročipom. To vám umožní merať napätie pomocou multimetra. V tomto prípade bude potrebné vziať do úvahy nominálne ukazovatele. Ak je nameraná hodnota nižšia ako 80% hodnoty udávanej výrobcom, primárny okruh nefunguje správne.

Prvá cievka je odpojená od zariadenia. Už nedostáva elektrinu. Potom sa skontroluje sekundárny okruh. Pri absencii filtrovania sa používa energia z meracieho prístroja. Pri absencii normálneho napätia v systéme si zariadenie vyžaduje opravu.

Po kontrole, či sú základné prvky v dobrom stave, sa konštrukcia zostaví v opačnom poradí. V prípade potreby sa jednotka opraví.

Zaujímavé video: Ako funguje transformátor?

Po zvážení vlastností, princípu činnosti stupňovitých transformátorov je možné posúdiť ich dôležitosť v elektrických vedeniach. Použitie takéhoto zariadenia zlepšuje kvalitu elektrickej energie v domácich a priemyselných sieťach. Je nainštalovaný všade. Prezentované typy inštalácií sú dnes veľmi žiadané.

Pre človeka, ktorý nie je oboznámený s elektrikou, je ťažké predstaviť si, čo je transformátor, kde je zapojený, účel jeho konštrukčných prvkov.

Všeobecné informácie o zariadení

Transformátor je statické elektromagnetické zariadenie určené na premenu prúdu s premenlivou frekvenciou s jedným napätím na striedavý prúd s iným napätím, ale s rovnakou frekvenciou, na základe javu elektromagnetickej indukcie.

Zariadenia sa používajú vo všetkých sférach ľudskej činnosti: elektroenergetika, rádiotechnika, rádioelektronický priemysel, domácnosť.

Dizajn

Zariadenie transformátora predpokladá prítomnosť jednej alebo viacerých individuálnych cievok (páska alebo drôt) pod jedným magnetickým tokom, navinutým na jadre vyrobenom z feromagnetika.

Najdôležitejšie konštrukčné časti sú nasledovné:

• navíjanie;
• rám;
• magnetický obvod (jadro);
• chladiaci systém;
• izolačný systém;
• dodatočné časti potrebné na ochranné účely, na inštaláciu, poskytujúce prístup k výstupným častiam.

V zariadeniach môžete najčastejšie vidieť dva typy vinutia: primárne, ktoré prijíma elektrický prúd z externého zdroja napájania, a sekundárne, z ktorého je odstránené napätie.

Jadro poskytuje vylepšený spätný kontakt vinutia, má zníženú odolnosť voči magnetickému toku.

Niektoré typy zariadení pracujúcich na ultra vysokej a vysokej frekvencii sa vyrábajú bez jadra.

Výroba zariadení je založená na troch základných koncepciách vinutia:

• obrnený;
• toroidný;
• tyč.

Zariadenie tyčových transformátorov znamená, že vinutie vinutia na jadre je prísne horizontálne. V pancierových zariadeniach je uzavretý v magnetickom obvode, umiestnený horizontálne alebo vertikálne.

Spoľahlivosť, výkonové vlastnosti, dizajn a princíp činnosti transformátora sú prijaté bez akéhokoľvek vplyvu na princíp jeho výroby.

Princíp činnosti

Princíp činnosti transformátora je založený na účinku vzájomnej indukcie. Tok prúdu s premenlivou frekvenciou od externého dodávateľa energie na vstupy primárneho vinutia vytvára v jadre magnetické pole s premenlivým tokom prechádzajúcim sekundárnym vinutím a vyvolávajúcim v ňom vznik elektromotorickej sily. Skrat sekundárneho vinutia na výkonovom prijímači spôsobí vplyvom elektromotorickej sily prechod elektrického prúdu cez prijímač, zároveň sa v primárnom vinutí vytvorí záťažový prúd.

Účelom transformátora je presunúť premenenú elektrickú energiu (bez zmeny jej frekvencie) do sekundárneho vinutia z primárneho s napätím vhodným na prevádzku spotrebičov.

Klasifikácia podľa typu

Moc

Transformátor striedavého prúdu je zariadenie používané na transformáciu elektriny v napájacích sieťach a elektrických inštaláciách významného výkonu.

Potreba elektrární sa vysvetľuje vážnym rozdielom v prevádzkovom napätí hlavných elektrických vedení a mestských sietí, ktoré prichádzajú ku koncovým spotrebiteľom, ktoré sú potrebné na prevádzku strojov a mechanizmov poháňaných elektrickou energiou.

Autotransformátory

Zariadenie a princíp činnosti transformátora v tomto prevedení predpokladá priame spárovanie primárneho a sekundárneho vinutia, vďaka čomu je súčasne zabezpečený ich elektromagnetický a elektrický kontakt. Vinutia zariadení majú najmenej tri vodiče, ktoré sa líšia svojim napätím.

Hlavná výhoda týchto zariadení by sa mala nazývať dobrá účinnosť, pretože nie všetok výkon sa premieňa - to je významné pre malé rozdiely vo vstupnom a výstupnom napätí. Mínus - neizolácia obvodov transformátora (nedostatok oddelenia) medzi sebou.

Prúdové transformátory

Tento výraz sa používa na označenie zariadenia napájaného priamo od dodávateľa elektriny, slúžiaceho na zníženie primárneho elektrického prúdu na hodnoty vhodné pre tie, ktoré sa používajú v meracích a ochranných obvodoch, signalizácii, komunikáciách.

Primárne vinutie prúdových transformátorov, ktorých zariadenie zabezpečuje absenciu galvanických spojení, je pripojené k obvodu so striedavým elektrickým prúdom, ktorý sa má určiť, a k sekundárnemu vinutiu sú pripojené elektrické meracie prístroje. Elektrický prúd, ktorý ním preteká, približne zodpovedá prúdu primárneho vinutia, vydelenému transformačným pomerom.

Napäťové transformátory

Účelom týchto zariadení je zníženie napätia v meracích obvodoch, automatizácia a reléová ochrana. Takéto ochranné a elektrické meracie obvody v zariadeniach na rôzne účely sú oddelené od vysokonapäťových obvodov.

Pulz

Tieto typy transformátorov sú potrebné na krátkodobú zmenu video impulzov, ktoré sa spravidla opakujú v určitom období s významným pracovným cyklom, pričom zmena ich tvaru je znížená na minimum. Účelom použitia je prenos ortogonálneho elektrického impulzu s najstrmším odrezaním a predkom, indikátorom konštantnej amplitúdy.

Hlavnou požiadavkou na zariadenia tohto typu je absencia skreslenia pri prenose tvaru konvertovaných napäťových impulzov. Pôsobenie napätia určitej formy na vstup spôsobí, že na výstupe sa získa napäťový impulz rovnakého tvaru, ale pravdepodobne s iným rozsahom alebo obrátenou polaritou.

Delenie

Čo je to izolačný transformátor, je zrejmé zo samotnej definície - ide o zariadenie s primárnym vinutím, ktoré nie je elektricky spojené (t. j. oddelené) od sekundárneho.

Existujú dva typy takýchto zariadení:

• moc;
• signál.

Silové sa používajú na zlepšenie spoľahlivosti energetických sietí v prípade neočakávaného synchrónneho spojenia so zemou a prúdovými časťami alebo bezprúdovými prvkami, ktoré sa dostali pod napätie v dôsledku zlyhania izolácie.

Signály sa používajú na zabezpečenie galvanického oddelenia elektrických obvodov.

Zhoda

Ako funguje transformátor tohto typu je jasné aj z jeho názvu. Prispôsobovacie zariadenia sa nazývajú zariadenia, ktoré sa používajú na prispôsobenie odporu jednotlivých prvkov elektrických obvodov s minimalizovanou zmenou tvaru vlny. Zariadenia tohto typu sa tiež používajú na vylúčenie galvanických interakcií medzi jednotlivými časťami obvodov.

špičkové transformátory

Princíp činnosti špičkových transformátorov je založený na transformácii charakteru napätia, zo vstupného sínusového na impulzné. Polarita po prechode sa po pol perióde zmení.

dvojitá tlmivka

Jeho účel, zariadenie a princíp činnosti, ako transformátor, sú úplne identické so zariadeniami s párom podobných vinutí, ktoré sú v tomto prípade úplne rovnaké, navinuté opačne alebo v zhode.

Pre toto zariadenie môžete tiež často nájsť taký názov ako protiindukčný filter. To naznačuje rozsah zariadenia - filtrovanie vstupného napätia v zdrojoch, audio zariadeniach, digitálnych zariadeniach.

Prevádzkové režimy

Voľnobeh (XX)

Toto poradie prevádzky sa realizuje od otvorenia sekundárnej siete, po ktorej sa tok elektrického prúdu v nej zastaví. V primárnom vinutí preteká jalový prúd, ktorého základným prvkom je magnetizačný prúd.

Keď je sekundárny prúd nulový, elektromotorická sila indukcie v primárnom vinutí úplne kompenzuje napätie napájacieho zdroja, a preto, ak dôjde k strate zaťažovacích prúdov, prúd pretekajúci primárnym vinutím zodpovedá hodnote magnetizačného prúdu. .

Funkčným účelom nečinnej prevádzky transformátorov je určiť ich najdôležitejšie parametre:

• ukazovateľ transformácie;
• straty v magnetickom obvode.

Režim načítania

Režim je charakterizovaný fungovaním zariadenia, keď je na vstupy primárneho okruhu privedené napätie a v sekundárnom je pripojená záťaž. Zaťažovací prúd prechádza "sekundárnym" av primárnom - celkovým zaťažovacím prúdom a nečinným prúdom. Tento režim prevádzky sa považuje za prevládajúci pre zariadenie.

Základný zákon indukčného emf odpovedá na otázku, ako funguje transformátor v hlavnom režime. Princíp je nasledovný: privedením záťaže na sekundárne vinutie sa v sekundárnom obvode vytvorí magnetický tok, ktorý v jadre vytvorí zaťažujúci elektrický prúd. Je nasmerovaný v smere opačnom k ​​jeho toku, vytvorenému primárnym vinutím. V primárnom okruhu nie je dodržaná parita elektromotorických síl dodávateľa elektriny a indukcie, v primárnom vinutí sa elektrický prúd zvyšuje, kým sa magnetický tok nevráti na pôvodnú hodnotu.

Skrat (skrat)

Prechod zariadenia do tohto režimu sa vykonáva skratom sekundárneho okruhu. Skrat - špeciálny typ zaťaženia, aplikované zaťaženie - odpor sekundárneho vinutia - je jediný.

Princíp činnosti transformátora v skratovom režime je nasledovný: na primárne vinutie prichádza mierne striedavé napätie, sekundárne svorky sú skratované. Vstupné napätie je nastavené tak, aby hodnota záverného prúdu zodpovedala hodnote menovitého elektrického prúdu zariadenia. Hodnota napätia určuje straty energie spôsobené zahrievaním vinutia, ako aj aktívnym odporom.

Tento režim je typický pre meracie prístroje.

Na základe rozmanitosti zariadení a typov účelu transformátorov môžeme s istotou povedať, že dnes sú to nepostrádateľné zariadenia používané takmer všade, ktoré zaisťujú stabilitu a dosahujú požadované hodnoty napätia pre spotrebiteľa, a to ako občianske siete, tak siete priemyselných podnikov.

Transformátor (z lat. transformare, zmeniť, previesť) je elektromagnetické zariadenie, ktoré premieňa elektrickú energiu z jedného systému na druhý pomocou elektromagnetickej indukcie bez zmeny frekvencie, je neoddeliteľnou súčasťou elektrických systémov. Transformátory sa dodávajú v širokej škále veľkostí, od malých v elektronickom zariadení až po veľké transformátory používané v rozvodných sieťach až do niekoľkých megawattov.

Príbeh

Zákon elektromagnetickej indukcie, na ktorom je založená činnosť transformátora, objavil Faraday v roku 1831. V tom istom roku Faraday predstavil „indukčný prsteň“, prvý prototyp transformátora. Použil ho na demonštráciu princípu elektromagnetickej indukcie a nevidel v ňom žiadne praktické využitie.

Prvú „indukčnú cievku“ vynašiel Nicholas Joseph Callan na Írskej národnej univerzite v Maynoothe v roku 1836. Callan bol jedným z prvých výskumníkov, ktorí si uvedomili, že zvýšenie počtu závitov v sekundárnom vinutí v porovnaní s počtom závitov v hlavnom vinutí zvyšuje napätie.

V rokoch 1830 až 1870 výskum indukčných cievok, väčšinou metódou pokus-omyl, umožnil určiť princípy fungovania transformátora. V roku 1848 predstavil francúzsky inžinier G. Ruhmkorf špeciálnu konštrukciu indukčnej cievky, ktorá sa stala prototypom transformátora. Zariadenia vhodné na praktické využitie sa objavili až v roku 1880, no v priebehu nasledujúcich desiatich rokov zohrali transformátory veľkú úlohu vo vývoji elektriny.

V roku 1876 ruský inžinier Pavel Nikolaevič Yablochkov vynašiel osvetľovací systém založený na súprave induktorov. Primárne vinutie cievok bolo pripojené k zdroju striedavého prúdu a sekundárne k niekoľkým lampám. Cievky použité v systéme fungovali na princípe transformátora. Patent uvádzal „zdroj rôznych bodov svetla s rôznou intenzitou z jedného zdroja energie“.

V roku 1882 v Londýne Lucien Galard a John Gibbs prvýkrát predstavili „sekundárny generátor“ – zariadenie s kovovým jadrom a potom tento nápad predali americkej spoločnosti Westinghouse Electric. Podobný systém bol vyvinutý v Turíne v Taliansku, kde sa používal v systémoch elektrického osvetlenia.

V roku 1883 skupina inžinierov z maďarskej firmy Ganz & K vyvinula a uviedla do výroby transformátor s uzavretým okruhom, ktorý zohral dôležitú úlohu v ďalšom vývoji konštrukcií transformátorov. Používali sa na výrobu osvetľovacej techniky v Rakúsku a Maďarsku.

Koncom 80. rokov 19. storočia inžinieri Westinghouse Electric vyvinuli olejom chladený transformátorový chladiaci systém. Hlavné prvky transformátora boli umiestnené v nádobách s olejom na chladenie, čo umožnilo výrazne zvýšiť účinnosť izolácie vinutia. Tá istá americká spoločnosť začala využívať transformátor na komerčné účely, čo viedlo k ďalšiemu záujmu mnohých vedcov o toto zariadenie. Za ďalších 40 rokov bolo zariadenie transformátora niekoľkokrát vylepšené: vynález trojfázového transformátora, pridanie kremíka do zloženia použitých materiálov a iné.

Princíp činnosti a hlavné prvky

Transformátor je zariadenie, ktoré premieňa určitú úroveň striedavého napätia na inú úroveň striedavého napätia. Práca transformátora je založená na dvoch základných princípoch: elektromagnetizmus a elektromagnetická indukcia. Transformátor sa zvyčajne skladá z dvoch izolovaných cievok z vodivého materiálu navinutých na rovnakom jadre. Jadro je spravidla vyrobené z elektrickej ocele - zliatiny, ktorá optimalizuje magnetický tok. Primárne vinutie je napájané z externého zdroja. Striedavý prúd v primárnom vinutí vytvára magnetický tok. Tento tok spôsobí elektromagnetickú indukciu, vznik elektromotorickej sily v sekundárnom vinutí. Napätie v sekundárnom vinutí priamo závisí od pomeru počtu závitov k počtu závitov primárneho vinutia.

Hlavnými komponentmi transformátora sú: magnetický obvod, vinutie, rám vinutia, izolácia, chladiaci systém a ďalšie pomocné prvky.

Magnetický systém transformátora (magnetický obvod) je vyrobený zo zliatin feritickej ocele s obsahom kremíka s vysokou magnetickou permeabilitou. Navrhnuté na lokalizáciu magnetického toku v transformátore. Dizajn môže pozostávať zo sady tenkých dosiek s izolačnou vrstvou medzi každým, tenkej pásky, niekoľkých "podkov" atď. Magnetický systém v kombinácii so všetkými detailmi potrebnými na upevnenie všetkých uzlov do jedinej konštrukcie sa nazýva tzv. jadro transformátora.

Vinutie - súbor elektrických vodičov ovinutých okolo jadra (závitov) tvoriacich elektrický obvod. Celkový elektrický prúd každého závitu určuje celkovú elektromotorickú silu transformátora. Viac závitov spôsobuje vyššie napätie. Vinutie trojfázového transformátora je kombináciou vinutí každej z troch fáz spojených navzájom. Ako materiál použitý na vinutie transformátora, berúc do úvahy jeho použitie, sa používajú vodivé kovy a zliatiny.

Zvyčajne sa používa vodivý prvok so štvorcovým prierezom (jadrom). Pre výkonnejšie transformátory, aby sa zlepšila funkcia vinutia, môže byť prierez vodiča rozdelený na niekoľko paralelných vodivých prvkov. Každé jadro je izolované tenkým (niekoľko mikrometrov) naolejovaným papierom alebo smaltom.

Aby sa zabránilo nadmernému zahrievaniu a stratám v transformátore, používa sa chladiaci systém. Nízkonapäťové transformátory používajú "suchý" chladiaci systém s použitím izolačných syntetických živíc. V transformátoroch vyššieho napätia sa na odstránenie prebytočného tepla používa olej, zvyčajne minerálny olej.

Hlavné typy transformátorov

Výkonový transformátor sa používa na premenu elektriny v elektrických sieťach. Názov "výkon" znamená schopnosť pracovať s vysokým napätím. Ich použitie je nevyhnutné na dodanie požadovaného výkonu konečnému spotrebiteľovi elektriny. Napätie v elektrických vedeniach môže dosiahnuť 750 kV, pričom napätie potrebné na prevádzku elektrospotrebičov v koncovej sieti sa pohybuje od 220 do 380 V. Na zabezpečenie prevádzky sa používa jedno alebo viac sekundárnych vinutí. Na zabránenie vzniku požiaru pri prehriatí transformátora sa často používa poistka.

Autotransformátor je variant so sériovým zapojením primárneho a sekundárneho vinutia. Vďaka tomu je spojenie medzi vinutiami nielen elektromagnetické, ale aj elektrické. Takýto transformátor je menší a lacnejší, používa sa na prevod napätia s malým rozdielom medzi vstupom a výstupom. Má vysokú účinnosť. Nevýhodou je chýbajúca galvanická izolácia medzi vinutiami.

Prúdový transformátor slúži na zníženie primárneho prúdu zdroja na hodnotu potrebnú pre istenie, meranie, signalizáciu a pod.. Primárne vinutie sa pripája na striedavý obvod, ktorý je potrebné merať alebo chrániť a sekundárne na merací prístroj .

Napäťový transformátor z hľadiska aplikácie je podobný prúdovému transformátoru. Používa sa na prevod vysokého napätia v meracích obvodoch. Existujú tiež: impulzné transformátory, izolačné, prispôsobené, špičkový transformátor, transfluxor.

Naším cieľom je vlastný FabLab v Petrohrade!
Sledujte novinky!