Transformátor je zařízení bez pohyblivých částí, které převádí elektrickou energii z jednoho obvodu do druhého se změnou napětí a bez změny frekvence. Existují dva typy transformátorů, klasifikované podle jejich funkce: zvyšovací transformátor a klesající transformátor, o jejichž principu vám řekneme.
.jpg)
Snižovací transformátor převádí vysoké napětí (VN) a nízký proud na jedné straně na nízké napětí (NN) a vysoký proud na straně druhé. Tento typ transformátoru má široké uplatnění v elektronických zařízeních a elektrických systémech.
Pokud jde o napěťové operace, lze aplikace transformátorů rozdělit do 2 typů: LV (napětí pod 1 kV) a VN (napětí nad 1 kV).
První metoda NN platí pro transformátory v elektronických zařízeních. Elektronické obvody vyžadují zdroj nízkého napětí (např. 5V nebo nižší).
Aby bylo zajištěno, že dodávané nízké napětí splňuje požadavky elektroniky, používá se snižovací transformátor. Převádí domácí napětí (220/120 V) z primárního napětí na nižší napětí na sekundární straně, které slouží k napájení elektronických zařízení.
Jsou-li elektronická zařízení navržena pro vyšší výkon, pak se používají transformátory s vysokou pracovní frekvencí (kHz). Transformátory s vyšším výkonem a frekvencí 50/60 Hz by byly příliš velké a těžké. Denně používané nabíječky také používají ve svém designu snižovací transformátor.
Snižovací transformátory jsou v energetickém systému velmi důležité. Snižují úroveň napětí a přizpůsobují ji systémům spotřebovávajícím energii. Transformace se provádí v několika krocích popsaných níže:
- Systém dálkového přenosu energie musí mít nejvyšší možnou úroveň napětí. Při vysokém napětí a nízkém proudu se výrazně sníží ztráta vysílacího výkonu. Elektrická síť je navržena tak, že se musí připojit k přenosové soustavě s různými napěťovými úrovněmi.
- Snižovací transformátory se používají při spojování přenosových soustav s různými napěťovými úrovněmi. Snižují úroveň napětí z maxima na nižší hodnotu (například 765/220 kV, 410/220 kV, 220/110 kV). Tyto transformátory jsou obrovské a mají velmi vysoký výkon (i 1000 MVA). V případě, že převodový poměr transformátoru není vysoký, jsou obvykle instalovány automatické transformátory.
- Dalším krokem konverze napěťové úrovně je přizpůsobení přenosového napětí distribuční úrovni. Charakteristické poměry napětí jsou v tomto případě 220/20 kV, 110/20 kV (lze najít i sekundární NN napětí 35 kV a 10 kV). Jmenovitý výkon těchto transformátorů je až 60 mVA (typicky 20 mVA). V takových transformátorech je téměř vždy instalován spínač pro změnu zátěže.
- Posledním krokem konverze napětí je přizpůsobení napětí úrovni napětí v domácnosti. Tyto transformátory, nazývané malé distribuční transformátory, mají jmenovitý výkon do 5 mVA (nejčastěji 1 mVA) a jmenovité napětí 35, 20, 10 kV na straně VN a 400/200 V na straně NN. Takové transformátory mají vysoký poměr obratu.
Typy snižovacích transformátorů
Jednofázový transformátor
Nejoblíbenější a nejrozšířenější typ. Zpravidla se používá v každodenním životě. Připojuje se z jednofázové sítě. Fázový a nulový vodič jsou připojeny k primárnímu vinutí.
Třífázový transformátor
Z velké části se používá v průmyslu, ale existují případy použití v každodenním životě. Navrženo pro snížení vyššího napětí asi 380 V na napětí požadované v třífázové síti.
Vícevinutý transformátor
Transformátor se dvěma nebo více vinutími. Je instalováno několik sekundárních vinutí pro získání několika různých hodnot napětí z jednoho zdroje.
toroidní transformátor
Ve srovnání s jinými transformátory je lehký a má malé rozměry. Používá se v rádiové elektronice k dosažení vysoké proudové hustoty díky dobrému chlazení vinutí. Je to levné, protože délka vinutí je mnohem kratší než ostatní kvůli jádru ve tvaru torusu. Snese vyšší teploty než jiné typy zařízení.
Pro člověka, který není obeznámen s elektrikou, je obtížné si představit, co je transformátor, kde je zapojen, účel jeho konstrukčních prvků.
Obecné informace o zařízení
Transformátor je statické elektromagnetické zařízení určené k přeměně proudu s proměnnou frekvencí s jedním napětím na střídavý proud s jiným napětím, ale se stejnou frekvencí, na základě jevu elektromagnetické indukce.
Zařízení nacházejí uplatnění ve všech oblastech lidské činnosti: elektroenergetika, radiotechnika, radioelektronický průmysl, domácnost.
Výstavba
Zařízení transformátoru předpokládá přítomnost jedné nebo více jednotlivých cívek (pásek nebo drátu) pod jediným magnetickým tokem, navinutých na jádru vyrobeném z feromagnetu.
Nejdůležitější konstrukční části jsou následující:
- navíjení;
- rám;
- magnetický obvod (jádro);
- chladící systém;
- izolační systém;
- další díly nezbytné pro ochranné účely, pro instalaci, zajišťující přístup k výstupním dílům.
U přístrojů můžete nejčastěji vidět dva typy vinutí: primární, které přijímá elektrický proud z externího zdroje napájení, a sekundární, ze kterého je odebíráno napětí.
Jádro poskytuje zlepšený zpětný kontakt vinutí, má snížený odpor vůči magnetickému toku.
Některé typy zařízení pracujících na ultravysoké a vysoké frekvenci se vyrábějí bez jádra.
Výroba zařízení je založena na třech základních koncepcích vinutí:
Zařízení tyčových transformátorů znamená, že vinutí vinutí na jádru je přísně horizontální. V obrněných zařízeních je uzavřena v magnetickém obvodu, umístěna vodorovně nebo svisle.
Spolehlivost, výkon, konstrukce a princip činnosti transformátoru jsou akceptovány bez jakéhokoli vlivu na princip jeho výroby.
Princip činnosti
Princip činnosti transformátoru je založen na efektu vzájemné indukce. Tok proudu s proměnnou frekvencí od jiného dodavatele energie na vstupy primárního vinutí vytváří v jádře magnetické pole s proměnným tokem procházejícím sekundárním vinutím a vyvolává v něm vznik elektromotorické síly. Zkrat na sekundárním vinutí na výkonovém přijímači způsobí vlivem elektromotorické síly průchod elektrického proudu přijímačem, zároveň se v primárním vinutí vytvoří zatěžovací proud.
Účelem transformátoru je přesunout přeměněnou elektrickou energii (bez změny její frekvence) do sekundárního vinutí z primárního s napětím vhodným pro provoz spotřebičů.
Klasifikace podle typu
Napájení
Transformátor střídavého proudu je zařízení používané k transformaci elektřiny v napájecích sítích a elektrických instalacích významného výkonu.
Potřeba elektráren se vysvětluje vážným rozdílem v provozních napětích hlavních elektrických vedení a městských sítí, které přicházejí ke koncovým spotřebitelům, které jsou potřebné pro provoz strojů a mechanismů poháněných elektřinou.
Autotransformátory
Zařízení a princip činnosti transformátoru v tomto provedení předpokládá přímé spárování primárního a sekundárního vinutí, díky čemuž je současně zajištěn jejich elektromagnetický a elektrický kontakt. Vinutí zařízení mají minimálně tři vývody, které se liší svým napětím.
Hlavní výhodou těchto zařízení by měla být dobrá účinnost, protože není přeměněn veškerý výkon – to je významné pro malé rozdíly ve vstupním a výstupním napětí. Mínus – neizolace obvodů transformátoru (nedostatečné oddělení) mezi sebou.
Proudové transformátory
Tímto termínem se označuje zařízení napájené přímo od dodavatele elektřiny, sloužící ke snížení primárního elektrického proudu na hodnoty vhodné pro ty, které se používají v měřicích a ochranných obvodech, signalizaci, komunikaci.
Primární vinutí proudových transformátorů, jejichž zařízení zajišťuje nepřítomnost galvanických spojení, je připojeno k obvodu se střídavým elektrickým proudem, který má být stanoven, a na sekundární vinutí jsou připojeny elektrické měřicí přístroje. Elektrický proud, který jím protéká, přibližně odpovídá proudu primárního vinutí, děleného transformačním poměrem.
Transformátory napětí
Účelem těchto zařízení je snížení napětí v měřicích obvodech, automatizace a reléové ochrany. Takové ochranné a elektrické měřicí obvody v zařízeních pro různé účely jsou odděleny od vysokonapěťových obvodů.
Tyto typy transformátorů jsou nutné pro krátkodobou změnu obrazových impulsů, které se zpravidla opakují v určité periodě s významným pracovním cyklem, přičemž změna jejich tvaru je omezena na minimum. Účelem použití je přenos ortogonálního elektrického impulsu s nejstrmějším omezením a čelem, indikátor konstantní amplitudy.
Hlavním požadavkem na zařízení tohoto typu je absence zkreslení při přenosu tvaru převedených napěťových impulsů. Působením napětí nějaké formy na vstupu se na výstupu získá napěťový impuls stejného tvaru, ale pravděpodobně s jiným rozsahem nebo obrácenou polaritou.
Dělení
Co je to oddělovací transformátor, je zřejmé ze samotné definice – jedná se o zařízení s primárním vinutím, které není elektricky spojeno (tedy odděleno) od sekundárního.
Existují dva typy takových zařízení:
Silové se používají ke zlepšení spolehlivosti energetických sítí v případě neočekávaného synchronního spojení se zemí a proudovodnými částmi nebo bezproudovými prvky, které se dostaly pod napětí v důsledku poruchy izolace.
Signály slouží k zajištění galvanického oddělení elektrických obvodů.
Vhodný
Jak transformátor tohoto typu funguje, je jasné i z jeho názvu. Přizpůsobovací zařízení se nazývají zařízení, která se používají k přizpůsobení odporu jednotlivých prvků elektrických obvodů s minimalizovanou změnou tvaru vlny. Také zařízení tohoto typu se používají k vyloučení galvanických interakcí mezi jednotlivými částmi obvodů.
špičkové transformátory
Princip činnosti špičkových transformátorů je založen na transformaci charakteru napětí, ze vstupního sinusového na pulzní. Polarita po přechodu se po půl periodě změní.
duální sytič
Jeho účel, zařízení a princip činnosti, jako transformátoru, jsou naprosto identické se zařízeními s párem podobných vinutí, která jsou v tomto případě absolutně stejná, vinutá opačně nebo ve shodě.
Často se také můžete setkat s názvem tohoto zařízení jako protiindukční filtr. To naznačuje rozsah zařízení – filtrace vstupního napětí v napájecích zdrojích, audio zařízení, digitální zařízení.
Provozní režimy
Volnoběh (XX)
Toto pořadí provozu je realizováno od otevření sekundární sítě, po kterém se tok elektrického proudu v ní zastaví. Primárním vinutím protéká jalový proud, jehož základním prvkem je magnetizační proud.
Když je sekundární proud nulový, elektromotorická síla indukce v primárním vinutí zcela kompenzuje napětí napájecího zdroje, a proto při ztrátě zatěžovacích proudů proud protékající primárním vinutím odpovídá hodnotě magnetizačního proudu. .
Funkčním účelem klidového provozu transformátorů je určit jejich nejdůležitější parametry:
- Účinnost;
- ukazatel transformace;
- ztráty v magnetickém obvodu.
Režim zatížení
Režim je charakterizován fungováním zařízení, kdy je na vstupy primárního okruhu přivedeno napětí a v sekundáru je připojena zátěž. Zatěžovací proud prochází “sekundárním” a v primárním – celkovým zatěžovacím proudem a klidovým proudem. Tento způsob provozu je považován za převládající pro zařízení.
Základní zákon indukčního emf odpovídá na otázku, jak transformátor funguje v hlavním režimu. Princip je následující: působení zátěže na sekundární vinutí způsobí vznik magnetického toku v sekundárním obvodu, který tvoří zatěžovací elektrický proud v jádře. Je směrován v opačném směru, než je jeho proudění, vytvořené primárním vinutím. V primárním okruhu není dodržena parita elektromotorických sil dodavatele elektřiny a indukce, v primárním vinutí se elektrický proud zvyšuje, dokud se magnetický tok nevrátí na původní hodnotu.
Zkrat (zkrat)
Přechod zařízení do tohoto režimu se provádí zkratem sekundárního okruhu. Zkrat – speciální typ zátěže, aplikovaná zátěž – odpor sekundárního vinutí – je jediná.
Princip činnosti transformátoru v režimu nakrátko je následující: na primární vinutí přichází mírné střídavé napětí, sekundární svorky jsou zkratovány. Vstupní napětí je nastaveno tak, aby hodnota závěrného proudu odpovídala hodnotě jmenovitého elektrického proudu zařízení. Hodnota napětí určuje ztráty energie způsobené ohřevem vinutí a také aktivním odporem.
Tento režim je typický pro měřicí přístroje.
Na základě rozmanitosti zařízení a typů určení transformátorů lze s jistotou říci, že dnes jsou to nepostradatelná zařízení používaná téměř všude, která zajišťují stabilitu a dosahují požadovaných hodnot napětí pro spotřebitele, a to jak občanské sítě, tak průmyslové sítě.
