Teorie o transformátorech
Základní pojmy
Statická elektromagnetická zařízení používaná k přeměně elektrické energie a jejímu přenosu z jednoho obvodu do druhého se nazývají transformátory. Pomocí transformátorů můžete převádět základní parametry elektrické energie ve střídavých obvodech: napětí, proud, frekvence, počet fází a tvar křivky. Přenos energie v transformátoru je možný nejen elektromagnetickými, ale i kombinovanými (elektromagneticko-elektrickými) prostředky. Tento typ transformátoru je známý jako autotransformátor.
Transformátor lze také použít k přenosu energie elektromagneticky bez její přeměny. Tento typ transformátoru, který se používá k izolaci jednoho elektrického obvodu od druhého, se nazývá oddělovací transformátor.
Tlumivky jsou statická elektromagnetická zařízení používaná v elektrických obvodech jako indukční reaktance. Existuje několik typů tlumivek. Mezi hlavní patří AC tlumivky, nazývané také indukční cívky, vyhlazovací tlumivky elektrických filtrů a saturační tlumivky.
Nízkovýkonové transformátory se obvykle dělí na:
1) podle napětí – nízkonapěťové a vysokonapěťové;
2) podle napájecí frekvence – pro průmyslové frekvenční transformátory (50Hz) a pro vysokofrekvenční transformátory (400-50 000Hz);
3) podle počtu fází
4) podle transformačního poměru – nahoru a dolů;
5) podle počtu závitů – dvouvinutí a vícevinutí;
6) podle provedení magnetického obvodu – na tyčový, pancéřový a toroidní;
Princip činnosti transformátoru
Činnost transformátoru je založena na jevu elektromagnetické indukce. Nejjednodušší transformátor se skládá z ocelového magnetického jádra 2 a na něm umístěných dvou vinutí 1 a 3. Vinutí jsou vyrobena z izolovaného drátu a nejsou elektricky propojena. Elektrická energie je dodávána do jednoho z vinutí ze zdroje střídavého proudu. Toto vinutí se nazývá primární vinutí. Spotřebiče jsou připojeny k jinému vinutí, nazývanému sekundární.
Při připojení transformátoru ke zdroji střídavého proudu (elektrické síti) protéká v závitech jeho primárního vinutí střídavý proud i 1 a vytváří střídavý magnetický tok F. Tento tok prochází magnetickým jádrem transformátoru a proniká do závitů primárního a sekundárního vinutí, indukuje střídavé E.D. e 1 a e 2. Pokud je k sekundárnímu vinutí připojen jakýkoli přijímač, pak pod vlivem E.M.F. Jeho obvodem prochází proud e 2 i 2.
E.D.S. [E, (V)] indukované v každém závitu primárního a sekundárního vinutí transformátoru, podle zákona elektromagnetické indukce, závisí na magnetickém toku [B, (T)] pronikajícím závitem [W], frekvence [ f, (Hz)] a plošný průřez magnetu a vodičů [S, (mm 2)].
poměr E.M.S E 2 vysokonapěťová vinutí k E.M.F. E 1 nízkonapěťového vinutí (nebo poměr počtu jejich závitů) se nazývá transformační poměr,
Pokud zanedbáme úbytky napětí na primárním a sekundárním vinutí transformátoru (u transformátorů středního a vysokého výkonu obvykle nepřesahují 2-5 % jmenovitých hodnot napětí U 1 a U 2 ), pak lze předpokládat že poměr napětí U 1 primárního vinutí k napětí U 2 sekundárního vinutí je přibližně roven poměru počtu jejich závitů, tzn.
Volbou požadovaného poměru mezi počtem závitů primárního a sekundárního vinutí tedy můžete zvýšit nebo snížit napětí na přijímači připojeném k sekundárnímu vinutí. Pokud je potřeba získat na sekundárním vinutí větší napětí, než je přiváděno do primárního, pak se používají stupňovité transformátory, u kterých je počet závitů v sekundárním vinutí větší než v primárním.
Parametry transformátoru
Jedním z nejdůležitějších parametrů transformátoru je jeho výkon. Existují elektromagnetické, užitečné, vypočítané a typické výkony transformátoru.
Elektromagnetický výkon transformátoru je výkon přenášený z primárního vinutí na sekundární elektromagnetickými prostředky; rovná se součinu efektivní hodnoty EMF tohoto vinutí a hodnoty zatěžovacího proudu, tzn.
Užitečný nebo dodaný výkon transformátoru je součin efektivního napětí na svorkách sekundárního vinutí a hodnoty jeho zatěžovacího proudu, tzn.
Vypočtený výkon transformátoru je součinem efektivní hodnoty proudu protékajícího vinutím a napětí na jeho svorkách.
Typy transformátorů
Transformátor střídavého proudu je statické elektromagnetické zařízení používané k přeměně elektrické energie a jejímu přenosu z jednoho obvodu do druhého. Slovo „výkon“ odráží provoz tohoto typu transformátoru s vysokým výkonem.
Autotransformátor je typ transformátoru, ve kterém jsou primární a sekundární vinutí přímo spojeny a díky tomu mají nejen elektromagnetickou a elektrickou vazbu. Autotransformátor má obvykle vysokou účinnost, protože se přeměňuje pouze část energie. Hlavním rozdílem od transformátoru je absence elektrické izolace (galvanické oddělení) mezi primárním a sekundárním obvodem.
Transformátor napětí — se nazývá transformátor, ve kterém je za normálních podmínek použití sekundární proud prakticky úměrný primárnímu proudu a při správném zapnutí je vůči němu posunut o úhel blízký nule. Primární vinutí proudového transformátoru je zapojeno sériově do obvodu (v části proudového vodiče) a sekundární vinutí je uzavřeno na určitou zátěž (měřicí přístroje a relé), čímž je zajištěn průchod proudu úměrného proudu v primární vinutí.
pulzní transformátor je statické elektromagnetické zařízení, které má dvě nebo více indukčně vázaných vinutí a je navrženo tak, aby pomocí elektromagnetické indukce převádělo jeden nebo více systémů střídavého proudu na jeden nebo více jiných systémů střídavého proudu ve formě impulsů.
Odpovídající transformátor – transformátor sloužící k přizpůsobení odporu různých částí elektronických obvodů s minimálním zkreslením tvaru signálu, zajišťující vytvoření galvanického oddělení mezi sekcemi obvodů.
Vinutí
Hlavním prvkem vinutí je otočit se – elektrický vodič nebo řada paralelně zapojených takových vodičů (lankové jádro), jednou obklopující část magnetického systému transformátoru, jehož elektrický proud spolu s proudy jiných takových vodičů a jiných částí transformátoru , vytváří magnetické pole transformátoru a ve kterém se vlivem tohoto magnetického pole indukuje elektromotorická síla .
Navíjení – soubor závitů, které tvoří elektrický obvod, ve kterém se sčítají emf indukované v závitech. U třífázového transformátoru se vinutím obvykle rozumí soubor vinutí stejného napětí tří fází spojených navzájem.
Vinutí se dělí podle:
Jmenování
hlavní – vinutí transformátoru, do kterého se přivádí energie přeměněného střídavého proudu nebo ze kterého se energie přeměněného střídavého proudu odebírá.
Regulační – pokud je proud vinutím nízký a regulační rozsah není příliš široký, mohou být ve vinutí umístěny odbočky pro regulaci poměru transformace napětí.
Pomocný – vinutí určená např. k napájení sítě pro pomocné potřeby výkonem výrazně menším, než je jmenovitý výkon transformátoru, ke kompenzaci magnetického pole třetí harmonické, předpětí magnetického systému stejnosměrným proudem atd.
Provedení
Obyčejné vinutí — závity vinutí jsou umístěny v axiálním směru po celé délce vinutí. Následné otáčky jsou navinuty těsně k sobě, přičemž nezůstává žádný meziprostor.
Šroubové vinutí – Šroubovité vinutí může být variantou vícevrstvého vinutí se vzdálenostmi mezi každým závitem nebo závitem vinutí.
Navíjení disku — vinutí disku se skládá z několika disků zapojených do série. V každém disku jsou závity navinuty radiálně ve spirálovém vzoru dovnitř a ven na sousední disky.
Navíjení fólie — fóliové vinutí jsou vyrobeny ze širokých měděných nebo hliníkových plechů o tloušťce od desetin milimetru do několika milimetrů.
Ortocyklické vinutí
Distribuované vinutí
Spirálové vinutí
Vinutí pyramidy
Univerzální typ vinutí
