Transformátor je statické elektromagnetické zařízení, které má dvě (nebo více) indukčně vázaná vinutí a je navrženo tak, aby transformovalo jeden (primární) systém střídavého proudu na jiný (sekundární) systém střídavého proudu prostřednictvím jevu elektromagnetické indukce.

Podle účelu se transformátory dělí na výkonové transformátory všeobecné, které se používají v přenosových a rozvodných vedeních k získání potřebného napětí, a transformátory speciální, různé provozními vlastnostmi a provedením (pecní, svařovací, pro automatizační zařízení , testování, měření.) .

Budeme uvažovat o výkonových transformátorech pro všeobecné použití. Tyto transformátory se dělí na snižující a zvyšující. Transformátory mají vlastnost reverzibility, tj. stejný transformátor může být jak zvyšující, tak snižující, ale obvykle má specifický účel, buď zvýšení nebo snížení.

Každý transformátor je vybaven štítem připevněným na viditelném místě, na kterém jsou uvedeny jmenovité hodnoty, které charakterizují provozní režim, pro který je transformátor určen.

1) Jmenovitý výkon, VA a kVA

(pro jednofázové: , pro 3fázové: )

2) Jmenovité proudy vedení I1h, I2H

3) Síťové napětí U1nom, U2nom – napětí na sekundárním vinutí při vypnuté zátěži a U1nom

6) Schéma a skupina zapojení

7) Zkratové napětí

8)

Provozní režim (dlouhodobý nebo krátkodobý)

9) Způsob chlazení

Princip činnosti transformátorů

Nejjednodušší výkonový transformátor se skládá z magnetického jádra (jádra), které je vyrobeno z feromagnetického materiálu (elektroplech) a dvou vinutí umístěných na jádrech magnetického jádra.

Jedno z vinutí, které je tzv hlavní, připojený ke zdroji střídavého síťového napětí U1. K dalšímu vinutí tzv sekundární, je připojen spotřebič Zn.

Primární a sekundární vinutí transformátoru nemají mezi sebou žádné elektrické spojení, takže výkon je přenášen z jednoho vinutí na druhé elektromagneticky. Magnetické jádro slouží ke zlepšení indukční vazby mezi vinutími.

Činnost transformátoru je založena na jevu elektromagnetické indukce. Při připojení primárního vinutí ke zdroji střídavého proudu protéká v závitech tohoto vinutí střídavý proud s napětím U, který vytváří v magnetickém jádře střídavý magnetický tok F. Když se tok uzavře v magnetickém jádru, přilne k obě vinutí a indukuje v nich EMF.

V primárním vinutí EMF samoindukce:

v sekundárním vinutí EMF vzájemné indukce:

kde w1 a w2 – počet závitů primárního a sekundárního vinutí transformátoru. Když je zátěž Zn připojena ke svorkám sekundárního vinutí transformátoru pod vlivem EMF e2 v obvodu tohoto vinutí vzniká proud i2, a napětí U je nastaveno na svorkách2. U stupňovitých transformátorů U2 >U1, v sestupném U2 1.

READ
Jak se překládá alstroemeria?

Z rovnic 1 a 2 je zřejmé, že emf e1 a e2indukované ve vinutí transformátoru se liší pouze počtem závitů w1 a w2 ve vinutích tedy změnou počtu závitů lze nastavit libovolný poměr napětí.

Vinutí transformátoru připojené k síti vyššího U se nazývá vinutí s vyšším napětím (VN) a vinutí připojené k síti nižšího napětí vinutí spodního zdůrazňuje (NN).

Na schématech zapojení je znázorněn jednofázový transformátor

Transformátor je zařízení na střídavý proud. Pokud je jeho primární vinutí připojeno ke zdroji stejnosměrného proudu, pak bude magnetický tok v magnetickém jádře konstantní jak ve velikosti, tak ve směru, proto se ve vinutích transformátoru nebude indukovat žádné EMF, tudíž elektrická energie transformátoru primární okruh nebude převeden na sekundární.

Transformátor je hlavním prvkem celého moderního energetického systému. V tomto článku budeme hovořit o konstrukci a typech transformátorů, principech činnosti a praktických aplikacích.

Co je to transformátor

Transformátor je speciální zařízení vynalezené k přeměně napětí a jeho přenosu na velké vzdálenosti bez změny frekvence proudu.

Transformátor je statické zařízení, protože nemá žádné pohyblivé části. Zařízení pracuje na střídavý proud a je založeno na principu elektromagnetické indukce.

Hlavní úkoly těchto zařízení jsou:

  1. Přenos elektřiny na vzdálenosti.
  2. Zajištění potřebného spínacího obvodu při převodu zařízení a přizpůsobení napětí na vstupu a výstupu zařízení.
  3. Napájení v obvodech různých elektrických, domácích, televizních a rozhlasových zařízení.

Tato zařízení jsou široce používána ve všech oblastech a průmyslových odvětvích, a to:

  • v energetice;
  • v elektrotechnice;
  • ve strojírenství;
  • o dopravě.

Když se objevil, historie stvoření

Vytvoření prvního transformátoru je spojeno se jmény a vývojem vědců z různých zemí:

  1. Anglický fyzik M. Faraday v roce 1831 objevil fenomén elektromagnetické indukce, který je základem činnosti elektrického transformátoru.
  2. Němec G. Ruhmkorff v roce 1848 vynalezl indukční cívku, která je považována za prototyp transformátoru.
  3. Ruský inženýr P. Jabločkov získal v roce 1876 patent na vynález zařízení, které se stalo prvním transformátorem střídavého proudu (šlo o zařízení s otevřeným jádrem).
  4. Angličané D. a E. Hopkinsonovi (bratři) vytvořili v roce 1884 první transformátory s uzavřenými jádry.
  5. D. Swinburne navrhl umístit zařízení do nádoby s olejem pro chlazení zařízení, což výrazně zvýšilo spolehlivost transformátoru (konec 1880. let XNUMX. století).
  6. Systém třífázového střídavého proudu byl patentován ve Spojených státech v roce 1888 Nikolou Teslou.
READ
Jak správně umístit plynový ohřívač do kuchyně?

Následný vývoj vědců z celého světa se zaměřil na zlepšení vlastností zařízení a snížení ztrát napětí v zařízení.

Konstrukce a princip činnosti transformátoru

Nejjednodušší transformátor se skládá ze dvou vinutí s izolovanými dráty, které jsou navinuty na ocelovém jádru skládajícím se z několika vrstev. Střídavý proud je přiváděn do jednoho z vinutí, které se nazývá primární. Druhý (sekundární) je připojen k zátěži.

Princip činnosti Elektrický transformátor je docela jednoduchý: když je k primárnímu vinutí připojen střídavý proud, kolem železné tyče, na které je navinut, se objeví magnetické pole. Vlivem elektromotorické síly indukce se při připojení sekundárního vinutí k zátěži přenáší proud.

Značení, dekódování hlavních parametrů

Všechny transformátory jsou označeny speciálními značkami, které umožňují určit typ zařízení, jeho provozní podmínky, jmenovitý výkon a napětí. Ruská a zahraniční zařízení jsou označena odlišně. V Ruské federaci se častěji používají zařízení vyrobená v souladu s GOST.

Informace o transformátoru jsou umístěny na kovovém štítku na těle zařízení, aplikovaném pomocí gravírování nebo embosování:

  • název závodu, kde bylo zařízení vyrobeno;
  • Rok manufaktury;
  • tovární číslo;
  • číslo normy, které zařízení odpovídá;
  • indikátor jmenovitého výkonu (u třífázových transformátorů je uveden pro každé vinutí);
  • indikátor jmenovitého proudu (pro všechna vinutí);
  • počet fází;
  • aktuální frekvence;
  • schéma zapojení vinutí;
  • požadavky na instalaci – vnitřní nebo venkovní;
  • způsob chlazení;
  • další informace, v závislosti na typu chlazení zařízení.

symboly

Legenda 2

Typy transformátorů podle typu magnetického obvodu

Magnetický obvod je zařízení, které zesiluje magnetické toky vznikající elektrickým proudem ve vinutích transformátorů.

Magnetická jádra (jádra) jsou nedílnou součástí různých elektrických zařízení: tlumivek, relé atd.

V moderním světě existují různé konstrukce transformátorů vytvořených pro specifické účely a přenášejících napětí různých výkonů.

Podle typu jader jsou zařízení:

  • tyčový typ (obvykle používaný pro třífázové transformátory);
  • typ pancéřování (pro třífázová zařízení);
  • toroidního typu (používá se v transformátorech umístěných v různých elektrických zařízeních).

Magnetický obvod

В stěžejní Tento typ využívá vertikální jádra se stupňovitým průřezem, která tvoří kruh s vodorovnými třmeny (část jader bez vinutí). Vinutí v takových magnetických jádrech jsou umístěna na vertikálních prvcích. Základním systémem je uzavřený okruh.

READ
Co znamená označení na polypropylenových trubkách?

В obrněný typu, jádra mají obdélníkový průřez a jsou umístěna ve vodorovné poloze. Vinutí jsou také vyrobena v obdélníkovém tvaru. Tento design je poměrně složitý na výrobu, takže se používá zřídka, na speciálních typech zařízení.

В toroidní (prsten) typ použijte prstencové pásky. Používají se k vytváření jednofázových výkonových transformátorů. Jádra jsou vyrobena z elektrooceli o tloušťce 0,3 a 0,35 mm, vyrobené speciální technologií. Materiálem pro toroidní magnetická jádra je ferit nebo karbonylové železo. Taková jádra jsou široce používána v rádiové elektronice.

Konstrukce magnetických jader se liší způsobem připojení jader k části jader, která nemá vinutí.

  • В zadek připojení, části magnetických obvodů jsou sestaveny samostatně. Nejprve se na vertikální jádra nainstalují vinutí, poté se pomocí kolíků připojí k horním třmenům. Spodní horizontální třmen je namontován. V tomto provedení můžete snadno měnit vinutí.
  • В smíšené Po spojení jsou tyče a třmeny vrstvené desky. Díly se spojují vložením prvků do sebe v prostorech mezi vrstvami jádra. Tento design je obtížnější sestavit.

Klasifikace transformátorů

  • step-up (pokud je napětí na sekundárním vinutí větší než na primárním);
  • step-down (pokud je napětí na druhé cívce menší než na první).

Napětí na primární a výstupní cívce závisí na poměru počtu závitů vinutí na nich. Čím více jich je, tím vyšší je napětí. Pokud má tedy vstupní vinutí více závitů než výstupní vinutí, bude mít vyšší napětí a naopak.

Klasifikace transformátorů

Transformátory mají širokou klasifikaci podle jejich účelu:

  1. Napájení. Účel výkonových transformátorů je jasný již z názvu. Jedná se především o vysoce výkonná zařízení používaná v elektrických přenosových vedeních k přeměně elektrické energie a jejímu přenosu ke konečnému spotřebiteli. Použití takových zařízení je možné ve vysokonapěťových třífázových sítích.
  2. autotransformátor. Jedná se o zařízení, ve kterém jsou primární a sekundární vinutí přímo navzájem spojeny. Toto zařízení se vyznačuje třemi svorkami. Transformátory tohoto typu mají zvýšené riziko vysokonapěťového šoku do zátěže. Proto musí být spolehlivě uzemněny.
  3. Transformátor napětí nebo měření transformátor. U takových zařízení je primární vinutí zapojeno sériově do elektrického obvodu s jinými zařízeními a je galvanicky odděleno. Primární okruh je řízen změnou jednofázové zátěže a sekundární cívka se používá v poplachovém nebo přístrojovém obvodu. U tohoto typu zařízení sekundární vinutí pracuje v režimu zkratu.
  4. Napěťový transformátor. Jedná se o zařízení snižující napětí. Obvykle se používá k izolaci ochranných obvodů pro měřicí přístroje.
  5. Puls. Jedná se o zařízení určené k převodu impulsů při zachování jejich tvaru. Zařízení mění amplitudu a polaritu pulzních signálů bez ovlivnění tvaru.
  6. Svařování. Pro provoz takového zařízení potřebujete vysoký svařovací proud, kterým zařízení taví kov. Síťové napětí je sníženo na bezpečnou úroveň.
  7. Oddělení. Hlavní charakteristikou takového zařízení je absence elektrického spojení mezi obvody. Zařízení pro oddělování výkonu se používají ke zlepšení bezpečnosti elektrických sítí a k zajištění galvanického oddělení mezi uzly elektrického obvodu.
  8. Koordinátor. Takové zařízení se používá k přizpůsobení odporu v elektronických obvodech. Zařízení poskytuje minimální zkreslení signálu a vytváří izolaci mezi uzly zařízení v elektrickém obvodu.
  9. Špičkový transformátor. Zařízení převádí sinusový proud na pulzní napětí. Polarita výstupního napětí se mění každých půl cyklu.
  10. Vzduch. Jedná se o suchý chladicí transformátor. Tento typ zařízení se obvykle používá k převodu napětí v síti, včetně třífázových obvodů.
  11. Mastný. Jedná se o výkonový transformátor, ve kterém dochází k chlazení pomocí speciálního oleje. Taková zařízení se používají při vysokém výstupním výkonu (nad 6 kV), aby se zabránilo zničení izolace vinutí v důsledku přehřátí.
  12. duální sytič. Zařízení má naprosto identické cívky, mezi kterými je vytvořen protiindukční filtr. Toto zařízení je účinnější než škrticí klapka.
  13. Rotující. Zařízení se skládá ze dvou polovin jádra s cívkami, které se vzájemně otáčejí. Výměna signálu v zařízení probíhá při vysokých otáčkách.
READ
Jak vypočítat výšku sprchového pultu?

Provozní režimy transformátoru

Existují 3 hlavní provozní režimy transformátorů:

  1. Režim nečinnosti, ve kterém jsou svorky sekundárního vinutí otevřené a zátěžový odpor je roven nekonečnu. Měření proudu, který protéká primárním vinutím, umožňuje vypočítat účinnost transformátoru. Když transformátor pracuje v tomto režimu, lze vypočítat transformační poměr a ztráty v jádře.
  2. Pracovní režim nebo režim zatížení – jedná se o režim, ve kterém sekundární obvod přijímá napětí, proud a odpor z primárního.
  3. Režim zkratu – jedná se o režim, ve kterém jsou konce sekundárního vinutí zkratovány, výkon je soustředěn v obvodech vinutí a zatěžovací odpor je nulový. V tomto stavu je možné určit ztráty, které jsou vynaloženy na ohřev vinutí.

Stojíte před obtížným tématem? Není třeba panikařit! Kvalifikovaní odborníci Phoenix.Help jsou připraveni pomoci v krátké době v různých oborech.