Lidé neznalí elektrikáře nemusí vědět, k čemu transformátor slouží a jak vypadá. Roli tohoto zařízení pro technologický pokrok lze považovat za jednu z nejvíce podceňovaných, i když díky jeho vynálezu získalo lidstvo široký přístup k elektřině. Za více než 100 let vývoje se transformátory staly klíčovými součástmi nejen energetických systémů, ale také široké škály elektronických zařízení.
Obsah
- Princip činnosti a typy
- Doprava elektřiny
- Měniče napětí v silových obvodech
Princip činnosti a typy
Transformátor je elektrické zařízení určené k přenosu střídavého proudu z jednoho obvodu do druhého při zachování původní frekvence. Základem jeho designu je feromagnetické jádro s více drátovými vinutími. Vstupní napětí je připojeno k tzv. primárnímu vinutí a výstupní napětí je odstraněno ze sekundárního.
Střídavý proud v primární cívce indukuje střídavý magnetický tok, který je lokalizován v jádře a mění svůj směr během každého elektrického cyklu. Také indukuje střídavý proud v každém ze sekundárních vinutí.
Různé typy transformátorů jsou klasifikovány podle jejich konstrukce, typu napájení, chlazení a tak dále. Více informací:
-
Podle gólů. Rozlišují se zde dva hlavní typy - zvyšující a snižující napětí. Existují také oddělovací transformátory, jejichž úkolem je galvanicky oddělit obvody beze změny parametrů. - Podle druhu jídla. Rozlišujte mezi jednofázovým a třífázovým. Tři samostatné jednofázové, zapojené do společného elektrického obvodu, mohou pracovat jako třífázové.
- Podle způsobu chlazení. Dělí se na přírodní a nucené, vzduchové a olejové.
Většina transformátorů na světě jsou jednofázová, vzduchem chlazená zařízení snižující napětí. Ale ty nejmasivnější a nejvýkonnější z nich fungují právě na zvýšení napětí.
Doprava elektřiny
Elektrárenské generátory vyrábějí elektřinu až do desítek kilovoltů. Teoreticky může být předán spotřebitelům beze změny. S rostoucím výkonem zdroje a přepravní vzdáleností však narůstají i problémy se ztrátami topných drátů. Při určitých hodnotách může samotný přenos energie ztratit veškerý význam. Existují pouze dva způsoby, jak snížit ztráty:
- snížení odporu vodičů;
- zvýšení napětí přenášené elektřiny.
První metoda je implementována zvětšením průřezové plochy drátů. To je extrémně drahé a technicky obtížné, protože to znamená nejen nárůst ceny a hmotnosti samotných šňůr, ale také posílení struktur, které je drží. Na dlouhé vzdálenosti je to prostě ekonomicky nerentabilní, ne-li nereálné.
Ve druhém případě podle Ohmova zákona s poklesem síly proudu klesají ztráty úměrně druhé mocnině síly proudu. To je velmi atraktivní z hlediska snížení investičních nákladů na výstavbu a údržbu přenosové soustavy elektrické energie. Zvyšování napětí a současné snižování proudu při konstantním výkonu – proto jsou v tomto případě potřeba transformátory.
Protože vysokonapěťová elektřina nemůže být distribuována přímo spotřebitelům, je uvedena na požadované parametry. pomocí redukčních transformátorů. Přeprava energie tedy není úplná bez předběžné a následné transformace, tedy bez výkonových transformátorů, přenos elektřiny na velké vzdálenosti v moderním světě nemožné.
Měniče napětí v silových obvodech
Elektrické sítě pro domácnost jsou standardizovány z hlediska napětí a frekvence střídavého proudu, ale zařízení, která jsou k němu připojena, mohou potřebovat zcela jiné výkonové parametry. Například procesory a elektronické součástky pracují pouze na nízkonapěťových stejnosměrných obvodech. Aby univerzálnost zdroje nebyla překážkou provozu zařízení, jsou připojená zařízení vybavena vestavěnými nebo externími měniči napětí na bázi transformátorů.
Lineární nebo konvenční napájecí zdroje používají výkonové transformátory. Skvěle zvládají velké pracovní zatížení, ale má pár nevýhod:
- Velké rozměry díky frekvenci sítě 50 Hz. To má vliv na hmotnost napájecích zdrojů, např. při výstupním napětí 16 V je na každý ampér výstupního proudu potřeba přibližně 0,5 kg hmoty.
- Poměrně velké ztráty výkonu na teplo a v důsledku toho nízká účinnost.
- Znatelná spotřeba na volnoběh.
Pro uvedené nedostatky byly nahrazeny pulzními měniči v nabíječkách a výpočetní technice. V podobných napájecích zdrojích elektřina vstupuje do transformátoru přes filtr a elektronický obvod ve formě proudu s velmi vysokou frekvencí. V důsledku toho se dramaticky zvyšuje účinnost přenosu energie. Zdroje fungující na tomto principu jsou tedy mnohem menší a lehčí než tradiční zdroje stejného výkonu.
Pokud ale srovnáme výkonové transformátory se spínacími výkonovými měniči, pak první jmenované jsou menším zdrojem elektromagnetického rušení, zejména v oblasti vysokých frekvencí. Tato vlastnost je důležitá pro jejich využití v audiofilní technice, laboratorních zařízeních a rádiových zařízeních.
Přeměna elektřiny za účelem jejího přenosu od výrobce ke spotřebičům je velmi prostorná, ale zdaleka ne jediná oblast použití transformátorů. Obrovské množství těchto zařízení lze nalézt na nejnepravděpodobnějších místech - od snímače a mikrofonu až po svařovací stroj a výkonné měřicí přístroje. A jako měnič síťového napětí obklopují transformátory člověka všude.
