Střídavý transformátor: definice, zařízení, typy konstrukcí a označení na schématu

Většina začínajících radioamatérů a jen ti, kteří mají rádi radiotechniku, se zajímají o otázky, co je transformátor, jak funguje a k čemu slouží. Ve skutečnosti je vše velmi jednoduché: transformátor slouží k převodu střídavého proudu z jedné hodnoty s určitou frekvencí (parametrem) na jinou se stejným parametrem.

Transformátorové zařízení

V souladu s GOST 16110−82 je definice transformátoru následující: transformátor je elektromagnetické zařízení statistického typu, které je vybaveno dvě nebo více indukčně vázaných vinutí a určené k přeměně jednoho nebo více střídavých systémů na jeden nebo více jiných systémy.

Tento elektromagnetický výrobek má jednoduchou strukturu, která se skládá z následujících prvků: (magnetický systém), vinutí, rámy vinutí, izolace (ne ve všech transformátorech), chladicí systém. doplňkové prvky. V praxi výrobci používají k výrobě transformátorů jeden ze tří základních konceptů:

1. Tyč. Vinutí jsou navinuta na vnějších tyčích.
2. Zbroj. Boční stěny jsou ponechány bez vinutí.
3. Toroidní. Má tvar prstenu s rovnoměrným vinutím po celém obvodu.

Je třeba poznamenat, že volba konkrétní koncepce neovlivňuje konečné parametry transformátoru a neovlivňuje ovlivňuje provozní spolehlivost, ale přesto se výrazně liší technologií výroby.

Magnetický systém

Magnetická jádra pro transformátor mají určitý geometrický tvar a jsou vyrobena z řady materiálů, do který zahrnuje elektrotechnickou ocel, permalloy, ferit nebo jiný feromagnetický materiál vlastnosti. V závislosti na materiálu a provedení může být magnetický obvod sebrán z desek, lisovaný, navinutý z tenké pásky, sestaven ze dvou, čtyř nebo více "podkov".

Tyče fungují jako rám pro umístění hlavních vinutí. Mohou mít různé prostorové uspořádání, podle toho se rozlišuje několik typů systémů.

1. Rovinný magnetický systém s podélnými osami tyčí a třmenů umístěnými ve stejné rovině.
2. Prostorový systém, kde jsou podélné osy tyčí umístěny v různých rovinách.
3. Symetrický systém, vybavený identickými tyčemi, které mají stejnou relativní polohu vůči třmenům.
4. Asymetrický systém sestávající z tyčí, z nichž některé se mohou lišit tvarem, designem a velikostí, s různými relativními polohami ve vztahu ke třmenům.

Navíjecí design

Vinutí je hlavním prvkem transformátoru. Jedná se o víceotáčkovou konstrukci vyrobenou z jednoho nebo více měděných (méně často hliníkových) drátů různých průměrů. Výkonové transformátory obvykle používají čtvercové vodiče, které to umožňují efektivnější využití dostupného prostoru, čímž se zvýší faktor plnění (NA).

Každé vinutí je izolováno, aby se zabránilo zkratům. Jako izolační materiál lze použít speciální papír nebo smaltovaný lak. Mimochodem, pokud byly pro výrobu vinutí použity dva samostatně izolované a paralelně zapojené vodiče, pak mohou být vybaveny běžnou papírovou izolací.

Palivová nádrž

Nádrž je jedním z nejdůležitějších doplňkových prvků transformátoru.. Jedná se o nádobu určenou ke skladování transformátorového oleje a také k zajištění fyzické ochrany aktivní složky. Kromě toho je plášť nádrže určen pro montáž pomocných zařízení a ovládacího zařízení.

Jedním z vnitřních prvků nádrže je silnoproudý rezonátor. Při zvýšení jmenovitého výkonu a proudů transformátorů je náchylný k rychlému a častému přehřátí. Pro snížení rizika přehřátí jsou kolem rezonátorů instalovány nemagnetické vložky.

Vnitřní obložení nádrže je vyrobeno z vodivých štítů, které neumožňují průchod magnetických toků stěnami nádrže. Někdy se vyskytuje povlak, který je vyroben z materiálu s nízkým magnetickým odporem. Tento typ povlaku absorbuje vnitřní toky dříve, než dosáhne stěn nádrže.

Před výměnou paliva je z nádrže odčerpán vzduch, aby nedošlo ke snížení dielektrické pevnosti izolace transformátoru. Z toho je pozorován další účel nádrže, kterým je odolat atmosférickému tlaku s minimální deformací.

Princip činnosti

Transformátory fungují na základě dvou principů: elektromagnetismus - vytvoření časově proměnného magnetického toku pod vlivem el. proudu, který se také mění, a elektromagnetická indukce - indukce EMF (elektromotorické síly), v důsledku změny magnetického toku procházejícího přes navíjení.

Transformátor se zapne po přivedení napětí na primární vinutí. Spolu s napětím je do vinutí přiváděn střídavý proud, který se podílí na vzniku střídavého magnetického toku v magnetickém obvodu. To vytváří EMF ve všech vinutích zařízení.

Výstupní napětí (sekundární vinutí) komplexně souvisí s tvarem vstupního napětí. Tyto složitosti vedly k vytvoření řady nových transformátorů, které se začaly používat k řešení alternativních úloh, například zesilování proudu, násobení frekvence a generování signálů.

Funkční režimy

Transformátory mohou pracovat ve třech režimech: volnoběh (XX) - 1, zátěž - 2 a zkrat - 3.

Režim 1: XX. Charakteristickým rysem tohoto režimu je, že sekundární obvod transformátoru je v otevřeném stavu, takže jím neprotéká žádný proud. V této poloze obvodu je proudový potenciál nulový, čímž vzniká v primárním obvodu jalový proud, který má jalovou a činnou složku. Tento EMF je schopen plně kompenzovat napájecí napětí. Tento režim se používá k určení účinnosti a úrovně ztráty jádra.

Režim 2: zatížení. V tomto režimu je známé vinutí transformátoru napájeno z externího zdroje energie a zátěž je připojena k sekundárnímu obvodu. Po připojení zátěže začne sekundárním obvodem protékat proud, který vytváří magnetický tok nasměrovaný v opačném směru od toku primárního vinutí. To vyvolává nerovnost mezi dvěma silami - indukcí a napájením, což zvyšuje proud, který protéká primárním vinutím, dokud se magnetický tok nevrátí k původnímu význam. Tento režim je hlavním provozním režimem transformátorů.

Režim 3: zkrat. Pro získání tohoto režimu je sekundární obvod transformátoru zkratován a na primární vinutí je přivedeno nízké střídavé napětí. Hodnota vstupního napětí se volí tak, aby se zkratový proud rovnal jmenovitému. Tento režim se používá pro stanovení ztrát pro ohřev vinutí v obvodu transformátoru.

Druhy produktů

Od 30. listopadu 1876, který je považován za datum vzniku prvního transformátoru, uplynulo hodně času. Za tuto dobu se zařízení výrazně změnila jak z hlediska designu, tak i vlastností. Dnes existují následující typy transformátorů:

• AC napájecí transformátor. Takové transformátory se používají v napájecích sítích a elektrických instalacích, které jsou určeny k příjmu a využívání elektřiny. Tyto transformátory se používají kvůli tomu, že po celé délce trasy jsou různá provozní napětí, např. na elektrických vedeních se může pohybovat od 0,035 do 0,75 MV (megavolt) a v transformátorových rozvodnách se rovná 400 V, které se následně převedou na obvyklé 220/380 PROTI.
• Autotransformátor. Varianta transformátoru s přímým spojením primárního a sekundárního vinutí, které vytváří nejen elektromagnetickou, ale i elektrickou indukci. Autotransformátory jsou vybaveny vícevýstupovými vinutími, jejichž minimální počet jsou tři. Používají se jako prvek spojující efektivně uzemněné sítě s napětím 0,11 MV a transformačním poměrem 3 až 4. Autotransformátory mají dvě klíčové výhody a jednu menší nevýhodu. Mezi první patří hospodárnost (kvůli nižším nákladům na nákup mědi pro vinutí a oceli pro jádro) a vysoká účinnost - díky částečné přeměně vstupního výkonu. Nevýhodou je chybějící galvanické oddělení - elektrické oddělení mezi primárním a sekundárním okruhem.
• Transformátor napětí. Zařízení s primárním vinutím napájeným z cizího zdroje proudu, přičemž sekundární obvod se snaží udělat tak, aby fungoval v režimu blízkém zkratu. Primární vinutí je zapojeno do série se zátěžovým obvodem. V tomto obvodu protéká střídavý proud, který je nutné ovládat. Pro přístup k režimu zkratu jsou k sekundárnímu obvodu připojeny voltmetry nebo indikátory, například relé nebo LED. Přítomnost dalších prvků v sekundárním okruhu vedla k jedné z oblastí použití takových transformátorů, která se skládá z při snižování primárních proudů na hodnoty, které lze použít pro účely měření, ochrany, řízení a signalizace.
• Svařovací transformátor. Instaluje se do svařovacích strojů a používá se k převodu síťového napětí 220/380 voltů na nižší hodnoty a také ke zvýšení úrovně proudu. Proud lze upravit změnou indukčního odporu nebo sekundárního napětí XX. To se provádí rozdělením počtu závitů primárního nebo druhého vinutí.
• Izolační transformátor. Od ostatních zařízení tohoto typu se liší nepřítomností elektrického spojení mezi primárním a sekundárním vinutím. Oddělovací zařízení se používají v elektrických sítích za účelem zajištění bezpečnosti osob v případě přerušení vedení resp jiné mimořádné události, které mohou být škodlivé, jakož i za účelem zajištění galvan přestupní uzly.

Označení na schématech

Transformátor ve schématu je označen následovně: uprostřed je nakreslena tlustá čára, která představuje jádro, vlevo od něj ve svislé rovině je zobrazena cívka (otočí se k jádru) - primární vinutí a vpravo jedna nebo více cívek - sekundární vinutí.

Obecně by schématické znázornění čáry označující jádro mělo odpovídat tloušťce závitů znázorněných cívek. Pokud je nutné zdůraznit materiálové nebo konstrukční vlastnosti jádra, je středová čára ve schématu mírně upravena. Klasické feritové jádro je tedy označeno plnou tučnou čarou a jádro s magnetickou mezerou je označeno tenkou čarou s mezerou uprostřed. Magneto-dielektrická jádra jsou znázorněna tenkou přerušovanou čarou.