Osoby niezaznajomione z elektrykiem mogą nie wiedzieć, do czego służy transformator i jak on wygląda. Rolę tego urządzenia dla postępu technologicznego można uznać za jedną z najbardziej niedocenianych, choć dzięki jego wynalezieniu ludzkość zyskała szeroki dostęp do elektryczności. Przez ponad 100 lat ewolucji transformatory stały się kluczowymi elementami nie tylko systemów energetycznych, ale także szerokiej gamy urządzeń elektronicznych.
Zadowolony
- Zasada działania i rodzaje
- Transport energii elektrycznej
- Przetwornice napięcia w obwodach mocy
Zasada działania i rodzaje
Transformator to urządzenie elektryczne przeznaczone do przesyłania prądu przemiennego z jednego obwodu do drugiego przy zachowaniu pierwotnej częstotliwości. Podstawą jego konstrukcji jest rdzeń ferromagnetyczny z wieloma uzwojeniami drutu. Napięcie wejściowe jest połączone z tzw. uzwojeniem pierwotnym, a napięcie wyjściowe jest usuwane z wtórnego.
Prąd przemienny w uzwojeniu pierwotnym indukuje zmienny strumień magnetyczny, który jest zlokalizowany w rdzeniu i zmienia swój kierunek podczas każdego cyklu elektrycznego. Indukuje również prąd przemienny w każdym z uzwojeń wtórnych.
Różne typy transformatorów są klasyfikowane według ich konstrukcji, rodzaju zasilania, chłodzenia i tak dalej. Więcej szczegółów:
-
Według celów. Wyróżnia się tutaj dwa główne typy - napięcia podwyższające i obniżające. Istnieją również transformatory separacyjne, których zadaniem jest galwaniczne odizolowanie obwodów bez zmiany parametrów. - Według rodzaju żywności. Rozróżnij jednofazowe i trójfazowe. Trzy oddzielne jednofazowe, połączone we wspólny obwód elektryczny, mogą pracować jako trójfazowe.
- Przy okazji chłodzenia. Dzielą się na naturalne i wymuszone, powietrzne i olejowe.
Większość transformatorów na świecie to jednofazowe, chłodzone powietrzem urządzenia redukujące napięcie. Ale najbardziej masywne i potężne z nich działają tylko po to, aby zwiększyć napięcie.
Transport energii elektrycznej
Generatory elektrowni wytwarzają energię elektryczną do kilkudziesięciu kilowoltów. Teoretycznie można go przekazać konsumentom w niezmienionej postaci. Ale wraz ze wzrostem mocy źródła i odległością transportu rosną również problemy strat w przewodach grzewczych. Przy pewnych wartościach sam transfer energii może stracić wszelki sens. Istnieją tylko dwa sposoby na zmniejszenie strat:
- zmniejszenie rezystancji przewodów;
- wzrost napięcia przesyłanej energii elektrycznej.
Pierwsza metoda jest realizowana poprzez zwiększenie pola przekroju przewodów. Jest to niezwykle kosztowne i trudne technicznie, ponieważ pociąga za sobą nie tylko wzrost kosztów i wagi samych linii, ale także wzmocnienie konstrukcji, które je podtrzymują. Na długich dystansach jest to po prostu nieopłacalne ekonomicznie, a nawet nierealne.
W drugim przypadku, zgodnie z prawem Ohma, wraz ze spadkiem natężenia prądu straty zmniejszają się proporcjonalnie do kwadratu natężenia prądu. Jest to bardzo atrakcyjne z punktu widzenia obniżenia kosztów inwestycyjnych na budowę i utrzymanie systemu przesyłowego energii. Podnoszenie napięcia i jednoczesne zmniejszanie prądu przy stałej mocy - dlatego potrzebne są w tym przypadku transformatory.
Ponieważ energia elektryczna o wysokim napięciu nie może być dystrybuowana bezpośrednio do odbiorców, jest doprowadzana do pożądanych parametrów za pomocą transformatorów obniżających napięcie. Zatem transport energii nie jest kompletny bez wstępnej i późniejszej transformacji, dlatego bez transformatorów mocy przesył energii elektrycznej na duże odległości we współczesnym świecie niemożliwy.
Przetwornice napięcia w obwodach mocy
Przydomowe sieci elektryczne są znormalizowane pod względem napięcia i częstotliwości prądu przemiennego, ale podłączone do nich urządzenia mogą wymagać zupełnie innych parametrów mocy. Na przykład procesory i komponenty elektroniczne działają tylko na obwodach prądu stałego niskiego napięcia. Aby uniwersalność źródła nie była przeszkodą w pracy urządzeń, podłączone urządzenia wyposażone są we wbudowane lub zewnętrzne przetworniki napięcia oparte na transformatorach.
Zasilacze liniowe lub konwencjonalne wykorzystują transformatory mocy. Świetnie radzą sobie z dużymi obciążeniami, ale mają pewne wady:
- Duże wymiary ze względu na częstotliwość sieci 50 Hz. Wpływa to na wagę zasilaczy, na przykład przy napięciu wyjściowym 16 V potrzeba około 0,5 kg masy na każdy amper prądu wyjściowego.
- Stosunkowo duże straty mocy na ciepło iw efekcie niska sprawność.
- Zauważalne zużycie na biegu jałowym.
Ze względu na wymienione wady zostały one wyparte przez konwertery impulsów w ładowarkach i technologii komputerowej. W podobnych zasilaczach energia elektryczna wchodzi do transformatora przez filtr i obwód elektroniczny w postaci prądu o bardzo wysokiej częstotliwości. W rezultacie wydajność przenoszenia mocy jest drastycznie zwiększona. Dzięki temu zasilacze oparte na tej zasadzie są znacznie mniejsze i lżejsze od tradycyjnych o tej samej mocy.
Ale jeśli porównamy transformatory mocy z konwerterami impulsowymi, to te pierwsze są mniejszym źródłem zakłóceń elektromagnetycznych, szczególnie w zakresie wysokich częstotliwości. Ta właściwość jest ważna dla ich wykorzystania w technologii audiofilskiej, sprzęcie laboratoryjnym i sprzęcie radiowym.
Przetwarzanie energii elektrycznej w celu przekazania jej od producenta do urządzeń zużywających to bardzo pojemna, ale daleka od jedynego obszaru zastosowania transformatorów. Ogromną różnorodność tych urządzeń można znaleźć w najbardziej nieprawdopodobnych miejscach - od przystawki i mikrofonu po spawarkę i potężne przyrządy pomiarowe. A jako konwerter napięcia sieciowego, transformatory otaczają człowieka wszędzie.
