Transformátory: zariadenie a princíp činnosti, účel a rozsah zariadenia

Názov "transformátor" pochádza z latinského slova "transformare", čo znamená "transformovať, transformovať". To je práve jeho podstata - premena striedavého prúdu jedného napätia magnetickou indukciou na striedavý prúd iného napätia, ale podobnej frekvencie. Hlavným účelom transformátora je použitie rôznych zariadení v elektrických sieťach a napájacích zdrojoch.

Zariadenie a princíp činnosti

Transformátor je zariadenie na premenu striedavého prúdu a napätiabez pohyblivých častí.

Zariadenie transformátorov pozostáva z jedného alebo viacerých izolovaných drôtov, niekedy páskových cievok (vinutí), ktoré sú pokryté jediným magnetickým tokom. Cievky sú zvyčajne navinuté na jadre (magnetický obvod). Zvyčajne je vyrobený z feromagnetického materiálu.

Na obrázku je schematicky znázornený princíp činnosti transformátora.

Obrázok ukazuje, že primárne vinutie je pripojené k zdroju striedavého prúdu a druhé (sekundárne) k záťaži. V závitoch primárneho vinutia tečie striedavý prúd, jeho hodnota I1. A obe cievky sú obklopené magnetickým tokom Ф, ktorý v nich vytvára elektromotorickú silu.

Ak sekundárne vinutie nie je zaťažené, potom sa tento režim prevádzky meniča nazýva "nečinný". Pri zaťažení sekundárnej cievky vzniká pôsobením elektromotorickej sily v sekundárnej cievke prúd I2.

Výstupné napätie v tomto prípade závisí priamo od počtu závitov na cievkach a sila prúdu závisí od priemeru (úseku) drôtu. Inými slovami, ak majú obe cievky rovnaký počet závitov, výstupné napätie sa bude rovnať vstupnému napätiu. A ak naviniete 2 krát toľko závitov na sekundárnu cievku, napätie na výstupe bude 2 krát vyššie ako vstupné.

Konečný prúd závisí aj od priemeru drôtu vinutia. Napríklad pri veľkom zaťažení a malom priemere drôtu môže dôjsť k prehriatiu vinutia, narušeniu integrity izolácie a dokonca k úplnému zlyhaniu transformátora.

Aby sa predišlo takýmto situáciám, boli zostavené tabuľky na výpočet prevodníka a výber priemeru vodiča pre dané výstupné napätie.

Klasifikácia podľa typu

Je obvyklé klasifikovať transformátory podľa niekoľkých kritérií: podľa účelu, spôsobu inštalácie, typu izolácie, použitého napätia atď. Uvažujme o najbežnejších typoch zariadení.

Výkonové meniče

Tento typ zariadení sa používa na napájanie a príjem elektrickej energie na elektrických vedeniach a z elektrických vedení s napätím do 1150 kW. Odtiaľ pochádza názov – sila. Tieto zariadenia pracujú na nízkych frekvenciách - rádovo 50-60 Hz. Ich konštrukčné vlastnosti spočívajú v tom, že môžu obsahovať niekoľko vinutí, ktoré sú umiestnené na pancierovom jadre vyrobenom z elektroocele. Okrem toho môžu byť nízkonapäťové cievky napájané paralelne.

Takéto zariadenie sa nazýva transformátor s deleným vinutím. Výkonové transformátory sú zvyčajne umiestnené v nádrži s transformátorovým olejom a najvýkonnejšie jednotky sú chladené aktívnym systémom. Pre inštaláciu na rozvodniach a elektrárňach, trojfázové zariadenia s kapacitou do 4 tis. kVA. Sú najrozšírenejšie, pretože straty v nich sú znížené o 15% v porovnaní s jednofázovými.

Autotransformátory (LATR)

Ide o špeciálny druh nízkofrekvenčného zariadenia. V ňom je sekundárne vinutie súčasne súčasťou primárneho a naopak. To znamená, že cievky sú spojené nielen magneticky, ale aj elektricky. Z jedného vinutia sa získajú rôzne napätiaak sa vyvodí viacero záverov. Vďaka použitiu menšieho počtu drôtov sa dosiahne zníženie nákladov na zariadenie. Neexistuje však žiadne galvanické oddelenie vinutí, čo je už značná nevýhoda.

Autotransformátory našli uplatnenie vo vysokonapäťových sieťach a v automatických riadiacich inštaláciách, na spúšťanie striedavých motorov. Je vhodné ich použiť pri nízkych transformačných pomeroch. LATR sa používa na reguláciu napätia v laboratórnych podmienkach.

Prúdové transformátory

V takýchto zariadeniach je primárne vinutie pripojené priamo k zdroju prúdu a sekundárne vinutie je pripojené k zariadeniam s malým vnútorným odporom. Môžu to byť ochranné alebo meracie zariadenia. Najbežnejším typom prúdového transformátora je merací.

Pozostáva z jadra vyrobeného z laminovanej kremíkovej elektroocele valcovanej za studena s jedným alebo viacerými samostatnými sekundárnymi vinutiami navinutými okolo neho. Pričom primár môže byť len zbernica alebo vodič s nameraným prúdom prechádzajúcim cez okno magnetického obvodu. Podľa tohto princípu fungujú napríklad kliešťové merače. Hlavnou charakteristikou transformátorového prúdu je transformačný pomer.

Takéto meniče sú bezpečné, a preto našli uplatnenie pri meraní prúdu a v obvodoch ochrany relé.

Pulzné meniče

V modernom svete impulzné systémy takmer úplne nahradili ťažké nízkofrekvenčné transformátory. Typicky sa pulzné zariadenie vyrába na feritovom jadre rôznych tvarov a veľkostí:

• prsteň;
• jadro;
• pohár;
• v tvare písmena W;
• v tvare U.

O nadradenosti takýchto zariadení niet pochýb - sú schopné pracovať pri frekvenciách až 500 kHz a viac.

Keďže ide o vysokofrekvenčné zariadenie, jeho rozmery sa s narastajúcou frekvenciou výrazne zmenšujú. Na jedno vinutie sa spotrebuje menšie množstvo drôtu a na získanie vysokofrekvenčného prúdu v prvom obvode stačí pripojiť iba poľný alebo bipolárny tranzistor.

Existuje mnoho ďalších typov transformátorov: izolačné, prispôsobené, špičkové transformátory, dvojitá tlmivka atď. Všetky z nich sú široko používané v modernom priemysle.

Rozsah zariadení

Dnes si možno ťažko predstaviť oblasť vedy a techniky, kde sa transformátory nepoužívajú. Sú široko používané na nasledujúce účely:

1. Na prenos a rozvod elektriny.
2. Na vytvorenie platného ventilového okruhu. Používa sa pri prevode zariadení so súčasným prispôsobením vstupného a výstupného napätia.
3. Vo výrobe: pri zváraní, na zásobovanie elektrotepelných inštalácií atď. Výkon takýchto zariadení niekedy dosahuje desiatky tisíc kVA a napätie až 10 kV a pracovný rozsah je 50 Hz.
4. Meniče nízkeho výkonu a nízkeho napätia sa používajú pre rádiové a televízne zariadenia, komunikačné zariadenia, domáce spotrebiče, na prispôsobenie napätia atď.
5. Keď sú elektrické meracie prístroje a relé zahrnuté vo vysokonapäťových elektrických obvodoch, aby sa rozšírili meracie rozsahy a zabezpečila sa elektrická bezpečnosť.

Na základe rozmanitosti zariadení a typov transformátorov možno tvrdiť, že dnes sú nenahraditeľnézariadenia používané takmer univerzálne, vďaka čomu stabilita a dosiahnutie hodnôt napätia požadovaných spotrebiteľom pre občianske siete aj podnikové siete priemyslu.