Transformator je elektromagnetski uređaj koji služi za pretvaranje izmjenične struje jednog napona i frekvencije u izmjeničnu struju različitog (ili jednakog) napona i iste frekvencije.
Sadržaj
Uređaj i rad transformatora
U najjednostavnijem slučaju transformator sadrži jedan primarni namot s brojem zavoja W1 i jedan sekundar s brojem zavoja W2. Energija se dovodi do primarnog namota, opterećenje je spojeno na sekundarni. Prijenos energije vrši se elektromagnetskom indukcijom. Za poboljšanje elektromagnetskog spajanja, u većini slučajeva, namoti se postavljaju na zatvorenu jezgru (magnetski krug).
Ako se na primarni namot dovede izmjenični napon U1, zatim izmjeničnu struju I1, koji stvara magnetski tok F istog oblika u jezgri.Ovaj magnetski tok inducira EMF u sekundarnom namotu. Ako je opterećenje spojeno na sekundarni krug, sekundarna struja I2.
Napon u sekundarnom namotu određen je omjerom zavoja W1 i W2:
U2=U1*(W1/W2)=U1/k, gdje je k omjer transformacije.
Ako je k<1, tada je U2>U1, a takav transformator se zove step-up. Ako je k>1, tada je U2<U1, takav transformator se zove step down. Budući da je izlazna snaga transformatora jednaka ulaznoj snazi (minus gubici u samom transformatoru), možemo reći da je Pout \u003d Pin, U1*I1=U2*I2 i ja2=ja1*k=I1*(W1/W2). Dakle, u transformatoru bez gubitaka, ulazni i izlazni napon su izravno proporcionalni omjeru zavoja namota. A struje su obrnuto proporcionalne ovom omjeru.
Transformator može imati više od jednog sekundarnog namota s različitim omjerima. Dakle, transformator za napajanje opreme kućanskih svjetiljki iz mreže od 220 volti može imati jedan sekundarni namot, na primjer, 500 volti za napajanje anodnih krugova i 6 volti za napajanje krugova sa žarnom niti. U prvom slučaju k<1, u drugom - k>1.
Transformator radi samo s izmjeničnim naponom - za pojavu EMF-a u sekundarnom namotu, magnetski tok se mora promijeniti.
Vrste jezgri za transformatore
U praksi se koriste jezgre ne samo naznačenog oblika. Ovisno o namjeni uređaja, magnetski krugovi se mogu izvesti na različite načine.
Jezgre šipke
Magnetski krugovi niskofrekventnih transformatora izrađeni su od čelika s izraženim magnetskim svojstvima.Kako bi se smanjile vrtložne struje, niz jezgre se sastavlja od zasebnih ploča međusobno električno izoliranih. Za rad na visokim frekvencijama koriste se drugi materijali, na primjer, feriti.
Gore razmatrana jezgra naziva se jezgra i sastoji se od dvije šipke. Za jednofazne transformatore koriste se i magnetski krugovi s tri šipke. Imaju manji tok magnetskog curenja i veću učinkovitost. U ovom slučaju, i primarni i sekundarni namoti nalaze se na središnjoj šipki jezgre.
Trofazni transformatori se također izrađuju na jezgri s tri šipke. Imaju primarni i sekundarni namot svake faze, a svaki se nalazi na svojoj jezgri. U nekim slučajevima koriste se magnetski krugovi s pet šipki. Njihovi namoti smješteni su na potpuno isti način - svaki primarni i sekundarni na svojoj šipki, a dvije ekstremne šipke sa svake strane namijenjene su samo za zatvaranje magnetskih tokova u određenim modovima.
oklopni
U oklopnoj jezgri izrađuju se jednofazni transformatori - obje su zavojnice postavljene na središnju jezgru magnetskog kruga. Magnetski tok u takvoj jezgri zatvara se slično kao kod konstrukcije s tri šipke - kroz bočne stijenke. Protok curenja je u ovom slučaju vrlo mali.
Prednosti ovog dizajna uključuju određeni dobitak u veličini i težini zbog mogućnosti gušćeg punjenja prozora jezgre namotom, pa je povoljno koristiti oklopne jezgre za proizvodnju transformatora male snage. To također rezultira kraćim magnetskim krugom, što dovodi do smanjenja gubitaka bez opterećenja.
Nedostatak je otežan pristup namotima za reviziju i popravak, kao i povećana složenost proizvodnje izolacije za visoke napone.
Toroidalni
U toroidnim jezgrama magnetski tok je potpuno zatvoren unutar jezgre i praktički nema propuštanja magnetskog toka. Ali takve transformatore je teško navijati, pa se koriste prilično rijetko, na primjer, u podesivim autotransformatorima male snage ili u visokofrekventnim uređajima gdje je važna otpornost na buku.
Autotransformator
U nekim je slučajevima preporučljivo koristiti takve transformatore, koji imaju ne samo magnetsku vezu između namota, već i električnu. Odnosno, u uređajima za pojačanje primarni namot je dio sekundara, a u uređajima za smanjenje sekundarnog dijela primara. Takav se uređaj naziva autotransformator (AT).
Step-down autotransformator nije jednostavan djelitelj napona - magnetska sprega također je uključena u prijenos energije u sekundarni krug.
Prednosti autotransformatora su:
- manji gubici;
- mogućnost glatke regulacije napona;
- manji pokazatelji težine i veličine (autotransformator je jeftiniji, lakše ga je transportirati);
- manji trošak zbog manje potrebne količine materijala.
Nedostaci uključuju potrebu za korištenjem izolacije oba namota, dizajniranu za veći napon, kao i nedostatak galvanske izolacije između ulaza i izlaza, koja može prenijeti učinke atmosferskih pojava iz primarnog kruga u sekundarni. U tom slučaju se elementi sekundarnog kruga ne mogu uzemljiti.Također, nedostatkom AT-a smatraju se povećane struje kratkog spoja. Za trofazne autotransformatore, namoti su obično spojeni u zvijezdu s uzemljenim neutralom, moguće su i druge sheme povezivanja, ali previše komplicirane i glomazne. To je također nedostatak koji sužava opseg autotransformatora.
Primjena transformatora
Svojstvo transformatora da povećavaju ili smanjuju napon široko se koristi u industriji i svakodnevnom životu.
Transformacija napona
Na razinu industrijskog napona u različitim fazama postavljaju se različiti zahtjevi. Prilikom proizvodnje električne energije neisplativo je koristiti visokonaponske generatore iz raznih razloga. Stoga se, na primjer, u hidroelektranama koriste generatori za 6 ... 35 kV. Za transport električne energije, naprotiv, potreban vam je povećan napon - od 110 kV do 1150 kV, ovisno o udaljenosti. Nadalje, ovaj napon se ponovno smanjuje na razinu od 6 ... 10 kV, distribuira na lokalne trafostanice, odakle se smanjuje na 380 (220) volti i dolazi do krajnjeg potrošača. U kućanskim i industrijskim aparatima također se mora spustiti, obično na 3 ... 36 volti.
Sve ove operacije se izvode sa korištenjem energetskih transformatora. Mogu biti suhe ili na bazi ulja. U drugom slučaju, jezgra s namotima se stavlja u spremnik s uljem, koje je izolacijski i rashladni medij.
Galvanska izolacija
Galvanska izolacija povećava sigurnost električnih uređaja. Ako se uređaj ne napaja izravno iz mreže od 220 volti, gdje je jedan od vodiča spojen na uzemljenje, već preko transformatora od 220/220 volti, tada će napon napajanja ostati isti.Ali uz istodobno dodirivanje zemlje i sekundarnih strujnih dijelova strujnog kruga za protok struje neće biti strujnog toka, a opasnost od strujnog udara bit će puno manja.
Mjerenje napona
U svim električnim instalacijama potrebno je kontrolirati razinu napona. Ako se koristi klasa napona do 1000 volti, tada se voltmetri spajaju izravno na dijelove pod naponom. U električnim instalacijama iznad 1000 volti to neće raditi - uređaji koji mogu izdržati takav napon pokazuju se previše glomazni i nesigurni u slučaju kvara izolacije. Stoga se u takvim sustavima voltmetri spajaju na visokonaponske vodiče preko transformatora s prikladnim omjerom transformacije. Na primjer, za mreže od 10 kV koriste se instrumentni transformatori 1:100, izlaz je standardni napon od 100 volti. Ako se napon na primarnom namotu mijenja u amplitudi, on se istovremeno mijenja i na sekundarnom. Voltmetarska skala je obično graduirana u području primarnog napona.
Transformator je prilično složen i skup element za proizvodnju i održavanje. Međutim, u mnogim područjima ovi su uređaji nezamjenjivi i za njih nema alternative.
Slični članci:
