Трансформатор је електромагнетни уређај који се користи за претварање наизменичне струје једног напона и фреквенције у наизменичну струју различитог (или једнаког) напона и исте фреквенције.
Садржај
Уређај и рад трансформатора
У најједноставнијем случају трансформатор садржи један примарни намотај са бројем завоја В1 и један секундар са бројем завоја В2. Енергија се доводи до примарног намотаја, оптерећење је повезано са секундарним. Пренос енергије се врши електромагнетном индукцијом. Да би се побољшала електромагнетна спрега, у већини случајева, намотаји се постављају на затворено језгро (магнетно коло).
Ако се на примарни намотај примени наизменични напон У1, затим наизменичну струју И1, који ствара магнетни флукс Ф истог облика у језгру.Овај магнетни ток индукује ЕМФ у секундарном намотају. Ако је оптерећење прикључено на секундарни круг, секундарна струја И2.
Напон у секундарном намотају одређен је односом завоја В1 и В2:
У2=У1*(В1/В2)=У1/к, где је к однос трансформације.
Ако је к<1, онда У2>У1, а такав трансформатор се зове степ-уп. Ако је к>1, онда је У2<У1, такав трансформатор се назива степ довн. Пошто је излазна снага трансформатора једнака улазној снази (минус губици у самом трансформатору), можемо рећи да је Поут \у003д Пин, У1*И1=У2*И2 и ја2=И1*к=И1*(В1/В2). Дакле, у трансформатору без губитака, улазни и излазни напони су директно пропорционални односу навоја намотаја. А струје су обрнуто пропорционалне овом односу.
Трансформатор може имати више од једног секундарног намотаја са различитим односима. Дакле, трансформатор за напајање опреме кућне лампе из мреже од 220 волти може имати један секундарни намотај, на пример, 500 волти за напајање анодних кола и 6 волти за напајање кола са жарном нити. У првом случају к<1, у другом - к>1.
Трансформатор ради само са наизменичним напоном - за појаву ЕМФ-а у секундарном намотају, магнетни флукс се мора променити.
Врсте језгара за трансформаторе
У пракси се користе језгра не само назначеног облика. У зависности од намене уређаја, магнетна кола се могу изводити на различите начине.
Језгра шипке
Магнетна кола нискофреквентних трансформатора су израђена од челика са израженим магнетним својствима.Да би се смањиле вртложне струје, низ језгара је састављен од одвојених плоча које су међусобно електрични изоловане. За рад на високим фреквенцијама користе се други материјали, на пример, ферити.
Горе разматрано језгро се назива језгро и састоји се од две шипке. За једнофазне трансформаторе користе се и магнетна кола са три шипке. Имају мањи флукс магнетног цурења и већу ефикасност. У овом случају, и примарни и секундарни намотаји се налазе на централној шипки језгра.
Трофазни трансформатори се израђују и на трошипним језгрима. Имају примарни и секундарни намотај сваке фазе, сваки се налази на свом језгру. У неким случајевима се користе магнетна кола са пет шипки. Њихови намотаји се налазе на потпуно исти начин - сваки примарни и секундарни на свом штапу, а две екстремне шипке са сваке стране су намењене само за затварање магнетних флуксова у одређеним режимима.
оклопни
У оклопном језгру се израђују једнофазни трансформатори - оба намотаја се постављају на централно језгро магнетног кола. Магнетни флукс у таквом језгру се затвара слично као код конструкције са три шипке - кроз бочне зидове. Флукс цурења је у овом случају веома мали.
Предности овог дизајна укључују одређени добитак у величини и тежини због могућности гушћег пуњења прозора језгра са намотајем, тако да је повољно користити оклопна језгра за производњу трансформатора мале снаге. Ово такође доводи до краћег магнетног кола, што доводи до смањења губитака без оптерећења.
Недостатак је отежан приступ намотајима за ревизију и поправку, као и повећана сложеност производње изолације за високе напоне.
Тороидални
У тороидним језграма, магнетни флукс је потпуно затворен унутар језгра, и практично нема цурења магнетног флукса. Али такве трансформаторе је тешко намотати, тако да се користе прилично ретко, на пример, у подесивим аутотрансформаторима мале снаге или у високофреквентним уређајима где је важна отпорност на буку.
Аутотрансформатор
У неким случајевима је препоручљиво користити такве трансформаторе, који имају не само магнетну везу између намотаја, већ и електричну. То јест, у уређајима за појачање, примарни намотај је део секундара, а у уређајима за смањење секундарног дела примара. Такав уређај се назива аутотрансформатор (АТ).
Степ-довн аутотрансформатор није једноставан делилац напона - магнетна спрега је такође укључена у пренос енергије у секундарни круг.
Предности аутотрансформатора су:
- мањи губици;
- могућност глатке регулације напона;
- мањи индикатори тежине и величине (аутотрансформатор је јефтинији, лакше га је транспортовати);
- мањи трошак због мање потребне количине материјала.
Недостаци укључују потребу за коришћењем изолације оба намотаја, пројектоване за већи напон, као и недостатак галванске изолације између улаза и излаза, која може пренети ефекте атмосферских појава са примарног кола на секундарно. У овом случају, елементи секундарног кола не могу бити уземљени.Такође, недостатак АТ се сматра повећаном струјом кратког споја. За трофазне аутотрансформаторе, намотаји су обично повезани у звезду са уземљеним неутралним, могуће су и друге шеме повезивања, али сувише компликоване и гломазне. Ово је такође недостатак који сужава обим аутотрансформатора.
Примена трансформатора
Својство трансформатора да повећавају или смањују напон се широко користи у индустрији и свакодневном животу.
Трансформација напона
На ниво индустријског напона у различитим фазама постављају се различити захтеви. Приликом производње електричне енергије, неисплативо је користити високонапонске генераторе из различитих разлога. Због тога се, на пример, у хидроелектранама користе генератори за 6 ... 35 кВ. За транспорт електричне енергије, напротив, потребан вам је повећан напон - од 110 кВ до 1150 кВ, у зависности од удаљености. Даље, овај напон се поново смањује на ниво од 6 ... 10 кВ, дистрибуира се на локалне подстанице, одакле се смањује на 380 (220) волти и долази до крајњег потрошача. У кућним и индустријским апаратима, такође се мора спустити, обично на 3 ... 36 волти.
Све ове операције се изводе са коришћењем енергетских трансформатора. Могу бити суви или на бази уља. У другом случају, језгро са намотајима се ставља у резервоар са уљем, које је изолациони и расхладни медијум.
Галванска изолација
Галванска изолација повећава сигурност електричних уређаја. Ако се уређај не напаја директно из мреже од 220 волти, где је један од проводника повезан са земљом, већ преко трансформатора од 220/220 волти, онда ће напон напајања остати исти.Али уз истовремено додиривање земље и секундарних струјних делова кола за проток струје неће бити струјног тока, а опасност од струјног удара биће много мања.
Мерење напона
У свим електричним инсталацијама потребно је контролисати ниво напона. Ако се користи класа напона до 1000 волти, онда се волтметри повезују директно на делове под напоном. У електричним инсталацијама изнад 1000 волти то неће радити - уређаји који могу издржати такав напон испадају превише гломазни и несигурни у случају квара изолације. Због тога су у таквим системима волтметри повезани са високонапонским проводницима преко трансформатора са погодним односом трансформације. На пример, за мреже од 10 кВ користе се инструментни трансформатори 1:100, излаз је стандардни напон од 100 волти. Ако се напон на примарном намотају промени у амплитуди, он се истовремено мења и на секундарном. Волтметарска скала је обично степенована у опсегу примарног напона.
Трансформатор је прилично сложен и скуп елемент за производњу и одржавање. Међутим, у многим областима ови уређаји су незаменљиви и за њих нема алтернативе.
Слични чланци:
