A transzformátor egy elektromágneses eszköz, amely egy feszültségű és frekvenciájú váltakozó áramot eltérő (vagy azonos) feszültségű és azonos frekvenciájú váltakozó árammá alakít.
Tartalom
A transzformátor berendezése és működése
A legegyszerűbb esetben transzformátor egy primer tekercset tartalmaz W menetszámmal1 és egy másodlagos W fordulatszámmal2. Az energia az elsődleges tekercsbe kerül, a terhelés a szekunder tekercshez van csatlakoztatva. Az energiaátvitel elektromágneses indukcióval történik. Az elektromágneses csatolás fokozása érdekében a legtöbb esetben a tekercseket zárt magra (mágneses áramkörre) helyezik.
Ha a primer tekercsre U váltakozó feszültséget kapcsolunk1, majd egy váltóáram I1, amely a magban azonos alakú Ф mágneses fluxust hoz létre.Ez a mágneses fluxus EMF-et indukál a szekunder tekercsben. Ha a szekunder áramkörre terhelés van csatlakoztatva, akkor egy szekunder áram I2.
A szekunder tekercs feszültségét a W fordulatok aránya határozza meg1 és W2:
U2=U1*(W1/W2)=U1/k, ahol k transzformációs arány.
Ha k<1, akkor U2>U1, és egy ilyen transzformátort step-upnak neveznek. Ha k>1, akkor U2<U1, ilyen a transzformátort step downnak nevezik. Mivel a transzformátor kimeneti teljesítménye megegyezik a bemeneti teljesítménnyel (mínusz a transzformátor veszteségei), azt mondhatjuk, hogy Pout \u003d Pin, U1*ÉN1=U2*ÉN2 és én2=I1*k=I1*(W1/W2). Így a veszteségmentes transzformátorban a bemeneti és kimeneti feszültségek egyenesen arányosak a tekercsfordulatok arányával. És az áramok fordítottan arányosak ezzel az aránnyal.
Egy transzformátornak több szekunder tekercselése is lehet, eltérő áttételekkel. Tehát a háztartási lámpaberendezések 220 voltos hálózatról történő táplálására szolgáló transzformátornak egy szekunder tekercselése lehet, például 500 volt az anódáramkörök táplálására és 6 volt az izzóáramkörök táplálására. Az első esetben k<1, a másodikban - k>1.
A transzformátor csak váltakozó feszültséggel működik - a szekunder tekercsben az EMF előfordulásához a mágneses fluxusnak meg kell változnia.
A transzformátorok magjainak típusai
A gyakorlatban nem csak a jelzett alakú magokat használják. Az eszköz céljától függően a mágneses áramkörök különböző módon hajthatók végre.
Rúdmagok
Az alacsony frekvenciájú transzformátorok mágneses áramkörei markáns mágneses tulajdonságokkal rendelkező acélból készülnek.Az örvényáramok csökkentése érdekében a magtömböt különálló, egymástól elektromosan elválasztott lemezekből állítják össze. A magas frekvencián való munkához más anyagokat, például ferriteket használnak.
A fent említett magot magnak nevezzük, és két rúdból áll. Az egyfázisú transzformátorokhoz háromrúdú mágneses áramköröket is használnak. Kisebb a mágneses szivárgási fluxusuk és nagyobb a hatásfokuk. Ebben az esetben mind a primer, mind a szekunder tekercs a mag központi rúdján található.
A háromfázisú transzformátorok háromrúdús magokon is készülnek. Mindegyik fázis primer és szekunder tekercsével rendelkeznek, mindegyik a saját magján található. Egyes esetekben ötrúdú mágneses áramköröket használnak. Tekercseik pontosan ugyanúgy helyezkednek el - mindegyik primer és szekunder a saját rúdon, és a két szélső rúd mindkét oldalon csak a mágneses fluxusok lezárására szolgál bizonyos üzemmódokban.
páncélozott
A páncélozott magban egyfázisú transzformátorok készülnek - mindkét tekercs a mágneses áramkör központi magjára kerül. Az ilyen magban lévő mágneses fluxus a háromrúdú konstrukcióhoz hasonlóan záródik - az oldalfalakon keresztül. A szivárgási fluxus ebben az esetben nagyon kicsi.
Ennek a kialakításnak az előnyei közé tartozik a méret- és súlygyarapodás a magablak tekercseléssel való sűrűbb kitöltésének lehetősége miatt, ezért előnyös a páncélozott magok használata kis teljesítményű transzformátorok gyártásához. Ez rövidebb mágneses áramkört is eredményez, ami az üresjárati veszteségek csökkenéséhez vezet.
Hátránya, hogy nehezebb hozzáférni a tekercsekhez felülvizsgálat és javítás céljából, valamint a nagyfeszültségű szigetelés gyártásának megnövekedett összetettsége.
Toroidális
A toroid magokban a mágneses fluxus teljesen zárva van a magon belül, és gyakorlatilag nincs szivárgó mágneses fluxus. Az ilyen transzformátorokat azonban nehéz feltekerni, ezért meglehetősen ritkán használják őket, például kis teljesítményű állítható autotranszformátorokban vagy nagyfrekvenciás eszközökben, ahol fontos a zajvédelem.
Autotranszformátor
Bizonyos esetekben célszerű olyan transzformátorokat használni, amelyeknek nemcsak mágneses kapcsolata van a tekercsek között, hanem elektromos is. Ez azt jelenti, hogy a fokozó készülékeknél a primer tekercs a szekunder, a leléptető készülékeknél pedig a primer tekercs másodlagos része. Az ilyen eszközt autotranszformátornak (AT) nevezik.
A lecsökkentő autotranszformátor nem egyszerű feszültségosztó - a mágneses csatolás is részt vesz az energia átvitelében a szekunder áramkörbe.
Az autotranszformátorok előnyei a következők:
- kisebb veszteségek;
- a zökkenőmentes feszültségszabályozás lehetősége;
- kisebb súly- és méretjelzők (az autotranszformátor olcsóbb, könnyebb szállítani);
- alacsonyabb költség a kisebb anyagmennyiség miatt.
A hátrányok közé tartozik, hogy mindkét tekercs szigetelését nagyobb feszültségre tervezték, valamint a bemenet és a kimenet közötti galvanikus leválasztás hiánya, amely átviheti a légköri jelenségek hatását az elsődleges áramkörből a szekunder áramkörbe. Ebben az esetben a szekunder áramkör elemei nem földelhetők.Ezenkívül az AT hátránya a megnövekedett rövidzárlati áram. Háromfázisú autotranszformátoroknál a tekercseket általában csillagba kötik földelt nullával, más csatlakozási sémák is lehetségesek, de túl bonyolultak és nehézkesek. Ez is hátrány, ami szűkíti az autotranszformátorok körét.
Transzformátorok alkalmazása
A transzformátorok feszültségnövelő vagy -csökkentési tulajdonságát széles körben használják az iparban és a mindennapi életben.
Feszültség transzformáció
Az ipari feszültség szintjére a különböző szakaszokban eltérő követelmények vonatkoznak. Az áramtermelés során különféle okok miatt nem kifizetődő a nagyfeszültségű generátorok alkalmazása. Ezért például a vízerőművekben 6 ... 35 kV-os generátorokat használnak. A villamos energia szállításához éppen ellenkezőleg, megnövelt feszültségre van szükség - 110 kV-ról 1150 kV-ra, a távolságtól függően. Továbbá ezt a feszültséget ismét 6 ... 10 kV szintre csökkentik, elosztják a helyi alállomásokra, ahonnan 380 (220) voltra csökken, és a végfelhasználóhoz érkezik. A háztartási és ipari készülékekben szintén le kell engedni, általában 3 ... 36 voltra.
Mindezeket a műveleteket a teljesítmény transzformátorok segítségével. Lehetnek száraz vagy olaj alapúak. A második esetben a tekercsekkel ellátott magot olajos tartályba helyezzük, amely szigetelő és hűtőközeg.
Galvanikus szigetelés
A galvanikus szigetelés növeli az elektromos készülékek biztonságát. Ha a készüléket nem közvetlenül 220 voltos hálózatról táplálják, ahol az egyik vezető a földre van kötve, hanem egy 220/220 voltos transzformátoron keresztül, akkor a tápfeszültség változatlan marad.De ha egyidejűleg megérinti a földet és az áramkör szekunder áramot vezető részeit, akkor nem lesz áram, és az áramütés veszélye sokkal kisebb lesz.
Feszültségmérés
Minden elektromos szerelésnél ellenőrizni kell a feszültségszintet. Ha 1000 V-ig terjedő feszültségosztályt használnak, akkor a voltmérőket közvetlenül a feszültség alatt álló részekhez kell csatlakoztatni. Az 1000 volt feletti elektromos berendezésekben ez nem fog működni - az ilyen feszültségnek ellenálló eszközök túl terjedelmesnek és nem biztonságosnak bizonyulnak a szigetelés meghibásodása esetén. Ezért az ilyen rendszerekben a voltmérőket kényelmes transzformációs arányú transzformátorokon keresztül nagyfeszültségű vezetékekhez csatlakoztatják. Például 10 kV-os hálózatokhoz 1:100 műszertranszformátorokat használnak, a kimenet 100 voltos szabványos feszültség. Ha a primer tekercs feszültségének amplitúdója változik, egyidejűleg a szekunder tekercsen is változik. A voltmérő skála általában a primer feszültségtartományban van beosztva.
A transzformátor meglehetősen bonyolult és költséges elem a gyártáshoz és a karbantartáshoz. Sok területen azonban ezek az eszközök nélkülözhetetlenek, és nincs is helyettük alternatíva.
Hasonló cikkek:
