Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
Transformátor (transformácia, transformácia ) je elektromagnetické zariadenie statického typu, ktoré obsahuje dve alebo viac vinutí indukčne spojených. Použitie metódy elektromagnetickej indukcie prevádza striedavý prúd na jednosmerný prúd. Pozostáva z izolovaných drôtov alebo pásových cievok (vinutí), vystavených magnetickému toku, navinutému na jadre z feromagnetického mäkkého materiálu.
Len málo o štádiách vývoja
Pri výrobe transformátorov sa využívajú vlastnosti materiálov: kovov, magnetických, nekovových. Na výrobu moderných zariadení uplatnili mnohí výskumníci z minulých rokov svoje vedomosti a objavy. A. G. Stoletov odhalil hysteréznu slučku a špeciálnu štruktúru feromagnetickej zliatiny. Teória elektromagnetických obvodov bola vyvinutá Hopkinsonovými bratmi.
Elektromagnetická indukcia objavená M. Faradayom, tento jav je základom transformátorovej činnosti. Schéma prvého transformátora sa prvýkrát objavila v dielach Henryho a Faradaya v roku 1831. Ale vedci potom nepovažovali zariadenie za konvertor striedavého prúdu.
Francúzsky mechanik v roku 1848 patentoval indukčnú cievku, ktorá sa stala prototypom transformátora. V roku 1876 prvýkrát vynašiel transformátor Yablochkov P. N. Zariadenie bolo tyč s niekoľkými vinutiami. Transformátory s uzavretými jadrami navrhli bratia Hopkinsovci v roku 1884.
Pomocou chladenia olejom zariadenie začalo vykonávať svoje funkcie spoľahlivejšie. Zariadenie bolo umiestnené do keramických nádob s olejom, čo viedlo k zvýšeniu spoľahlivosti vinutí. Ruský vynálezca mechanik Dolivo-Dobrovolsky M. O. navrhol prvý trojfázový motor asynchrónneho typu, trojfázový systém striedavého prúdu a prvýkrát vyrobil trojfázový transformátor s výkonom 230 kW, pracujúci na 5 V.
Výkonové transformátory sa začali vyrábať v roku 1928 otvorením moskovského závodu transformátorov. Na začiatku 20. storočia urobil anglický hutník prvú tonu transformátorovej ocele na výrobu jadier. A na začiatku 30. rokov 20. storočia sa objavil výskyt magnetickej saturácie o 50%, zníženie hysteréznych strát o 4-násobok, zvýšenie magnetickej permeability o 5-násobok pri kombinovanom použití ohrevu a valcovania.
Typy transformátorov
autotransformer
Ide o variant transformátora, ktorého princípom je priame zapojenie sekundárneho a primárneho vinutia, vo vinutiach je elektrické a elektromagnetické spojenie. Pre pripojenie a získanie odlišného napätia vo vinutí je k dispozícii niekoľko svoriek. Tento typ zariadenia pracuje s vysokou účinnosťou, pretože sa prevádza len časť výkonu, čo je dôležité pri malom rozdiele vstupného a výstupného napätia.
Medzi negatívne charakteristiky patrí neprítomnosť galvanickej izolácie (izolačná vrstva) medzi sekundárnym a primárnym okruhom. Použite autotransformátory namiesto konvenčných jednotiek na pripojenie uzemnených obvodov s napäťovými indexmi 110 KW a transformačný pomer by nemal prekročiť hodnotu 3-4.
Pozitívne sú nízke náklady v dôsledku nižšej hmotnosti jadrovej ocele, medených drôtov, teda malej hmotnosti zariadenia a malých rozmerov.
energie
Bežné štandardné zariadenie na konverziu elektriny v sieťach a zariadeniach, ktoré prijímajú a používajú elektrickú energiu.
Prúdový transformátor
Princíp činnosti a zariadenia transformátora je napájanie zo zdroja elektriny. Najdôležitejšie je použitie primárnych indikátorov prúdu na hodnotu použitú v meracích a ochranných obvodoch, alarm a riadenie. V sekundárnom vinutí sa zaznamenávajú prúdové indikátory 5 A alebo 1 A. Meracie zariadenia sú pripojené k sekundárnemu vinutiu a obvod, v ktorom sa meria prúd, je pripojený k primárnemu vinutiu. Na výpočet prúdu v druhom vinutí sa použijú údaje v primárnom vinutí a vydelia sa transformačným pomerom.
Transformátor napätia
Je to zariadenie na prevod veľkých napäťových indikátorov na nízke hodnoty v štandardných obvodoch, meracích vedeniach a obvodoch ochrany relé. Zariadenie je napájané zo zdroja elektrického napätia, izoluje obvody logickej ochrany a meracie obvody z obvodu s vysokonapäťovými indexmi.
Pulzná činnosť
Zariadenie sa používa na prevod impulzných signálov s minimálnym skreslením tvaru a trvaním až desiatok mikrosekúnd. Používa sa hlavne na prenos impulzu pravouhlého typu (najstrmší rez a predná časť, približne konštantná amplitúdová oscilácia). Slúži na transformáciu krátkych video impulzov, ktoré sa neustále opakujú, hlavnou úlohou je prenášať transformovateľné impulzy v ich pôvodnej a neskreslenej forme. Na výstupe vinutí je potrebné získať rovnaký tvar napäťového impulzu, ale niekedy sa mení aj polarita alebo amplitúda.
Typ separácie
Toto zariadenie nemá žiadne primárne ani sekundárne vinutia. Transformátor slúži na zvýšenie bezpečného napojenia na elektrické siete, v prípadoch súčasného kontaktu so živými časťami a zemou. Chráni pred súčasným kontaktom s časťami, ktoré nie sú pod prúdom, ale môžu byť pod ním v dôsledku zlyhania izolácie. Jednotky sú určené na galvanické oddelenie (izoláciu) elektrických obvodov.
Špičkový transformátor
Používa sa na prevod sínusového prúdu na pulzné napätie s polaritou, ktorá mení každú polovicu periódy.
Dvojitá tlmivka
Indukčný protiľahlý filter alebo dvojitá tlmivka je typ zariadenia používajúceho dve vinutia. Kvôli vzájomnej indukcii cievky pôsobí účinnejšie ako jednoduchá tlmivka. Používa sa ako vstupné filtračné zariadenie pred napájacími zdrojmi, v signálových diferenciálnych digitálnych obvodoch a v strojárstve so zvukom.
Trojfázové obrnené
Vyrábajú dva rôzne základné vzory:
- tyč;
- brnenie.
Oba návrhy nemenia výkon a spoľahlivosť zariadenia, ale vo výrobe existujú výrazné rozdiely:
- typ jadra zahŕňa jadro a vinutia, pri pohľade na konštrukciu je jadro skryté za vinutiami, je možné vidieť iba spodný a horný strmeň, os vinutí má vertikálne usporiadanie;
- typ panciera zariadenia obsahuje jadro vo forme vinutí, pričom je možné vidieť, že jadro skrýva časť vinutí transformátora, os vinutí môže byť usporiadaná vo vertikálnej alebo horizontálnej polohe.
Hlavné komponenty
Vo svojej kvalite prichádzajú:
- magnetický systém (jadro, magnetické);
- vinutia;
- chladiaceho systému.
Magnetický systém
Pozostáva z prvkov v súprave, najčastejšie používaných dosiek z feromagnetického materiálu alebo z elektrických ocelí, ktoré sú zostavené v špecifickom geometrickom tvare. Jeho voľba je určená lokalizáciou magnetického poľa hlavného transformátora v ňom. Systém magnetických efektov súčasne so všetkými uzlami, prvkami a časťami pre pripojenie častí do spoločnej štruktúry sa nazýva transformátorové jadro.
Časť magnetického systému, ktorá obsahuje hlavné vinutia, sa nazýva tyč. Ďalšia časť magnetickej súpravy, na ktorej nie sú žiadne pracovné vinutia a slúži na pripojenie magnetického obvodu, má názov jarmo. V závislosti od toho, ako sú tyče umiestnené, rozdeľte:
- plochý systém, kde pozdĺžne tyče a strmeň sú umiestnené v rovnakej rovine;
- priestorový systém zahŕňa viacúrovňové usporiadanie jadier a jarmokov;
- symetrický systém sa vyznačuje tým istým tvarom a dĺžkou tyčí a ich usporiadanie vzhľadom na jarmo je štandardom pre všetky prvky
- asymetrický systém, v ktorom sa všetky tyče líšia tvarom a veľkosťou a ich umiestnenie nie je symetrické a odlišné od ostatných prvkov.
vinutia
Hlavným konštrukčným prvkom vinutia je cievka, ktorá je sériou paralelne zapojených vodičov (vo variante viacžilového jadra), akonáhle zakrýva časť magnetického jadra. Prúd cievky spolu s prúdom iných cievok, vodičov a častí transformátora vytvára magnetické transformátorové pole, v ktorom je sila, ktorá poháňa prúd, indukovaná magnetickým poľom.
Vinutie je celkový počet otočení tvoriacich elektrický obvod na sčítanie EMF v zákrutách. Trojfázový transformátor má vo svojej konštrukcii sadu vinutí troch pracovných fáz. Vodič je zvyčajne štvorcový v priereze na zväčšenie jeho plochy na dve alebo viac vodivých tyčí. Táto technika pomáha redukovať vírivé prúdy a uľahčuje prácu vinutia. Štvorcový vodič sa nazýva obytný. Ako vinutie sa používa transponovaný kábel.
Izolácia je vyrobená z papierového navíjania alebo laku na báze smaltu. Dva paralelné vodiče môžu byť vykonávané v jednej izolácii, takáto súprava sa nazýva kábel. Ak chcete pochopiť, ako transformátor funguje, musíte poznať oddelenie vinutí podľa typu. V závislosti od navíjania cieľa sú:
- hlavné sú tie, ktoré prijímajú premenenú energiu alebo odvádzajú striedavý prúd;
- regulácia je určená pre normalizáciu napäťového koeficientu pre malé indikácie prúdu vo vinutiach;
- Pomocné sú určené pre elektrické napájanie vlastných potrieb s menším výkonom ako je menovitý výkon transformátora, magnetizácia magnetického systému s konštantným prúdom.
V závislosti od verzie vinutia je rozdelené:
- obyčajné - zvitky sa vyrábajú pozdĺž celej dĺžky v smere osi, následné cievky sú pevne navinuté, bez medzier;
- skrutka - má viacvrstvové prekrytie, medzi závitmi alebo vinutiami sú vzdialenosti;
- kotúčové vinutia obsahujú disky spojené sériou, pričom vinutie v tvare špirály je navinuté v strede každého z nich;
- navíjanie fólie je vyrobené z hliníkového alebo medeného plechu rôznej hrúbky.
Chladiaca nádrž
Je to olejová nádrž, chráni aktívnu zložku a slúži ako podpora pre kontrolné zariadenia a pomocné zariadenia. Pred pridaním oleja do nádrže sa pre bezpečnú dielektrickú pevnosť izolácie odčerpá vzduch. Pri výrobe zvukových frekvencií z jadra transformátora az prvkov nádrže by mali byť rovnaké.
Konštrukcia poskytuje dodatočné parametre pre expanziu oleja v podmienkach vykurovania, niekedy je to prídavná expanzná nádrž. Ak sa menovitý výkon transformátora zvýši, potom prúdy vnútri a vonku vedú k prehriatiu konštrukcie. Magnetický rozptýlený tok v nádrži pôsobí podobne. Aby sa znížil negatívny vplyv, sú vložky vyrobené z nemagnetických materiálov, ktoré ich obklopujú vysokonapäťovými izolátormi.
Transformátorová aplikácia
Keďže straty pri vykurovaní vodiča sú úmerné intenzite prúdu na námestí, ktoré ide pozdĺž tohto drôtu, pri prenose elektriny na dlhé vzdialenosti by ste mali použiť vysoké napätie s nízkou intenzitou prúdu. Kvôli bezpečnosti v domácom prostredí nepoužívajte príliš vysoké napätie. Na nastavenie napätia v sieti sa používajú transformátory, ktoré zvyšujú napätie pred prenosom vysokonapäťovými vedeniami a potom znižujú výkon pred spotrebou.
Na napájanie rôznych uzlov na napájanie sú potrebné rôzne indikátory napätia (na televízore, počítači). V uplynulých obdobiach bol transformátor ťažký a ťažkopádny, ale so zvyšujúcou sa frekvenciou striedavého prúdu je možné zmenšiť rozmery zariadenia. Preto sa v moderných zariadeniach najprv usmerňuje elektrický prúd, potom sa konvertuje na impulzy s vysokou frekvenciou. Posledné prúdy idú do pulzného transformátora, aby sa transformovali na správne napätie.