Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!
Transformátor (transformace, transformace ) je elektromagnetické zařízení statického typu, které obsahuje dvě nebo více vinutí indukčně spojených. Použití metody elektromagnetické indukce převádí střídavý proud na stejnosměrný proud. Skládá se z izolovaných drátů nebo páskových cívek (vinutí), vystavených magnetickému toku, navinutého na jádru z feromagnetického měkkého materiálu.
Trochu o fázích vývoje
Při výrobě transformátorů se používají vlastnosti materiálů: kov, magnetické, nekovové. Pro výrobu moderního vybavení uplatnili mnozí výzkumníci z minulých let své znalosti a objevy. A. G. Stoletov odhalil hysterezní smyčku a speciální strukturu feromagnetické slitiny. Teorie elektromagnetických obvodů byla vyvinuta Hopkinsonovými bratry.
Elektromagnetická indukce objevená M. Faradayem, tento jev je základem transformátorové akce. Schéma prvního transformátoru se poprvé objevilo v dílech Jindřicha a Faradaye v roce 1831. Vědci pak přístroj nepovažovali za převodník střídavého proudu.
Francouzský mechanik v roce 1848 patentoval indukční cívku, která se stala prototypem transformátoru. V roce 1876 poprvé vynalezl transformátor Yablochkov P. N. Zařízení bylo tyč s několika vinutími. Transformátory s uzavřenými jádry navrhli bratři Hopkinsové v roce 1884.
Pomocí chlazení oleje zařízení začalo plnit své funkce spolehlivěji. Zařízení bylo umístěno v keramických nádobách s olejem, což vedlo ke zvýšení spolehlivosti vinutí. Ruský vynálezce mechanik Dolivo-Dobrovolsky M. O. navrhl první třífázový motor asynchronního typu, třífázový AC systém a poprvé vyrobil třífázový transformátor o výkonu 230 KW, pracující na 5 V.
Výkonové transformátory začaly být vyráběny v roce 1928 otevřením moskevského závodu transformátorů. V časných 1900s, anglický metalurgist dělal první tunu transformátorové oceli pro výrobu jader. V počátcích 30. let 20. století byl zaznamenán výskyt magnetické saturace o 50%, snížení hysterezních ztrát čtyřikrát, zvýšení magnetické permeability o 5x při kombinovaném použití ohřevu a válcování.
Typy transformátorů
Autotransformer
Jedná se o variantu transformátoru, jehož principem je připojení sekundárního a primárního vinutí přímo, ve vinutí je elektrické a elektromagnetické spojení. Pro připojení a získání odlišného napětí ve vinutí je k dispozici několik svorek. Tento typ zařízení pracuje s vysokou účinností, protože se přemění pouze část energie, což je důležité při malém rozdílu vstupního a výstupního napětí.
Mezi negativní vlastnosti patří absence galvanického oddělení (izolační vrstva) mezi sekundárním a primárním okruhem. Použijte autotransformers namísto konvenčních jednotek pro připojení uzemněných obvodů s indexy napětí 110 KW a transformační poměr by neměl překročit hodnotu 3-4.
Pozitivní je nízká cena díky nižší hmotnosti jádrové oceli, měděným drátům, tedy malé hmotnosti zařízení a malým rozměrům.
Napájení
Obvyklé standardní zařízení pro přeměnu elektřiny v sítích a zařízeních, které přijímají a používají elektrickou energii.
Proudový transformátor
Principem činnosti a zařízení transformátoru je napájení ze zdroje elektřiny. Nejdůležitější je použití primárních indikátorů proudu na hodnotu používanou v měřicích a ochranných obvodech, alarm a řízení. V sekundárním vinutí jsou zaznamenány proudové indikátory 5 A nebo 1 A. Měřicí přístroje jsou připojeny k sekundárnímu vinutí a obvod, ve kterém je měřen proud, je připojen k primárnímu vinutí. Pro výpočet proudu ve druhém vinutí se použijí hodnoty v primárním vinutí a dělí se poměrem transformace.
Transformátor napětí
Je to zařízení pro převod velkých napěťových indikátorů na nízké hodnoty ve standardních obvodech, měřicích vedeních a obvodech ochrany relé. Zařízení je napájeno ze zdroje elektrického napětí, izoluje obvody logické ochrany a měřicí obvody z obvodu s vysokonapěťovými indexy.
Pulzní akce
Zařízení se používá k převodu pulzních signálů s minimálním zkreslením tvaru a délkou trvání až desítek mikrosekund. Používá se hlavně k přenosu impulsu pravoúhlého typu (nejstrmější řez a přední část, přibližně konstantní oscilace amplitudy). Slouží k transformaci krátkých video pulzů, které se neustále opakují, hlavním úkolem je přenášet transformovatelné pulsy v jejich původní a nezkreslené podobě. Na výstupu vinutí je nutné získat stejný tvar napěťového impulsu, ale někdy se mění i polarita nebo amplituda.
Typ separace
Toto zařízení nemá primární ani sekundární vinutí. Transformátor se používá pro zvýšení bezpečného připojení k elektrickým sítím, pro případ současného kontaktu se živými částmi a zemí. Chrání proti současnému kontaktu s částmi, které nejsou pod proudem, ale mohou být pod ním v důsledku selhání izolace. Jednotky jsou určeny pro galvanické oddělení elektrických obvodů.
Špičkový transformátor
Používá se k převodu sinusového proudu na pulsní napětí s polaritou, která se mění každou polovinu periody.
Duální škrt
Indukční čítač nebo dvojitá tlumivka je typ zařízení používající dvě vinutí. Díky vzájemné indukci cívek působí efektivněji než jediná tlumivka. Používá se jako vstupní filtrační zařízení před napájecími zdroji, v signálových diferenciálních obvodech a ve strojírenství se zvukem.
Třífázové pancéřování
Vyrábí dva různé základní návrhy:
- tyč;
- obrněný.
Oba návrhy nemění výkon a spolehlivost zařízení, ale ve výrobě existují značné rozdíly:
- typ jádra zahrnuje jádro a vinutí, při pohledu na konstrukci je jádro skryto za vinutími, pouze spodní a horní třmen je viditelný, osa vinutí má svislé uspořádání;
- typ pancéřovacího zařízení zahrnuje jádro ve formě vinutí, zatímco je vidět, že jádro skrývá část vinutí transformátoru, osa vinutí může být uspořádána ve vertikální nebo horizontální poloze.
Hlavní složky
Ve své kvalitě přicházejí:
- magnetický systém (jádro, magnetický);
- vinutí;
- chladicí systém.
Magnetický systém
Skládá se z prvků v sadě, nejčastěji používaných desek z feromagnetického materiálu nebo elektrotechnických ocelí, které jsou sestaveny ve specifickém geometrickém tvaru. Jeho volba je určena lokalizací magnetického pole hlavního transformátoru v něm. Systém magnetických efektů současně se všemi uzly, prvky a díly pro spojování částí do společné struktury se nazývá transformátorové jádro.
Část magnetického systému, která obsahuje hlavní vinutí, se nazývá tyč. Další část magnetické soupravy, na které nejsou žádná pracovní vinutí, a slouží k připojení magnetického obvodu, má název jho. V závislosti na tom, jak jsou tyče umístěny, rozdělte:
- plochý systém, kde podélné tyče a třmen jsou umístěny ve stejné rovině;
- prostorový systém zahrnuje víceúrovňové uspořádání jader a třmenů;
- symetrický systém se vyznačuje stejným tvarem a délkou tyčí a jejich uspořádání vzhledem ke třmenům je standardní pro všechny prvky;
- asymetrický systém, v něm se všechny tyče liší tvarem a velikostí a jejich umístění není symetrické a liší se od ostatních prvků.
Vinutí
Hlavním konstrukčním prvkem vinutí je cívka, což je řada paralelně zapojených vodičů (ve variantě jádra s více vodiči), jakmile zakryje část magnetického jádra. Proud cívky spolu s proudem jiných cívek, vodičů a částí transformátoru vytváří pole magnetického transformátoru, ve kterém je síla působící na proud indukována magnetickým polem.
Navíjení je celkový počet otáček tvořících elektrický obvod pro sčítání EMF v zatáčkách. Třífázový transformátor má ve své konstrukci sadu vinutí tří pracovních fází. Vodič je obvykle čtvercový v průřezu pro zvětšení jeho oblasti na dva nebo více vodivých tyčí. Tato technika pomáhá snižovat vířivé proudy a usnadňuje práci vinutí. Čtvercový vodič se nazývá obytný. Jako vinutí je použit transponovaný kabel.
Izolace je vyrobena z papírového navíjení nebo smaltu. Dva paralelní vodiče mohou být provedeny v jedné izolaci, taková sada se nazývá kabel. Abyste pochopili, jak transformátor pracuje, musíte znát oddělení vinutí podle typu. V závislosti na cílovém vinutí jsou:
- hlavní jsou ty, které přijímají přeměněnou energii nebo odvádějí střídavý proud;
- regulace je upravena pro normalizaci napěťového koeficientu pro malé indikace proudu ve vinutí;
- Pomocné přístroje jsou určeny pro elektrické napájení vlastních potřeb s nižším výkonem než je jmenovitý výkon transformátoru, magnetizace magnetického systému s konstantním proudem.
V závislosti na verzi vinutí je rozděleno:
- obyčejné - cívky jsou vytvořeny po celé délce ve směru osy, následné cívky jsou navinuty pevně, bez mezer;
- šroub - mají vícevrstvou překrytí, mezi závity nebo vinutími jsou vzdálenosti;
- kotoučová vinutí obsahují sériově zapojené disky, přičemž vinutí ve tvaru spirály je navinuto ve středu každého;
- pohled na fólie je vyroben z hliníkového nebo měděného plechu různé tloušťky.
Chladicí nádrž
Je to olejová nádrž, chrání účinnou látku a slouží jako podpora pro řídicí zařízení a pomocná zařízení. Před přidáním oleje do nádrže se odčerpá vzduch pro bezpečnou dielektrickou pevnost izolace. Při výrobě zvukových frekvencí z jádra transformátoru az prvků nádrže by mělo být stejné.
Konstrukce poskytuje dodatečné parametry pro expanzi oleje v podmínkách vytápění, někdy je to přídavná expanzní nádrž. Pokud se jmenovitý výkon transformátoru zvýší, pak proudy uvnitř i vně vedou k přehřátí konstrukce. Magnetický rozptýlený tok uvnitř nádrže působí podobně. Aby se snížil negativní vliv, jsou vložky vyrobeny z nemagnetických materiálů a obklopují je vysokonapěťovými izolátory.
Aplikace transformátoru
Vzhledem k tomu, že ztráty pro ohřev drátu jsou úměrné intenzitě proudu na čtverci, který jde podél tohoto vodiče, při přenosu elektřiny na velké vzdálenosti byste měli použít vysoké napětí s nízkou intenzitou proudu. Vzhledem k bezpečnosti v domácím prostředí nepoužívejte příliš vysoké napětí. Pro nastavení napětí v síti se používají transformátory, které zvyšují napětí před přenosem přes vedení vysokého napětí a pak snižují výkon před použitím spotřebičem.
Pro napájení různých uzlů pro příjem napájení jsou zapotřebí různé indikátory napětí (na televizoru, počítači). V uplynulých obdobích byl transformátor těžký a těžkopádný, ale s rostoucí frekvencí střídavého proudu mohou být rozměry zařízení sníženy. Proto se v moderních zařízeních nejprve usměrňuje elektrický proud, poté se převádí na pulsy s vysokou frekvencí. Poslední proudy jdou do pulzního transformátoru, aby se transformovaly na správné napětí.