Uređaj i princip rada transformatora

Za pretvorbu električnog napona jedne veličine u električni napon druge veličine, odnosno za pretvorbu električne energije, koristite električni transformatori.

Transformator može samo pretvoriti izmjeničnu struju u izmjeničnu struju, stoga, da bi se dobila istosmjerna struja, izmjenična struja iz transformatora se ispravlja ako je potrebno. U tu svrhu služe ispravljači.

Na ovaj ili onaj način, svaki transformator (bilo naponski, strujni ili impulsni) radi zahvaljujući fenomenu elektromagnetske indukcije, koji se u punom sjaju očituje upravo kod izmjenične ili pulsne struje.

Transformatorski uređaj

U svom najjednostavnijem obliku, jednofazni transformator sastoji se od samo tri glavna dijela: feromagnetske jezgre (magnetski krug), kao i primarni i sekundarni namoti. U principu, transformator može imati više od dva namota, ali najmanje dva. U nekim slučajevima, funkciju sekundarnog namota može obavljati dio zavoja primarnog namota (vidi sl. vrste transformatora), no takva su rješenja prilično rijetka u usporedbi s uobičajenim.

Glavni dio transformatora je feromagnetska jezgra. Kada transformator radi, promjenjivo magnetsko polje je unutar feromagnetske jezgre. Izvor promjenjivog magnetskog polja u transformatoru je izmjenična struja primarnog namota.

Napon sekundarnog namota transformatora

Poznato je da svaku električnu struju prati magnetsko polje; prema tome, izmjeničnu struju prati izmjenično (promjenjivo u veličini i smjeru) magnetsko polje.

Dakle, dovođenjem izmjenične struje u primarni namot transformatora dobivamo promjenjivo magnetsko polje struje primarnog namota. I tako je magnetsko polje uglavnom koncentrirano u jezgri transformatora, ta je jezgra napravljena od materijala s visokom magnetskom propusnošću, tisućama puta većom od zraka, tako da će glavni dio magnetskog toka primarnog namota biti zatvoren točno unutar jezgre, ne kroz zrak.

Tako je izmjenično magnetsko polje primarnog namota koncentrirano u volumenu jezgre transformatora, koja je izrađena od transformatorskog čelika, ferita ili drugog prikladnog materijala, ovisno o radnoj frekvenciji i namjeni pojedinog transformatora.

Sekundarni namot transformatora nalazi se na zajedničkoj jezgri sa svojim primarnim namotom. Stoga izmjenično magnetsko polje primarnog namota također prodire kroz zavoje sekundarnog namota.

A fenomen elektromagnetske indukcije jednostavno leži u činjenici da vremenski promjenjivo magnetsko polje uzrokuje promjenjivo električno polje u prostoru oko sebe. A budući da postoji druga žica zavojnice u ovom prostoru oko promjenjivog magnetskog polja, inducirano izmjenično električno polje djeluje na nosioce naboja unutar ove žice.

Ovo djelovanje električnog polja uzrokuje EMF sa svakim okretajem sekundarne zavojnice. Kao rezultat toga, između stezaljki sekundarnog namota pojavljuje se izmjenični električni napon. Kada sekundarni namot priključenog transformatora nije opterećen, transformator je prazan.

Rad transformatora pod opterećenjem

Ako se na sekundarni namot radnog transformatora spoji određeno trošilo, kroz trošilo nastaje struja u cijelom sekundarnom krugu transformatora.

Ta struja stvara vlastito magnetsko polje, koje prema Lenzovu zakonu ima takav smjer da se suprotstavlja "uzroku koji ga uzrokuje". To znači da magnetsko polje struje sekundarnog namota u bilo kojem trenutku nastoji smanjiti rastuće magnetsko polje primarnog namota ili nastoji podržati magnetsko polje primarnog namota kada se smanjuje, uvijek ukazuje na magnetsko polje. polje primarne zavojnice.

Stoga, kada je sekundarni namot transformatora opterećen, dolazi do povratnog EMF-a u njegovom primarnom namotu, prisiljavajući primarni namot transformatora da crpi više struje iz opskrbne mreže.

Faktor transformacije

Omjer zavoja primarnog N1 i sekundarnog N2 namota transformatora određuje omjer između njegovih ulaznih U1 i izlaznih U2 napona i ulaznih I1 i izlaznih I2 struja kada transformator radi pod opterećenjem. Taj se omjer naziva omjer transformacije transformatora:

Faktor transformacije je veći od jedan ako je transformator spušten, a manji od jedan ako je transformator spušten.

Transformator napona

Naponski transformator je vrsta silaznog transformatora dizajniranog za galvansku izolaciju visokonaponskih krugova od niskonaponskih krugova.

Obično, kada se radi o visokom naponu, oni označavaju 6 kilovolti ili više (na primarnom namotu naponskog transformatora), a niski napon znači vrijednosti reda veličine 100 volti (na sekundarnom namotu).

Takav se transformator u pravilu koristi za potrebe mjerenja… Spušta, na primjer, visoki napon dalekovoda na prikladan niski napon za mjerenje, dok također može galvanski odvojiti mjerne, zaštitne i upravljačke krugove od visokonaponskog kruga. Ovi tipovi transformatora obično rade u stanju mirovanja.

U osnovi sve se može nazvati naponskim transformatorom energetski transformatorkoristi za pretvaranje električne energije.

Strujni transformator

U strujnom transformatoru, primarni namot, koji se obično sastoji od samo jednog zavoja, spojen je u seriju s strujnim krugom izvora. Ovaj zavoj može biti dio žice strujnog kruga gdje treba izmjeriti struju.

Žica se jednostavno provlači kroz prozor jezgre transformatora i postaje ovaj jedini zavoj - zavoj primarnog namota. Njegov sekundarni namot, koji ima mnogo zavoja, spojen je na mjerni uređaj koji ima mali unutarnji otpor.

Transformatori ove vrste koriste se za mjerenje vrijednosti izmjenične struje u strujnim krugovima. Ovdje su struja i napon sekundarnog namota proporcionalni izmjerenoj struji primarnog namota (strujni krug).

Strujni transformatori naširoko se koriste u relejnim zaštitnim uređajima za elektroenergetske sustave, stoga imaju visoku točnost. Oni čine mjerenja sigurnima, jer galvanski pouzdano izoliraju mjerni krug od primarnog kruga (obično visokog napona — deseci i stotine kilovolti).

Pulsni transformator

Ovaj transformator je dizajniran za pretvaranje impulsnog oblika struje (napona). Kratki impulsi, obično pravokutni, primijenjeni na njegov primarni namot čine transformator da radi praktički u prijelaznim uvjetima.

Takvi se transformatori koriste u pretvaračima impulsnog napona i drugim impulsnim uređajima, kao iu diferencirajućim transformatorima.

Korištenje impulsnih transformatora omogućuje smanjenje težine i troškova uređaja u kojima se koriste, jednostavno zbog povećane frekvencije pretvorbe (desetke i stotine kiloherca) u usporedbi s mrežnim transformatorima koji rade na frekvenciji od 50-60 Hz. Pravokutni impulsi, čije je vrijeme uspona puno kraće od trajanja samog impulsa, obično se transformiraju s malim izobličenjem.