K přeměně elektrického napětí jedné hodnoty na elektrické napětí jiné hodnoty, tedy k přeměně elektrické energie, se používají elektrické transformátory.

Transformátor může převádět pouze střídavý proud na střídavý proud, takže pro výrobu stejnosměrného proudu je střídavý proud z transformátoru v případě potřeby usměrněn. K tomuto účelu se používají usměrňovače.

Tak či onak, jakýkoli transformátor (ať už napěťový, proudový nebo pulzní) funguje díky fenoménu elektromagnetické indukce, který se v celé své kráse projevuje právě střídavým nebo pulzním proudem.

Ve své nejjednodušší podobě se jednofázový transformátor skládá pouze ze tří hlavních částí: feromagnetického jádra (magnetické jádro), jakož i primárního a sekundárního vinutí. V zásadě může mít transformátor více než dvě vinutí, ale jsou minimálně dvě. V některých případech může být funkce sekundárního vinutí realizována částí závitů primárního vinutí (viz typy transformátorů), ale taková řešení jsou ve srovnání s konvenčními poměrně vzácná.

Hlavní částí transformátoru je feromagnetické jádro. Když transformátor pracuje, mění se magnetické pole uvnitř feromagnetického jádra. Zdrojem měnícího se magnetického pole v transformátoru je střídavý proud primárního vinutí.

Napětí na sekundárním vinutí transformátoru

Je známo, že jakýkoli elektrický proud je doprovázen magnetickým polem, proto je střídavý proud doprovázen střídavým (měnící se velikost a směr) magnetickým polem.

Přivedením střídavého proudu na primární vinutí transformátoru tedy získáme měnící se magnetické pole proudu primárního vinutí. A aby se magnetické pole soustředilo hlavně uvnitř jádra transformátoru, je toto jádro vyrobeno z materiálu s vysokou magnetickou permeabilitou, tisíckrát větší než má vzduch, takže hlavní část magnetického toku primárního vinutí by byla uzavřené uvnitř jádra, a ne vzduchem.

Střídavé magnetické pole primárního vinutí se tak koncentruje v objemu jádra transformátoru, které je vyrobeno z transformátorové oceli, feritu nebo jiného vhodného materiálu, v závislosti na pracovní frekvenci a účelu konkrétního transformátoru.

Sekundární vinutí transformátoru je umístěno na společném jádru s primárním vinutím. Proto také střídavé magnetické pole primárního vinutí proniká do závitů sekundárního vinutí.

A fenomén elektromagnetické indukce spočívá právě v tom, že časově proměnné magnetické pole indukuje měnící se elektrické pole v prostoru kolem sebe. A protože se v daném prostoru kolem měnícího se magnetického pole nachází drát sekundárního vinutí, působí indukované střídavé elektrické pole na nosiče náboje uvnitř tohoto drátu.

Toto působení elektrického pole způsobí EMF v každém závitu sekundárního vinutí. V důsledku toho se mezi svorkami sekundárního vinutí objeví střídavé elektrické napětí. Pokud sekundární vinutí transformátoru připojeného k síti není zatíženo, transformátor pracuje v klidovém režimu.

ČTĚTE VÍCE
Je možné dát elektrické podlahové vytápění pod dřevěnou podlahu?

Provoz transformátoru pod zátěží

Pokud je na sekundární vinutí provozního transformátoru připojena určitá zátěž, protéká zátěží proud v celém sekundárním obvodu transformátoru.

Tento proud vytváří vlastní magnetické pole, které má podle Lenzova zákona takový směr, že působí proti „důvodu, který jej způsobuje“. To znamená, že magnetické pole proudu sekundárního vinutí má v každém časovém okamžiku tendenci snižovat rostoucí magnetické pole primárního vinutí nebo má tendenci udržovat magnetické pole primárního vinutí; když se snižuje, je vždy směrováno k magnetickému poli. pole primárního vinutí.

Když je tedy sekundární vinutí transformátoru zatíženo, v jeho primárním vinutí dochází ke zpětnému EMF, což způsobuje, že primární vinutí transformátoru odebírá více proudu z napájecí sítě.

Poměr závitů primárního vinutí N1 a sekundárního vinutí N2 transformátoru určuje vztah mezi jeho vstupním napětím U1 a výstupním U2 a vstupními proudy I1 a výstupními I2, když transformátor pracuje pod zatížením. Tento poměr se nazývá transformační poměr transformátoru:

Transformační poměr je větší než jedna, pokud je transformátor klesající transformátor, a menší než jedna, pokud je transformátor zvyšovací transformátor.

Napěťový transformátor je typ snižujícího transformátoru určený pro galvanické oddělení vysokonapěťových obvodů od nízkonapěťových obvodů.

Obvykle, když mluvíme o vysokém napětí, máme na mysli 6 kilovoltů nebo více (na primárním vinutí napěťového transformátoru) a nízké napětí znamená hodnoty řádově 100 voltů (na sekundárním vinutí).

Takový transformátor se zpravidla používá pro účely měření. Snižuje např. vysoké napětí elektrického vedení na nízkonapěťové napětí vhodné pro měření a zároveň dokáže galvanicky oddělit obvody měření, ochrany a řízení od obvodu vysokého napětí. Tento typ transformátoru obvykle pracuje v režimu naprázdno.

V zásadě lze jakýkoli výkonový transformátor používaný k přeměně elektrické energie nazvat transformátorem napětí.

U proudového transformátoru je primární vinutí, sestávající obvykle pouze z jednoho závitu, zapojeno sériově do obvodu zdroje proudu. Tento závit může být úsekem vodiče obvodu, ve kterém je třeba měřit proud.

Drát se jednoduše provlékne okénkem jádra transformátoru a stane se tímto jediným závitem – závitem primárního vinutí. Jeho sekundární vinutí, které má mnoho závitů, je napojeno na měřicí zařízení vyznačující se nízkým vnitřním odporem.

Transformátory tohoto typu se používají k měření hodnot střídavého proudu v silových obvodech. Zde jsou proud a napětí sekundárního vinutí úměrné měřenému proudu primárního vinutí (proudového obvodu).

ČTĚTE VÍCE
Kdo provádí technickou přípravu stavby?

Proudové transformátory jsou široce používány v reléových ochranných zařízeních pro elektrické napájecí systémy, a proto mají vysokou přesnost. Zabezpečují měření, protože galvanicky spolehlivě oddělují měřicí obvod od primárního obvodu (obvykle vysoké napětí – desítky a stovky kilovoltů).

Tento transformátor je určen k přeměně proudu (napětí) na pulzní formu. Krátké impulsy, obvykle obdélníkové, aplikované na jeho primární vinutí způsobují, že transformátor pracuje v téměř přechodném režimu.

Takové transformátory se používají v pulsních měničích napětí a jiných pulsních zařízeních, stejně jako v diferenciačních transformátorech.

Použití pulzních transformátorů umožňuje snížit hmotnost a cenu zařízení, ve kterých jsou použity, jednoduše díky zvýšené konverzní frekvenci (desítky a stovky kilohertzů) ve srovnání se síťovými transformátory pracujícími na frekvenci 50-60 Hz. Obdélníkové pulsy, jejichž doba náběhu je mnohem kratší než doba trvání samotného pulsu, jsou transformovány normálně s malým zkreslením.

Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!

Přihlaste se k odběru našeho kanálu na Telegramu!

Stačí kliknout na odkaz a připojit se ke kanálu.

Nenechte si ujít aktualizace, přihlaste se k odběru našich sociálních sítí:

Stejnosměrný a střídavý proud. Význam transformátorů.

Je prostě nemožné si představit moderní svět bez elektřiny a elektrických spotřebičů. Všechno, na co jsme tak zvyklí: osvětlení, domácí spotřebiče, počítače, televize, je nějak spojeno s napájením. Je však třeba poznamenat, že některá zařízení pracují na střídavý proud, zatímco jiná jsou napájena zdroji stejnosměrného proudu.

Stejnosměrný proud se nazývá proud, který po určitou dobu nemění svůj směr a velikost. Stejnosměrný proud má tedy konstantní napětí a proud.

Používá se stejnosměrný proud:

  • Pro přenos elektřiny po vedení vysokého napětí (například 500 kV). To je způsobeno skutečností, že pokud se použije střídavý proud stejného napětí, s přihlédnutím k hodnotám amplitudy napětí a jejich poklesu, mohou tato napětí několikrát překročit hodnotu stejnosměrného napětí. Použití střídavého proudu ve vysokonapěťových drátech povede k dodatečným nákladům na izolační materiály, což výrazně zvýší náklady na elektrické vedení.
  • V kontaktních sítích elektrické dopravy – trolejbusy a tramvaje – do 3000 V.
  • V sítích do 1000 V pro elektromotory s obtížnými startovacími podmínkami – válcovny, odstředivky atd.
  • Pro elektrické sítě do 500 V, používá se pro zdvihací mechanismy – elektrické jeřáby.
  • Jako zdroj energie pro různé přenosné domácí spotřebiče – svítilny, audio přijímače, diagnostické přístroje, multimetry, mobilní telefony.
ČTĚTE VÍCE
Jak docílit toho, aby korek šampaňského vyskočil?

Tok elektronů jde přísně přímočaře, aniž by osciloval nebo se jakkoli měnil. Takový proud nemá frekvenci, protože nedochází k oscilacím. Tok elektronů (každý elektron) se pohybuje striktně jedním směrem od „mínusu“ k „plusu“. To je důvod, proč je tak důležité zachovat polaritu baterií. Pokud připojíte dvě „mínusy“ nebo dvě „plusy“, proud prostě nepoteče.

Za zmínku stojí, že v obtížných startovacích podmínkách – tedy pokud je rozběhový moment vysoký a je vyžadována plynulá regulace rychlosti, trakce a rozběhového momentu – se používají stejnosměrné motory. Jsou to například motory elektrických vozidel, elektrické mlýny a odstředivky.

Stejnosměrný proud najdeme nejčastěji v různých bateriích – akumulátorech a bateriích. Řekněme, že auta používají 12V DC baterie; Pro stavební techniku ​​se používají např. bagry, buldozery, baterie s napětím 24 V. Baterie mobilního telefonu autora je stejnosměrné napětí 3,7 V.

Každý stejnosměrný zdroj má dvě svorky nebo konektory označené plus (+) a mínus (-). Předpokládá se, že stejnosměrný proud se pohybuje od kladného pólu (+) k zápornému pólu (-) a mezi ně lze připojit zařízení (například žárovku).

Ve skutečnosti procesy probíhající ve stejnosměrné elektrické síti probíhají velmi rychle a není možné je zobrazit v reálném čase.

Schematicky je působení stejnosměrného proudu v nejjednodušší síti mnohokrát zpomaleno. Poskytuje nejúplnější obrázek o procesech probíhajících v DC síti.

Střídavý proud – jedná se o proud, který po určitou dobu mění svůj směr. Frekvence změn směru se měří v hertzech. 1 hertz (Hz) znamená, že celý cyklus změny směru (tam a zpět) je dokončen za jednu sekundu. V evropských zemích, včetně Ruska, elektrické sítě pro domácnost používají jednofázový střídavý proud s frekvencí 50 Hz, to znamená, že mění svůj směr 100krát za sekundu.

Za jednu sekundu tedy projde vláknem lampy hořící na běžném stole proud 50x v jednom směru a XNUMXx v opačném směru.

Americké a kanadské rozvodné sítě používají střídavý proud 60 Hz místo běžného střídavého proudu 50 Hz.

Stejně jako má zdroj stejnosměrného proudu dvě svorky – kladnou a zápornou, má jednofázový zdroj střídavého proudu dvě svorky nebo konektory nazývané „fáze“ a „nula“.

Mimochodem, střídavý proud v domácí zásuvce se nazývá jednofázový, právě kvůli přítomnosti jednoho „fázového“ konektoru. Hodnota napětí jednofázového střídavého proudu je 220 V.

Střídavý proud působí následovně: střídavý proud se začne pohybovat z „fáze“ směrem k „nule“, dosáhne ji, zastaví se a poté se pohybuje v opačném směru.

ČTĚTE VÍCE
Co je invertorová technologie v pračce?

Vlastnosti jednofázového střídavého proudu jsou:

  • Průměrná hodnota střídavého proudu za dané období je nulová.
  • Střídavý proud za určitou dobu mění nejen směr pohybu, ale také jeho velikost.
  • Efektivní hodnota střídavého proudu je síla takového stejnosměrného proudu, při které se průměrný výkon, který se uvolní ve vodiči v obvodu střídavého proudu, rovná výkonu, který se uvolní ve stejném vodiči v obvodu stejnosměrného proudu. Když mluví o proudech a napětích ve střídavé síti, mají na mysli jejich efektivní hodnoty.

Tok elektronů neustále kmitá na určité frekvenci (50 hertzů) a vytváří sinusovku (vlnovku).
Tok elektronů se pohybuje dle libosti, jednotlivé elektrony v toku se také pohybují chaoticky. U střídavého proudu není polarita nutná.

Efektivní střídavé napětí v běžné domácí zásuvce je 220 voltů.

Široké použití střídavého proudu v technologii a pro domácí potřeby je způsobeno tím, že střídavý proud se snadno transformuje. Napětí v AC síti lze snadno zvýšit nebo snížit pomocí speciálního zařízení – transformátoru.

Transformátor je elektromagnetické zařízení, které přeměňuje střídavý proud pomocí elektromagnetické indukce tak, že napětí v síti se několikrát sníží nebo zvýší, aniž by se změnila frekvence, as malou nebo žádnou ztrátou výkonu.

Pro převod střídavého napětí směrem dolů (například výkonové transformátory z 10 000 V městských sítí na 220 V domácí sítě) se používají snižovací transformátory. Pro převod síťového napětí směrem nahoru se používají stupňovité transformátory.

Generátory střídavého proudu jsou vytvářeny na základě určitých, relativně malých hodnot napětí a výkonu. Pro praktické využití elektrické energie v různých zařízeních a přístrojích je nutné umět poskytnout širokou škálu hodnot napětí. K tomu se používají transformátory (z latinského slova transformo – přeměnit). Transformátor vynalezl v roce 1878 ruský vědec Pavel Nikolajevič Jabločkov.

Co je to transformátor

Transformátor (Obr. 205, a) je elektromagnetické zařízení, které přeměňuje střídavý proud jednoho napětí na střídavý proud o stejné frekvenci, ale o jiném napětí. Transformátor, který zvyšuje napětí, se nazývá zvýšenía transformátor, který to snižuje dolů. Schematické znázornění a symbol transformátoru jsou uvedeny na obrázku 205, b, c.

Transformátor - zařízení, princip činnosti, typy a klasifikace s příklady

V nejjednodušším případě se transformátor skládá ze dvou vinutí umístěných na společném jádru, z nichž jedno má počet závitů

Transformátor - zařízení, princip činnosti, typy a klasifikace s příklady

Všimněte si, že vinutí transformátoru mohou být na společném jádru umístěna různými způsoby (obr. 206).

Transformátor - zařízení, princip činnosti, typy a klasifikace s příklady

Princip činnosti transformátoru je založen na jevu elektromagnetické indukce. Magnetický tok vytvořený střídavým proudem v primárním vinutí díky přítomnosti jádra proniká závity sekundárního vinutí prakticky bez ztrát a budí v něm indukované emf. Transformátor tedy může pracovat pouze na střídavý proud.

ČTĚTE VÍCE
Proč plyn v domácnosti hoří modře nebo oranžově?

Transformátor - zařízení, princip činnosti, typy a klasifikace s příklady

Primární vinutí transformátoru, stejně jako každý induktor, lze považovat za sériově zapojený induktor L a aktivní odpor R. Pak jsou vztaženy efektivní hodnoty napětí přivedeného na primární vinutí a napětí na odporu a indukčnosti vztahem

Transformátor - zařízení, princip činnosti, typy a klasifikace s příklady

Změna magnetického toku primárním vinutím v důsledku průchodu střídavého proudu přes něj vede ke vzniku samoindukčního emf, zatímco na primárním vinutí

Transformátor - zařízení, princip činnosti, typy a klasifikace s příklady

Všimněte si, že tento vztah platí pro okamžité hodnoty při a tedy i pro amplitudové.

Transformátor - zařízení, princip činnosti, typy a klasifikace s příklady

Čím větší je indukční reaktance primárního vinutí ve srovnání s jeho aktivním odporem, tím méně se napětí liší od napětí přiváděného do primárního vinutí.

Primární vinutí transformátoru nechť je připojeno ke zdroji proudu se střídavým emf s efektivní hodnotou napětí Pokud celý magnetický tok vytvořený střídavým proudem v primárním vinutí proniká sekundárním vinutím bez úniku, pak přesně stejné indukované emf protože emf bude indukována v každém závitu sekundárního vinutí samoindukce v každém závitu primárního vinutí. V důsledku toho se poměr EMF v primárním a sekundárním vinutí rovná poměru počtu závitů v nich:

kde e je hodnota EMF pro jednu otáčku.

Režim bez zatížení transformátoru

Transformátor - zařízení, princip činnosti, typy a klasifikace s příklady

Režim nečinnosti transformátor se nazývá režim s otevřeným sekundárním vinutím. V tomto případě se napětí na sekundárním vinutí rovná EMF indukovanému v něm:

Transformátor - zařízení, princip činnosti, typy a klasifikace s příklady

V důsledku toho,

Když je tedy sekundární vinutí otevřené, napětí na něm je úměrné napětí na primárním vinutí. V závislosti na počtu závitů může být napětí buď větší (zvyšovací transformátor) nebo menší (snižovací transformátor) napětí

Definice typu transformátoru

Je určen typ transformátoru transformační poměr, což se rovná poměru počtu závitů primárního vinutí k počtu závitů sekundárního:

Transformátor - zařízení, princip činnosti, typy a klasifikace s příklady

V režimu naprázdno se poměr hodnot efektivního napětí na koncích primárního a sekundárního vinutí transformátoru rovná transformačnímu poměru:

Transformátor - zařízení, princip činnosti, typy a klasifikace s příklady

Jak můžeme vidět ze vzorce, když k > 1 bude transformátor snížený, a když k

Při kopírování jakýchkoli materiálů z webu evkova.org je vyžadován aktivní odkaz na web www.evkova.org

Stránky byly vytvořeny týmem učitelů na neziskové bázi pro doplňkové vzdělávání mládeže

Web je napsán, udržován a spravován týmem učitelů

Telegram a logo telegramu jsou ochranné známky společnosti Telegram FZ-LLC Corporation.

Stránka slouží pouze pro informační účely a za žádných okolností se nejedná o veřejnou nabídku, která je určena ustanovením článku 437 občanského zákoníku Ruské federace. Anna Evková neposkytuje žádné služby.