AC transformátor: typy zařízení a obvod

Většina začínajících rádioamatérů a jednoduše ti, kteří mají rád radiotechniku, se zajímají o otázky o tom, co je transformátor, jak funguje a co slouží. Ve skutečnosti je vše velmi jednoduché: transformátor slouží k převodu střídavého proudu z jedné hodnoty s určitou frekvencí (parametrem) na jinou s identickým parametrem.

Uspořádání transformátoru

V souladu s GOST 16110 -82, definice transformátor je následující: Transformer - statistické elektromagnetické zařízení typu, který má dvě nebo více cívek, které mají s indukční vazbou, a pro přeměnu jedné nebo více systémů AC v jednom nebo více jiných systémů.

Tento elektromagnetický výrobek má jednoduchý design, který se skládá z následujících prvků: magnetický obvod (magnetický systém), vinutí, rámy navíjení, izolace (ne všechny transformátory), chladicí systém. další prvky. V praxi používají výrobci pro výrobu transformátorů jeden ze tří základních pojmů:

1. Jádro. Vinutí jsou navinuté na vnějších tyčích.
2. Obrněné. Boční stěny zůstávají bez vinutí.
3. Toroidální. Má tvar prstence s rovnoměrným vinutím vinutí po celém obvodu.

Je třeba poznamenat, že volba této koncepce nemá vliv na konečné parametry transformátoru a neovlivňuje provozní spolehlivost, nicméně se podstatně liší ve výrobní technologii.

Magnetický systém

Magnetická jádra pro transformátory mají zvláštní geometrický tvar a jsou vyrobeny z řady materiálů, které obsahují elektrické oceli, permalloy, feritu nebo jiných materiál, který má feromagnetické vlastnosti. V závislosti na materiálu a konstrukci magnetického jádra mohou být čerpány z desky, lisované, navíjet z tenké pásky, sestaven ze dvou, čtyř nebo více „podkovy“.

Jako rám pro umístění hlavních vinutí jsou tyče. Mohou mít jiné prostorové uspořádání, v závislosti na tom, které rozlišují několik typů systémů.

1. Plochý magnetický systém s podélnými osami tyčí a třmenů umístěných ve stejné rovině.
2. Prostorový systém, kde jsou podélná osa tyčí umístěna v různých rovinách.
3. Symetrický systém, vybavený identickými tyčemi, které mají stejnou relativní polohu vůči třmenům.
4. Asymetrický systém sestávající z prutů, z nichž některé se mohou lišit ve tvaru, provedení a velikosti, s různými relativními polohami vzhledem k třmenům.

Návrh vinutí

Navíjení je hlavním prvkem transformátoru. Jedná se o víceotáčkovou konstrukci vyrobenou z jednoho nebo několika měděných (méně často hliníkových) drátů různých průměrů. Obecně platí, že ve výkonových transformátorech se používají vodiče s čtvercovým průřezem, což umožňuje efektivnější využití volného prostoru, čímž se zvyšuje plnicí faktor (K).

K zabránění zkratu je každé vinutí izolováno. Jako izolační materiál lze použít speciální lak nebo smaltovaný lak. Mimochodem, jestliže byly pro výrobu vinutí použity dva samostatně izolované a paralelně zapojené vodiče, mohou být vybaveny obecnou izolací papíru.

Palivová nádrž

Nádrž je jedním z nejdůležitějších doplňkových prvků transformátoru. Jedná se o kontejner pro skladování transformátorového oleje a fyzickou ochranu aktivní složky. Kromě toho je těleso nádrže navrženo pro montáž pomocného zařízení a ovládacího zařízení.

Jedním z vnitřních prvků nádrže je rezonátor s vysokým proudem. Při nárůstu jmenovitého výkonu a proudů transformátoru dochází k rychlému a častému přehřátí. Aby se snížilo riziko přehřátí kolem rezonátorů, jsou instalovány vložky z nemagnetických materiálů.

Vnitřní nátěr nádrže je vyroben z vodivých štítů, které neumožňují magnetické proudění stěnami nádrže. Někdy se jedná o povlak, který je vyroben z materiálu s nízkým magnetickým odporem. Tato varianta povlaku absorbuje vnitřní toky před přiblížením ke stěnám nádrže.

Před výměnou paliva z nádrže se čerpá vzduch, aby nedošlo k poklesu dielektrické pevnosti izolace transformátoru. Z toho je další účel nádrže, který spočívá v udržování tlaku atmosféry s minimální deformací.

Princip činnosti

Transformátory pracují na základě dvou principech: elektromagnetické - generuje magnetický tok, když elektrický proud se mění v čase, což se také změní, a elektromagnetické indukce - přeslechů EMF (elektromotorická síla), změny v důsledku magnetického toku procházejícího cívkou.

Transformátor se zapne po zapnutí napětí na primární vinutí. Spolu s napětím na vinutí se účastní střídavý proud, který se podílí na vytváření střídavého magnetického toku v magnetickém obvodu. Tím vznikne EMF ve všech vinutích zařízení.

Výstupní napětí (sekundární vinutí) má komplexní souvislost s tvarem vstupního napětí. Tyto obtíže vedly k vytvoření řady nových transformátorů, které byly použity k řešení alternativních problémů, například zesílení proudu, množení kmitočtů a generování signálů.

Funkční režimy

Transformátory mohou pracovat ve třech režimech: volnoběh (XX) - 1, zatížení - 2 a zkrat - 3.

Režim 1: XX. Zvláštnost tohoto režimu spočívá v tom, že sekundární transformátorový obvod je v otevřeném stavu, proto proud neprotéká. V této poloze obvodu je proudový potenciál nulový, což vytváří v primárním okruhu volnoběžný proud s reaktivní a aktivní složkou. Tento EMF je schopen úplně kompenzovat napájecí napětí. Tento režim slouží k určení účinnosti a úrovně ztrát v jádře.

Režim 2: Zatížení. V tomto režimu je obvyklé vinutí transformátoru napájeno ze zdroje třetí strany a sekundární zátěž je připojena k sekundárnímu okruhu. Po připojení zátěže k sekundárnímu okruhu proudí tekoucí proud, který vytváří magnetický tok směřující v opačném směru od primárního toku. To vyvolává nerovnost mezi dvěma silami - indukcí a zdrojem energie, který zvyšuje proud, který protéká primárním vinutím, dokud se magnetický tok nevrátí k původní hodnotě. Tento režim je hlavní provozní režim pro transformátory.

Režim 3: zkrat. Pro získání tohoto režimu je sekundární obvod transformátoru zkratován a na primární vinutí je aplikováno nízké střídavé napětí. Hodnota vstupního napětí je zvolena tak, aby se poruchový proud rovnal jmenovitému proudu. Tento režim se používá k určení tepelných ztrát vinutí v obvodu transformátoru.

Typy produktů

Od 30. listopadu 1876, považovaný za datum vzniku prvního transformátoru, již bylo dlouho. Během tohoto období se zařízení značně měnily jak z hlediska konstrukce, tak i výkonu. K dnešnímu dni existují následující typy transformátorů:

• Silový transformátor střídavého proudu. Takové transformátory se používají v sítích napájení a elektrických instalacích, které jsou určeny pro příjem a používání elektřiny. Tyto transformátory se používají v tom, že po celé délce trati existují různé provozní napětí, např., Na přenosovém vedení (přenosové linky) se může pohybovat v rozmezí od 0,035 do 0,75 MW (megavolts), a v rozvodnách rovná 400, které jsou následně převedeny na obvyklé 220/380 V.
• Autotransformátor. Varianta transformátoru s přímým připojením primárního a sekundárního vinutí, která vytváří nejen elektromagnetickou, ale i elektrickou indukci. Autotransformátory jsou vybaveny vícedávkovými vinutími, jejichž minimální množství je tři. Používají se jako prvek spojující účinně uzemněné sítě s napětím 0,11 MV s konverzním faktorem 3 až 4. Autotransformátory mají dvě klíčové výhody a jednu malou nevýhodu. Prvním z nich je ekonomika (kvůli nižším nákladům na měď pro vinutí a oceli pro jádro) a vysoká účinnost - kvůli částečné konverzi vstupního výkonu. Nevýhodou je nepřítomnost galvanického oddělení - elektrická izolace mezi primárním a sekundárním okruhem.
• Proudový transformátor. Zařízení s primárním vinutím napájeným ze zdroje třetí strany, zatímco sekundární obvod se pokusí být vyroben takovým způsobem, že pracuje v režimu blízkém zkratu. Primární vinutí je zapojeno do série do zatěžovacího obvodu. V tomto obvodu proudí střídavý proud, který musí být monitorován. Pro přiblížení do režimu zkratování jsou k sekundárnímu okruhu připojeny voltmetry nebo indikátory, např. Relé nebo LED. Přítomnost dalších prvků v sekundárním okruhu způsobila jedno z aplikací takových transformátorů, které spočívaly ve snížení primárních proudů navíjení na hodnoty, které lze použít pro měření, ochranu, řízení a signalizaci.
• Svařovací transformátor. Je instalován ve svařovacích strojích a používá se k přeměně 220/380 voltového síťového napětí na nižší hodnoty a ke zvýšení aktuální úrovně. Proud může být řízen změnou indukčního odporu nebo sekundárního napětí XX. To se provádí rozdělením počtu otáček primárního nebo druhého vinutí.
• Izolační transformátor. Odlišuje se od ostatních zařízení tohoto typu tím, že neexistuje elektrické spojení mezi primárním a sekundárním vinutím. V elektrických sítích se používají oddělovací zařízení, která zajišťují bezpečnost osob v případě poruchy vedení nebo jiných mimořádných událostí, které mohou být škodlivé, a také zajistit galvanické oddělení.

Označení diagramů

Transformátor v obvodu je označen následujícím způsobem: Střední čára tlustý, který zobrazuje jádro, na levé straně to ve svislé rovině reprezentované cívky (cívek do jádra), - primární vinutí a vpravo další jednu nebo více cívek - sekundární vinutí.

Obecně schematickém zobrazení řádku musí značení jádro odpovídat tloušťce závitů cívek vyobrazených. Pokud je to žádoucí podtržení materiálu nebo vlastnosti základní konstrukční schéma mírně měnit středovou čáru. Tak, klasické feritové jádro označuje plná čára, a přičemž jádro je opatřeno magnetické mezeře, - tenká čára s mezerou mezi nimi. Magnetodielektrické jádra jsou zobrazeny tenkou čárkovanou čarou.