A transzformátor készüléke és működési elve

Egy nagyságú elektromos feszültség másik nagyságú elektromos feszültséggé alakításához, azaz elektromos energia átalakításához használja elektromos transzformátorok.

A transzformátor csak a váltóáramot tudja váltakozó árammá alakítani, ezért az egyenáram eléréséhez a transzformátor váltóáramát szükség esetén egyenirányítják. Erre a célra szolgálnak egyenirányítók.

Így vagy úgy, minden transzformátor (legyen az feszültségtranszformátor, áramváltó vagy impulzustranszformátor) az elektromágneses indukció jelensége miatt működik, amely teljes dicsőségében pontosan váltó- vagy impulzusárammal nyilvánul meg.

Transzformátor készülék

A legegyszerűbb formájában az egyfázisú transzformátor csak három fő részből áll: egy ferromágneses magból (mágneses áramkör), valamint primer és szekunder tekercsek. Elvileg egy transzformátornak lehet kettőnél több tekercselése, de ezek közül legalább kettő. Egyes esetekben a szekunder tekercs funkciója a primer tekercs meneteinek egy részével is ellátható (lásd az ábrát). transzformátorok típusai), de az ilyen megoldások meglehetősen ritkák a megszokottakhoz képest.

A transzformátor fő része egy ferromágneses mag. Amikor a transzformátor működik, a változó mágneses tér a ferromágneses magon belül van. A transzformátorban a változó mágneses tér forrása a primer tekercs váltakozó árama.

A transzformátor szekunder tekercsének feszültsége

Ismeretes, hogy minden elektromos áramot mágneses tér kísér; ennek megfelelően a váltakozó áramot váltakozó (nagyságában és irányában változó) mágneses tér kíséri.

Így a transzformátor primer tekercsének váltakozó árammal történő ellátásával a primer tekercs áramának változó mágneses terét kapjuk. Tehát a mágneses tér elsősorban a transzformátor magjában koncentrálódik, ez a mag olyan anyagból készül, amelynek nagy mágneses permeabilitása van, több ezerszer nagyobb, mint a levegőé, így az elsődleges tekercs mágneses fluxusának fő része lesz pontosan a mag belsejében zárva, nem levegőn keresztül.

Így a primer tekercs váltakozó mágneses tere a transzformátormag térfogatában koncentrálódik, amely transzformátoracélból, ferritből vagy más alkalmas anyagból készül, az adott transzformátor működési frekvenciájától és céljától függően.

A transzformátor szekunder tekercse a primer tekercsével közös magon található. Ezért a primer tekercs váltakozó mágneses tere a szekunder tekercs menetein is áthatol.

A elektromágneses indukció jelensége egyszerűen abban rejlik, hogy az időben változó mágneses tér változó elektromos teret idéz elő a körülötte lévő térben. És mivel ebben a térben van egy második tekercshuzal a változó mágneses tér körül, az indukált váltakozó elektromos tér a vezeték belsejében lévő töltéshordozókra hat.

Ez az elektromos térhatás EMF-et okoz a szekunder tekercs minden egyes fordulatánál. Ennek eredményeként váltakozó elektromos feszültség jelenik meg a szekunder tekercs kivezetései között. Ha a csatlakoztatott transzformátor szekunder tekercse nincs terhelve, a transzformátor üres.

A transzformátor működése terhelés alatt

Ha egy bizonyos terhelést egy működő transzformátor szekunder tekercsére csatlakoztatunk, akkor a terhelésen keresztül áram keletkezik a transzformátor teljes szekunder körében.

Ez az áram saját mágneses teret hoz létre, aminek Lenz törvénye szerint olyan iránya van, hogy szembeszáll az "okot okozó okkal". Ez azt jelenti, hogy a szekunder tekercs áramának mágneses tere minden pillanatban hajlamos csökkenteni a primer tekercs növekvő mágneses terét, vagy támogatni a primer tekercs mágneses terét, amikor az csökken, mindig a mágneses térre mutat. a primer tekercs mezője.

Így, amikor a transzformátor szekunder tekercsét terheljük, annak primer tekercsében egy hátsó EMF lép fel, ami arra kényszeríti a transzformátor primer tekercsét, hogy több áramot vegyen fel a táphálózatból.

Transzformációs tényező

A transzformátor primer N1 és szekunder N2 tekercseinek fordulatszáma határozza meg a bemeneti U1 és a kimeneti U2 feszültségek, valamint az I1 bemeneti és I2 kimeneti áramok arányát, amikor a transzformátor terhelés alatt működik. Ezt az arányt ún a transzformátor átalakítási aránya:

Az átalakítási tényező nagyobb, mint egy, ha a transzformátor le van húzva, és kisebb, mint egy, ha a transzformátor fel van emelve.

Feszültség transzformátor

A feszültségtranszformátor egy olyan lecsökkentő transzformátor, amelyet a nagyfeszültségű áramkörök galvanikus leválasztására terveztek az alacsony feszültségű áramköröktől.

Általában, ha nagy feszültségről van szó, 6 kilovolt vagy több (a feszültségtranszformátor primer tekercsén), az alacsony feszültség pedig 100 voltos nagyságrendű értékeket jelent (a szekunder tekercsen).

Ilyen transzformátort általában használnak, mérési célokra… Lecsökkenti például az elektromos vezeték magas feszültségét egy kényelmes alacsony feszültségre a méréshez, miközben képes galvanikusan leválasztani a mérő-, védelmi- és vezérlőáramköröket a nagyfeszültségű áramkörről. Az ilyen típusú transzformátorok általában üresjáratban működnek.

Alapvetően bármit nevezhetünk feszültségváltónak teljesítmény transzformátorelektromos energia átalakítására használják.

Áramváltó

Áramváltóban a primer tekercs, amely általában csak egy fordulatból áll, sorba van kötve az áramforrás áramkörével. Ez a fordulat lehet az áramkör vezetékének egy szakasza, ahol meg kell mérni az áramerősséget.

A vezetéket egyszerűen átvezetik a transzformátormag ablakán, és ez az egyetlen fordulat lesz – az elsődleges tekercs menete. Sokfordulatú másodlagos tekercselése egy kis belső ellenállású mérőeszközhöz csatlakozik.

Az ilyen típusú transzformátorokat a tápáramkörök váltakozó áramának mérésére használják. Itt a szekunder tekercs árama és feszültsége arányos az elsődleges tekercs (áramkör) mért áramával.

Az áramváltókat széles körben használják villamosenergia-rendszerek relévédelmi berendezéseiben, ezért nagy pontosságúak. Biztonságossá teszik a méréseket, mivel galvanikusan megbízhatóan leválasztják a mérőáramkört a primer áramkörről (általában nagyfeszültségű – több tíz és száz kilovolt).

Impulzus transzformátor

Ezt a transzformátort az áram (feszültség) impulzusformájának átalakítására tervezték. A primer tekercsére adott rövid, általában négyszögletes impulzusok a transzformátort gyakorlatilag tranziens körülmények között is működőképessé teszik.

Az ilyen transzformátorokat impulzusfeszültség-átalakítókban és más impulzusos eszközökben, valamint differenciáló transzformátorokban használják.

Az impulzustranszformátorok használata lehetővé teszi az eszközök súlyának és költségének csökkentését, amelyben használják őket, egyszerűen a megnövekedett konverziós frekvencia (tíz és száz kilohertz) miatt az 50-60 Hz-es frekvencián működő hálózati transzformátorokhoz képest. A téglalap alakú impulzusok, amelyek felfutási ideje sokkal kisebb, mint maga az impulzus időtartama, általában alacsony torzítással transzformálódnak.