Transformtor Definice Transformtor je netoiv elektrick stroj pracujc

Transformátor

Definice: Transformátor je netočivý elektrický stroj pracující na principu elektromagnetické indukce měnící proud jednoho napětí na proud jiného napětí při zachování tvaru průběhu a kmitočtu. Konstrukce: • vstupní – primární vinutí (vn) • výstupní – sekundární (nn) • kostra cívek- izolace • magnetický obvod

Princip: Po připojení ke zdroji střídavého napětí začne primárním vinutím procházet proud (I 10), který vytvoří střídavý magnetický tok . Podle indukčního zákona se v sekundárním vinutí s N 2 závity indukuje napětí: Stejný magnetický tok indukuje napětí v primárním vinutí s N 1 závity = úbytek napětí na primárním vinutí: Hodnota indukovaného napětí je úměrná počtu závitů.

Hodnota napětí Efektivní hodnota indukovaného napětí: U=4, 44. N. Bmax. S. f N – počet závitů Bmax – max. hodnota magnetické indukce (1 až 1, 5 T) S – průřez magnetického obvodu f – kmitočet napětí U síťových transformátorů s kmitočtem 50 Hz se mění hodnota napětí počtem závitů. U spínaných zdrojů se rozměry transformátoru zmenší větším kmitočtem (35 až 40 k. Hz).

Převod transformátoru (transformační poměr) • poměr napětí mezi primárním a sekundárním vinutím, • poměr počtu závitů primárního a sekundárního vinutí • zejména transformátory velkých výkonů mají minimální ztráty a proto je lze zanedbat • se zvyšujícím se zatížením také klesá vliv magnetizačního proudu (I 10), potom platí:

Výpočty proudů Z hodnoty sekundárního proudu a převodního poměru lze vypočítat přibližnou hodnotu primárního proudu: Příklad: Vypočítejte přibližnou hodnotu proudu primárního vinutí transformátor U 1=230 V; U 2=48 V, I 2=12, 5 A. Při zapnutí transformátoru často vnikají krátké proudové špičky i více jak 10 x In, proto se pro jištění primárního vinutí používají pomalé pojistky (přístrojové T nebo válcové a. Tr) nebo jističe s charakteristikou D. V našem příkladu bychom použili přístrojovou pojistku T 3, 15 A nebo válcovou 4 A a. Tr případně jistič např. LPN-4 D-1.

Ztráty v transformátoru a) Ztráty ve vinutí - Pj − vznikají při průchodu proudu primárním a sekundárním vinutím: R 1 - odpor primárního vinutí R 2 - odpor sekundárního vinutí I 1 - proud primárního vinutí I 2 - proud sekundárního vinutí − snižují se větším průřezem vinutí − proudová hustota se volí do 2, 5 A. mm-2 − se zatížením výrazně stoupají

Ztráty v transformátoru b) Ztráty v magnetickém obvodu (železe) - PFe Dělí se na ztráty: 1) Magnetizační – způsobené opakovaným přemagnetováním materiálu − omezují se užitím materiálů s úzkou hysterezní smyčkou 2) Vířivými proudy − stejně jako ve vinutí se indukuje napětí v magnetickém obvodu magnetický obvodem kolmo na směr mag. toku ( ) protéká proud i, který zahřívá magnetický obvod − omezují se použitím tenkých izolovaných plechů (při malém indukovaném napětí má jeden plech velký odpor), u feritových materiálů omezuje ztráty ohmický odpor mezi zrny magnetických materiálů Hodnota je nezávislá na zatížení = ztráty naprázdno

Účinnost transformátoru • poměr výstupního výkonu ke vstupnímu: Pp – příkon P – ztráty P= Pj + PFe Závislost účinnosti a ztrát na zatížení Z ekonomického hlediska se volí poměr PFe : Pj = 1 : 3 (4). Největší účinnosti dosahuje transformátor při zatížení 50 až 75%.

Řízení napětí Naprázdno je výstupní napětí transformátoru dáno převodem: Při zatížení v důsledku úbytku napětí na vinutích transformátoru výstupní napětí mírně klesá. Napětí se reguluje změnou počtu závitů. U energetických transformátorů se používá přepínání odboček vinutí na straně s menším proudem. • u distribučních vn/nn je na straně vn přepínač s rozsahem ± 5%, např. ±(2 x 2, 5)% - přepíná se ve vypnutém stavu ! • pro vyšší napětí (vvn/vn) mají transformátory velký počet odboček (až 18) s odstupem do 2% – soustava přepínačů umožňuje postupné přepínání odboček za provozu = regulaci napětí v závislosti na zatížení

Řízení napětí Provedení přepínání odboček vinutí transformátorů vn/nn Zapojení odbočkového přepínače (Jansen)

Řízení napětí - plynulá regulace Sběračový transformátor • používá se v laboratořích Transformátor pro obloukové svařování Výstupní napětí je malé do 50 V, ale proudy přesahují i 200 A. Výstupní napětí (proud) se reguluje: • magnetickým bočníkem • natáčením jádra. Oddalováním bočníku nebo natáčením jádra se výstupní napětí zvyšuje !

Provedení transformátorů Jednofázový • plášťový – mag. obvod obklopuje vinutí • jádrový – vinutí obklopuje mag. obvod Trojfázový • z ekonomických důvodů se používá pouze jádrové provedení

Značky pro transformátory Všeobecná značka Zkratu odolný Oddělovací Bezpečnostní oddělovací Pro hračky Autotransformátor Zvonkový

Štítkové údaje transformátoru • Jmenovité napětí primárního a sekundárního vinutí pozn. : do 1000 VA se udává jmenovité výstupní napětí při jmenovitém (plném) zatížení • Kmitočet sítě • Jmenovitý zdánlivý výkon • Jmenovité proudy vinutí • Zapojení vinutí trojfázových transformátorů – hodinový úhel • Napětí nakrátko – u distribučních transformátorů (4 nebo 6%)

Literatura a zdroje Voženílek, L. , Lstibůrek, F. : Základy elektrotechniky II, Praha, SNTL 1993 Říha, J. : Elektrické stroje a přístroje, Praha, SNTL 1984 Tkotz, K. a kol. : Příručka pro elektrotechnika, Praha, EUROPA - SOBOTALES cz. 2002 http: //www. elpro-energo. cz http: //www. bvelektronik. cz