Transformatorius yra elektromagnetinis įtaisas, naudojamas vienos įtampos ir dažnio kintamąją srovę paversti skirtingos (arba vienodos) įtampos ir to paties dažnio kintamąja srove.
Turinys
Transformatoriaus įtaisas ir veikimas
Paprasčiausiu atveju transformatorius yra viena pirminė apvija, kurios apsisukimų skaičius yra W1 ir vienas antrinis, kurio apsisukimų skaičius W2. Energija tiekiama į pirminę apviją, apkrova prijungta prie antrinės. Energijos perdavimas vyksta elektromagnetine indukcija. Norint sustiprinti elektromagnetinę jungtį, daugeliu atvejų apvijos dedamos ant uždaros šerdies (magnetinės grandinės).
Jei pirminei apvijai taikoma kintamoji įtampa U1, tada kintamoji srovė I1, kurios šerdyje sukuria tokios pat formos magnetinį srautą Ф.Šis magnetinis srautas antrinėje apvijoje sukelia EML. Jei apkrova prijungta prie antrinės grandinės, antrinė srovė I2.
Įtampa antrinėje apvijoje nustatoma pagal posūkių santykį W1 ir W2:
U2=U1*(W1/W2)=U1/k, kur k yra transformacijos koeficientas.
Jei k <1, tai U2> U1, o toks transformatorius vadinamas step-up. Jei k>1, tai U2<U1, toks transformatorius vadinamas step down. Kadangi transformatoriaus išėjimo galia yra lygi įėjimo galiai (atėmus nuostolius pačiame transformatoriuje), galime pasakyti, kad Pout \u003d Pin, U1*Aš1=U2*Aš2 ir aš2= aš1*k=I1*(W1/W2). Taigi transformatoriuje be nuostolių įėjimo ir išėjimo įtampos yra tiesiogiai proporcingos apvijų posūkių santykiui. Ir srovės yra atvirkščiai proporcingos šiam santykiui.
Transformatorius gali turėti daugiau nei vieną antrinę apviją su skirtingais santykiais. Taigi, transformatorius, skirtas maitinti buitinių lempų įrangą iš 220 voltų tinklo, gali turėti vieną antrinę apviją, pavyzdžiui, 500 voltų anodo grandinėms maitinti ir 6 voltus kaitrinėms grandinėms maitinti. Pirmuoju atveju k<1, antruoju - k>1.
Transformatorius veikia tik su kintamąja įtampa - kad antrinėje apvijoje atsirastų EML, magnetinis srautas turi pasikeisti.
Transformatorių šerdies tipai
Praktiškai naudojamos ne tik nurodytos formos šerdys. Priklausomai nuo įrenginio paskirties, magnetinės grandinės gali būti atliekamos įvairiais būdais.
Strypų šerdys
Žemo dažnio transformatorių magnetinės grandinės yra pagamintos iš plieno su ryškiomis magnetinėmis savybėmis.Siekiant sumažinti sūkurines sroves, šerdies masyvas surenkamas iš atskirų plokščių, elektra izoliuotų viena nuo kitos. Norint dirbti aukštu dažniu, naudojamos kitos medžiagos, pavyzdžiui, feritai.
Aukščiau aptarta šerdis vadinama šerdimi ir susideda iš dviejų strypų. Vienfaziams transformatoriams taip pat naudojamos trijų strypų magnetinės grandinės. Jie turi mažesnį magnetinio nuotėkio srautą ir didesnį efektyvumą. Šiuo atveju tiek pirminė, tiek antrinė apvijos yra ant centrinio šerdies strypo.
Trifaziai transformatoriai taip pat gaminami ant trijų strypų šerdžių. Jie turi kiekvienos fazės pirminę ir antrinę apvijas, kurių kiekviena yra ant savo šerdies. Kai kuriais atvejais naudojamos penkių strypų magnetinės grandinės. Jų apvijos išdėstytos lygiai taip pat – kiekviena pirminė ir antrinė ant savo strypo, o du kraštutiniai strypai iš abiejų pusių yra skirti tik tam tikrais režimais uždaryti magnetinius srautus.
šarvuoti
Šarvuotoje šerdyje gaminami vienfaziai transformatoriai - abi ritės dedamos ant centrinės magnetinės grandinės šerdies. Magnetinis srautas tokioje šerdyje užsidaro panašiai kaip trijų strypų konstrukcijoje – per šonines sieneles. Šiuo atveju nuotėkio srautas yra labai mažas.
Šios konstrukcijos pranašumai apima tam tikrą dydžio ir svorio padidėjimą dėl galimybės tankiau užpildyti šerdies langą su apvija, todėl mažos galios transformatorių gamybai naudinga naudoti šarvuotas šerdis. Dėl to taip pat trumpėja magnetinė grandinė, o tai sumažina nuostolius tuščiosios eigos metu.
Trūkumas yra sunkesnė prieiga prie apvijų peržiūrai ir taisymui, taip pat padidėjęs aukštos įtampos izoliacijos gamybos sudėtingumas.
Toroidinis
Toroidinėse šerdies magnetinis srautas yra visiškai uždarytas šerdies viduje ir praktiškai nėra nuotėkio magnetinio srauto. Bet tokius transformatorius sunku apvynioti, todėl jie naudojami gana retai, pavyzdžiui, mažos galios reguliuojamuose autotransformatoriuose arba aukšto dažnio įrenginiuose, kur svarbus atsparumas triukšmui.
Autotransformatorius
Kai kuriais atvejais patartina naudoti tokius transformatorius, kurie turi ne tik magnetinį ryšį tarp apvijų, bet ir elektrinį. Tai reiškia, kad padidinamuose įrenginiuose pirminė apvija yra antrinės, o laiptelių mažinimo įrenginiuose - antrinė pirminės dalis. Toks įrenginys vadinamas autotransformatoriumi (AT).
Žemyninis autotransformatorius nėra paprastas įtampos daliklis – magnetinė jungtis taip pat dalyvauja perduodant energiją į antrinę grandinę.
Autotransformatorių pranašumai yra šie:
- mažesni nuostoliai;
- galimybė sklandžiai reguliuoti įtampą;
- mažesni svorio ir dydžio indikatoriai (autotransformatorius pigesnis, jį lengviau transportuoti);
- mažesnė kaina dėl mažesnio reikalingo medžiagos kiekio.
Trūkumai yra būtinybė naudoti abiejų apvijų izoliaciją, skirtą aukštesnei įtampai, taip pat galvaninės izoliacijos tarp įėjimo ir išėjimo nebuvimas, dėl kurio atmosferos reiškinių poveikis gali būti perkeltas iš pirminės grandinės į antrinę. Šiuo atveju antrinės grandinės elementai negali būti įžeminti.Taip pat AT trūkumas laikomas padidėjusiomis trumpojo jungimo srovėmis. Trifaziams autotransformatoriams apvijos dažniausiai jungiamos žvaigždute su įžemintu nuliu, galimos ir kitos pajungimo schemos, bet per sudėtingos ir gremėzdiškos. Tai taip pat yra trūkumas, kuris susiaurina autotransformatorių taikymo sritį.
Transformatorių pritaikymas
Transformatorių savybė padidinti arba sumažinti įtampą plačiai naudojama pramonėje ir kasdieniame gyvenime.
Įtampos transformacija
Skirtinguose etapuose pramoninės įtampos lygiui keliami skirtingi reikalavimai. Gaminant elektrą dėl įvairių priežasčių nepelninga naudoti aukštos įtampos generatorius. Todėl, pavyzdžiui, hidroelektrinėse naudojami 6 ... 35 kV įtampos generatoriai. Priešingai, norint transportuoti elektrą, reikia padidintos įtampos - nuo 110 kV iki 1150 kV, priklausomai nuo atstumo. Be to, ši įtampa vėl sumažinama iki 6 ... 10 kV lygio, paskirstoma vietinėms pastotėms, iš kurių ji sumažinama iki 380 (220) voltų ir patenka į galutinį vartotoją. Buitiniuose ir pramoniniuose prietaisuose jis taip pat turi būti nuleistas, paprastai iki 3 ... 36 voltų.
Visos šios operacijos atliekamos su naudojant galios transformatorius. Jie gali būti sausi arba aliejaus pagrindu. Antruoju atveju šerdis su apvijomis dedama į baką su alyva, kuri yra izoliacinė ir aušinimo terpė.
Galvaninė izoliacija
Galvaninė izoliacija padidina elektros prietaisų saugumą. Jei prietaisas maitinamas ne tiesiogiai iš 220 voltų tinklo, kur vienas iš laidininkų yra prijungtas prie žemės, o per 220/220 voltų transformatorių, maitinimo įtampa išliks ta pati.Tačiau tuo pačiu metu liečiant žemę ir antrines srovę nešančias grandinės dalis srovės tekėjimui, srovė netekės, o elektros smūgio pavojus bus daug mažesnis.
Įtampos matavimas
Visuose elektros įrenginiuose būtina kontroliuoti įtampos lygį. Jei naudojama įtampos klasė iki 1000 voltų, voltmetrai prijungiami tiesiai prie įtampingųjų dalių. Elektros instaliacijose, kurių įtampa viršija 1000 voltų, tai neveiks – tokią įtampą atlaikantys įrenginiai yra per dideli ir nesaugūs sugedus izoliacijai. Todėl tokiose sistemose voltmetrai prijungiami prie aukštos įtampos laidų per transformatorius su patogiu transformacijos koeficientu. Pavyzdžiui, 10 kV tinklams naudojami prietaisų transformatoriai 1:100, išėjimas yra standartinė 100 voltų įtampa. Jei pirminės apvijos įtampos amplitudė keičiasi, ji tuo pačiu metu keičiasi ir antrinėje. Voltmetro skalė paprastai yra sugraduota pirminės įtampos diapazone.
Transformatorius yra gana sudėtingas ir brangus gamybos ir priežiūros elementas. Tačiau daugelyje sričių šie įrenginiai yra nepakeičiami ir jiems nėra alternatyvos.
Panašūs straipsniai:
