Transformators ir elektromagnētiska ierīce, ko izmanto, lai viena sprieguma un frekvences maiņstrāvu pārveidotu par cita (vai vienāda) sprieguma un tādas pašas frekvences maiņstrāvu.
Saturs
Transformatora ierīce un darbība
Vienkāršākajā gadījumā transformators satur vienu primāro tinumu ar apgriezienu skaitu W1 un viens sekundārs ar apgriezienu skaitu W2. Enerģija tiek piegādāta primārajam tinumam, slodze ir savienota ar sekundāro. Enerģijas pārnešana notiek ar elektromagnētisko indukciju. Lai uzlabotu elektromagnētisko savienojumu, vairumā gadījumu tinumi tiek novietoti uz slēgta serdeņa (magnētiskā ķēde).
Ja primārajam tinumam tiek pielikts maiņspriegums U1, tad maiņstrāva I1, kas kodolā rada tādas pašas formas magnētisko plūsmu Ф.Šī magnētiskā plūsma sekundārajā tinumā izraisa EML. Ja sekundārajai ķēdei ir pievienota slodze, sekundārā strāva I2.
Spriegumu sekundārajā tinumā nosaka pagriezienu attiecība W1 un V2:
U2=U1* (W1/W2)=U1/k, kur k ir transformācijas koeficients.
Ja k<1, tad U2>U1, un šādu transformatoru sauc par pastiprinošu. Ja k>1, tad U2<U1, tāds transformatoru sauc pazemināt. Tā kā transformatora izejas jauda ir vienāda ar ieejas jaudu (atskaitot zudumus pašā transformatorā), mēs varam teikt, ka Pout \u003d Pin, U1*es1=U2*es2 un es2=I1*k=I1* (W1/W2). Tādējādi bezzudumu transformatorā ieejas un izejas spriegumi ir tieši proporcionāli tinumu pagriezienu attiecībai. Un strāvas ir apgriezti proporcionālas šai attiecībai.
Transformatoram var būt vairāk nekā viens sekundārais tinums ar dažādām attiecībām. Tātad transformatoram mājsaimniecības lampu aprīkojuma barošanai no 220 voltu tīkla var būt viens sekundārais tinums, piemēram, 500 volti anoda ķēžu barošanai un 6 volti kvēlspuldžu ķēžu barošanai. Pirmajā gadījumā k<1, otrajā - k>1.
Transformators darbojas tikai ar maiņspriegumu - lai sekundārajā tinumā rastos EML, magnētiskajai plūsmai ir jāmainās.
Transformatoru serdeņu veidi
Praksē tiek izmantoti ne tikai norādītās formas serdeņi. Atkarībā no ierīces mērķa magnētiskās ķēdes var veikt dažādos veidos.
Stieņu serdes
Zemfrekvences transformatoru magnētiskās ķēdes ir izgatavotas no tērauda ar izteiktām magnētiskām īpašībām.Lai samazinātu virpuļstrāvas, serdeņu bloks ir samontēts no atsevišķām plāksnēm, kas ir elektriski izolētas viena no otras. Lai strādātu augstās frekvencēs, tiek izmantoti citi materiāli, piemēram, ferīti.
Iepriekš aplūkoto serdi sauc par serdi un sastāv no diviem stieņiem. Vienfāzes transformatoriem tiek izmantotas arī trīs stieņu magnētiskās ķēdes. Viņiem ir mazāka magnētiskās noplūdes plūsma un augstāka efektivitāte. Šajā gadījumā gan primārais, gan sekundārais tinums atrodas uz serdes centrālā stieņa.
Trīsfāzu transformatori tiek izgatavoti arī uz trīs stieņu serdeņiem. Tiem ir katras fāzes primārais un sekundārais tinums, katrs atrodas uz sava kodola. Dažos gadījumos tiek izmantotas piecu stieņu magnētiskās ķēdes. To tinumi atrodas tieši tādā pašā veidā - katrs primārais un sekundārais uz sava stieņa, un divi galējie stieņi katrā pusē ir paredzēti tikai magnētisko plūsmu slēgšanai noteiktos režīmos.
bruņoti
Bruņotajā serdē tiek izgatavoti vienfāzes transformatori - abas spoles novietotas uz magnētiskās ķēdes centrālās serdes. Magnētiskā plūsma šādā kodolā aizveras līdzīgi kā trīs stieņu konstrukcijai - caur sānu sienām. Šajā gadījumā noplūdes plūsma ir ļoti maza.
Šīs konstrukcijas priekšrocības ietver nelielu izmēru un svara pieaugumu, pateicoties iespējai blīvāk aizpildīt serdes logu ar tinumu, tāpēc mazjaudas transformatoru ražošanai ir izdevīgi izmantot bruņu serdeņus. Tas rada arī īsāku magnētisko ķēdi, kas samazina tukšgaitas zudumus.
Trūkums ir apgrūtināta piekļuve tinumiem pārskatīšanai un remontam, kā arī paaugstināta augstsprieguma izolācijas ražošanas sarežģītība.
Toroidāls
Toroidālajos serdeņos magnētiskā plūsma ir pilnībā aizvērta serdeņa iekšpusē, un praktiski nav noplūdes magnētiskās plūsmas. Bet šādus transformatorus ir grūti uztīt, tāpēc tos izmanto diezgan reti, piemēram, mazjaudas regulējamos autotransformatoros vai augstfrekvences ierīcēs, kur svarīga ir trokšņu noturība.
Autotransformators
Dažos gadījumos ir vēlams izmantot tādus transformatorus, kuriem ir ne tikai magnētisks savienojums starp tinumiem, bet arī elektrisks. Tas nozīmē, ka paaugstināšanas ierīcēs primārais tinums ir daļa no sekundārā, bet pazeminošās ierīcēs - primārā sekundārā daļa. Šādu ierīci sauc par autotransformatoru (AT).
Pazeminošs autotransformators nav vienkāršs sprieguma dalītājs - enerģijas pārnešanā uz sekundāro ķēdi ir iesaistīta arī magnētiskā sakabe.
Autotransformatoru priekšrocības ir:
- mazāki zaudējumi;
- vienmērīgas sprieguma regulēšanas iespēja;
- mazāki svara un izmēra rādītāji (autotransformators ir lētāks, to ir vieglāk transportēt);
- zemākas izmaksas mazāka nepieciešamā materiāla daudzuma dēļ.
Trūkumi ietver nepieciešamību izmantot abu tinumu izolāciju, kas paredzēti augstākam spriegumam, kā arī galvaniskās izolācijas trūkumu starp ieeju un izeju, kas var pārnest atmosfēras parādību ietekmi no primārās ķēdes uz sekundāro. Šajā gadījumā sekundārās ķēdes elementus nevar iezemēt.Arī AT trūkums tiek uzskatīts par palielinātu īssavienojuma strāvu. Trīsfāzu autotransformatoriem tinumus parasti savieno zvaigznītē ar iezemētu neitrālu, iespējamas arī citas pieslēguma shēmas, bet pārāk sarežģītas un apgrūtinošas. Tas ir arī trūkums, kas sašaurina autotransformatoru darbības jomu.
Transformatoru pielietojums
Transformatoru īpašība palielināt vai samazināt spriegumu tiek plaši izmantota rūpniecībā un ikdienas dzīvē.
Sprieguma transformācija
Dažādos posmos rūpnieciskā sprieguma līmenim tiek izvirzītas dažādas prasības. Ražojot elektroenerģiju, dažādu iemeslu dēļ ir neizdevīgi izmantot augstsprieguma ģeneratorus. Tāpēc, piemēram, hidroelektrostacijās tiek izmantoti ģeneratori 6 ... 35 kV. Lai transportētu elektroenerģiju, gluži pretēji, nepieciešams palielināts spriegums - no 110 kV līdz 1150 kV atkarībā no attāluma. Tālāk šis spriegums atkal tiek samazināts līdz 6 ... 10 kV līmenim, sadalīts vietējām apakšstacijām, no kurienes tas tiek samazināts līdz 380 (220) voltiem un nonāk gala patērētājam. Sadzīves un rūpniecības ierīcēs tas ir arī jāsamazina, parasti līdz 3 ... 36 voltiem.
Visas šīs darbības tiek veiktas ar izmantojot jaudas transformatorus. Tie var būt sausi vai uz eļļas bāzes. Otrajā gadījumā serdi ar tinumiem ievieto tvertnē ar eļļu, kas ir izolācijas un dzesēšanas vide.
Galvaniskā izolācija
Galvaniskā izolācija palielina elektroierīču drošību. Ja ierīce tiek darbināta nevis tieši no 220 voltu tīkla, kur viens no vadītājiem ir savienots ar zemi, bet gan caur 220/220 voltu transformatoru, tad barošanas spriegums paliks nemainīgs.Bet, vienlaikus pieskaroties zemei un strāvas plūsmas ķēdes sekundārajām strāvu nesošajām daļām, strāvas plūsma nebūs, un elektriskās strāvas trieciena risks būs daudz mazāks.
Sprieguma mērīšana
Visās elektroinstalācijās ir nepieciešams kontrolēt sprieguma līmeni. Ja tiek izmantota sprieguma klase līdz 1000 voltiem, voltmetri ir tieši savienoti ar zemsprieguma daļām. Elektriskās instalācijās virs 1000 voltiem tas nedarbosies - ierīces, kas var izturēt šādu spriegumu, izolācijas bojājumu gadījumā izrādās pārāk apjomīgas un nedrošas. Tāpēc šādās sistēmās voltmetri ir savienoti ar augstsprieguma vadītājiem caur transformatoriem ar ērtu transformācijas koeficientu. Piemēram, 10 kV tīkliem tiek izmantoti instrumentu transformatori 1:100, izeja ir standarta spriegums 100 volti. Ja primārā tinuma spriegums mainās amplitūdā, tas vienlaikus mainās arī sekundārajā. Voltmetra skala parasti ir graduēta primārā sprieguma diapazonā.
Transformators ir diezgan sarežģīts un dārgs elements ražošanai un apkopei. Tomēr daudzās jomās šīs ierīces ir neaizstājamas, un tām nav alternatīvas.
Līdzīgi raksti:
