AC transformátor: typy zariadení a obvod

Väčšina nováčikov rádioamatérov a jednoducho tí, ktorí majú rádi rádiotechnika, sa zaujímajú o to, čo je transformátor, ako funguje a čo slúži. V skutočnosti je všetko veľmi jednoduché: transformátor slúži na premenu striedavého prúdu z jednej hodnoty s určitou frekvenciou (parametrom) na inú s rovnakým parametrom.

Usporiadanie transformátora

V súlade s GOST 16110 -82, definícia transformátor je nasledujúci: Transformer - štatistické elektromagnetické zariadenie typu, ktorý má dve alebo viac cievok, ktoré majú s indukčnou väzbou, a na premenu jednej alebo viacerých systémov AC v jednom alebo viacerých iných systémov.

Tento elektromagnetický produkt má jednoduchú konštrukciu pozostávajúci z nasledujúcich prvkov: magnetický obvod (magnetický systém), vinutie, vinutie rámy, izolácie (nie všetky transformátory), pričom chladiaci systém. dodatočné prvky. V praxi používajú výrobcovia na výrobu transformátorov jeden z troch základných pojmov:

1. Jadro. Na vonkajšie tyče sú navinuté vinutia.
2. Brnenie. Bočné steny zostávajú bez vinutia.
3. Toroidálne. Má tvar prstenca s rovnomerným vinutím vinutia pozdĺž celého obvodu.

Je potrebné poznamenať, že voľba toho či onoho pojmu neovplyvňuje konečné parametre transformátora, a nemá vplyv na prevádzkovú spoľahlivosť, ale napriek tomu výrazne líši v závislosti na výrobných techník.

Magnetický systém

Magnetické jadrá pre transformátor majú určitý geometrický tvar a sú vyrobené z množstva materiálov, ktoré zahŕňajú elektrickú oceľ, permalloy, ferit alebo iný materiál, ktorý má feromagnetické vlastnosti. V závislosti od materiálu a konštrukcie môže byť magnetický okruh prijímaný z dosiek, stlačený, navinutý z tenkého pásu, zbieraný z dvoch, štyroch alebo viacerých "podkov".

Ako rám pre umiestnenie hlavného vinutia sú tyče. Môžu mať iné priestorové usporiadanie, v závislosti od toho, ktoré rozlišujú niekoľko typov systémov.

1. Plochý magnetický systém s pozdĺžnymi osami tyčí a strmien umiestnených v rovnakej rovine.
2. Priestorový systém, kde sú pozdĺžne osy tyčí umiestnené v rôznych rovinách.
3. Symetrický systém, vybavený identickými tyčami, ktoré majú rovnakú vzájomnú polohu vzhľadom na vrub.
4. Asymetrický systém pozostávajúci z tyčí, z ktorých niektoré sa môžu líšiť tvarom, konštrukciou a veľkosťou s rozdielnymi relatívnymi polohami vzhľadom na vrub.

Navíjací dizajn

Navíjanie je hlavným prvkom transformátora. Je to viacotáčková konštrukcia vyrobená z jedného alebo viacerých medených (menej často hliníkových) drôtov rôznych priemerov. Spravidla sa v silových transformátoroch používajú vodiče so štvorcovým prierezom, čo umožňuje efektívnejšie využitie voľného priestoru, vďaka čomu sa zvyšuje plniaci faktor (K).

Aby sa zabránilo skratu, je každé vinutie izolované. Ako izolačný materiál sa môže použiť špeciálny papier alebo lak na smalt. Mimochodom, ak sa na výrobu vinutia používajú dva samostatne izolované a paralelne zapojené drôty, môžu byť vybavené všeobecnou izoláciou papiera.

Palivová nádrž

Nádrž je jedným z najdôležitejších doplnkových prvkov transformátora. Ide o kontajner na skladovanie transformátorového oleja, ako aj fyzickú ochranu aktívnej zložky. Navyše, teleso nádrže je určené na montáž pomocného zariadenia a ovládacieho zariadenia.

Jedným z vnútorných prvkov nádrže je rezonátor s vysokým prúdom. Podlieha rýchlemu a častému prehriatiu v čase zvyšovania menovitého výkonu a prúdu transformátora. Na zníženie rizika prehriatia okolo rezonátorov sa nainštalujú vložky z nemagnetických materiálov.

Vnútorná vrstva nádrže je vyrobená z vodivých štítov, ktoré neumožňujú magnetické toky cez steny nádrže. Niekedy sa nachádza povlak, ktorý je vyrobený z materiálu, ktorý má nízky magnetický odpor. Tento variant poťahu absorbuje vnútorné prúdy pred priblížením k stenám nádrže.

Pred výmenou paliva z nádrže sa čerpá vzduch, aby nedošlo k znižovaniu dielektrickej pevnosti izolácie transformátora. Z toho je dodatočný účel nádrže, ktorý spočíva v udržiavaní tlaku atmosféry s minimálnou deformáciou.

Princíp činnosti

Transformátory pracujú na základe dvoch princípoch: elektromagnetické - generuje magnetický tok, keď elektrický prúd sa mení v čase, čo sa tiež zmení, a elektromagnetickej indukcie - presluchov EMF (elektromotorické sila), zmeny v dôsledku magnetického toku prechádzajúceho cievkou.

Transformátor sa zapne po napnutí na primárne vinutie. Spolu s napätím na vinutie sa zúčastňuje striedavý prúd, ktorý sa podieľa na tvorbe striedavého magnetického toku v magnetickom obvode. Tým vzniká EMF vo všetkých vinutíach zariadenia.

Výstupné napätie (sekundárne vinutie) je komplexne spojené s tvarom vstupného napätia. Tieto ťažkosti viedol k vytvoreniu novej rady transformátorov, ktoré sa začali používať alternatívne riešenia problémov, napríklad aktuálna zosilnenie, frekvencia násobenie a generovanie signálov.

Funkčné režimy

Transformátory môžu fungovať v troch režimoch: voľnobeh (XX) - 1, zaťaženie - 2 a skrat - 3.

Režim 1: XX. Zvláštnosťou tohto režimu je to, že sekundárny transformátorový obvod je v otvorenom stave, a preto nepreteká cez ne prúd. V tejto polohe obvodu je potenciál prúdu nula, čo vytvára v primárnom okruhu prúd voľnobehu, ktorý má reaktívnu a aktívnu zložku. Tento EMF je schopný úplne kompenzovať napájacie napätie. Tento režim sa používa na určenie účinnosti a úrovne strát v jadre.

Režim 2: Zaťaženia. V tomto režime sa zvyčajné navíjanie transformátora napája zo zdroja tretej strany a sekundárne zaťaženie je pripojené k sekundárnemu okruhu. Po pripojení záťaže k sekundárnemu okruhu sa začne prúdiť prúd, čo vytvára magnetický tok smerujúci opačným smerom od primárneho prúdu. To vyvoláva nerovnosť medzi dvoma silami - indukciou a zdrojom energie, ktorý zvyšuje prúd, ktorý prúdi cez primárne vinutie, až kým sa magnetický tok nevráti na pôvodnú hodnotu. Tento režim je hlavným prevádzkovým režimom transformátorov.

Režim 3: Skrat. Na získanie tohto režimu je sekundárny obvod transformátora skratovaný a na primárne vinutie je aplikované malé striedavé napätie. Hodnota vstupného napätia sa volí tak, aby sa poruchový prúd rovnal menovitému prúdu. Tento režim sa používa na určenie tepelných strát vinutí v obvode transformátora.

Druhy výrobkov

Od 30. novembra 1876, považované za dátum vytvorenia prvého transformátora, to už bolo dlho. V priebehu tohto obdobia sa zariadenia významne zmenili, pokiaľ ide o dizajn a výkonnosť. K dnešnému dňu existujú nasledujúce typy transformátorov:

• Silový transformátor striedavého prúdu. Takéto transformátory sa používajú v sieťach elektrickej energie a elektrických inštaláciách, ktoré sú určené na príjem a využitie elektrickej energie. Tieto transformátory sa používajú v tom, že po celej dĺžke trate existujú rôzne prevádzkové napätie, napr., Na prenosovom vedení (prenosové linky) sa môže pohybovať v rozmedzí od 0,035 do 0,75 MW (megavolts), a v rozvodniach rovná 400, ktoré sú následne prevedené na zvyčajne 220/380 V.
• Autotransformer. Variant transformátora s priamym pripojením primárneho a sekundárneho vinutia, ktorý vytvára nielen elektromagnetickú, ale aj elektrickú indukciu. Autotransformátory sú vybavené viac-výstupným vinutím, ktorých minimálne množstvo je tri. Používajú sa ako prvok, ktorý spája efektívne uzemnené siete s napätím 0,11 MV s konverzným faktorom 3 až 4. Autotransformátory majú dve kľúčové výhody a jednu malú nevýhodu. Prvým z nich je ekonomika (kvôli nižším nákladom na meď pre navíjanie a oceľ pre jadro) a vysokú účinnosť - vďaka čiastočnej konverzii vstupného výkonu. Nevýhodou je neprítomnosť galvanického oddelenia - elektrická izolácia medzi primárnym a sekundárnym okruhom.
• Prúdový transformátor. Prístroj s primárnym vinutím, je pod napätím z externého zdroja, sekundárne obvod sa snaží vyrobiť tak, aby fungovali v tesnej blízkosti skratu. Primárne vinutie je zapojené sériovo do záťažového obvodu. V tomto obvode prúdi striedavý prúd, ktorý musí byť monitorovaný. Na prístup k režimu skratovania sú k sekundárnemu obvodu pripojené voltmetre alebo indikátory, napr. Relé alebo LED. Prítomnosť ďalších prvkov v sekundárnom okruhu spôsobila jedna z oblastí použitia takých transformátorov, ktorá spočíva v znížení primárneho vinutia prúd na hodnoty, ktoré môžu byť použité na meranie, ochrany, ovládanie a signalizáciu.
• Zvárací transformátor. Inštalovaná v zváracie prístroje a používa sa pre prevod sieťové napätie 220/380 V pri nižších hodnotách, a zvýšiť aktuálnu úroveň. Prúd môže byť riadený zmenou indukčného odporu alebo sekundárneho napätia XX. Toto sa vykonáva rozdelením počtu závitov primárneho alebo druhého vinutí.
• Izolačný transformátor. Odlišuje sa od iných zariadení tohto typu tým, že neexistuje elektrické spojenie medzi primárnym a sekundárnym vinutím. Oddeľovacie zariadenia sa používajú v elektrických sieťach na zabezpečenie bezpečnosti osôb v prípade poruchy trate alebo iných mimoriadnych udalostí, ktoré môžu byť škodlivé, ako aj na zabezpečenie galvanického oddelenia.

Označenie diagramov

Transformátor v obvode je označený nasledujúcim spôsobom: Stredná čiara tučný, ktorý zobrazuje jadro, na ľavej strane to vo zvislej rovine reprezentovanej cievky (cievok do jadra), - primárne vinutie a vpravo ďalšie jednu alebo viac cievok - sekundárne vinutie.

Vo všeobecnosti by schematické znázornenie čiary označujúcej jadro malo zodpovedať hrúbke závitov zobrazených zvitkov. Ak je potrebné zdôrazniť materiál alebo vlastnosti konštrukcie jadra na okruhu, centrálna čiara je mierne upravená. Takže klasické feritové jadro je označené pevnou, silnou čiarou a jadro, ktoré má magnetickú medzeru, je tenká čiara s medzerou uprostred. Magnetodielektrické jadrá sú zobrazené tenkou čiarkovanou čiarou.