Transformatora ierīce un darbības princips
Lai pārveidotu viena lieluma elektrisko spriegumu par cita lieluma elektrisko spriegumu, tas ir, lai pārveidotu elektrisko enerģiju, izmantojiet elektriskie transformatori.
Transformators var pārveidot tikai maiņstrāvu maiņstrāvā, tāpēc, lai iegūtu līdzstrāvu, maiņstrāva no transformatora vajadzības gadījumā tiek iztaisnota. Šim nolūkam viņi kalpo taisngrieži.
Tā vai citādi katrs transformators (vai tas būtu sprieguma transformators, strāvas transformators vai impulsa transformators) darbojas elektromagnētiskās indukcijas fenomena dēļ, kas visā savā krāšņumā izpaužas tieši ar maiņstrāvu vai impulsa strāvu.
Transformatora ierīce
Vienkāršākajā formā vienfāzes transformators sastāv tikai no trim galvenajām daļām: feromagnētiskā serdeņa (magnētiskā ķēde), kā arī primāros un sekundāros tinumus. Principā transformatoram var būt vairāk nekā divi tinumi, bet vismaz divi no tiem. Dažos gadījumos sekundārā tinuma funkciju var veikt daļa no primārā tinuma pagriezieniem (sk. transformatoru veidi), taču šādi risinājumi ir diezgan reti, salīdzinot ar parastajiem.
Transformatora galvenā daļa ir feromagnētiskais kodols. Kad transformators darbojas, mainīgais magnētiskais lauks atrodas feromagnētiskajā kodolā. Mainīgā magnētiskā lauka avots transformatorā ir primārā tinuma maiņstrāva.
Transformatora sekundārā tinuma spriegums
Ir zināms, ka katru elektrisko strāvu pavada magnētiskais lauks; attiecīgi maiņstrāvu pavada mainīgs (mainās lielums un virziens) magnētiskais lauks.
Tādējādi, pievadot maiņstrāvu transformatora primārajam tinumam, mēs iegūstam mainīgu primārā tinuma strāvas magnētisko lauku. Un tāpēc magnētiskais lauks galvenokārt ir koncentrēts transformatora kodolā, šis kodols ir izgatavots no materiāla ar augstu magnētisko caurlaidību, kas ir tūkstošiem reižu lielāka nekā gaisam, tāpēc primārā tinuma magnētiskās plūsmas galvenā daļa būs slēgts tieši serdes iekšpusē, nevis caur gaisu.
Tādējādi primārā tinuma mainīgais magnētiskais lauks ir koncentrēts transformatora serdes tilpumā, kas izgatavots no transformatora tērauda, ferīta vai cita piemērota materiāla, atkarībā no konkrētā transformatora darbības frekvences un mērķa.
Transformatora sekundārais tinums atrodas uz kopīga serdeņa ar tā primāro tinumu. Tāpēc primārā tinuma mainīgais magnētiskais lauks iekļūst arī sekundārā tinuma pagriezienos.
A elektromagnētiskās indukcijas parādība tas vienkārši slēpjas faktā, ka laikā mainīgs magnētiskais lauks rada mainīgu elektrisko lauku telpā ap to. Un tā kā šajā telpā ap mainīgo magnētisko lauku ir otra spoles vads, inducētais mainīgais elektriskais lauks iedarbojas uz lādiņa nesējiem šī vada iekšpusē.
Šī elektriskā lauka darbība izraisa EML ar katru sekundārās spoles pagriezienu. Tā rezultātā starp sekundārā tinuma spailēm parādās mainīgs elektriskais spriegums. Kad pieslēgtā transformatora sekundārais tinums nav noslogots, transformators ir tukšs.
Transformatora darbība zem slodzes
Ja darba transformatora sekundārajam tinumam ir pievienota noteikta slodze, visā transformatora sekundārajā ķēdē caur slodzi rodas strāva.
Šī strāva ģenerē savu magnētisko lauku, kuram saskaņā ar Lenca likumu ir tāds virziens, ka tā iebilst pret "cēloņu, kas to izraisa". Tas nozīmē, ka sekundārā tinuma strāvas magnētiskajam laukam jebkurā laika momentā ir tendence samazināt pieaugošo primārā tinuma magnētisko lauku vai ir tendence atbalstīt primārā tinuma magnētisko lauku, kad tas samazinās, tas vienmēr norāda uz magnētisko lauku. primārās spoles lauks.
Tādējādi, kad tiek noslogots transformatora sekundārais tinums, tā primārajā tinumā rodas aizmugures EMF, kas liek transformatora primārajam tinumam uzņemt vairāk strāvas no barošanas tīkla.
Transformācijas faktors
Transformatora primāro N1 un sekundāro N2 tinumu apgriezienu attiecība nosaka attiecību starp tā ieejas U1 un izejas U2 spriegumiem un ieejas I1 un izejas I2 strāvām, transformatoram darbojoties zem slodzes. Šo attiecību sauc transformatora transformācijas koeficients:
Transformācijas koeficients ir lielāks par vienu, ja transformators ir pazemināts, un mazāks par vienu, ja transformators tiek paaugstināts.
Sprieguma transformators
Sprieguma transformators ir pazemināta transformatora veids, kas paredzēts, lai galvaniski izolētu augstsprieguma ķēdes no zemsprieguma ķēdēm.
Parasti, ja runa ir par augstu spriegumu, tie nozīmē 6 kilovoltus vai vairāk (uz sprieguma transformatora primārā tinuma), un zemspriegums nozīmē vērtības, kas ir aptuveni 100 volti (sekundārajā tinumā).
Šāds transformators parasti tiek izmantots, mērīšanas nolūkiem… Tas samazina, piemēram, elektrolīnijas augsto spriegumu līdz mērīšanai ērtam zemam spriegumam, vienlaikus spējot galvaniski izolēt mērīšanas, aizsardzības un vadības ķēdes no augstsprieguma ķēdes. Šāda veida transformatori parasti darbojas dīkstāves režīmā.
Būtībā jebko var saukt par sprieguma transformatoru strāvas transformatorsizmanto, lai pārveidotu elektrisko enerģiju.
Strāvas transformators
Strāvas transformatorā primārais tinums, kas parasti sastāv tikai no viena pagrieziena, ir savienots virknē ar strāvas avota ķēdi. Šis pagrieziens var būt ķēdes vada daļa, kurā jāmēra strāva.
Vads vienkārši tiek izvadīts caur transformatora serdes logu un kļūst par vienu pagriezienu — primārā tinuma pagriezienu. Tā sekundārais tinums, kuram ir daudz pagriezienu, ir savienots ar mērierīci, kurai ir zema iekšējā pretestība.
Šāda veida transformatorus izmanto, lai mērītu maiņstrāvas vērtības strāvas ķēdēs. Šeit sekundārā tinuma strāva un spriegums ir proporcionāli primārā tinuma (strāvas ķēdes) izmērītajai strāvai.
Strāvas transformatori tiek plaši izmantoti energosistēmu releju aizsardzības ierīcēs, tāpēc tiem ir augsta precizitāte. Tie padara mērījumus drošus, jo galvaniski droši izolē mērīšanas ķēdi no primārās ķēdes (parasti augstspriegums — desmitiem un simtiem kilovoltu).
Impulsu transformators
Šis transformators ir paredzēts, lai pārveidotu strāvas (sprieguma) impulsa formu. Īsi impulsi, parasti taisnstūrveida, kas tiek pielietoti tā primārajam tinumam, liek transformatoram praktiski darboties īslaicīgos apstākļos.
Šādus transformatorus izmanto impulsu sprieguma pārveidotājos un citās impulsu ierīcēs, kā arī diferencējošos transformatoros.
Impulsu transformatoru izmantošana ļauj samazināt to ierīču svaru un izmaksas, kurās tie tiek izmantoti, vienkārši palielinātas pārveidošanas frekvences dēļ (desmitiem un simtiem kilohercu), salīdzinot ar tīkla transformatoriem, kas darbojas ar frekvenci 50-60 Hz. Taisnstūrveida impulsi, kuru pieauguma laiks ir daudz mazāks par pašu impulsa ilgumu, parasti tiek pārveidoti ar zemu izkropļojumu.