Transformatoriaus įtaisas ir veikimo principas

Norėdami konvertuoti vieno dydžio elektros įtampą į kito dydžio elektros įtampą, ty konvertuoti elektros energiją, naudokite elektros transformatoriai.

Transformatorius gali konvertuoti tik kintamąją srovę į kintamąją, todėl norint gauti nuolatinę srovę, prireikus transformatoriaus kintamoji srovė ištaisoma. Tam jie tarnauja lygintuvai.

Vienaip ar kitaip kiekvienas transformatorius (ar tai būtų įtampos transformatorius, srovės transformatorius ar impulsinis transformatorius) veikia dėl elektromagnetinės indukcijos reiškinio, kuris visa savo šlove pasireiškia būtent su kintamąja arba impulsine srove.

Įrenginys transformatorius

Paprasčiausia forma vienfazis transformatorius susideda tik iš trijų pagrindinių dalių: feromagnetinės šerdies (magnetinė grandinė), taip pat pirminės ir antrinės apvijos. Iš esmės transformatorius gali turėti daugiau nei dvi apvijas, bet bent dvi iš jų. Kai kuriais atvejais antrinės apvijos funkciją gali atlikti dalis pirminės apvijos posūkių (žr. transformatorių tipai), tačiau tokie sprendimai yra gana reti, palyginti su įprastais.

Pagrindinė transformatoriaus dalis yra feromagnetinė šerdis. Kai transformatorius veikia, kintantis magnetinis laukas yra feromagnetinėje šerdyje. Kintančio magnetinio lauko šaltinis transformatoriuje yra pirminės apvijos kintamoji srovė.

Transformatoriaus antrinės apvijos įtampa

Yra žinoma, kad kiekvieną elektros srovę lydi magnetinis laukas; atitinkamai kintamąją srovę lydi kintamasis (kintantis dydis ir kryptis) magnetinis laukas.

Taigi, tiekdami kintamąją srovę į pirminę transformatoriaus apviją, gauname kintantį pirminės apvijos srovės magnetinį lauką. Taigi magnetinis laukas daugiausia koncentruojamas transformatoriaus šerdyje, ši šerdis yra pagaminta iš medžiagos, turinčios didelį magnetinį pralaidumą, tūkstančius kartų didesnį nei oro, todėl pagrindinė pirminės apvijos magnetinio srauto dalis bus uždarytas tiksliai šerdies viduje, o ne per orą.

Taigi, pirminės apvijos kintamasis magnetinis laukas yra sutelktas transformatoriaus šerdies tūryje, kuris yra pagamintas iš transformatoriaus plieno, ferito ar kitos tinkamos medžiagos, priklausomai nuo konkretaus transformatoriaus veikimo dažnio ir paskirties.

Antrinė transformatoriaus apvija yra ant bendros šerdies su pirmine apvija. Todėl pirminės apvijos kintamasis magnetinis laukas prasiskverbia ir į antrinės apvijos posūkius.

A elektromagnetinės indukcijos reiškinys tai tiesiog slypi tame, kad laikui bėgant kintantis magnetinis laukas sukelia kintantį elektrinį lauką jį supančioje erdvėje. Ir kadangi šioje erdvėje aplink kintantį magnetinį lauką yra antras ritės laidas, indukuotas kintamasis elektrinis laukas veikia šio laido viduje esančius krūvininkus.

Šis elektrinio lauko veiksmas sukelia EML kiekvieną antrinės ritės apsisukimą. Dėl to tarp antrinės apvijos gnybtų atsiranda kintamoji elektros įtampa. Kai prijungto transformatoriaus antrinė apvija neapkraunama, transformatorius tuščias.

Transformatoriaus veikimas esant apkrovai

Jei prie veikiančio transformatoriaus antrinės apvijos prijungiama tam tikra apkrova, per apkrovą visoje transformatoriaus antrinėje grandinėje atsiranda srovė.

Ši srovė sukuria savo magnetinį lauką, kuris pagal Lenco dėsnį turi tokią kryptį, kad priešinasi „priežasčiai, kuri ją sukelia“. Tai reiškia, kad antrinės apvijos srovės magnetinis laukas bet kuriuo momentu linkęs sumažinti didėjantį pirminės apvijos magnetinį lauką arba linkęs palaikyti pirminės apvijos magnetinį lauką, kai jis mažėja, jis visada nukreipia į magnetinį pirminės ritės laukas.

Taigi, kai apkraunama transformatoriaus antrinė apvija, jos pirminėje apvijoje atsiranda galinis EMF, verčiantis transformatoriaus pirminę apviją imti daugiau srovės iš maitinimo tinklo.

Transformacijos faktorius

Transformatoriaus pirminės N1 ir antrinės N2 apvijų posūkių santykis lemia jo įėjimo U1 ir išėjimo U2 įtampų bei įėjimo I1 ir išėjimo I2 srovių santykį, kai transformatorius veikia esant apkrovai. Šis santykis vadinamas transformatoriaus transformacijos koeficientas:

Transformacijos koeficientas yra didesnis nei vienas, jei transformatorius sumažinamas, ir mažesnis nei vienas, jei transformatorius padidinamas.

Įtampos transformatorius

Įtampos transformatorius yra žeminamojo transformatoriaus tipas, skirtas galvaniškai izoliuoti aukštos įtampos grandines nuo žemos įtampos grandinių.

Paprastai, kai kalbama apie aukštą įtampą, jie reiškia 6 kilovoltus ar daugiau (ant pirminės įtampos transformatoriaus apvijos), o žema įtampa reiškia 100 voltų vertes (antrinėje apvijoje).

Toks transformatorius naudojamas, kaip taisyklė, matavimo tikslais… Jis sumažina, pavyzdžiui, aukštą elektros linijos įtampą iki patogios matavimo žemos įtampos, o taip pat gali galvaniškai atskirti matavimo, apsaugos, valdymo grandines nuo aukštos įtampos grandinės. Šio tipo transformatoriai dažniausiai veikia tuščiosios eigos režimu.

Iš esmės bet kas gali būti vadinamas įtampos transformatoriumi galios transformatoriusnaudojamas elektros energijai konvertuoti.

Srovės transformatorius

Srovės transformatoriuje pirminė apvija, kurią paprastai sudaro tik vienas posūkis, nuosekliai sujungta su srovės šaltinio grandine. Šis posūkis gali būti grandinės laido dalis, kurioje reikia išmatuoti srovę.

Viela tiesiog praleidžiama per transformatoriaus šerdies langą ir tampa vienu posūkiu - pirminės apvijos posūkiu. Jo antrinė apvija, turinti daug posūkių, yra prijungta prie mažos vidinės varžos matavimo prietaiso.

Šio tipo transformatoriai naudojami kintamos srovės vertėms matuoti maitinimo grandinėse. Čia antrinės apvijos srovė ir įtampa yra proporcingi pirminės apvijos (srovės grandinės) išmatuotai srovei.

Srovės transformatoriai plačiai naudojami elektros sistemų relinės apsaugos įrenginiuose, todėl pasižymi dideliu tikslumu. Jais matavimai yra saugūs, nes galvaniškai patikimai atskiria matavimo grandinę nuo pirminės grandinės (dažniausiai aukštos įtampos – dešimtys ir šimtai kilovoltų).

Impulsinis transformatorius

Šis transformatorius skirtas konvertuoti impulsinę srovės (įtampos) formą. Trumpi impulsai, dažniausiai stačiakampiai, taikomi jo pirminei apvijai, verčia transformatorių veikti praktiškai pereinamomis sąlygomis.

Tokie transformatoriai naudojami impulsų įtampos keitikliuose ir kituose impulsiniuose įrenginiuose, taip pat diferencijuojamuose transformatoriuose.

Impulsinių transformatorių naudojimas leidžia sumažinti įrenginių, kuriuose jie naudojami, svorį ir kainą vien dėl didesnio konversijos dažnio (dešimties ir šimtų kilohercų), palyginti su tinklo transformatoriais, veikiančiais 50-60 Hz dažniu. Stačiakampiai impulsai, kurių kilimo laikas yra daug trumpesnis už paties impulso trukmę, paprastai transformuojami su nedideliu iškraipymu.