Transformátory (teorie 1.)
reklama
Transformátor je stroj bez pohyblivých části, který mění velikost napětí střídavého proudu při nezměněném kmitočtu. Transformátor se skládá z uzavřeného magnetického obvodu, složeného z křemíkových plechů a obvykle ze dvou vinutí. Vstupní vinutí P (primární) je napájeno ze zdroje střídavého proudu. Z výstupního vinuti S (sekundárního) odebíráme napětí jiné velikosti.
obr. 1
Při chodu naprázdno je výstupní vinuti otevřeno a transformátor odebírá ze sítě proud potřebný pro vybuzení magnetického toku v magnetickém obvodu. Střídavý magnetický tok indukuje v jednom závitu každého vinutí napětí u1.
Má-li výstupní vinutí N2 závitů, indukuje se v něm napětí.
Ve vstupním vinutí, které má N1 závitů indukuje tentýž střídavý tok napětí
Poměr indukovaných napětí obou vinutí (cívek) transformátoru
je
roven poměru počtu závitů a nazývá se převodem transformátoru.
Zanedbáme-li
poměrně malé úbytky napětí ve vstupním vinutí transformátoru, můžeme
místo indukovaných napětí dosadit svorková napětí, takže velmi přibližně
platí:
Napětí se transformuje v přímém poměru počtu závitů.
Protéká-li při zatížení sekundárním obvodem proud I2 , pak spotřebič odebírá z transformátoru výkon
Tento výkon se musí transformátoru přivést ze zdroje při napětí U1 a proudu I1 ; je tedy
Zanedbáme-li ztráty v transformátoru, můžeme psát, že příkon se rovná výkonu; pak platí
Jestliže se cosj1 rovná cosj2 , dostaneme
a z toho pak
Proudy v transformátoru jsou v nepřímém poměru k převodu.
Z posledního vztahu také plyne rovnost magnetomotorických napětí
Jmenovitý výkon transformátoru je zdánlivý výkon v kVA nebo v MVA podle štítku, a to při jmenovitém proudu a jmenovitém napětí na straně výstupní a při jmenovitém kmitočtu a sinusovém průběhu napětí na straně vstupní.
Jmenovitý proud transformátoru na straně vstupní i výstupní vypočítáme jen ze jmenovitých hodnot výkonu a napětí.
Příklad: Jednofázový transformátor 5 kVA, 3 000/120 V má v primárním vinutí 2 250 závitů. Určete velikost primárního a sekundárního proudu a počet závitů v sekundárním vinutí.
Magnetický obvod se skládá z transformátorových křemíkových plechů. Aby byly ztráty vířivými proudy malé, musí být jednotlivé plechy proti sobě dobře izolovány. Izolujeme je papírem, lakem nebo fosfátováním.
Používané transformátorové plechy mívají měrné ztráty Dp1,0 =1,3 až 1,1 W/kg i méně podle jakosti. Orientované plechy a keramickou izolací mají měrné ztráty Dp1,0 =0,7 až 0,35 W/kg . Magnetický obvod je tvořen jádry a spojkami. Na jádrech je navlečeno vinutí (cívky).
Podle konstrukce magnetického obvodu rozeznáváme transformátory jádrové, vinutí obklopuje plechy (obr. 2), a plášťové, plechy obklopují vinuti. Jednofázový transformátor jádrový má dvě navinutá jádra a polovicí vinutí vyššího napětí vn a s polovicí vinuti nižšího napětí nn a dvě spojky. Jednofázový plášťový transformátor má navinuté jen prostřední jádro, na němž je cívka vyššího i nižšího napětí. Spojky mají poloviční průřez a jsou uzavřeny po obou stranách nenavinutými krajními jádry rovněž polovičního průřezu.
obr. 2
Průřez jader bývá čtvercový, obdélníkový, křížový nebo několikrát odstupňovaný, aby se kruhový otvor cívky co nejvíce vyplnil jádrem (nejkratší obvod, úspora mědi nebo hliníku, obr. 3).
obr. 3
Cívky transformátoru jsou bud válcové, nebo kotoučové. U vinutí Pákového (obr. 2) jsou cívky vyššího i nižšího napětí soustředně na sobě, cívky nižšího napětí obvykle bliž k jádru. Válcové vinutí bývá nejčastěji u jádrových transformátorů. Stavíme je se svislou osou, aby kolem vinutí mohl vzduch nebo olej přirozeně proudit.
U vinutí kotoučového (obr. 4) jsou cívky vyššího a nižšího napětí střídavě na jádře. Tohoto vinutí používáme nejvíce u plášťových transformátorů a pro magnetickou souměrnost dáváme na konce jader poloviční cívky nižšího napětí. Kotoučové vinutí se staví s vodorovnou osou, aby chladicí kanály mezi cívkami byly svislé.
obr. 4
V transformátoru vznikají ztráty v železe a ve vinutí. Ztráty se mění v teplo, které se musí z transformátoru odvádět. Podle chladicího prostředí, které se bezprostředně stýká s vinutím a se železem transformátoru, rozeznáváme transformátory vzduchové a transformátory olejové.
Olej v transformátoru odvádí teplo a izoluje. U olejového transformátoru je
vlastní transformátor (magnetický obvod s vinutím) ponořen do nádoby naplněné
olejem. Teplo se odvádí olejem na povrch nádoby a odtud vyzařuje do okolního
vzduchu.
Pro
zvláštní účely rozeznáváme např. transformátory pecové, ohřívací, přepínací,
rozptylové apod.
Podle
počtu fází jsou transformátory jednofázové, trojfázové, šestifázové,
dvanáctifázové i vícefázové.