Elektrické transformátory: Struktura, Konstrukce, Aplikace

Obsah

Co je elektrický transformátor?

Jak název napovídá, elektrický transformátor přenáší energii. Formální definice transformátoru bude -

"Je to zařízení, které přenáší elektrickou energii mezi elektrickými obvody."

Je to pasivní zařízení. Využívá Faradayův zákon k přenosu energie bez kovového kontaktu. Elektrické transformátory jsou jedním z užitečných a potřebných zařízení pro distribuci energie.

Historie související s transformátory

Miksa Deri, Otto Blathy a Karoly Zipernowsky jsou považováni za první designéry prvního transformátoru. Implementovali také transformátor pro komerční systémy. Ačkoli zákon indukce byl dán Faradayem ve 1830. letech 1836. století a reverendem. Indukční cívku vynalezl Nicholas Callan v roce 1882. Mezitím Thomas Alva Edison přišel s myšlenkou Electric Bulb v roce XNUMX.

Základní struktura elektrického transformátorus

Jednofázový elektrický transformátor se skládá ze tří hlavních komponent. Jsou to - primární vinutí, sekundární vinutí a magnetické jádro.

  • Primární vinutí - Je to část, která je spojena se zdrojem. Skládá se z cívek drátu. Zde se zpočátku vytváří magnetický tok.
  • Sekundární vinutí - Je to část, která je spojena se zátěží. Skládá se také z cívek. Existuje poměr otáček, který definuje počet závitů drátu, aby se vytvořily cívky obou vinutí. Neexistuje žádné kovové spojení mezi primárními vinutími a sekundárními vinutími, jak bylo uvedeno výše.
  • Magnetické jádro - Je to železná konstrukce, která obaluje primární i sekundární vinutí. Jedná se o měkké železné jádro, složené z malých prvků, které snižují ztráty jádra.

Konstrukce elektrických transformátorů

Konstrukce elektrických transformátorů závisí na tom, jak je primární a sekundární vinutí ovinuto kolem struktury železného jádra.

Existují dvě kategorie transformátorů. Jeden je typu uzavřeného jádra a druhého typu typu Shell-core.

A. Transformátor s uzavřeným jádrem -

  • Zde jsou obě vinutí zabalena z vnějšku jádra. (Obě vinutí znamenají - Primární vinutí a Sekundární vinutí). V této konstrukci vinutí obalují každou nohu jádra. Polovina primárních vinutí a polovina sekundárních vinutí jsou na každé noze hustě přichycena přes ostatní. Magnetický tok prochází tímto procesem a zvyšuje magnetickou vazbu. Tento typ transformátoru má nevýhodu, známou jako - „únikový tok. "
Transformátorové jádro
Struktury transformátorů jádrového typu

Transformátor jádrového pláště -

  • U tohoto typu je primární i sekundární vinutí uvnitř železného jádra. Zde železné jádro tvoří skořápkovou strukturu pro vinutí, proto je známé jako Shell Core Transformer. Vinutí mají stejnou středovou nohu, která má plochu průřezu dvakrát větší než vnější nohy. Tento typ transformátorů překonává problém „únikového toku“.
Ideální transformátor.svg
Transformátory typu Shell, zdroj obrázku - !Originál:Konstantní 314Vektor: WikimpanIdeální transformátorCC0 1.0
  • Vinutí: Vinutí jsou součástí transformátoru nesoucí proud. K výrobě cívky vinutí se používá hlavně měděný nebo hliníkový drát. Cívky a vinutí transformátoru lze rozdělit do dvou hlavních kategorií. Oni jsou - Soustředné cívky a Sendvičové cívky. V transformátoru typu Shell se obecně používají sendvičové cívky. Alternativní disky jsou vyráběny do spirálové podoby.
  • K dispozici jsou také Spirálová vinutí, které se používají v aplikacích s nízkým napětím a vysokým výkonem. Uvnitř každého typu vinutí jsou nějaké izolátory. Izolátory jsou jedním z důležitých prvků elektrických transformátorů.
  • Chlazení:  Chlazení zařízení pomáhá stroji bezchybně fungovat více let. Některé elektrické transformátory vyžadují nucené chlazení a některé jsou samochladicí. Nucené chlazení zahrnuje chlazení olejem, vodou nebo oběma způsoby. Velké transformátory s vysokým výkonem jsou naplněny transformátorovými oleji, které chladí a izolují vinutí. Některé transformátory jsou pro chlazení naplněny plyny.
  • Izolace: Izolace je nutná mezi závity vinutí, mezi dvěma vinutími, mezi jádrem a vinutími. Jako izolátory se používají vrstvy papírů a polymerních fólií. Velké izolátory používají jako izolační účely transformátorový olej.
  • Pouzdro: Průchodka je dutý elektrický izolátor, který umožňuje vodiči projít bariérou. Velké transformátory s vysokým jmenovitým výkonem mají výplně vyrobené z porcelánu nebo polymerů.

Kontrola polarity elektrických transformátorů

Polarita elektrického transformátoru je definována jako směr indukovaného emf v primárním i sekundárním vinutí. Je dvou typů -

  • A. aditivní polarita
  • B. Subtraktivní polarita

A. aditivní polarita

- U tohoto typu polarity jsou v obou vinutích připojeny stejné svorky polarity.

B. Subtraktivní polarita

- U tohoto typu polarity jsou do obou vinutí připojeny svorky s odlišnou polaritou.

Co dělá transformátor?

Elektrické transformátory zvyšují nebo snižují dodávané napětí a proud. Nemění frekvenci ani výkon dodávaného elektrického signálu. Potřeba použití transformátoru spočívá v tom, že elektrické spotřebiče potřebují určité množství napětí, které je nižší nebo vyšší než dodávaný výkon. Například LED, která pracuje na 1.5 V - 2 V, zhasne, pokud ji připojíme k běžnému domácímu napájecímu zdroji. Abychom mohli používat LED, musíme použít transformátor s krokem dolů.

640px Proudový transformátor 17 hg
Proudový transformátor, Image Credit - Hannes GrobeProudový transformátor-17 hgCC BY-SA 4.0

klikněte zde vědět o pracovních principech, účinnosti a ztrátách transformátoru.

Aplikace transformátoru

Transformers má v dnešním světě mnoho aplikací. Někteří z nich jsou -

i) Distribuce energie:

  • V elektrárnách se vytváří velké množství napětí. Toto napětí však nemůžeme použít přímo pro domácí použití. V této době přichází do činnosti transformátor. Transformátoři snížili napětí na naše požadované napětí. Tento typ transformátoru je známý jako výkonové transformátory. Existují také transformátory, které zvyšují napětí. Díky tomuto typu transformátoru je možné dodávat elektřinu do domů.
640px Pylonový transformátor v Sýrii 1
Transformátory v distribuci energie, zdroj obrazu - Vysoký kontrastPylonový transformátor v SýriiCC BY 3.0 DE

ii) Elektronická zařízení:

  • Mnoho elektronických zařízení a domácích spotřebičů používá transformátor buď ke zvyšování napětí, nebo ke snižování napětí podle požadavků.
Elektrický transformátor
Transformátory pro použití v elektronice, zdroj obrazu - Bývalý elektrikářTransformátory SMPS (Korea, kolem roku 2000) - pohled zdolaCC0 1.0

iii) Audio transformátory:

  • Tento typ transformátorů umožňuje telefonním obvodům umožnit obousměrnou konverzaci přes jeden pár drátu. Rovněž propojují audio systémy. Může být použit k přizpůsobení impedance, jako je nízkoimpedanční reproduktor, který lze kombinovat s zesilovači s vysokou impedancí.
  • Třífázové transformátory mají široké použití v průmyslových účelům, kde jednofázové transformátory nemohou sloužit účelům.
  • Přístrojové transformátory může izolovat dvě zařízení nebo systém pomocí jeho vlastností.
  • Vysokofrekvenční transformátory nebo RF transformátory se používají v zařízeních podobných Radaru a mají uplatnění v radiofrekvenční doméně.
  • Pulzní transformátory se používají k přenosu elektrických pulsů v elektronických obvodech, číslicových obvodech a v distribučních a řídicích systémech.

Výhody a nevýhody používání transformátoru

Výhody elektrických transformátorů

Transformátory se používají pro různé účely kvůli jeho výhodám. Některé z výhod jsou -

  • Přenáší sílu: Transformátory umožňují přenos elektrického signálu na velkou vzdálenost. Odpor přenosového vedení se po zvýšení napětí sníží, což je možné pouze u transformátorů. Ztráta energie je tedy menší a elektřina může být dodávána do každé domácnosti. Jinak by byl odpor tak vysoký, že je zcela nemožné jej dodat.
  • Kontinuální práce: Transformátory mohou pracovat nepřetržitě po dlouhou dobu. Nemusí se za den vypínat nebo odpočívat.
  • Nízká údržba: Transformátory nejen pracují nepřetržitě, ale také nepotřebují vysokou údržbu. Kontrola oleje, čištění dílů jsou jedinou údržbou, kterou transformátor potřebuje. Také údržba nestojí moc a také není časově náročná.
  • Žádné zpoždění: Transformátory nemají při startu žádné zpoždění. Zahájí provoz okamžitě. Jakmile je transformátor implementován, okamžitě se spustí.
  • Účinný: Transformátory sice utrpí ztráty, ale jsou dostatečně efektivní pro ekonomickou distribuci. Dosažitelná je téměř 95% účinnost.

Nevýhody používání elektrických transformátorů

Několik nevýhod je -

  • Větší velikost: Ačkoli existují tranzistory, které jsou malé, ale jak se zvyšuje jmenovité napětí, zvětšuje se také velikost transformátoru. Zvyšuje se nejen základní struktura, ale i velikost chladicího systému. Přijmout tedy vyžaduje spoustu prostoru.
  • Vyžaduje chladicí systém: Transformátory pracují nepřetržitě a produkují velké množství tepla. Aby mohl transformátor pracovat efektivně, potřebuje k němu připojený chladicí systém.
  • Pouze AC pracuje: Transformátor pracuje pouze pro střídavý proud nebo střídavé napětí, protože k vytvoření magnetického toku potřebuje časově proměnlivý proud. Připojení stejnosměrným napětím transformátor spálí.

Více informací elektronika klikněte zde