Transformátor: přehled || 4 důležité podmínky pro dobrou účinnost

transformátor

Transformátor je jednoduché elektrické zařízení, které využívá vlastnost vzájemné indukce k transformaci střídavého napětí z jednoho na druhé větší nebo menší hodnoty.

Společnost první konstantní potenciál byl vynalezen v roce 1885, a od té doby se stala nezbytností jako základní zařízení pro přenos, distribuci a využití střídavého proudu (AC).

návrhový transformátor DBZ v roce 1885
Shell formoval designový transformátor DBZ v roce 1885, Image Credit - Zátonyi Sándor, (ifj.), DBZ trafoCC BY-SA 3.0

Existují různé typy transformátorů, které mají různé konstrukce vhodné pro různé aplikace v elektronické a elektrické energii. Jejich velikosti se pohybují od radiofrekvenční aplikace s objemem menším než kubický centimetr až po obrovské jednotky vážící stovky tun používané v energetických sítích.

transformátor
transformátory v elektrické rozvodně, Image Credit - Allalone89Koncová stanice v Melbourne, označeno jako public domain, více podrobností o Wikimedia Commons

Nejčastěji se používají při přenosu a distribuci energie na velké vzdálenosti zesílením výstupního napětí z transformátoru tak, aby se snížil proud a následně byla ztráta odporového jádra méně významná, takže signál lze přenášet na vzdálenosti do rozvodna sousedící se spotřebiteli, kde je napětí opět sníženo pro další použití.

Základní struktura a fungování transformátoru

Základní struktura transformátoru obecně sestává ze dvou cívek navinutých kolem jádra z měkkého železa, jmenovitě primární a sekundární cívky. Vstupní střídavé napětí je přivedeno na primární cívku a výstupní střídavé napětí je pozorováno na sekundární straně. 

Jak víme, že indukovaný emf nebo napětí se generuje pouze tehdy, když se tok magnetického pole mění vzhledem k cívce nebo obvodu, tedy vzájemná indukčnost mezi dvěma cívkami je možná pouze se střídavým, tj. Měnícím se / střídavým napětím, a ne s přímým tj. stálé / stejnosměrné napětí.

fungování transformátoru a únikového toku
Práce transformátoru a svodový tok
Kredit obrázku:Moje maličkost, Tok transformátoruCC BY-SA 3.0

Transformátory se používají k přeměně úrovní napětí a proudu podle poměru otáček vstupní a výstupní cívky. Závity v primární a sekundární cívce jsou Np a Ns, resp. Nechť Φ je tok propojený jak primární, tak sekundární cívkou. Pak,

Vyvolané emf přes primární cívku,  Transformátor: přehled || 4 důležité podmínky pro dobrou účinnost = Transformátor: přehled || 4 důležité podmínky pro dobrou účinnost

Indukované emf přes sekundární cívku, Transformátor: přehled || 4 důležité podmínky pro dobrou účinnost = Transformátor: přehled || 4 důležité podmínky pro dobrou účinnost

Z těchto rovnic to můžeme odvodit  Transformátor: přehled || 4 důležité podmínky pro dobrou účinnost

Kde symboly mají následující význam:

 Transformátor: přehled || 4 důležité podmínky pro dobrou účinnost        

Síla, P = IpVp = IsVs

Pokud jde o předchozí rovnice, Transformátor: přehled || 4 důležité podmínky pro dobrou účinnost

Tak máme Vs = (Transformátor: přehled || 4 důležité podmínky pro dobrou účinnost)Va jás = Transformátor: přehled || 4 důležité podmínky pro dobrou účinnost IP

Pro zvýšení: Vs > Vp syns>Np a jás<Ip

Pro krok dolů: Vs <Vp syns <Np a jás > Jáp

Primární a sekundární cívka v transformátoru

transformátor
Primární a sekundární vinutí
Image Credit: anonymní, Transformer3d colCC BY-SA 3.0

Výše uvedený vztah je založen na některých předpokladech, které jsou následující:

  • Stejný tok spojuje primární i sekundární tok bez jakéhokoli úniku toku.
  • Sekundární proud je malý.
  • Primární odpor a proud jsou zanedbatelné.

Účinnost transformátoru proto nemůže být 100%. I když dobře navržený může mít účinnost až 95%. Pro dosažení vyšší účinnosti je třeba mít na paměti hlavní čtyři důvody ztráty energie.

Příčina ztráty energie transformátoru:

  • Únik tavidla: Vždy dochází k nějakému úniku toku, protože je téměř nemožné, aby veškerý tok z primárního prošel do sekundárního bez jakéhokoli úniku.
  • Vířivé proudy: Měnící se magnetický tok indukuje vířivé proudy v železném jádru, což může způsobit zahřívání a tím i ztrátu energie. Ty by mohly být minimalizovány použitím laminovaného železného jádra.
  • Odpor ve vinutí: Energie se ztrácí ve formě rozptylu tepla vodiči, ale lze ji minimalizovat použitím poměrně silných vodičů.
  • Hystereze: Když je magnetizace jádra opakovaně obrácena střídavým magnetickým polem, vede to k výdaji nebo ztrátě energie generováním tepla uvnitř jádra. To lze snížit použitím materiálů s nižší ztrátou magnetické hystereze.

Budeme o tom studovat Vířivý prouds a Magnetická hystereze podrobněji v dalších částech.

Další studijní materiály související s elektronikou klikněte zde

O Amritovi Shawovi

Transformátor: přehled || 4 důležité podmínky pro dobrou účinnostPřipojte se k našemu bývalému autorovi: LinkedIn (https://www.linkedin.com/in/amrit-shaw/)

en English
X