Elektromagnetická statická zařízení se používají k vytvoření a aplikaci magnetického pole. Existuje mnoho důvodů, proč je v elektronických, elektrických a rádiových obvodech potřeba transformátor. Zařízení je vybaveno indukčními vinutími, která jsou vzájemně propojena na magnetickém jádru. Síť přispívá ke střídavému poli, zatímco transformátor využívá elektromagnetickou indukci k tomu, aby proud měl konstantní hodnotu bez změny frekvence.
Obsah
Definice a účel
K napájení přístrojů jsou zapotřebí napětí různých charakteristik. Transformátor je konstrukce, která využívá indukčního působení magnetického pole. Páskové nebo drátové cívky spojené společným proudem snižují nebo zvyšují napětí. Televizor používá k provozu tranzistorů a čipů napětí 5 V, napájení kineskopu vyžaduje při použití kaskádového oscilátoru několik kilovoltů.
Izolované vinutí je umístěno na jádru ze samovolně zmagnetovaného materiálu s definovanou hodnotou napětí. Starší jednotky používaly stávající síťovou frekvenci, přibližně 60 Hz. Moderní napájecí obvody spotřebičů používají vysokofrekvenční pulzní transformátory. Střídavé napětí je usměrněno a pomocí oscilátoru převedeno na hodnotu se zadanými parametry.
Napětí je stabilizováno řídicí jednotkou s pulzně šířkovou modulací. Vysokofrekvenční záblesky jsou přenášeny do transformátoru, výstup je stabilní. Masivnost a těžkost dřívějších zařízení nahradila lehkost a malé rozměry. Lineární výkon jednotky je úměrný výkonu v poměru 1:4, proudová frekvence se zvyšuje, aby se zmenšila velikost jednotky.
Masivní jednotky se používají v napájecích obvodech, pokud je potřeba minimálního rozptylu vysokofrekvenčního rušení, např. při zajištění vysoké kvality zvuku.
Konstrukce a princip činnosti
Základní pravidla pro provoz jednotky volí výrobce, což však nemá vliv na provozní spolehlivost. Koncepty se liší ve výrobním procesu. Princip činnosti transformátoru je založen na dvou tvrzeních:
- měnící se pohyb směrových nosičů náboje vytváří střídavé magnetické silové pole;
- Působením na silový tok přenášený cívkou vzniká elektromotorická síla a indukce.
Zařízení se skládá z následujících částí:
- Magnetický drát (jádro);
- cívky nebo vinutí;
- podklad pro uspořádání cívek;
- izolační materiál;
- chladicí systém;
- další prvky upevnění, přístupu, ochrany.
Provoz transformátoru je založen na typu konstrukce a kombinaci jádra a vinutí. U jádrového typu je vodič uzavřen ve vinutí a je obtížně viditelný. Jsou vidět cívky, horní a spodní část jádra a svislá osa. Materiál, ze kterého je cívka vyrobena, musí dobře vést elektrický proud.
U pancéřových výrobků skrývá jádro většinu závitů a je umístěno vodorovně nebo kolmo. Konstrukce toroidního transformátoru spočívá v umístění dvou nezávislých vinutí na magnetické jádro bez elektrického spojení mezi nimi.
Magnetický systém
Vyrobeno z legované transformátorové oceli, feritu, permalloy, zachování geometrického tvaru pro generování magnetického pole jednotky. Vodič je zkonstruován z desek, pásů, podkov a vyrábí se na lisu. Část, na které je umístěno vinutí, se nazývá jařmo. Jho je prvek bez cívek, který uzavírá obvod.
Způsob, jakým transformátor funguje, závisí na uspořádání jha, které může být následující
- ploché - osy jha a jader jsou ve stejné rovině;
- prostorové - podélné prvky jsou uspořádány v různých plochách;
- symetrické - vodiče stejného tvaru, velikosti a konstrukce jsou uspořádány ke všem třmenům podobně jako ostatní;
- asymetrické - jednotlivé vzpěry se liší vzhledem, rozměry a jsou umístěny v různých polohách.
Předpokládáme-li, že vinutím, které se nazývá primární vinutí, protéká stejnosměrný proud, je magnetický vodič otevřený. V ostatních případech je jádro uzavřené, slouží k uzavření elektrického vedení.
Vinutí .
Jsou vyrobeny jako sada cívek uspořádaných na vodičích čtvercového průřezu. Tento tvar se používá pro efektivní provoz a pro zvýšení faktoru zaplnění okna magnetického jádra. Pokud je požadován větší průřez jádra, vyrábí se jako dva paralelní prvky, aby se omezil výskyt vířivých proudů. Každý takový vodič se nazývá jádro.
Jádro je zabaleno do papíru a natřeno smaltovaným lakem. Někdy jsou dvě paralelně uspořádané žíly obaleny společnou izolací, soubor se nazývá kabel. Vinutí jsou rozlišena podle svého účelu:
- hlavní - jsou napájeny střídavým proudem, vychází z nich transformovaný elektrický proud;
- řídicí vinutí - mají ohyby pro transformaci napětí při nízkých proudech;
- pomocné - slouží k napájení jejich sítě menším než jmenovitým proudem transformátoru a k magnetizaci obvodu stejnosměrným proudem.
Způsoby balení:
- Řadové vinutí - závity jsou provedeny ve směru osy po celé délce vodiče, následné závity jsou navinuty těsně, bez mezer;
- šroubovité vinutí - vícevrstvé vinutí s mezerami mezi kroužky nebo s překrýváním sousedních prvků;
- navíjení kotouče - spirálová řada se navíjí v sérii, navíjení se provádí radiálně ve vnitřním a vnějším směru do kruhu;
- svitek fólie je vyroben z hliníkových a měděných širokých plechů o tloušťce 0,1-2 mm.
Symboly
Pro snadnou čitelnost schématu transformátoru jsou k dispozici speciální značky. Jádro je nakresleno tlustou čarou, číslo 1 označuje primární vinutí a sekundární vinutí jsou označena čísly 2 a 3.
V některých schématech je tloušťka jádrové čáry podobná tloušťce půlkruhové kresby. Označení materiálu jádra je odlišné:
- feritové magnetické jádro je nakresleno tlustou čarou;
- ocelové jádro s magnetickou mezerou je nakresleno tenkou čarou s přerušením uprostřed;
- zmagnetizovaná dielektrická osa je vyznačena tenkou přerušovanou čarou;
- měděná tyč je nakreslena jako úzká čára se zápisem materiálu podle Mendělejevovy tabulky.
Tučné tečky slouží ke zvýraznění výkonu cívky, označení okamžité indukce je stejné. Používá se k označení mezilehlých jednotek v kaskádových oscilátorech pro indikaci změny fáze. Tečky se umísťují, pokud je třeba při montáži určit polaritu a směr uspořádání vinutí. Počet závitů primárního vinutí je definován konvenčně a počet půlkruhů není regulován; úměrnost zde je, ale není striktně dodržována.
Hlavní charakteristiky jsou následující
Provoz naprázdno se uplatňuje, když je sekundár transformátoru otevřený a na sekundáru není žádné napětí. Primárem protéká proud a dochází k reaktivní magnetizaci. Při provozu naprázdno se stanoví účinnost, transformační poměr a ztráty v jádře.
Zátěžový provoz zahrnuje připojení zdroje k primárnímu obvodu, kterým protéká součet provozních proudů a proudů naprázdno. Zátěž je připojena k sekundáru transformátoru. Tento režim je běžný.
Fáze zkratu nastává, pokud je jedinou zátěží odpor sekundární cívky. V tomto režimu se určují tepelné ztráty cívky v obvodu. Parametry transformátorů jsou v systému náhrady přístrojů zohledněny pomocí nastavení odporu.
Poměr vstupního a výstupního výkonu určuje účinnost transformátoru.
Aplikace
Domácí spotřebiče mají uzemňovací kontakt přes nulový vodič. Současný dotyk fázového a nulového obvodu spotřebitelem způsobí poruchu smyčky a zranění osob. Připojení přes oddělovací transformátor umožňuje zajistit bezpečnost osob, protože sekundární vinutí není v kontaktu se zemí.
Pulzní jednotky se používají při přenosu obdélníkových rázů a transformaci krátkých signálů na zátěž. Na výstupu se mění polarita a amplituda proudu, ale napětí zůstává beze změny.
Stejnosměrné měřicí zařízení je magnetický zesilovač. Ke změně střídavého napětí přispívá směrový pohyb malých výkonových elektronů. Usměrňovač dodává konstantní energii a závisí na hodnotách přiváděné elektřiny.
Výkonové jednotky se hojně používají v generátorech malého proudu, generátorech výkonu a generátorech středního proudu v dieselových motorech. Transformátory se montují do série se zátěží, zařízení je připojeno ke zdroji primárním vinutím, sekundární obvod dodává transformovanou energii. Hodnota výstupního proudu je přímo úměrná zátěži. Pokud je generátor třífázový, používá se zařízení se třemi magnetickými tyčemi.
Invertující jednotky mají tranzistory stejné vodivosti a na výstupu zesilují pouze část signálu. Pro úplnou konverzi napětí je na oba tranzistory přiveden impuls.
Srovnávací zařízení se používá k připojení elektronických zařízení s vysokým odporem na vstupu a výstupu zátěže s nízkým průtokem výkonu. Tyto jednotky jsou užitečné u vysokofrekvenčních vedení, kde rozdíl v magnitudě vede ke ztrátě výkonu.
Typy transformátorů
Klasifikaci transformátorů určují jmenovité hodnoty primárního a sekundárního proudu. U běžných typů se hodnota pohybuje v rozmezí 1-5 A.
Oddělovací jednotka nezajišťuje žádné spojení mezi oběma cívkami. Zařízení zajišťuje galvanické oddělení, tj. přenos impulzu bezkontaktním způsobem. Bez něj je proud tekoucí mezi obvody omezen pouze odporem, který se vzhledem k jeho malé hodnotě nebere v úvahu.
Vyrovnávací transformátor zajišťuje sladění různých hodnot odporu, aby se minimalizovalo zkreslení tvaru impulzu na výstupu. Slouží k zajištění galvanického oddělení.
Než zjistíme, co jsou to transformátory elektrického vedení, je třeba poznamenat, že jsou k dispozici pro použití s vysokovýkonnými sítěmi. Střídavá zařízení upravují energetické hodnoty v odběrných zařízeních a pracují v místech s vysokou kapacitou a rychlostí změny elektrické energie.
Rotační transformátor by neměl být zaměňován s rotačním zařízením - strojem pro přeměnu úhlu otáčení na napětí obvodu, kde účinnost závisí na rychlosti otáčení. Zařízení přenáší elektrický impuls na pohyblivé části zařízení, například na hlavu videorekordéru. Dvojité jádro s oddělenými vinutími, z nichž jedno se otáčí kolem druhého.
Olejová jednotka používá k chlazení cívek speciální transformátorový olej. Mají uzavřený magnetický obvod. Na rozdíl od leteckých typů mohou spolupracovat s vysokovýkonnými sítěmi.
Svařovací transformátory pro optimalizaci provozu zařízení, snížení napětí a generování vysokofrekvenčního proudu. Toho se dosáhne změnou indukčnosti nebo charakteristiky naprázdno. Stupňová regulace se provádí uspořádáním elektrického vinutí na vodičích.
