Transformators ir elektromagnētiska ierīce, ko izmanto, lai pārveidotu viena sprieguma un frekvences maiņstrāvu par cita (vai vienāda) sprieguma un tādas pašas frekvences maiņstrāvu.
Saturs
Transformatora konstrukcija un funkcija
Vienkāršākajā gadījumā Transformators satur primāro tinumu ar tinumu skaitu W1 un sekundāro ar W2. Enerģija ir pievienota primārajam tinumam, bet slodze ir pievienota sekundārajam tinumam. Enerģijas pārnese notiek, izmantojot elektromagnētisko indukciju. Lai uzlabotu elektromagnētisko sakabes spēju, tinumi parasti tiek montēti uz slēgtas serdes (magnētiskā serdeņa).
Ja maiņspriegums U1primārajam tinumam tiek pievadīta maiņstrāva I1kas inducē tādas pašas formas magnētisko plūsmu F serdē. Šī magnētiskā plūsma sekundārajā tinumā inducē EML. Ja sekundārajai ķēdei ir pievienota slodze, sekundārā strāva I2.
Spriegumu sekundārajā tinumā nosaka vijumu attiecība W1 un W2:
U2=U1*(W1/W2)=U1/k, kur k transformācijas koeficients.
Ja k<1, tad U2>U1, un šādu transformatoru sauc par augšupejošu transformatoru. Ja k>1 , tad U2
Transformatoram var būt vairāk nekā viens sekundārais tinums ar dažādiem transformatora koeficientiem. Piemēram, 220 voltu transformatoram, kas paredzēts mājsaimniecības spuldzīšu barošanai, var būt viens sekundārais tinums, piemēram, 500 voltu, kas nodrošina anodu ķēdes, un 6 voltu, kas nodrošina kvēlspuldzes ķēdes. Pirmajā gadījumā k<1, otrajā gadījumā k>1.
Transformators darbojas tikai ar maiņstrāvu - lai sekundārajā tinumā rastos EML, magnētiskajam plūsmai ir jāmainās.
Transformatoru serdes veidi
Praksē tiek izmantoti ne tikai norādītās formas serdeņi. Atkarībā no ierīces paredzētā lietojuma magnētiskās serdes var būt izgatavotas dažādos veidos.
Kodolu kodoli
Zemas frekvences transformatoru serdeņi ir izgatavoti no tērauda ar izteiktām magnētiskajām īpašībām. Lai samazinātu virpuļstrāvas, serdes masīvs ir izgatavots no atsevišķām plāksnēm, kas ir savstarpēji elektriski izolētas. Augstām frekvencēm tiek izmantoti citi materiāli, piemēram, ferīts.
Iepriekš aplūkoto serdi sauc par serdes masīvu, un to veido divi stieņi. Vienfāzu transformatoriem izmanto arī trīs serdes. Tiem ir zemāks magnētiskais izkliedes plūsma un augstāka efektivitāte. Šajā gadījumā gan primārais, gan sekundārais tinums atrodas uz centrālās serdes.
Trīsfāžu transformatori tiek izgatavoti arī uz trīsfāžu serdēm. Katras fāzes primārais un sekundārais tinums ir uz atsevišķas serdes. Dažos gadījumos tiek izmantoti piecu kodolu kodoli. To izvietojums ir vienāds - primārā un sekundārā serdeņa serdeņi ir katrā serdeņa pusē, un divi ārējie serdeņi katrā pusē tiek izmantoti, lai savienotu magnētiskās plūsmas, veicot noteiktas darbības.
Bruņu serdeņi
Vienfāzes transformatori ir izgatavoti ar bruņotām serdēm - abas spoles ir novietotas uz magnētiskās serdes centrālās serdes. Magnētiskā plūsma šajā serdenī tiek savienota līdzīgi kā trīs serdeņu blokā, t. i., caur sānu sieniņām. Izkliedes plūsma šajā gadījumā ir ļoti maza.
Šīs konstrukcijas priekšrocība ir tā, ka tiek nedaudz palielināts izmērs un svars, jo ir iespējams blīvāk aizpildīt serdes logu ar tinumiem, tāpēc mazjaudas transformatoriem ir izdevīgāk izmantot bruņotas serdes. Tā rezultātā ir arī īsāka magnētiskā ķēde, kas samazina bezslodzes zudumus.
Trūkumi ir tādi, ka tinumiem ir grūtāk piekļūt, lai tos pārbaudītu un remontētu, un izolāciju augstspriegumam ir sarežģītāk izgatavot.
Toroidālais
Toroidālo serdeņu gadījumā magnētiskā plūsma ir pilnībā noslēgta serdenī, un magnētiskās plūsmas noplūdes praktiski nav. Taču šos transformatorus ir grūti uztīt, tāpēc tos izmanto reti, piemēram, regulējamos mazas jaudas autotransformatoros vai augstfrekvences lietojumos, kur svarīga ir traucējumu izturība.
Autotransformators
Dažos gadījumos ir ieteicams izmantot transformatorus, kuros tinumi ir savienoti ne tikai magnētiski, bet arī elektriski. Tas nozīmē, ka augšupejošā ierīcē primārais tinums ir daļa no sekundārā tinuma, bet lejupejošā ierīcē sekundārais tinums ir daļa no primārā tinuma. Šādu ierīci sauc par autotransformatoru (AT).
Pakāpju autotransformators nav vienkāršs sprieguma dalītājs - enerģijas pārnesē uz sekundāro ķēdi ir iesaistīta arī magnētiskā sakabe.
Autotransformatoru priekšrocības:
- mazāki zaudējumi;
- bezpakāpju sprieguma regulēšanas iespēja;
- mazāki izmēri (autotransformatori ir lētāki, vieglāk transportējami);
- Zemākas izmaksas, jo ir mazāk materiālu.
Kā trūkumus var minēt nepieciešamību pēc augstāka sprieguma izolācijas abiem tinumiem un galvaniskās izolācijas trūkumu starp ieeju un izeju, kas var pārnest atmosfēras iedarbību no primārās uz sekundāro ķēdi. Tajā pašā laikā sekundārās ķēdes elementi nedrīkst būt iezemēti. Par AT trūkumu tiek uzskatīta arī palielināta īsslēguma strāva. Trīsfāzu autotransformatoriem tinumi parasti tiek savienoti zvaigznes savienojumā ar iezemētu neitrāli, iespējamas arī citas savienojumu shēmas, taču tās ir pārāk sarežģītas un apgrūtinošas. Tas ir arī trūkums, kas var ierobežot autotransformatoru izmantošanu.
Transformatoru lietojumprogrammas
Transformatoru īpašība palielināt vai samazināt spriegumu tiek plaši izmantota rūpniecībā un privātās mājsaimniecībās.
Sprieguma transformācija
Rūpnieciskā sprieguma līmenim dažādās fāzēs ir atšķirīgas prasības. Dažādu iemeslu dēļ elektroenerģijas ražošanā nav izdevīgi izmantot augstsprieguma ģeneratorus. Tāpēc, piemēram, hidroelektrostacijās izmanto 6...35 kV ģeneratorus. Turpretī elektroenerģijas transportēšanai ir nepieciešams augstāks spriegums - no 110 kV līdz 1150 kV atkarībā no attāluma. Pēc tam šis spriegums atkal tiek samazināts līdz 6...10 kV, sadalīts pa vietējām apakšstacijām, no kurām tas tiek samazināts līdz 380(220) voltiem un piegādāts gala patērētājam. Sadzīves un rūpniecības ierīcēm tas ir vēl jāsamazina, parasti līdz 3...36 voltiem.
Visas šīs darbības tiek veiktas, izmantojot ... jaudas transformatori. Tās var būt sausās vai eļļas tipa. Pēdējā gadījumā serde un tinumi atrodas eļļas tvertnē, kas darbojas kā izolācijas un dzesēšanas vide.
Galvaniskā izolācija
Galvaniskā izolācija palielina elektroierīču drošību. Ja ierīce netiek darbināta tieši no 220 voltu elektrotīkla, kur viens no vadiem ir savienots ar zemi, bet gan caur 220/220 voltu transformatoru, barošanas spriegums paliek nemainīgs. Bet, ja zeme un sekundārās strāvu vadošās daļas pieskaras vienlaicīgi, strāvas plūsmai nebūs ķēdes, un risks gūt elektrotraumu būs daudz mazāks.
Sprieguma mērīšana
Visās elektroietaisēs jākontrolē sprieguma līmenis. Ja tiek izmantota sprieguma klase līdz 1000 voltiem, voltmetrus uzstāda tieši uz daļām zem sprieguma. Ja spriegums pārsniedz 1000 voltu, tas nav iespējams - ierīces būs pārāk smagnējas un var nebūt drošas izolācijas bojājuma gadījumā. Tāpēc šādās sistēmās voltmetri tiek savienoti ar augstsprieguma vadiem, izmantojot transformatorus ar piemērotu transformācijas koeficientu. Piemēram, 10 kV tīkliem tiek izmantoti transformatori 1:100, un izejas spriegums ir standarta 100 volti. Ja mainās primārā sprieguma amplitūda, tas vienlaikus mainās arī sekundārajā spriegumā. Voltmetra skala parasti ir graduēta primārā sprieguma diapazonā.
Transformatori ir diezgan sarežģīti, un to ražošana un apkope ir dārga. Tomēr daudzos lietojumos šīs ierīces ir neaizstājamas, un tām nav alternatīvas.
Saistītie raksti:
