Elektromagnetické statické zariadenia sa používajú na vytvorenie a aplikáciu magnetického poľa. Existuje mnoho dôvodov, prečo je transformátor potrebný v elektronických, elektrických a rádiových obvodoch. Zariadenie je vybavené indukčnými vinutiami, ktoré sú vzájomne prepojené na magnetickom jadre. Sieť prispieva k striedavému poľu, zatiaľ čo transformátor využíva elektromagnetickú indukciu, aby dodal prúdu konštantnú hodnotu bez zmeny frekvencie.
Obsah
Definícia a účel
Na napájanie prístrojov sú potrebné napätia s rôznymi charakteristikami. Transformátor je konštrukcia, ktorá využíva indukčné pôsobenie magnetického poľa. Páskové alebo drôtové cievky spojené spoločným prúdom znižujú alebo zvyšujú napätie. Televízor používa na prevádzku tranzistorov a čipov napätie 5 V, napájanie kineskopu si pri použití kaskádového oscilátora vyžaduje niekoľko kilovoltov.
Izolované vinutie je umiestnené na jadre zo spontánne zmagnetizovaného materiálu s definovanou hodnotou napätia. Staršie jednotky používali existujúcu sieťovú frekvenciu, približne 60 Hz. Moderné napájacie obvody spotrebičov používajú vysokofrekvenčné impulzné transformátory. Striedavé napätie sa usmerní a pomocou oscilátora sa prevedie na hodnotu s určenými parametrami.
Napätie je stabilizované riadiacou jednotkou s pulzno-šírkovou moduláciou. Vysokofrekvenčné záblesky sa prenášajú do transformátora, výstup je stabilný. Masívnosť a ťažkosť predchádzajúcich zariadení nahradila ľahkosť a malé rozmery. Lineárny výkon jednotky je úmerný výkonu v pomere 1:4, frekvencia prúdu sa zvyšuje, aby sa zmenšila veľkosť jednotky.
Masívne jednotky sa používajú v napájacích obvodoch, ak je potrebné minimálne rozptýlenie vysokofrekvenčného rušenia, napr. pri zabezpečovaní vysokej kvality zvuku.
Konštrukcia a princíp fungovania
Základné pravidlá prevádzky jednotky si volí výrobca, čo však nemá vplyv na prevádzkovú spoľahlivosť. Koncepcie sa líšia vo výrobnom procese. Princíp činnosti transformátora je založený na dvoch tvrdeniach:
- meniaci sa pohyb smerových nosičov náboja vytvára striedavé magnetické silové pole;
- Účinok na silový tok prenášaný cez cievku vytvára elektromotorickú silu a indukciu.
Zariadenie sa skladá z týchto častí:
- Magnetický drôt (jadro);
- cievka alebo vinutie;
- podklad pre usporiadanie cievok;
- izolačný materiál;
- chladiaci systém;
- ďalšie prvky upevnenia, prístupu, ochrany.
Činnosť transformátora je založená na type konštrukcie a kombinácii jadra a vinutia. V jadrovom type je vodič uzavretý vo vinutí a je ťažko viditeľný. Viditeľné sú cievky, horná a dolná časť jadra a vertikálna os. Materiál, z ktorého je cievka vyrobená, musí dobre viesť elektrický prúd.
Pri pancierových výrobkoch jadro skrýva väčšinu závitov a je umiestnené vodorovne alebo kolmo. Konštrukcia toroidného transformátora zahŕňa umiestnenie dvoch nezávislých vinutí na magnetické jadro bez akéhokoľvek elektrického spojenia medzi nimi.
Magnetický systém
Vyrobené z legovanej transformátorovej ocele, feritu, permalloy, zachovávajúce geometrický tvar na generovanie magnetického poľa jednotky. Vodič je vyrobený z dosiek, pásov, podkov a vyrába sa na lise. Časť, na ktorej je umiestnené vinutie, sa nazýva jarmo. Jarmo je prvok bez cievok, ktorý uzatvára obvod.
Spôsob fungovania transformátora závisí od usporiadania jarma, ktoré môže byť
- ploché - osi jarma a jadier sú v rovnakej rovine;
- priestorové - pozdĺžne prvky sú usporiadané v rôznych plochách;
- symetrické - vodiče rovnakého tvaru, veľkosti a konštrukcie sú usporiadané do všetkých joklov podobným spôsobom ako ostatné;
- asymetrické - jednotlivé vzpery sa líšia vzhľadom, rozmermi a sú umiestnené v rôznych polohách.
Ak predpokladáme, že vinutím, ktoré sa nazýva primárne vinutie, preteká jednosmerný prúd, magnetický vodič je otvorený. V ostatných prípadoch je jadro uzavreté, slúži na uzavretie elektrického vedenia.
Vinutie .
Vyrábajú sa ako súbor cievok usporiadaných na vodičoch so štvorcovým prierezom. Tento tvar sa používa na efektívnu prevádzku a na zvýšenie faktora zaplnenia okna magnetického jadra. Ak je potrebný väčší prierez jadra, zhotoví sa ako dva paralelné prvky, aby sa znížil výskyt vírivých prúdov. Každý takýto vodič sa nazýva jadro.
Jadro je zabalené do papiera a natreté emailovým lakom. Niekedy sú dve paralelne usporiadané žily obalené spoločnou izoláciou, súprava sa nazýva kábel. Vinutia sa rozlišujú podľa účelu:
- hlavné - sú napájané striedavým prúdom, vychádza z nich transformovaný elektrický prúd;
- riadiace vinutia - majú ohyby na transformáciu napätia pri nízkych prúdoch;
- pomocné - slúžia na napájanie ich siete menším prúdom, ako je menovitý výkon transformátora, a na magnetizáciu obvodu jednosmerným prúdom.
Metódy balenia:
- Radové vinutie - závity sú vykonané v smere osi po celej dĺžke vodiča, následné závity sú navinuté tesne, bez medzier;
- špirálové vinutie - viacvrstvové vinutie s medzerami medzi krúžkami alebo s prekrývaním susedných prvkov;
- kotúčové vinutie - špirálový rad je navinutý v sérii, vinutie je radiálne vo vnútornom a vonkajšom smere v kruhu;
- cievka fólie je vyrobená z hliníkových a medených širokých plechov s hrúbkou od 0,1 do 2 mm.
Symboly
Na uľahčenie čítania schémy transformátora sú špeciálne značky. Jadro je nakreslené hrubou čiarou, číslo 1 označuje primárne vinutie a sekundárne vinutia sú označené číslami 2 a 3.
V niektorých diagramoch je jadrová čiara podobná hrúbke kresby polkruhu. Označenie materiálu jadra je odlišné:
- feritové magnetické jadro je nakreslené hrubou čiarou;
- oceľové jadro s magnetickou medzerou je nakreslené tenkou čiarou s prerušením uprostred;
- os zmagnetizovaného dielektrika je vyznačená tenkou prerušovanou čiarou;
- medená tyč je nakreslená ako úzka čiara so zápisom materiálu podľa Mendelejevovej tabuľky.
Tučné bodky sa používajú na zvýraznenie výkonu cievky, označenie okamžitej indukcie je rovnaké. Používa sa na označenie medziľahlých jednotiek v kaskádových oscilátoroch na označenie fázového zvratu. Bodky sa umiestňujú, ak je potrebné nastaviť polaritu pri montáži a smer usporiadania vinutia. Počet závitov primárneho vinutia je definovaný konvenčne a počet polkruhov nie je regulovaný; proporcionalita tu je, ale nie je striktne dodržaná.
Hlavné charakteristiky sú tieto
Prevádzka naprázdno sa uplatňuje vtedy, keď je sekundár transformátora otvorený a na sekundári nie je žiadne napätie. Primárom preteká prúd a dochádza k reaktívnej magnetizácii. Pri prevádzke bez zaťaženia sa určuje účinnosť, transformačný pomer a straty v jadre.
Prevádzka pri záťaži zahŕňa pripojenie napájania k primárnemu obvodu, ktorým tečie súčet prevádzkových prúdov a prúdov naprázdno. Záťaž je pripojená na sekundár transformátora. Tento režim je bežný.
Fáza skratu nastáva, ak je odpor sekundárnej cievky jedinou záťažou. V tomto režime sa určujú straty ohrevom cievky v obvode. Parametre transformátorov sa zohľadňujú v systéme náhrady prístrojov pomocou nastavenia odporu.
Pomer vstupného a výstupného výkonu určuje účinnosť transformátora.
Aplikácie
Domáce spotrebiče majú uzemňovací kontakt cez nulový vodič. Spotrebiteľ, ktorý sa súčasne dotkne fázového a nulového obvodu, spôsobí poruchu slučky a poranenie osôb. Pripojenie cez oddeľovací transformátor umožňuje zabezpečiť bezpečnosť osôb, pretože sekundárne vinutie nemá kontakt so zemou.
Impulzné jednotky sa používajú pri prenose obdĺžnikových rázov a transformácii krátkych signálov na záťaž. Na výstupe sa mení polarita a amplitúda prúdu, ale napätie zostáva nezmenené.
Meracie zariadenie na jednosmerný prúd je magnetický zosilňovač. Zmenu striedavého napätia napomáha smerový pohyb malých výkonových elektrónov. Usmerňovač dodáva konštantnú energiu a závisí od hodnôt prichádzajúcej elektrickej energie.
Výkonové jednotky sa vo veľkej miere používajú v generátoroch malého prúdu, generátoroch elektrického prúdu a generátoroch stredného prúdu v dieselových motoroch. Transformátory sa montujú do série so záťažou, zariadenie je pripojené k zdroju primárnym vinutím, sekundárny obvod dodáva transformovanú energiu. Hodnota výstupného prúdu je priamo úmerná zaťaženiu. Ak je generátor trojfázový, používa sa zariadenie s 3 magnetickými tyčami.
Invertujúce jednotky majú tranzistory rovnakej vodivosti a na výstupe zosilňujú len časť signálu. Na úplnú konverziu napätia sa na oba tranzistory aplikuje impulz.
Zosúhlasovacie zariadenie sa používa na pripojenie k elektronickým zariadeniam s vysokým odporom na vstupe a výstupe záťaže s nízkym prietokom energie. Jednotky sú užitočné vo vysokofrekvenčných vedeniach, kde rozdiel v magnitúde vedie k strate výkonu.
Typy transformátorov
Primárny a sekundárny prúd určuje klasifikáciu transformátorov. V bežných typoch sa hodnota pohybuje v rozmedzí 1-5 A.
Oddeľovacia jednotka neposkytuje žiadne spojenie medzi dvoma cievkami. Zariadenie zabezpečuje galvanické oddelenie, t. j. prenos impulzu bezkontaktným spôsobom. Bez neho je prúd tečúci medzi obvodmi obmedzený len odporom, ktorý sa vzhľadom na jeho malú hodnotu nezohľadňuje.
Vyrovnávací transformátor zabezpečuje, aby boli rôzne hodnoty odporu prispôsobené na minimalizáciu skreslenia tvaru impulzu na výstupe. Používa sa na zabezpečenie galvanického oddelenia.
Skôr ako zistíme, čo sú transformátory elektrického vedenia, je potrebné poznamenať, že sú k dispozícii na použitie s vysokovýkonnými sieťami. Zariadenia na striedavý prúd upravujú hodnoty energie v odberných zariadeniach a pracujú v miestach s vysokou kapacitou a rýchlosťou zmeny elektrickej energie.
Rotačný transformátor by sa nemal zamieňať s rotačným zariadením - strojom na premenu uhla otáčania na napätie obvodu, ktorého účinnosť závisí od rýchlosti otáčania. Zariadenie vysiela elektrický impulz do pohyblivých častí zariadenia, ako je napríklad hlava videorekordéra. Dvojité jadro s oddelenými vinutiami, z ktorých jedno sa otáča okolo druhého.
Olejová jednotka používa na chladenie cievok špeciálny transformátorový olej. Majú uzavretý magnetický obvod. Na rozdiel od leteckých typov môžu spolupracovať s vysokovýkonnými sieťami.
Zváracie transformátory na optimalizáciu prevádzky zariadenia, zníženie napätia a generovanie vysokofrekvenčného prúdu. To sa dosiahne zmenou indukčnosti alebo charakteristiky bez zaťaženia. Kroková regulácia sa vykonáva usporiadaním elektrického vinutia na vodičoch.
