Transformatorius yra elektromagnetinis prietaisas, naudojamas vienos įtampos ir dažnio kintamajai srovei paversti kitos (arba vienodos) įtampos ir to paties dažnio kintamąja srove.
Turinys
Transformatoriaus konstrukcija ir paskirtis
Paprasčiausiu atveju Transformatorius turi pirminę apviją, kurios apvijų skaičius W1 ir antrinis, kurio W2. Energija prijungta prie pirminės apvijos, apkrova - prie antrinės apvijos. Energija perduodama per elektromagnetinę indukciją. Siekiant sustiprinti elektromagnetinį ryšį, apvijos paprastai montuojamos ant uždaros šerdies (magnetinės šerdies).
Jei kintamoji įtampa U1į pirminę apviją tiekiama kintamoji srovė I1kuris šerdyje indukuoja tokios pat formos magnetinį srautą F. Šis magnetinis srautas antrinėje apvijoje indukuoja elektromagnetinį lauką. Jei prie antrinės grandinės prijungiama apkrova, antrinė srovė I2.
Įtampą antrinėje apvijoje lemia vijų santykis W1 ir W2:
U2=U1*(W1/W2)=U1/k, kur k transformacijos koeficientas.
Jei k<1, tuomet U2>U1, o toks transformatorius vadinamas pakopiniu transformatoriumi. Jei k>1 , tuomet U2
Transformatorius gali turėti daugiau nei vieną antrinę apviją su skirtingais transformatoriaus santykiais. Pavyzdžiui, 220 voltų transformatorius, skirtas buitinėms lemputėms maitinti, gali turėti vieną antrinę apviją, pvz., 500 voltų, skirtą anodinėms grandinėms maitinti, ir 6 voltų, skirtą kaitrinėms grandinėms maitinti. Pirmuoju atveju k<1, antruoju atveju k>1.
Transformatorius veikia tik esant kintamajai įtampai - kad antrinėje apvijoje atsirastų elektromagnetinis laukas, turi keistis magnetinis srautas.
Transformatorių šerdies tipai
Praktikoje naudojami ne tik nurodytos formos šerdys. Atsižvelgiant į prietaiso paskirtį, magnetinės šerdys gali būti gaminamos įvairiais būdais.
Šerdies branduoliai
Žemo dažnio transformatorių šerdys gaminamos iš plieno, pasižyminčio ryškiomis magnetinėmis savybėmis. Siekiant sumažinti sūkurines sroves, šerdies masyvas yra sudarytas iš atskirų plokštelių, kurios yra elektriškai izoliuotos viena nuo kitos. Aukštiems dažniams naudojamos kitos medžiagos, pavyzdžiui, feritas.
Pirmiau aptarta šerdis vadinama šerdies masyvu ir yra sudaryta iš dviejų strypų. Vienfaziams transformatoriams taip pat naudojamos trijų branduolių šerdys. Jie pasižymi mažesniu išsklaidytu magnetiniu srautu ir didesniu efektyvumu. Šiuo atveju tiek pirminė, tiek antrinė apvija yra ant centrinės šerdies.
Trifaziai transformatoriai taip pat gaminami ant trifazių šerdžių. Kiekvienos fazės pirminė ir antrinė apvijos yra ant atskiros šerdies. Kai kuriais atvejais naudojami penkių branduolių branduoliai. Jų išsidėstymas yra toks pat - pirminė ir antrinė šerdys yra abiejose šerdies pusėse, o dvi kraštinės šerdys kiekvienoje pusėje naudojamos magnetiniams srautams sujungti atliekant tam tikras operacijas.
Šarvuotos šerdys
Vienfaziai transformatoriai gaminami su šarvuotomis šerdimis - abi ritės yra ant centrinės magnetinės šerdies. Magnetinis srautas šioje šerdyje sujungiamas panašiai kaip ir trijų šerdžių įrenginyje, t. y. per šonines sieneles. Šiuo atveju sklaidos srautas yra labai mažas.
Šios konstrukcijos privalumas yra tas, kad dėl galimybės tankiau užpildyti šerdies langelį apvijomis šiek tiek padidėja dydis ir svoris, todėl mažos galios transformatoriams naudinga naudoti šarvuotas šerdis. Dėl to trumpesnė magnetinė grandinė, todėl mažesni tuščiosios eigos nuostoliai.
Trūkumas yra tas, kad apvijos sunkiau prieinamos apžiūrai ir remontui, o aukštos įtampos izoliaciją sudėtingiau pagaminti.
Toroidinis
Naudojant toroidines šerdis, magnetinis srautas yra visiškai uždarytas šerdyje ir beveik nėra magnetinio srauto nuotėkio. Tačiau šiuos transformatorius sunku vynioti, todėl jie naudojami labai retai, pavyzdžiui, reguliuojamuose mažos galios autotransformatoriuose arba aukšto dažnio įrenginiuose, kur svarbus atsparumas trukdžiams.
Autotransformatorius
Kai kuriais atvejais patartina naudoti transformatorius, kurių apvijos sujungtos ne tik magnetiniu, bet ir elektriniu ryšiu. Tai reiškia, kad didinančioje apvijoje pirminė apvija yra antrinės apvijos dalis, o mažinančioje apvijoje antrinė apvija yra pirminės apvijos dalis. Toks prietaisas vadinamas autotransformatoriumi (AT).
Pakopinis autotransformatorius nėra paprastas įtampos daliklis - perduodant energiją į antrinę grandinę taip pat naudojama magnetinė jungtis.
Autotransformatorių privalumai:
- mažesni nuostoliai;
- galimybė tolygiai reguliuoti įtampą;
- mažesni matmenys (autotransformatoriai yra pigesni, juos lengviau transportuoti);
- Mažesnės sąnaudos dėl mažesnio medžiagų poreikio.
Trūkumai yra šie: reikia aukštesnės įtampos abiejų apvijų izoliacijos ir galvaninio atskyrimo tarp įėjimo ir išėjimo, kuris gali perduoti atmosferos poveikius iš pirminės į antrinę grandinę. Tuo pat metu antrinės grandinės elementai neturi būti įžeminti. Be to, padidėjusios trumpojo jungimo srovės laikomos AT trūkumu. Trijų fazių autotransformatorių apvijos paprastai jungiamos žvaigžde su įžeminta neutrale, galimos ir kitokios jungimo schemos, tačiau jos pernelyg sudėtingos ir nepatogios. Tai taip pat yra trūkumas, kuris gali apriboti automatinių transformatorių naudojimą.
Transformatorių taikymas
Transformatorių savybė didinti arba mažinti įtampą plačiai naudojama pramonėje ir privačiuose namų ūkiuose.
Įtampos transformacija
Skirtinguose etapuose pramoninės įtampos lygiui keliami skirtingi reikalavimai. Dėl įvairių priežasčių elektros energijos gamybai nenaudingi aukštos įtampos generatoriai. Todėl, pavyzdžiui, hidroelektrinėse naudojami 6...35 kV generatoriai. Tuo tarpu elektros energijai transportuoti reikia didesnės įtampos - nuo 110 kV iki 1150 kV, priklausomai nuo atstumo. Tada ši įtampa vėl sumažinama iki 6...10 kV, paskirstoma į vietines pastotes, iš kurių ji sumažinama iki 380 (220) voltų ir tiekiama galutiniam vartotojui. Buitiniams ir pramoniniams prietaisams jis taip pat turi būti sumažintas, paprastai iki 3...36 voltų.
Visi šie veiksmai atliekami naudojant ... galios transformatoriai. Jos gali būti sausos arba aliejinės. Pastaruosiuose varikliuose šerdis ir apvijos yra alyvos, kuri veikia kaip izoliacinė ir aušinimo terpė, talpykloje.
Galvaninis atskyrimas
Galvaninis atskyrimas padidina elektros prietaisų saugumą. Jei įrenginys maitinamas ne tiesiogiai iš 220 voltų tinklo, kur vienas iš laidininkų sujungtas su žeme, o per 220/220 voltų transformatorių, maitinimo įtampa išlieka tokia pati. Tačiau jei įžeminimo ir antrinės srovės dalys liečiasi tuo pačiu metu, srovės tekėjimo grandinė nesusidarys, o elektros smūgio pavojus bus daug mažesnis.
Įtampos matavimas
Visuose elektros įrenginiuose turi būti stebimas įtampos lygis. Jei naudojama iki 1000 voltų įtampos klasė, voltmetrai montuojami tiesiai prie įtampą turinčių dalių. Didesnės nei 1000 V įtampos įrenginiuose tai neįmanoma - prietaisai bus pernelyg nepatogūs ir gali būti nesaugūs izoliacijos gedimo atveju. Todėl tokiose sistemose voltmetrai prie aukštos įtampos laidininkų jungiami per transformatorius su tinkamu transformacijos koeficientu. Pavyzdžiui, 10 kV tinklams naudojami 1:100 transformatoriai, o išėjimo įtampa yra standartinė 100 voltų. Jei keičiasi pirminės įtampos amplitudė, tuo pačiu metu ji keičiasi ir antrinėje įtampoje. Voltmetro skalė paprastai graduojama pirminės įtampos diapazone.
Transformatorius yra gana sudėtingas ir brangus komponentas, kurį reikia gaminti ir prižiūrėti. Tačiau daugelyje sričių šie prietaisai yra būtini ir jiems nėra alternatyvos.
Susiję straipsniai:
