En transformer er en elektromagnetisk enhed, der bruges til at konvertere vekselstrøm af en spænding og frekvens til vekselstrøm med en anden (eller lige) spænding og samme frekvens.
Indhold
Enheden og driften af transformeren
I det simpleste tilfælde transformer indeholder en primær vikling med antallet af vindinger W1 og en sekundær med antallet af omdrejninger W2. Energi tilføres primærviklingen, belastningen er forbundet til sekundærviklingen. Overførsel af energi sker ved elektromagnetisk induktion. For at forbedre den elektromagnetiske kobling er viklingerne i de fleste tilfælde placeret på en lukket kerne (magnetisk kredsløb).
Hvis en vekselspænding U påføres primærviklingen1, derefter en vekselstrøm I1, hvilket skaber en magnetisk flux Ф af samme form i kernen.Denne magnetiske flux inducerer en EMF i sekundærviklingen. Hvis en belastning er forbundet til det sekundære kredsløb, vil en sekundær strøm I2.
Spændingen i sekundærviklingen bestemmes af forholdet mellem vindinger W1 og W2:
U2=U1*(W1/W2)=U1/k, hvor k er transformationsforhold.
Hvis k<1, så U2>U1, og sådan en transformer kaldes step-up. Hvis k>1, så U2<U1, sådan transformeren kaldes step down. Da transformatorens udgangseffekt er lig med indgangseffekten (minus tabene i selve transformeren), kan vi sige, at Pout \u003d Pin, U1*JEG1=U2*JEG2 og jeg2=I1*k=I1*(W1/W2). I en tabsfri transformer er indgangs- og udgangsspændingerne således direkte proportionale med forholdet mellem viklingsdrejninger. Og strømmene er omvendt proportionale med dette forhold.
En transformer kan have mere end én sekundærvikling med forskellige forhold. Så en transformer til strømforsyning af husholdningslampeudstyr fra et 220 volt netværk kan have en sekundær vikling, for eksempel 500 volt til strømforsyning af anodekredsløb og 6 volt til strømforsyning af glødekredsløb. I det første tilfælde k<1, i det andet - k>1.
Transformatoren fungerer kun med vekselspænding - for forekomsten af EMF i sekundærviklingen skal den magnetiske flux ændres.
Typer af kerner til transformere
I praksis anvendes ikke kun kerner med den angivne form. Afhængigt af formålet med enheden kan magnetiske kredsløb udføres på forskellige måder.
Stangkerner
De magnetiske kredsløb af lavfrekvente transformere er lavet af stål med udtalte magnetiske egenskaber.For at reducere hvirvelstrømme er kernearrayet samlet af separate plader, der er elektrisk isoleret fra hinanden. For at arbejde ved høje frekvenser bruges andre materialer, for eksempel ferritter.
Den ovenfor betragtede kerne kaldes en kerne og består af to stænger. Til enfasede transformatorer anvendes også tre-stangs magnetiske kredsløb. De har mindre magnetisk lækageflux og højere effektivitet. I dette tilfælde er både de primære og sekundære viklinger placeret på kernens centrale stang.
Trefasede transformatorer er også lavet på tre-stangs kerner. De har de primære og sekundære viklinger af hver fase, hver placeret på sin egen kerne. I nogle tilfælde bruges femstangs magnetiske kredsløb. Deres viklinger er placeret på nøjagtig samme måde - hver primær og sekundær på sin egen stang, og de to ekstreme stænger på hver side er kun beregnet til at lukke magnetiske fluxer i visse tilstande.
pansrede
I den pansrede kerne er enfasede transformere lavet - begge spoler er placeret på den centrale kerne af det magnetiske kredsløb. Den magnetiske flux i en sådan kerne lukker på samme måde som en trestangskonstruktion - gennem sidevæggene. Lækagefluxen er meget lille i dette tilfælde.
Fordelene ved dette design inkluderer en vis gevinst i størrelse og vægt på grund af muligheden for tættere fyldning af kernevinduet med vikling, så det er fordelagtigt at bruge pansrede kerner til fremstilling af laveffekttransformatorer. Dette resulterer også i et kortere magnetisk kredsløb, hvilket medfører en reduktion af tomgangstab.
Ulempen er vanskeligere adgang til viklingerne til revision og reparation, samt den øgede kompleksitet af fremstilling af isolering til højspændinger.
Toroidal
I toroidale kerner er den magnetiske flux helt lukket inde i kernen, og der er praktisk talt ingen magnetisk lækage. Men sådanne transformere er svære at vinde, så de bruges ret sjældent, for eksempel i laveffekt justerbare autotransformere eller i højfrekvente enheder, hvor støjimmunitet er vigtig.
Autotransformer
I nogle tilfælde er det tilrådeligt at bruge sådanne transformere, som ikke kun har en magnetisk forbindelse mellem viklingerne, men også en elektrisk. Det vil sige, i step-up-enheder er den primære vikling en del af den sekundære, og i step-down-enheder den sekundære del af den primære. En sådan enhed kaldes en autotransformer (AT).
En step-down autotransformer er ikke en simpel spændingsdeler - magnetisk kobling er også involveret i overførslen af energi til det sekundære kredsløb.
Fordelene ved autotransformere er:
- mindre tab;
- muligheden for jævn spændingsregulering;
- mindre vægt- og størrelsesindikatorer (en autotransformer er billigere, det er lettere at transportere den);
- lavere omkostninger på grund af den mindre nødvendige mængde materiale.
Ulemperne omfatter behovet for at bruge isolering af begge viklinger, designet til højere spænding, samt manglen på galvanisk isolation mellem input og output, som kan overføre virkningerne af atmosfæriske fænomener fra det primære kredsløb til det sekundære. I dette tilfælde kan elementerne i det sekundære kredsløb ikke jordes.Også ulempen ved AT anses for at være øgede kortslutningsstrømme. For trefasede autotransformere er viklingerne normalt forbundet i en stjerne med en jordet neutral, andre tilslutningsordninger er mulige, men for komplicerede og besværlige. Dette er også en ulempe, der indsnævrer omfanget af autotransformatorer.
Anvendelse af transformere
Transformatorers egenskab til at øge eller sænke spændingen er meget udbredt i industrien og i hverdagen.
Spændingstransformation
Der stilles forskellige krav til niveauet af industriel spænding på forskellige stadier. Når man producerer elektricitet, er det af forskellige årsager urentabelt at bruge højspændingsgeneratorer. Derfor bruges for eksempel generatorer til 6 ... 35 kV på vandkraftværker. For at transportere elektricitet har du tværtimod brug for en øget spænding - fra 110 kV til 1150 kV, afhængigt af afstanden. Yderligere reduceres denne spænding igen til niveauet 6 ... 10 kV, fordelt til lokale understationer, hvorfra den reduceres til 380 (220) volt og kommer til slutforbrugeren. I husholdnings- og industriapparater skal den også sænkes, normalt til 3 ... 36 volt.
Alle disse operationer udføres med ved hjælp af krafttransformatorer. De kan være tørre eller oliebaserede. I det andet tilfælde placeres kernen med viklinger i en tank med olie, som er et isolerende og kølende medium.
Galvanisk isolering
Galvanisk isolering øger sikkerheden ved elektriske apparater. Hvis enheden ikke forsynes direkte fra et 220 volt netværk, hvor en af lederne er forbundet til jorden, men gennem en 220/220 volt transformer, så vil forsyningsspændingen forblive den samme.Men med samtidig berøring af jorden og sekundære strømførende dele af kredsløbet for strømstrømmen, vil der ikke være nogen strøm, og faren for elektrisk stød vil være meget lavere.
Spændingsmåling
I alle elektriske installationer er det nødvendigt at kontrollere spændingsniveauet. Hvis der anvendes en spændingsklasse op til 1000 volt, så er voltmetrene forbundet direkte til strømførende dele. I elektriske installationer over 1000 volt vil dette ikke fungere - enheder, der kan modstå en sådan spænding, viser sig at være for omfangsrige og usikre i tilfælde af et isolationsbrud. Derfor er voltmetre i sådanne systemer forbundet til højspændingsledere gennem transformere med et bekvemt transformationsforhold. For eksempel bruges instrumenttransformere 1:100 til 10 kV-netværk, udgangen er en standardspænding på 100 volt. Hvis spændingen på den primære vikling ændres i amplitude, ændres den samtidig på den sekundære. Voltmeterskalaen er normalt gradueret i det primære spændingsområde.
Transformatoren er et ret komplekst og dyrt element til produktion og vedligeholdelse. Men på mange områder er disse enheder uundværlige, og der er intet alternativ til dem.
Lignende artikler:
