Transformátory sú najznámejšie zariadenia v energetických systémoch. Sú veľké, výrazné, v princípe jednoduché, ale vyžadujú si veľa údržby, vďaka čomu sa zdajú byť oveľa masívnejšie ako „káble“. Na schéme elektrickej siete sú transformátory ako chrbticové uzly, zatiaľ čo iné zariadenia slúžia ako ich spojenia.

Tento článok predstaví komponenty, princípy, funkcie, klasifikáciu a aplikačné scenáre transformátorov.

1.Zloženie transformátora

Transformátor pozostáva hlavne z jadra a vinutia.

Jadro slúži ako dráha magnetického obvodu transformátora, zatiaľ čo vinutia sú časťou elektrického obvodu, ktorá je vytvorená navinutím určitého počtu závitov smaltovaného- drôtu.

To, ktoré je pripojené k zdroju energie, sa nazýva primárne vinutie, známe tiež ako primárna cievka. Ten, ktorý je pripojený k záťaži, sa nazýva sekundárne vinutie, tiež známe ako sekundárna cievka alebo sekundárne bočné vinutie.

Základnými formami štruktúr jadra sú jadro{0} v tvare srdca a typ plášťa.

• Transformátor jadra-v tvare srdca

Stĺpce transformátora -jadra sú obklopené vinutiami. Jednoducho povedané, vinutia obopínajú jadro, vďaka čomu je konštrukcia relatívne jednoduchá a ľahšie sa montuje a izoluje, a preto transformátory často používajú štruktúru typu jadro -.

• Transformátor typu-shell

V transformátore typu shell -obklopuje jadro vinutie. Transformátory typu Shell- majú vysokú mechanickú pevnosť a vyčnievajúce rohy, ale ich výrobný proces je zložitý a vyžaduje viac materiálov. Zvyčajne sa používajú iba v nízko-napäťových, vysoko{5}}prúdových transformátoroch alebo v malokapacitných výkonových transformátoroch.

2.Základný pracovný princíp transformátora

Transformátor pracuje na princípe elektromagnetickej indukcie.

Keď je na oba konce primárneho vinutia pripojené vhodné striedavé napájanie, pri pôsobení napájacieho napätia u₁, striedavý prúd i₀ preteká primárnym vinutím a vytvára magnetomotorickú silu v primárnom vinutí. Tým sa v jadre vybudí striedavý magnetický tok ϕ. Tento striedavý tok ϕ spája primárne aj sekundárne vinutie. Podľa zákona elektromagnetickej indukcie indukované elektromotorické sily napr₁a e₂sa generujú v primárnom a sekundárnom vinutí. Vplyvom indukovanej elektromotorickej sily napr₂sekundárne vinutie môže dodávať energiu záťaži, čím sa dosiahne prenos energie.

Pomer indukovaných elektromotorických síl v primárnom a sekundárnom vinutí sa rovná pomeru počtu závitov v primárnom a sekundárnom vinutí. Veľkosť indukovanej elektromotorickej sily e₁na primárnej strane je blízko privedenému napätiu u₁na primárnej strane, pričom veľkosť indukovanej elektromotorickej sily e₂na sekundárnej strane je blízko výstupnému napätiu u₂na sekundárnej strane.

Preto jednoduchou zmenou počtu závitov v primárnom alebo sekundárnom vinutí raz alebo dvakrát sa výstupné napätie u₂možno upraviť. Toto je základný pracovný princíp transformátora, ktorý využíva princíp elektromagnetickej indukcie na premenu zdroja striedavého prúdu jednej úrovne napätia na zdroj striedavého prúdu rovnakej frekvencie, ale inej úrovne napätia.

2.Základné funkcie transformátora

Medzi základné funkcie transformátora patrí konverzia napätia, konverzia prúdu, konverzia impedancie, izolácia a regulácia napätia.

Transformácia napätia: Transformátory môžu zvýšiť alebo znížiť napätie striedavého prúdu, aby vyhovovali rôznym potrebám elektrickej energie. Napríklad stúpajúci-transformátor sa používa na zvýšenie napätia z elektrárne, aby sa znížili straty energie počas prenosu, zatiaľ čo znižovací-transformátor sa používa na zníženie vysokého napätia na bezpečné napätie.

Transformácia prúdu: Zmenou napätia mení transformátor zodpovedajúcim spôsobom aj prúd. Podľa zákona zachovania výkonu, keď sa napätie zvyšuje, prúd klesá a naopak. Táto vlastnosť robí transformátory veľmi dôležitými pri prenose energie, pretože dokážu efektívne riadiť prúdové zaťaženie.

Transformácia impedancie: Transformátory môžu zmeniť impedanciu obvodu, čím sa stáva vhodnejším pre rôzne podmienky zaťaženia. Toto je obzvlášť dôležité v audio zariadeniach a iných elektronických zariadeniach, pretože to môže zlepšiť účinnosť prenosu signálu.

Izolácia: Transformátory môžu poskytovať elektrickú izoláciu, čím chránia bezpečnosť zariadení a používateľov. Táto izolácia môže zabrániť tomu, aby vysoké napätie poškodilo nízkonapäťové-zariadenia, čím sa zabezpečí bezpečná prevádzka zariadenia.

Regulácia napätia: Určité typy transformátorov (ako sú saturovateľné reaktory) možno použiť na reguláciu napätia, čím pomáhajú udržiavať stabilitu napätia a zabezpečujú spoľahlivosť a stabilitu napájacieho systému.

4.Klasifikácia transformátorov

4.1 Klasifikované podľa kapacity

• Malý transformátor: napätie pod 10KV, kapacita medzi 1 a 500KVA.

• Malé a stredné-transformátory: napätie 35 kV a nižšie, výkon od 630 do 6300 kVA.

• Veľké transformátory: napätie 110 kV a nižšie, kapacita medzi 8000 a 63000 kVA.

4.2 Klasifikované podľa použitia

• Výkonový transformátor: Používa sa na zvyšovanie, zostupovanie, distribúciu a prepojenie v systémoch prenosu a distribúcie energie, alebo sa používa špeciálne ako transformátory pre elektrárne a rozvodne.

• Prístrojové transformátory: ako sú napäťové transformátory a prúdové transformátory, používané na meracie prístroje a reléové ochranné zariadenia.

• Výkonový transformátor: používa sa na riadenie napájania, osvetlenia a indikátorov všeobecných mechanických zariadení.

• Elektronický transformátor: používa sa v elektronických obvodoch, ako sú spínané{0}}režimové zdroje napájania, audio, pulzné a impedančné prispôsobenie.

• Testovací transformátor: schopný generovať vysoké napätie na vykonávanie vysokonapäťových{0}}testov elektrických zariadení.

• Špeciálne transformátory: ako sú transformátory elektrických pecí, usmerňovacie transformátory, transformátory regulujúce napätie atď.

4.3Klasifikované podľa počtu fáz vinutia transformátora

• Jednofázový -transformátor: používa sa pre jedno-fázové záťaže a tri{2}}fázové transformátory.

• Troj{0}}fázový transformátor: Používa sa na zvýšenie alebo zníženie napätia v trojfázových{1}}systémoch.

4.4 Klasifikácia podľa metódy chladenia transformátora

• Suchý-transformátor: Chladený prúdením vzduchu, všeobecne sa používa pre transformátory s malou{1}}kapacitou, ako sú miestne osvetlenie a elektronické obvody.

• Olejový-transformátor: Transformátor, ktorý používa transformátorový olej ako izolačné a chladiace médium, pričom jadro a vinutia sú úplne ponorené do izolačného oleja.

4.5 Klasifikované podľa typu pripojenia vinutia transformátora

• Transformátor s dvojitým vinutím{0}: Používa sa na pripojenie dvoch úrovní napätia v napájacom systéme.

• Transformátor s tromi vinutiami: Všeobecne sa používa v regionálnych rozvodniach energetického systému na pripojenie troch napäťových úrovní.

• Autotransformátor: Primárne a sekundárne vinutie sú spojené do jedného, ​​ktorý sa používa na pripojenie energetických systémov rôznych napätí. Dá sa použiť aj ako bežný transformátor s krokom -nahor alebo nadol-.

4.6 Klasifikované podľa prevádzkovej frekvencie transformátora

• Výkonový frekvenčný transformátor: jeho pracovná frekvencia je 50 Hz alebo 60 Hz.
• Medzifrekvenčný transformátor: jeho pracovná frekvencia je 400–1000 Hz.
• Audiofrekvenčný transformátor: jeho pracovná frekvencia je 20Hz–20kHz.

• Nadzvukový frekvenčný transformátor: Jeho prevádzková frekvencia je nad 20 kHz, vo všeobecnosti nepresahuje 100 kHz.

• Vysokofrekvenčný{0}transformátor: Transformátor s prevádzkovou frekvenciou v rozsahu od 20 Hz do viac ako 100 kHz.

5.Aplikačné scenáre transformátorov

5.1 Napájací systém

• Elektrárne: Transformátory sa používajú na zvýšenie napätia generovaného generátormi na prenos do elektrickej siete, čo umožňuje-prenos elektriny na veľké vzdialenosti.

• Rozvodne: Transformátory v rozvodniach premieňajú vysoko{0}}elektrickú energiu na nízkonapäťovú{1}}elektrickú energiu, aby vyhovovali potrebám rôznych elektrických zariadení. Transformátory môžu zároveň vykonávať funkcie, ako je kompenzácia jalového výkonu a nastavenie napätia, čím sa zabezpečí stabilná prevádzka energetického systému.

• Prenosové vedenia: V prenosových vedeniach sa transformátory používajú na zvýšenie napätia, aby sa znížili straty energie, čím sa dosiahne efektívny prenos elektriny-na veľké vzdialenosti.

5.2 Občiansky sektor

• Elektrina pre domácnosť: Výkonové transformátory premieňajú vysoko{0}}elektrickú energiu na nízkonapäťovú{1}}elektrinu vhodnú na domáce použitie, čím zaisťujú obyvateľom normálnu spotrebu elektriny.

• Nabíjanie batérií: Či už ide o notebook, telefón alebo elektrické vozidlo, tieto zariadenia vyžadujú na prevádzku batérie a nabíjanie batérií vyžaduje transformátor. Hlavnou funkciou transformátora je regulácia napätia a zabránenie prechodu zvodových prúdov alebo rázových prúdov cez zariadenia.

5.3 Komunikačné pole

Komunikačné transformátory sa používajú v obvodoch telefónnych koncových zariadení a produktoch diaľkového vedenia na reguláciu kvality a stavu komunikačných obvodov. Okrem toho sú komunikačné transformátory široko používané v káblových modemoch, sieťových kartách, rozbočovačoch, xDSL širokopásmových komunikačných zariadeniach, prepínačoch, optických transceiveroch, smerovačoch, vstavaných systémoch a sieťových komunikačných zariadeniach VoIP.

5.4 Ďalšie špeciálne aplikácie

• Zvukové zariadenia: Zvukové transformátory sa bežne používajú na izoláciu signálov pretekajúcich obvodom a pomáhajú prispôsobiť impedančné hodnoty zdroja a záťaže. Môžu tiež eliminovať nežiaduce alebo zašumené signály a filtrovať vstupný signál. Tieto typy transformátorov sú špeciálne navrhnuté na spracovanie signálov v rámci počuteľného rozsahu, to znamená signálov s frekvenciami medzi 20 Hz a 20 kHz.

• Meracie prístroje: Merače prúdu, merače napätia a rôzne iné meracie nástroje a zariadenia zvyčajne používajú transformátory na všeobecnú prevádzku. Napríklad meracie transformátory prúdu poskytujú potrebnú bezpečnosť pre obvod tým, že izolujú meracie zariadenie od zvyšku obvodu a potlačia alebo znížia veľké prúdy na optimálne hodnoty pred ich privedením do ampérmetra.

• Usmernenie: Usmerňovacie transformátory dokážu konvertovať striedavý prúd na jednosmerný prúd pomocou aplikácií vrátane riadenia motorov, baníctva, elektrických pecí, výskumných a vývojových laboratórií, vysokonapäťového prenosu jednosmerného prúdu a ďalších.