Integrovaná střední škola, Sokolnice 496

Transkript

1 Integrovaná střední škola, Sokolnice 496 Název projektu: Moderní škola Registrační číslo: CZ.1.07/1.5.00/ Název klíčové aktivity: V/2 - Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Kód výstupu: VY_52_INOVACE_03_SE_13 Autor: Petr Matyáš Předmět: Odborný výcvik Téma: Měření na transformátoru Ročník: Čtvrtý, třetí Způsob využití ICT: Druh učebního materiálu: Prezentace Power Point Datum tvorby: Anotace: Práce seznamuje žáky s principem transformátoru, jeho vlastnostmi, a základním měřením na transformátoru. Zdroje: Wikipedie:Transformátor, dostupné z: Citace:

2 Transformátory Jsou to elektrické stroje netočivé. Umožňují přenášet elektrickou energii z jednoho obvodu do jiného pomocí vzájemné elektromagnetické indukce. Mohou pracovat pouze se střídavým proudem nebo pulzy. Skládají se z primární a sekundárních cívek. Cívky bývají navinuty na společném feromagnetickém jádru Jádro bývá vyrobeno z transformátorových plechů. 2

3 Základní princip transformátoru Transformátor je měnič střídavého proudu. Skládá se ze tří hlavních částí: vinutí, magnetický obvod, izolační systém. Primární vinutí slouží k převodu elektrické energie na magnetickou. Procházejícím proudem se vytváří magnetický tok Φ [Fí]. Tento tok je veden magnetickým obvodem (jádrem) k sekundární cívce. Účelem magnetického obvodu většiny transformátorů je zajistit, aby co nejvíce magnetických siločar procházelo zároveň primární a sekundární cívkou. V sekundární cívce se indukuje elektrické napětí. Proto transformátor pracuje jen na střídavý nebo pulsující proud, protože u stejnosměrného proudu se nemění magnetický tok (tj. derivace konstantního toku je nulová) a na sekundárním vinutí nevzniká žádné napětí. 3

4 Princip činnosti Pracují na principu elektromagnetické indukce časovou změnou magnetického toku. Primární cívka ve svém obvodu působí jako spotřebič, sekundární cívka působí jako zdroj. Po přivedení střídavého napětí na primární vinutí začne obvodem protékat střídavý proud. charakterizované magnetickým tokem Φ. Tento tok se uzavírá převážně jádrem transformátoru a svými účinky zasahuje vinutí sekundární cívky. Vlivem časové změny magnetického toku se v sekundárních vodičích indukuje střídavé napětí. 4

5 Účinnost transformátorů Účinnost je poměr výkonu k příkonu. Čím menší je účiník připojených spotřebičů, tím menší je také účinnost transformátoru 5

6 Magnetické obvody a ztráty v transformátoru Součet ztrát nakrátko a naprázdno dosahuje u moderních energetických transformátorů velkých výkonů (MVA) pouze 0,5 %, účinnost je tedy 99,5 %. U malých transformátorů převládají ztráty nakrátko (ve vinutí) řádově 10 %. 6

7 Ztráty nakrátko ( v mědi ) Jsou způsobeny ohmickým odporem vodiče tvořícího vinutí primární a sekundární cívky. Vinutí je obvykle z mědi nebo hliníku. Díky průchodu proudu tímto vodičem dochází k přeměně části přenášené energie na Jouleovo teplo, které se vyzáří v podobě tepelné energie a způsobuje oteplení vinutí transformátoru. Ztráty nakrátko jsou proměnlivé podle zatížení transformátoru, tedy podle toho jak velký výkon transformátor přenáší. Ztráty nakrátko se měří při zkratovaném sekundárním vinutí (zapojení nakrátko = do zkratu) a při napájení transformátoru napětím sníženým na takovou úroveň, aby proud primárním vinutím byl roven jmenovitému proudu (a nebo se na tyto podmínky následně přepočítávají). Z tohoto měření se vypočítá napětí nakrátko, ztráty nakrátko a hodnoty prvků náhradního obvodu transformátoru: odpory vinutí R1+p^2*R2 a rozptylové toky vinutí. Napětí nakrátko je charakteristickou hodnotou transformátoru a často se udává v procentech jmenovitého napětí. Čím větší je napětí nakrátko, tím menší je proud nakrátko a tím menší jsou i ztráty ve vinutí transformátoru. Transformátory s velkým zkratovým napětím jsou měkké zdroje napětí, transformátory s malým zkratovým napětím jsou tvrdé zdroje napětí. 7

8 Měření transformátoru nakrátko Příklad Jmenovitý sekundární proud 8

9 Ztráty naprázdno ( v železe ) Jsou to ztráty především v magnetickém obvodu transformátoru. Mají tyto složky: Magnetizační ztráty jsou ztracená energie potřebná k přemagnetovávání feromagnetického materiálu při střídavém magnetování. Vířivý proud vzniká na principu Faradayova (Zákon elektromagnetické indukce). V tomto případě je to parazitní jev, kdy dochází k naindukování napětí v železném magnetickém obvodě transformátoru. Jelikož jde o kus materiálu je obvod uzavřen a může protékat zkratový proud - (Vířivý proud). Ten je kolmý na směr magnetického indukčního toku. Z důvodu snížení těchto ztrát se magnetický obvod vyrábí obvykle z navzájem izolovaných plechů. Vířivý proud je totiž úměrný kvadrátu plochy na které se indukuje. Rozdělíme-li tuto plochu např. na 100 menší obdélníkových oblastí bude v každém plechu x menší ztráta vířivým proudem. Jelikož je plechů 100 jsou celkové ztráty 100x menší než v případě magnetického obvodu z jednoho kusu. 9

10 Ztráty naprázdno (v železe) Transformátor naprázdno je napájen do vstupního vinutí jmenovitým napětím, obvykle harmonického průběhu a současně má všechny ostatní svorky rozpojeny = bez zátěže. Na svorkách výstupních vinutí můžeme naměřit napětí odpovídající velikosti napájecího napětí přepočteného závitovým převodem. Proud vstupního vinutí je malý. Z výstupních vinutí není odebírán žádný proud ani výkon. Ztráty naprázdno jsou využívány na magnetizaci jádra a krytí ztrát v magnetickém obvodu. Proto se označují ztráty naprázdno = ztráty v železe. 10

11 Ztráty naprázdno (v železe) Ztráty naprázdno se zjišťují měřením naprázdno. Při něm je transformátor napájen do primárního vinutí jmenovitým napětím a současně má všechny ostatní svorky rozpojeny = bez zátěže (na prázdno). Činný proud vstupního vinutí je tedy spotřebován na ztráty naprázdno a můžeme je z něj snadno spočítat. Z měření naprázdno určujeme: proud naprázdno, ztráty naprázdno, převod transformátoru, prvky náhradního obvodu: hlavní indukčnost, elektrický odpor odpovídající ztrátám naprázdno. Do těchto ztrát se započítávají i méně významné děje jako je magnetostrikce - změna mechanických rozměrů magnetického obvodu úměrná magnetickému toku. Tyto periodické změny jsou pak dobře slyšitelné jako tichý tón o dvojnásobku frekvence budícího napětí. Dále sem patří ztráty vířivými proudy ve vinutí transformátoru. Pro jejich snížení se i vinutí zhotovuje složením z více navzájem odizolovaných tenčích vodičů. 11

12 Měření transformátoru naprázdno 12

13 Otázky: 1. Co je to transformátor? 2. Z čeho se skládá jádro transformátoru? 3. Na jaké napětí transformátor pracuje pracuje? 4. Co jsou to ztráty v železe? 5. Čím jsou způsobeny ztráty v mědi 6. Změř transformátor naprázdno. 7. Změř transformátor nakrátko 13