Transformátory ELEKTRONIKA - VOŠ Ing. Petr BANNERT VOŠ a SPŠ Varnsdorf
Transformátory
EI plechy
Toroidní jádro
Hrníčkové jádro
Porovnání EI a toroidních transformátorů
Schématické značky
Rozdělení transformátorů Podle počtu fází - 1 fázové; - 2 fázové; - 3 fázové; - n fázové. Podle aplikace - síťový (Down, Up); - galvanický; - autotransformátor; - NF, SF, VF; - impulsní. Podle provedení - plášťový; - jádrový; - toroidní; - hrníčkový. Podle počtu vinutí - jednovinuťový ; - dvouvinuťový; - trojvunuťový; - vícevinuťový.
Chlazení transformátorů 1. Vzduchem: - malé transformátory; - síťové, impulsní,.; 2. Olejem: - velké transformátory; - distribuční, přenosové, Poznámka: Voda se pro chlazení nepoužívá, protože je i při nepatrném znečištění vodivá a vířivými proudy se rozkládá na vodík a kyslík.
Princip transformátoru - TR je el. netočivý stroj, který umožňuje přenášet el. energii z jednoho obvodu do jiného pomocí vzájemné elektromagnetické indukce o stejné frekvenci; - používá se většinou pro přeměnu AC napětí nebo pro galvanické oddělení obvodů; - TR pracuje na principu elektromagnetické indukce časovou změnou magnetického toku.
Princip transformátoru Φ = B S Fe B max železo :1 až 1,2 T orthoperm : 1,6 T permaloy ferity : 1,8 až 2 T : 0,2 až 0,3 T U = 4, 44 B S f N 1 max Fe 1
Základní parametry Převod transformátoru: U U 1 1 p = = = 2 N N 2 I I 2 1 Účinnost transformátoru, ztráty: a) ideální: 100 % (bezeztrátový) b) reálný : 70 až 95 % (ztráty v Cu, Fe, rozptylem). η = P2 P1 ΔP ΔP 100 = 100 = 1 100 P1 P1 P1
Ztráty nakrátko - Cu (ve vinutí) - primární vinutí je napájeno harmonickým proudem se jmenovitou hodnotou, výstupní svorky jsou spojeny bezodporovou spojkou; - na svorkách zkratovaného výstupního vinutí můžeme naměřit proud, odpovídající velikosti napájecího proudu, přepočteného obrácenou hodnotou závitového převodu (z důvodu rozptylů je menší). - napájecí proud má takovou velikost, aby byla dosažena hodnota jmenovitého proudu v napájecím nebo zkratovaném vinutí (rozhoduje menší hodnota). - napětí na vstupním vinutí je malé = napětí nakrátko; - z výstupních vinutí není odebíráno žádné napětí ani výkon. - ztráty nakrátko (výkon odebíraný z napájecího zdroje) jsou využívány na pokrytí ztrát Jouleova tepla ve vinutích transformátoru. Magnetické toky jsou malé, ztráty v magnetickém obvodu (vířivé proudy)jsou zanedbatelné. Proto se onačují ztráty nakrátko = ztráty v mědi.
Ztráty naprázdno - Fe (v jádře) - transformátor naprázdno je napájen do vstupního vinutí jmenovitým napětím, obvykle harmonického průběhu (tj. sinusového průběhu) a současně má všechny ostatní svorky rozpojeny = bez zátěže; - na svorkách výstupních vinutí můžeme naměřit napětí odpovídající velikosti napájecího napětí přepočteného závitovým převodem (z důvodu rozptylů je menší); - proud vstupního vinutí je malý; - z výstupních vinutí není odebírán žádný proud ani výkon; - ztráty naprázdno (výkon odebíraný z napájecího zdroje) jsou využívány na magnetizaci jádra (vytvoření magnetického toku) a krytí ztrát v magnetickém obvodu (vířivé proudy). Proto se označují ztráty naprázdno = ztráty v železe.
Náhradní schéma transformátoru
Zjednodušený výpočet transformátoru 1. Známe U 1, U 2,, I 2. 2. Vypočteme P 2. 3. Přepočet na P 1. za η dosadíme u malých transformátorů 0,7 pro větší 0,9. 4. Průřez jádra Fe. 5. d vodičů z tab. (z I 1, I 2 ): do 250 VA 2,5 A/mm 2 ; při 500VA 3,1 A/mm 2 ; 6. Počet závitů na 1V. 7. Počet závitů vinutí. 8. Volba jádra. 9. Výpočet R vinutí. 10. Kontrola výpočtu. 11. Měření. P P 2 1 S = N N R 1V 1 1 = = I 2ef P2, η P 45 = S = U N 1 U P 1 2ef 1V f l 2π r = ρ = ρ S S ; P 2 N 2 = U S1 1 kvůli rozptylu 2 N 1 N 1V 1,1
Volba jádra transformátoru - protože neexistuje exaktní vztah mezi průřezem jádra a výkonem, je třeba volit jádro tak, aby hmotnost (rozměry) a cena tvořily optimální kompromis. Empirické hodnoty S Fe jsou přibližně tyto: 10 VA 1,3 cm 2 100 VA 3,7 cm 2 20 VA 2,5 cm 2 200 VA 5,0 cm 2 50 VA 3,0 cm 2 500 VA 10,0 cm 2 - na základě těchto údajů vybereme z typizovaných jader buď nižší s větším průměrem, nebo naopak, přičemž přihlédneme k tomu, aby v navinutém trafu byla dostatečně velká zbytková díra, potřebná pro strojní navíjení.
Měřící transformátory MTU - měřící transformátor napětí; - výstup 100 V; - primár velký počet závitů, sekundár malý počet závitů. MTI - měřící transformátor proudu; - výstup 1 A (5 A); - výstup musí být vždy zkratovaný; - primár- malý počet závitů, sekundár velký počet závitů.