Transformátory úvod elektrický stroj, který se používá na změnu velikosti hodnoty střídavého napětí při stejném kmitočtu skládá se ze dvou nebo i více vinutí a magnetického obvodu jedno vinutí se napájí střídavým proudem, který v magnetickém obvodu budí magnetický tok nazývá se vinutím primárním druhé vinutí, do kterého se časovou změnou magnetického toku v magnetickém obvodu indukuje střídavé napětí se nazývá sekundární 1 primární vinutí 2 sekundární vinutí 3 magnetický obvod (jádro) Podle použití rozdělujeme transformátory 1. energetické (distribuční, výkonové), určené pro rozvodné sítě 2. pecové napájení obloukových a odporových pecí 3. svařovací pro svařování elektrickým obloukem 4. měničové pro napájení polovodičových měničů 5. spouštěcí pro spouštění asynchronních motorů 6. ostatní: měřící pro měření velkých proudů a napětí bezpečnostní do 50 V trakční napájení trolejového vedení
lokomotivní napájení hlavních a pomocných obvodů na lokomotivách Hlavní části transformátoru a) magnetický obvod b) vinutí c) zařízení zajišťující chlazení d) mechanické, konstrukční a izolační součásti Magnetický obvod složen z plechů od sebe navzájem odizolovaných, aby bylo dosaženo snížení ztrát při střídavé magnetizaci jádra materiál plechů se volí s ohledem na malý magnetický odpor obvodu materiálem pro magnetické obvody je plech z legované oceli, z jedné nebo z obou stran izolované transformátorové plechy rozlišujeme plechy: a) válcované za tepla označované Et
b) s orientovanou strukturou označované Eo (mají menší měrné ztráty ve směru válcování Izolace plechů se provádí keramickou izolací, lakem nebo vodním sklem z plechových segmentů se skládá magnetický obvod takovým způsobem, aby převážná část cesty magnetických siločar v jádře se uskutečnila ve směru válcování materiálu, protože v tomto směru má materiál lepší magnetické vlastnosti u některých typů transformátorů pro speciální účely se zhotovuje jádro vinuté z pásu ve tvaru písmene O, které se potom řeže na C v některých zvláštních případech se vyrábějí jádra i lisováním z práškového ferromagnetika, pro získání potřebných magnetických vlastností podle konstrukčního uspořádání magnetického obvodu a vinutí dělíme transformátory na: 1. jádrové existence jedné cesty, kterým se uzavírá magnetický obvod výrobně jednodušší 2. plášťové existence dvou paralelních cest, kterými se uzavírá magnetický obvod část jádra spojky, mají poloviční průřez než sloupek na kterém je vinutí mají menší rozptyl magnetického toku 3. zvláštní (speciální)
Magnetické obvody transformátorů malých výkonů desítky až stovky VA magnetický obvod navržen tak, aby byla jednoduchá montáž a co nejmenší odpad při ražení průřez jader je čtvercový nebo obdélníkový a) plech M b) plech EI c,d) vinutá jádra dále používáme plechy UI Magnetické obvody transformátorů velkých výkonů stavějí se nejčastěji s obvodem a) jádrový b) plášťový podle způsobu spojení jader a spojek rozlišujeme magnetické obvody: a) s tupým stykem výhodou je jednoduchá montáž a demontáž
nevýhodou je možnost vzniku značných vířivých proudů v místě styku a nadměrné ohřátí železa b) přeplátované výrobně složitější ztráty jsou v nich, ale podstatně menší průřez jader se dělá odstupňovaný průřez spojky se navrhuje čtvercový, obdélníkový a nebo s malým počtem stupňů a) odstupňované (křížové) b) odstupňované s chladícími kanály magnetický obvod se stahuje bandážemi z pevných plastů nebo skelné pásky, popř. bandážemi z ocelových pásků
ocelové pásky jsou izolovány od jádra a ve sponě, aby nevytvářely závit nakrátko Vinutí jsou zhotovena z měděného nebo hliníkového izolovaného vodiče, aby měla malý elektrický odpor požadavky na vinutí transformátorů a) mechanická pevnost vinutí musí bez poškození odolávat mechanickému namáhání při montáži i při zkratech b) elektrická pevnost izolace musí bez poškození odolávat střídavému elektrickému napětí při jmenovitých provozních podmínkách a také většímu fázovému namáhání při přepětích c) technologická proveditelnost výroba musí být jednoduchá a levná d) odolnost proti tepelnému namáhání
konstrukce vinutí musí zajišťovat dobré chlazení a teplota izolace musí odpovídat předepsaným podmínkám e) ekonomika provozu ztráty ve vinutí musí odpovídat předepsaným hodnotám malé odpory vinutí zmenšují jeho ztráty a tím zvyšují účinnost přenosu energie, což je důležité zejména u velkých transformátorů pro energetické účely pro návrh vinutí je rozhodující: a) jmenovitý proud určuje průřez vodiče (popř. počet paralelních větví) a druh profilu (kruhový, obdélníkový) b) jmenovité napětí určuje druh a způsob izolace mezi závity, mezi cívkami a mezi jednotlivými částmi vinutí transformátoru podle uspořádání vinutí nižšího a vyššího napětí dělíme vinutí: a) souosé blíže k jádru se umisťuje vinutí nižšího napětí s ohledem na izolaci ke kostře
b) prostřídané cívky nižšího a vyššího napětí se střídají ve směru osy jádra základními částmi vinutí jsou: a) závit je tvořen jedním nebo několika vedla sebe umístěnými, navzájem izolovanými paralelními vodiči b) cívka je složena ze závitů, zapojených v sérii a tvořících jeden celek c) vrstva následující závity po sobě ve směru osy vinutí d) deska závity zapojeny po sobě v jedné rovině, kolmé k ose vinutí cívky vinutí mohou být navinuty: a) souhlasně (cívka 1 a 3) b) nesouhlasně (cívky 1 a 2)
úprava vinutí a) jednoduché vinutí souosé b) dělené souosé vinutí c) střídavé vinutí
druhy cívek a vinutí a) jednovrstvová cívka b) trojvrstvová cívka c) desková cívka d) jednovrstvové vinutí složené ze tří trojvrstvých cívek e) jednovrstvové plynulé vinutí z deskových cívek f) trojvrstvé plynulé vinutí
pravotočivá cívka a) postup navíjení b) trojvrstvé vinutí s protiběžnými vrstvami c) trojvrstvé vinutí se stejným smyslem navíjení podle druhu soustavy, na kterou je transformátor připojen, dělíme transformátory na: 1. jednofázové 2. trojfázové
provedení transformátorů A jednofázový jádrový B trojfázový jádrový C jednofázový plášťový D trojfázový plášťový 1 primární vinutí 2 sekundární vinutí 3 magnetický obvod 4 spojka magnetického obvodu 5 sloupek magnetického obvodu
cívky jednotlivých fází primárního a sekundárního vinutí mohou být zapojovány různým způsobem a) do hvězdy (Y,y) velké písmeno znamená stranu s vyšším napětím malé písmeno stranu s menším napětím b) do trojúhelníka (D,d) c) do lomené hvězdy (z) používá se pouze na sekundární straně nízkého napětí Chlazení transformátorů chladíme vzduchem, olejem a ve zvláštních případech speciální nehořlavou izolační kapalinou druh chladiva a způsob chlazení musí být vyznačen na štítku transformátoru jednotlivá písmena mají tento význam:
druh chladiva se označuje písmeny: O olej L nehořlavá izolační kapalina G plyn W voda S tuhý izolant A vzduch způsob oběhu se označuje písmeny: N přirozený F nucený, neřízený D nucený řízený chlazení olejových transformátorů: a) vlnami b) trubkami c) radiátory
mezi olejovou nádrží a expanzní nádobou bývá zařazena Buchholzova ochrana zabezpečující sledování oleje a plynů v něm vznikajících schéma Bulchholzovy ochrana při zkratu mezi vinutími vznikají bublinky plynu, které zvednou plovák a ten sepne rtuťovým spínačem poplašnou signalizaci při přetlaku
Velikost indukovaného napětí indukované napětí v jednom závitu časovou změnou magnetického toku je dáno vztahem průběh magnetického toku a jím indukovaného napětí indukované napětí předbíhá magnetický tok o 90º maximální hodnota indukovaného napětí v jednom závitu efektivní hodnota indukovaného napětí magnetické veličiny střídavého průběhu se udávají vždy jejich maximální hodnotou, proto neuvádíme index max
napětí indukovaná v jednotlivých vinutích Převod transformátoru převodem transformátoru rozumíme poměr svorkových napětí p U 1 U 2 N 1 N 2 Napětí jsou přímo úměrná počtu závitů poměr proudů ve vstupním a výstupním vinutím můžeme odvodit z rovnosti příkonů p U 1 U 2 I 2 I 1 Proudy jsou v převráceném poměru k napětím.
úplná rovnice převodu převod transformátoru se udává poměrem napětí při chodu naprázdno, kdy lze úbytky napětí na vnitřních odporech vstupního vinutí zanedbat jen u transformátorů do výkonu 5 kva se udává poměr napětí při jmenovitém zatížení výkon transformátoru jako u každého zdroje elektrické energie střídavého proudu se udává zdánlivým výkonem (kva), neboť velikost činného výkonu je dána charakterem zatížení, tzn. jeho účiníkem o chodu naprázdno mluvíme tehdy, jestliže je výstupní vinutí transformátoru rozpojeno, tzn. když transformátor není zatížen Rozdělení transformátorů Druh transformátoru Spojovací Pojízdné Ohřívací Pecové Svařovací Obloukové Rozmrazovací Natáčivé Spouštěcí Použití transformátoru Spojují rovnoměrně systémy s různým jmenovitým napětím. Pro provoz na silničním, železničním podvozku. Pro odporový nebo indukční ohřev. K napájení odporových obloukových pecí. K svařování elektrickým obloukem. K udržování elektrického oblouku. K rozmrazování potrubí velkým proudem a malým napětí. Řízení napětí nebo fázového posunu. Ke spouštění elektrických motorů.
Nevýbušné Oddělovací/Izolační Bezpečnostní Usměrňovačové Trakční Lokomotivní Zkušební Měřící K provozu ve výbušném prostředí. Pro napájení obvodu, které mají být odděleny od rozvodné sítě Na ochranu před nebezpečným dotykovým napětím (48, 24, 12 V) K napájení usměrňovačů, které kromě transformace napětí zajišťují změnu počtu fází, aby usměrněný proud měl co nejmenší dovolené zvlnění. K napájení trolejového vedení a střídavé trakce. Na lokomotivách se napájejí střídavým proudem hlavní i pomocné obvody Speciálně upravené například pro zkratové zkoušky či zkoušky vysokých napětí různých rozvodných zařízení. Pro měření vysokých napětí a proudů. Schématické značení transformátorů
a) odolné proti zkratu mají velké zkratové napětí b) jištěné proti zkratu opatřeny tavnou pojistkou, nadproudovým jističem c) oddělovací mají galvanicky oddělená primární a sekundární vinutí d) přístrojové pro napájení přístrojů e) zapalovací k zapálení plynu nebo topného oleje v topných systémech f) ochranné jako zdroje malého bezpečného napětí 1. pro hračky výstup max. 24 V, výkon menší jak 100 W 2. zvonkové výstup max. 24V, odolné proti zkratu 3. pro ruční svítilny ochranná izolace, izolace proti stříkající vodě 4. pro lékařské přístroje např. endoskop: výstup max. 6 V
Štítek transformátoru Příklad: Primární cívka jednofázového transformátoru má 880 závitů, sekundární cívka 1200 závitů. Jaké napětí bude na sekundární cívce, když primární cívku připojíme ke střídavému napětí 220 V? Jaký proud bude procházet primární cívkou, jestliže k transformátoru máme připojen spotřebič 6 A.
Druhy transformátorů Druh transformátoru Spojovací Pojízdné Ohřívací Pecové Svařovací Obloukové Rozmrazovací Natáčivé Spouštěcí Nevýbušné Oddělovací/Izolační Bezpečnostní Usměrňovačové Trakční Lokomotivní Zkušební Měřící Použití transformátoru Spojují rovnoměrně systémy s různým jmenovitým napětím. Pro provoz na silničním, železničním podvozku. Pro odporový nebo indukční ohřev. K napájení odporových obloukových pecí. K svařování elektrickým obloukem. K udržování elektrického oblouku. K rozmrazování potrubí velkým proudem a malým napětí. Řízení napětí nebo fázového posunu. Ke spouštění elektrických motorů. K provozu ve výbušném prostředí. Pro napájení obvodu, které mají být odděleny od rozvodné sítě Na ochranu před nebezpečným dotykovým napětím (48, 24, 12 V) K napájení usměrňovačů, které kromě transformace napětí zajišťují změnu počtu fází, aby usměrněný proud měl co nejmenší dovolené zvlnění. K napájení trolejového vedení a střídavé trakce. Na lokomotivách se napájejí střídavým proudem hlavní i pomocné obvody Speciálně upravené například pro zkratové zkoušky či zkoušky vysokých napětí různých rozvodných zařízení. Pro měření vysokých napětí a proudů.