Klasifikace transformátorů

Statická elektromagnetická zařízení používaná k přeměně elektrické energie a jejímu přenosu z jednoho obvodu do druhého se nazývají transformátory. Pomocí transformátorů můžete převádět základní parametry elektrické energie ve střídavých obvodech: napětí, proud, frekvence, počet fází a tvar křivky. Přenos energie v transformátoru je možný nejen elektromagnetickými, ale i kombinovanými (elektromagneticko-elektrickými) prostředky. Tento typ transformátoru je známý jako autotransformátor.
Transformátor lze také použít k přenosu energie elektromagneticky bez její přeměny. Tento typ transformátoru, který se používá k izolaci jednoho elektrického obvodu od druhého, se nazývá oddělovací transformátor.
Tlumivky jsou statická elektromagnetická zařízení používaná v elektrických obvodech jako indukční reaktance. Existuje několik typů tlumivek. Mezi hlavní patří AC tlumivky, nazývané také indukční cívky, vyhlazovací tlumivky elektrických filtrů a saturační tlumivky.

Nízkovýkonové transformátory se obvykle dělí na:
1) podle napětí – nízkonapěťové a vysokonapěťové;
2) podle výkonové frekvence – na průmyslové frekvenční transformátory (50Hz) a vysokofrekvenční transformátory (400-50 000Hz);
3) podle počtu fází
4) podle transformačního poměru – nahoru a dolů;
5) podle počtu závitů – dvouvinutí a vícevinutí;
6) podle provedení magnetického obvodu – na tyčový, pancéřový a toroidní;

Princip fungování transformátoru

Činnost transformátoru je založena na jevu elektromagnetické indukce. Nejjednodušší transformátor se skládá z ocelového magnetického jádra 2 a dvou na něm umístěných vinutí 1 a 3. Vinutí jsou vyrobena z izolovaného drátu a nejsou elektricky spojena. Elektrická energie je dodávána do jednoho z vinutí ze zdroje střídavého proudu. Toto vinutí se nazývá primární vinutí. Spotřebiče jsou připojeny k jinému vinutí, nazývanému sekundární.

Při připojení transformátoru ke zdroji střídavého proudu (elektrické síti) protéká v závitech jeho primárního vinutí střídavý proud i 1 a vytváří střídavý magnetický tok F. Tento tok prochází magnetickým jádrem transformátoru a proniká do závitů primárního a sekundárního vinutí, indukuje střídavé E.D. e 1 a e 2. Pokud je k sekundárnímu vinutí připojen jakýkoli přijímač, pak pod vlivem E.M.F. Jeho obvodem prochází proud e 2 i 2.
E.D.S. [E, (V)] indukované v každém závitu primárního a sekundárního vinutí transformátoru, podle zákona elektromagnetické indukce, závisí na magnetickém toku [B, (T)] pronikajícím závitem [W], frekvence [ f, (Hz)] a plošný průřez magnetu a vodičů [S, (mm 2)].

poměr E.M.S E 2 vysokonapěťová vinutí k E.M.F. E 1 nízkonapěťového vinutí (nebo poměr počtu jejich závitů) se nazývá transformační poměr,

Pokud zanedbáme úbytky napětí na primárním a sekundárním vinutí transformátoru (u transformátorů středního a vysokého výkonu obvykle nepřesahují 2-5 % jmenovitých hodnot napětí U 1 a U 2 ), pak lze předpokládat že poměr napětí U 1 primárního vinutí k napětí U 2 sekundárního vinutí je přibližně roven poměru počtu jejich závitů, tzn.

Volbou požadovaného poměru mezi počtem závitů primárního a sekundárního vinutí tedy můžete zvýšit nebo snížit napětí na přijímači připojeném k sekundárnímu vinutí. Pokud je potřeba získat na sekundárním vinutí větší napětí, než je přiváděno do primárního, pak se používají stupňovité transformátory, u kterých je počet závitů v sekundárním vinutí větší než v primárním.

Parametry transformátoru

Jedním z nejdůležitějších parametrů transformátoru je jeho výkon. Existují elektromagnetické, užitečné, vypočítané a typické výkony transformátoru.
Elektromagnetický výkon transformátoru je výkon přenášený z primárního vinutí na sekundární elektromagnetickými prostředky; rovná se součinu efektivní hodnoty EMF tohoto vinutí a hodnoty zatěžovacího proudu, tzn.

Užitečný nebo dodaný výkon transformátoru je součin efektivního napětí na svorkách sekundárního vinutí a hodnoty jeho zatěžovacího proudu, tzn.

Vypočtený výkon transformátoru je součinem efektivní hodnoty proudu protékajícího vinutím a napětí na jeho svorkách.

Typy transformátorů

Transformátor střídavého proudu je statické elektromagnetické zařízení používané k přeměně elektrické energie a jejímu přenosu z jednoho obvodu do druhého. Slovo „výkon“ odráží provoz tohoto typu transformátoru s vysokým výkonem.
Autotransformátor je typ transformátoru, ve kterém jsou primární a sekundární vinutí přímo spojeny a díky tomu mají nejen elektromagnetickou a elektrickou vazbu. Autotransformátor má obvykle vysokou účinnost, protože se přeměňuje pouze část energie. Hlavním rozdílem od transformátoru je absence elektrické izolace (galvanické izolace) mezi primárním a sekundárním obvodem.

Transformátor napětí — se nazývá transformátor, ve kterém je za normálních podmínek použití sekundární proud prakticky úměrný primárnímu proudu a při správném zapnutí je vůči němu posunut o úhel blízký nule. Primární vinutí proudového transformátoru je zapojeno sériově do obvodu (v části proudového vodiče) a sekundární vinutí je uzavřeno na určitou zátěž (měřicí přístroje a relé), čímž je zajištěn průchod proudu úměrného proudu v primární vinutí.

Pulzní transformátor je statické elektromagnetické zařízení, které má dvě nebo více indukčně vázaných vinutí a je navrženo tak, aby pomocí elektromagnetické indukce převádělo jeden nebo více systémů střídavého proudu na jeden nebo více jiných systémů střídavého proudu ve formě impulsů.

Odpovídající transformátor – transformátor sloužící k přizpůsobení odporu různých částí elektronických obvodů s minimálním zkreslením tvaru signálu, zajišťující vytvoření galvanického oddělení mezi sekcemi obvodů.

Vinutí

Hlavním prvkem vinutí je otočit se – elektrický vodič nebo řada paralelně zapojených takových vodičů (lankové jádro), jednou obklopující část magnetického systému transformátoru, jehož elektrický proud spolu s proudy jiných takových vodičů a jiných částí transformátoru , vytváří magnetické pole transformátoru a ve kterém se vlivem tohoto magnetického pole indukuje elektromotorická síla .
Navíjení – soubor závitů, které tvoří elektrický obvod, ve kterém se sčítají emf indukované v závitech. U třífázového transformátoru se vinutím obvykle rozumí soubor vinutí stejného napětí tří fází spojených navzájem.

Vinutí se dělí podle:
Účel
hlavní – vinutí transformátoru, do kterého se přivádí energie přeměněného střídavého proudu nebo ze kterého se energie přeměněného střídavého proudu odebírá.
Regulační – pokud je proud vinutím nízký a regulační rozsah není příliš široký, mohou být ve vinutí umístěny odbočky pro regulaci poměru transformace napětí.
Pomocný – vinutí určená např. k napájení pomocné sítě výkonem výrazně menším, než je jmenovitý výkon transformátoru, ke kompenzaci magnetického pole třetí harmonické, předpětí magnetického systému stejnosměrným proudem atd.

Provedení
Obyčejné vinutí — závity vinutí jsou umístěny v axiálním směru po celé délce vinutí. Následné otáčky jsou navinuty těsně k sobě, přičemž nezůstává žádný meziprostor.
Šroubové vinutí – Šroubovité vinutí může být variantou vícevrstvého vinutí se vzdálenostmi mezi každým závitem nebo závitem vinutí.
Navíjení disku — vinutí disku se skládá z několika disků zapojených do série. V každém disku jsou závity navinuty radiálně ve spirálovém vzoru dovnitř a ven na sousední disky.
Navíjení fólie — fóliové vinutí jsou vyrobeny ze širokých měděných nebo hliníkových plechů o tloušťce od desetin milimetru do několika milimetrů.
Ortocyklické vinutí
Distribuované vinutí
Spirálové vinutí
Vinutí pyramidy
Univerzální typ vinutí

Výkonový transformátor – transformátor, který se používá k přeměně elektrické energie v elektrických sítích a v instalacích, které jsou určeny k příjmu a využívání elektrické energie. Slovo „výkon“ v názvu transformátoru není náhodné. Odráží skutečnost, že tento typ transformátoru pracuje s vysokým výkonem. Použití výkonových transformátorů je dáno rozdílným provozním napětím elektrických vedení (35-750 kV), městských elektrických sítí (obvykle 6,10 kV), napětím dodávaným koncovým spotřebitelům (0,4 kV, známé také jako 380/220 V) a napětí potřebné pro normální provoz elektrických strojů nebo elektrických spotřebičů, které se může pohybovat od několika voltů až po stovky kilovoltů.

Napěťové transformátory – Jedná se o mezitransformátory, přes které se zapínají měřicí přístroje při vysokých napětích. Díky tomu jsou měřicí přístroje izolovány od vysokonapěťové sítě, což umožňuje použití standardních přístrojů a v důsledku toho rozšiřuje limity měřených napětí.

Autotransformátor – jedna z variant transformátoru, ve které jsou primární a sekundární vinutí spojeny přímo a díky tomu mají kromě elektromagnetické vazby i vazbu elektrickou. Vinutí autotransformátoru má minimálně 3 svorky, po připojení ke kterým můžete získat různá napětí. Výhodou autotransformátoru je jeho vysoká účinnost (až 99 %). Je to proto, že se přeměňuje pouze část výkonu – významná výhoda, když se vstupní a výstupní napětí liší jen nepatrně. Nevýhodou je chybějící elektrická izolace (galvanické oddělení) mezi primárním a sekundárním okruhem. Použití autotransformátorů je ekonomicky odůvodněné pro připojení účinně uzemněných sítí s napětím vyšším než 110 kV a transformačním poměrem ne větším než 3-4. Pro výrobu autotransformátorů se používá méně oceli na jádro a mědi na vinutí, což má za následek nižší hmotnost a rozměry a nižší náklady.

Transformátor napětí – transformátor napájený proudovým zdrojem. Slouží ke snížení primárního proudu na hodnotu použitelnou v měřicích, řídicích, ochranných a signalizačních obvodech. Proudový transformátor, na rozdíl od obvodů pro měření bočníkového proudu, poskytuje také galvanické oddělení. Hodnota jmenovitého proudu sekundárního vinutí je 1 A, případně 5 A. Primární vinutí proudového transformátoru je připojeno k obvodu s měřeným střídavým proudem, na sekundární vinutí jsou připojeny měřicí přístroje. Proud protékající sekundárním vinutím proudového transformátoru dělený transformačním poměrem je roven proudu v primárním vinutí. POZOR! Sekundární vinutí proudového transformátoru musí být spolehlivě zkratováno nebo zkratováno na nízkoimpedanční zátěž měřicího přístroje. Při úmyslném nebo náhodném přerušení obvodu dochází k napěťovému rázu, který je nebezpečný pro izolaci transformátoru, připojené elektrické spotřebiče a život! Nepoužitá sekundární vinutí musí být proto podle technických provozních pravidel zkratována a všechna sekundární vinutí proudových transformátorů musí být uzemněna.

Pulzní transformátor je transformátor, který je určen k převodu pulzních signálů s dobou trvání pulzu až desítky mikrosekund s minimálním zkreslením tvaru pulzu. V zásadě se takové transformátory používají k přenosu obdélníkového elektrického impulsu s nejstrmější hranou a omezením, stejně jako s relativně konstantní amplitudou. Pulzní transformátor se používá k transformaci periodicky se opakujících krátkodobých napěťových impulzů videa, obvykle s vysokým pracovním cyklem. Hlavním požadavkem na IT je přenos transformovaných napěťových impulsů v nezkreslené podobě. Tito. Když je na vstup pulsního transformátoru přivedeno napětí té či oné formy, je nutné získat na výstupu napěťový puls stejného tvaru, ale případně jiné amplitudy nebo polarity.

Izolační transformátor – u tohoto transformátoru není primární vinutí elektricky spojeno se sekundárními vinutími. Výkonové oddělovací transformátory jsou určeny ke zvýšení bezpečnosti elektrických sítí v případě poškození izolace, v případě náhodného současného kontaktu se zemí a živými nebo bezproudovými částmi, které mohou být pod napětím. Transformátory pro izolaci signálu zajišťují galvanické oddělení elektrických obvodů.

Odpovídající transformátor — transformátor, který se používá k přizpůsobení odporu různých částí (kaskád) elektronických obvodů s minimálním zkreslením tvaru signálu. Přizpůsobovací transformátor zajišťuje vytvoření galvanicky oddělených obvodů mezi sekcemi.

Špičkový transformátor – transformátor, který převádí sinusové napětí na pulsní napětí s polaritou měnící se každou půlku cyklu.

Dvojitý plyn – nebo jinak nazývaný protiindukční filtr, což je konstrukčně transformátor se dvěma stejnými vinutími. Díky vzájemné indukčnosti cívek je duální tlumivka účinnější než klasická tlumivka, přestože má stejné rozměry. Používají se jako vstupní filtry pro napájecí zdroje, v diferenciálních signálových filtrech pro digitální linky a také v audio zařízení.

Transfluxor – typ transformátoru, který se používá k ukládání informací. Od běžného transformátoru se liší tím, že má velkou zbytkovou magnetizaci magnetického obvodu. Transfluxory mohou fungovat jako paměťové prvky. Transfluxory jsou také vybaveny přídavným vinutím, které zajišťuje počáteční magnetizaci a nastavuje provozní režimy. Díky této vlastnosti jsou obvody porovnávacích prvků, řízených generátorů a umělých neuronů postaveny na transfluxorech, v kombinaci s dalšími prvky.

Klasifikace napěťových transformátorů