Praktická elektronika/Transformátor
V principu se jedná o dvě cívky umístěné blízko sebe, které sdílí své magnetické pole. Většinou se tyto cívky vinou na společné jádro vyrobené z materiálu magneticky vodivějšího než vzduch např. železo (či ferit):
Teorie
[editovat | editovat zdroj]Použití jader:
- Pro nízké kmitočty (50 Hz, ale také pro akustické frekvence) lze použít jádro železné. Zmenšení ztrát lze docílit rozdělením jádra na plechy.
- V radiotechnice, vysokofrekvenčních měničích atd. lze používat jádra feritová. Ferit je skoro nevodivý (omezuje vířivé proudy v jádře) a má menší magnetickou paměť čili užší hysterezní smyčku (menší magnetizační ztráty).
- Pro ještě vyšší frekvence se používají transformátory bez jader. (Viz také Teslův transformátor)
Pokud jsou dvě cívky blízko sebe, energie magnetického pole mezi nimi může přetékat takto:
- Na primární cívku přiložíme střídavé napětí.
- Začne v ní růst proud takovou měrou, aby vznikající magnetické pole v cívce indukovalo právě takové napětí, jaké je na cívku připojeno.
- Magnetický tok prochází všemi cívkami a tedy i na nich vzniká napětí. Z toho tedy plyne, že přiložením napětí na primární cívku vytvoříme napětí i na sekundární cívce.
- Pokud ze sekundární cívky odebíráme proud, vede to ke zmenšení magnetického pole a o to větší proud odebírá primární cívka.
Pokud cívky nemají stejný počet závitů, můžeme takto měnit poměr napětí/proud! Platí, že napětí je úměrné počtu závitů podle jednoduchého vztahu
- kde N je počet závitů cívky, U je efektivní napětí a I efektivní hodnota proudu. V dobrém transformátoru se tedy energie ani neztrácí, ani nevzniká.
Transformovat lze pouze střídavý proud, a to tím snáze, čím je vyšší frekvence. Účinnost velkých transformátorů je okolo 98%.
Praktická omezení transformátoru
[editovat | editovat zdroj]I pokud ze sekundárního vinutí neodebíráme proud, chová se transformátor jako obyčejná cívka a přirozeně jím protéká malý proud.
Výše uvedený vztah napětí k počtu závitů platí jen přibližně. Při podrobnějším pohledu pozorujeme další vlastnosti:
- Rozptylová indukčnost se chová jako další cívka připojená za transformátor. (Primární vinutí si zachová trochu indukčnosti, i když zkratujeme vinutí sekundární.) Někdy je výhodná, protože omezí zkratový proud.
- Magnetizační indukčnost
- Rezonance může nastat při transformaci proudu o vysoké frekvenci (přes 10 kHz), protože vodiče obou vinutí mají i určitou malou kapacitu. Celý transformátor se při dosažení rezonanční frekvence rozkmitá jako kyvadlo a na výstupu se můžou objevit mnohokrát vyšší napětí, případně se může spálit izolace a transformátor shoří.
- Sytná magnetizace jádra určuje maximální magnetické pole (a tím i proud), který smí transformátorem protékat. Při vyšším zatížení už klesá indukčnost vinutí, což může vést ke zkratu.
Výpočet transformátoru
[editovat | editovat zdroj]Výpočet transformátoru je postup, jak ze zadaných hodnot (vstupní a výstupní napětí, výkon) zjistit konstrukční parametry (počet závitů, průřez mědi, průřez železa). Níže uvedený zjednodušený postup platí pro síťové transformátory (pro bežný síťový kmitočet 50Hz)
- stanovíme příkon: , uvažujeme účinnost cca 85%
- pro průřez železa platí vzorec:
- počet závitů lze spočítat jako:
- stanovíme proudy primárem a sekundárem:
- určíme průřez podle proudu: , uvažujeme hustotu cca 3 A/mm2
- někdy se u vodičů neuvádí průřez ale průměr, přepočet
Zadání:
Výpočet:
- ;
- ;
- ; ; , volíme hodnotu 0,25 mm
- ; ; , volíme hodnotu 0,6 mm
Výsledek:
- primární vinutí navineme 2134 závity vodičem o průměru 0,25 mm
- sekundární vinutí navineme 223 závity vodičem o průměru 0,6 mm
- magnetický obvod bude mít průřez 4,85 cm2
Odkazy
[editovat | editovat zdroj]Viz také
Teslův transformátor na: http://www.classicteslacoil.cz