Přeskočit na obsah

Praktická elektronika/Transformátor

Z Wikiknih
Různé malé vysokofrekvenční transformátory
Třífázový transformátor na stovky kW v rozvodné síti

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:

  1. Na primární cívku přiložíme střídavé napětí.
  2. Začne v ní růst proud takovou měrou, aby vznikající magnetické pole v cívce indukovalo právě takové napětí, jaké je na cívku připojeno.
  3. 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.
  4. 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