Enheten og prinsippet for drift av transformatoren

For å konvertere en elektrisk spenning av en størrelsesorden til en elektrisk spenning av en annen størrelsesorden, det vil si å konvertere elektrisk energi, bruk elektriske transformatorer.

En transformator kan bare konvertere vekselstrøm til vekselstrøm, derfor, for å oppnå likestrøm, blir vekselstrømmen fra transformatoren rettet om nødvendig. For dette formålet tjener de likerettere.

På en eller annen måte fungerer hver transformator (det være seg en spenningstransformator, en strømtransformator eller en pulstransformator) på grunn av fenomenet elektromagnetisk induksjon, som manifesterer seg i all sin prakt nettopp med vekselstrøm eller pulsstrøm.

Transformatorenhet

I sin enkleste form består en enfase transformator av bare tre hoveddeler: en ferromagnetisk kjerne (magnetisk krets), samt primære og sekundære viklinger. I prinsippet kan en transformator ha mer enn to viklinger, men minst to av dem. I noen tilfeller kan funksjonen til sekundærviklingen utføres av en del av svingene til primærviklingen (se fig. typer transformatorer), men slike løsninger er ganske sjeldne sammenlignet med de vanlige.

Hoveddelen av transformatoren er en ferromagnetisk kjerne. Når transformatoren er i drift, er det skiftende magnetiske feltet innenfor den ferromagnetiske kjernen. Kilden til det skiftende magnetfeltet i transformatoren er vekselstrømmen til primærviklingen.

Transformator sekundærviklingsspenning

Det er kjent at hver elektrisk strøm er ledsaget av et magnetfelt; følgelig er en vekselstrøm ledsaget av et vekslende (endring i størrelse og retning) magnetisk felt.

Ved å tilføre vekselstrøm til transformatorens primærvikling får vi altså et skiftende magnetfelt av primærviklingsstrømmen. Og så magnetfeltet er hovedsakelig konsentrert i kjernen av transformatoren, denne kjernen er laget av et materiale med høy magnetisk permeabilitet, tusenvis av ganger større enn luften, så hoveddelen av den magnetiske fluksen til primærviklingen vil være lukket nøyaktig inne i kjernen, ikke gjennom luft.

Dermed er det vekslende magnetfeltet til primærviklingen konsentrert i volumet til transformatorkjernen, som er laget av transformatorstål, ferritt eller annet egnet materiale, avhengig av driftsfrekvensen og formålet med en bestemt transformator.

Sekundærviklingen til transformatoren er plassert på en felles kjerne med primærviklingen. Derfor trenger det vekslende magnetiske feltet til primærviklingen også gjennom svingene til sekundærviklingen.

EN fenomenet elektromagnetisk induksjon det ligger rett og slett i det faktum at et tidsvarierende magnetfelt forårsaker et skiftende elektrisk felt i rommet rundt det. Og siden det er en andre spoleledning i dette rommet rundt det skiftende magnetfeltet, virker det induserte vekslende elektriske feltet på ladningsbærerne inne i denne ledningen.

Denne elektriske feltvirkningen forårsaker en EMF med hver omdreining av sekundærspolen. Som et resultat vises en vekslende elektrisk spenning mellom terminalene til sekundærviklingen. Når sekundærviklingen til den tilkoblede transformatoren ikke er belastet, er transformatoren tom.

Drift av transformatoren under belastning

Hvis en viss belastning er koblet til sekundærviklingen til en driftstransformator, oppstår det en strøm gjennom belastningen i hele sekundærkretsen til transformatoren.

Denne strømmen genererer sitt eget magnetfelt, som ifølge Lenz sin lov har en slik retning at den motsetter seg «årsaken som forårsaker den». Dette betyr at magnetfeltet til strømmen til sekundærviklingen til enhver tid har en tendens til å redusere det økende magnetfeltet til primærviklingen eller har en tendens til å støtte magnetfeltet til primærviklingen når det avtar, det peker alltid på det magnetiske feltet. felt til primærspolen.

Når sekundærviklingen til transformatoren er belastet, oppstår således en tilbake-EMK i primærviklingen, noe som tvinger transformatorens primærvikling til å trekke mer strøm fra forsyningsnettverket.

Transformasjonsfaktor

Omdreiningsforholdet til de primære N1- og sekundære N2-viklingene til en transformator bestemmer forholdet mellom dens inngangs-U1 og utgangs-U2-spenningene og inngangs-I1- og utgangs-I2-strømmene når transformatoren opererer under belastning. Dette forholdet kalles transformasjonsforholdet til transformatoren:

Transformasjonsfaktoren er større enn én hvis transformatoren trappes ned og mindre enn én hvis transformatoren trappes opp.

Spenningstransformator

En spenningstransformator er en type nedtrappingstransformator designet for å galvanisk isolere høyspentkretser fra lavspentkretser.

Vanligvis, når det gjelder høyspenning, betyr de 6 kilovolt eller mer (på primærviklingen til spenningstransformatoren), og lavspenning betyr verdier i størrelsesorden 100 volt (på sekundærviklingen).

En slik transformator brukes som regel, for måleformål… Den trapper ned for eksempel høyspenningen til kraftledningen til en praktisk lavspenning for måling, samtidig som den er i stand til galvanisk å isolere måle-, beskyttelses- og kontrollkretsene fra høyspentkretsen. Denne typen transformatorer fungerer vanligvis i hvilemodus.

I utgangspunktet kan alt kalles en spenningstransformator krafttransformatorbrukes til å konvertere elektrisk energi.

Strømtransformator

I en strømtransformator er primærviklingen, som vanligvis består av kun en omdreining, koblet i serie med strømkildekretsen. Denne svingen kan være en del av kretsledningen der strømmen må måles.

Ledningen føres ganske enkelt gjennom vinduet til transformatorkjernen og blir denne ene svingen - svingen til primærviklingen. Dens sekundære vikling, som har mange svinger, er koblet til en måleenhet som har lav indre motstand.

Transformatorer av denne typen brukes til å måle vekselstrømverdier i strømkretser. Her er strømmen og spenningen til sekundærviklingen proporsjonal med den målte strømmen til primærviklingen (strømkretsen).

Strømtransformatorer er mye brukt i relébeskyttelsesenheter for kraftsystemer, derfor har de høy nøyaktighet. De gjør målinger trygge, da de galvanisk pålitelig isolerer målekretsen fra primærkretsen (vanligvis høyspenning - titalls og hundrevis av kilovolt).

Pulstransformator

Denne transformatoren er designet for å konvertere en pulsform av strøm (spenning). Korte pulser, vanligvis rektangulære, påført primærviklingen gjør at transformatoren fungerer praktisk talt under forbigående forhold.

Slike transformatorer brukes i pulsspenningsomformere og andre pulsenheter, samt i differensierende transformatorer.

Bruken av pulstransformatorer gjør det mulig å redusere vekten og kostnadene til enhetene de brukes i, ganske enkelt på grunn av den økte konverteringsfrekvensen (ti-talls og hundrevis av kilohertz) sammenlignet med nettverkstransformatorer som opererer med en frekvens på 50-60 Hz. Rektangulære pulser, hvis stigetid er mye mindre enn selve pulsvarigheten, transformeres vanligvis med lav forvrengning.