Transformátory ELEKTRONIKA - VOŠ Ing. Petr BANNERT VOŠ a SPŠ Varnsdorf
Transformátory
EI plechy
Toroidní jádro
Hrníčkové jádro
Porovnání EI a toroidních transformátorů
Schématické značky
Rozdělení transformátorů -
Podle počtu fází 1 fázové; 2 fázové; 3 fázové; n fázové.
-
Podle provedení plášťový; jádrový; toroidní; hrníčkový.
-
Podle počtu vinutí jednovinuťový ; dvouvinuťový; trojvunuťový; vícevinuťový.
Podle aplikace -
síťový (Down, Up); galvanický; autotransformátor; NF, SF, VF; impulsní.
Chlazení transformátorů 1.
Vzduchem: -
2.
malé transformátory; síťové, impulsní, ….;
Olejem: -
velké transformátory; distribuční, přenosové, …
Poznámka: Voda se pro chlazení nepoužívá, protože je i při nepatrném znečištění vodivá a vířivými proudy se rozkládá na vodík a kyslík.
Princip transformátoru - TR je el. netočivý stroj, který umožňuje přenášet el. energii z jednoho obvodu do jiného pomocí vzájemné elektromagnetické indukce o stejné frekvenci; - používá se většinou pro přeměnu AC napětí nebo pro galvanické oddělení obvodů; - TR pracuje na principu elektromagnetické indukce časovou změnou magnetického toku.
Princip transformátoru Φ = B ⋅ S Fe Bmax železo :1 až 1,2 T orthoperm : 1,6 T permaloy : 1,8 až 2 T ferity : 0,2 až 0,3 T
U1 = 4,44 ⋅ Bmax ⋅ S Fe ⋅ f ⋅ N1
Základní parametry Převod transformátoru:
U 1 N1 I 2 p= = = U 2 N 2 I1
Účinnost transformátoru, ztráty: a) ideální: 100 % (bezeztrátový) b) reálný : 70 až 95 % (ztráty v Cu, Fe, rozptylem).
⎛ ΔP ⎞ P2 P1 − ΔP ⎟⎟ ⋅100 ⋅100 = ⎜⎜1 − η = ⋅100 = P1 P1 P1 ⎠ ⎝
Ztráty nakrátko - Cu (ve vinutí) -
primární vinutí je napájeno harmonickým proudem se jmenovitou hodnotou, výstupní svorky jsou spojeny bezodporovou spojkou; na svorkách zkratovaného výstupního vinutí můžeme naměřit proud, odpovídající velikosti napájecího proudu, přepočteného obrácenou hodnotou závitového převodu (z důvodu rozptylů je menší). napájecí proud má takovou velikost, aby byla dosažena hodnota jmenovitého proudu v napájecím nebo zkratovaném vinutí (rozhoduje menší hodnota). napětí na vstupním vinutí je malé = napětí nakrátko; z výstupních vinutí není odebíráno žádné napětí ani výkon. ztráty nakrátko (výkon odebíraný z napájecího zdroje) jsou využívány na pokrytí ztrát Jouleova tepla ve vinutích transformátoru. Magnetické toky jsou malé, ztráty v magnetickém obvodu (vířivé proudy)jsou zanedbatelné. Proto se onačují „ztráty nakrátko = ztráty v mědi“.
Ztráty naprázdno - Fe (v jádře) - transformátor naprázdno je napájen do vstupního vinutí jmenovitým napětím, obvykle harmonického průběhu (tj. sinusového průběhu) a současně má všechny ostatní svorky rozpojeny = bez zátěže; - na svorkách výstupních vinutí můžeme naměřit napětí odpovídající velikosti napájecího napětí přepočteného závitovým převodem (z důvodu rozptylů je menší); - proud vstupního vinutí je malý; - z výstupních vinutí není odebírán žádný proud ani výkon; - ztráty naprázdno (výkon odebíraný z napájecího zdroje) jsou využívány na magnetizaci jádra (vytvoření magnetického toku) a krytí ztrát v magnetickém obvodu (vířivé proudy). Proto se označují „ztráty naprázdno = ztráty v železe“.
Náhradní schéma transformátoru
Zjednodušený výpočet transformátoru 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.
Známe U1, U2,, I2. Vypočteme P2. Přepočet na P1.
⇒
za η dosadíme u malých transformátorů 0,7 pro větší 0,9.
Průřez jádra Fe. d vodičů z tab. (z I1, I2):
⇒ ⇒
do 250 VA …2,5 A/mm2; při 500VA …3,1 A/mm2;
Počet závitů na 1V. Počet závitů vinutí. Volba jádra. Výpočet R vinutí. Kontrola výpočtu. Měření.
P2 = I 2 ef ⋅ U 2ef P1 =
P2
η
, P1 f P2
S= P kvůli rozptylu 45 N1V = S N1 = U1 ⋅ N1V ; N 2 = U 2 ⋅ N1V ⋅1,1 2π ⋅ rS 1 ⋅ N1 l R1 = ρ = ρ S S1
Volba jádra transformátoru - protože neexistuje exaktní vztah mezi průřezem jádra a výkonem, je třeba volit jádro tak, aby hmotnost (rozměry) a cena tvořily optimální kompromis. Empirické hodnoty SFe jsou přibližně tyto: 10 VA …… 1,3 cm2 100 VA …… 3,7 cm2 20 VA …… 2,5 cm2 200 VA …… 5,0 cm2 50 VA …… 3,0 cm2 500 VA …… 10,0 cm2 - na základě těchto údajů vybereme z typizovaných jader buď nižší s větším průměrem, nebo naopak, přičemž přihlédneme k tomu, aby v navinutém trafu byla dostatečně velká zbytková díra, potřebná pro strojní navíjení.
Měřící transformátory MTU - měřící transformátor napětí; - výstup 100 V; - primár – velký počet závitů, sekundár – malý počet závitů. MTI - měřící transformátor proudu; - výstup 1 A (5 A); - výstup musí být vždy zkratovaný; - primár- malý počet závitů, sekundár – velký počet závitů.
