Уређај и принцип рада трансформатора

Да бисте претворили електрични напон једне величине у електрични напон друге величине, односно да бисте претворили електричну енергију, користите електрични трансформатори.

Трансформатор може претворити само наизменичну струју у наизменичну струју, стога, да би се добила једносмерна струја, наизменична струја из трансформатора се исправља ако је потребно. У ту сврху служе исправљачи.

На овај или онај начин, сваки трансформатор (било напонски, струјни или импулсни) ради захваљујући феномену електромагнетне индукције, која се у свој својој слави манифестује управо наизменичном или импулсном струјом.

Трансформаторски уређај

У свом најједноставнијем облику, једнофазни трансформатор се састоји од само три главна дела: феромагнетног језгра (магнетно коло), као и примарни и секундарни намотаји. У принципу, трансформатор може имати више од два намотаја, али најмање два. У неким случајевима, функцију секундарног намотаја може извршити део завоја примарног намотаја (види Сл. врсте трансформатора), али таква решења су прилично ретка у поређењу са уобичајеним.

Главни део трансформатора је феромагнетно језгро. Када трансформатор ради, променљиво магнетно поље је унутар феромагнетног језгра. Извор променљивог магнетног поља у трансформатору је наизменична струја примарног намотаја.

Напон секундарног намотаја трансформатора

Познато је да сваку електричну струју прати магнетно поље; сходно томе, наизменичну струју прати наизменично магнетно поље (који се мења по величини и правцу).

Дакле, довођењем наизменичне струје у примарни намотај трансформатора добијамо променљиво магнетно поље струје примарног намотаја. И тако је магнетно поље углавном концентрисано у језгру трансформатора, ово језгро је направљено од материјала са високом магнетном пропусношћу, хиљадама пута већом од ваздуха, тако да ће главни део магнетног флукса примарног намотаја бити затворен тачно унутар језгра, а не кроз ваздух.

Тако је наизменично магнетно поље примарног намотаја концентрисано у запремини језгра трансформатора, које је направљено од трансформаторског челика, ферита или другог погодног материјала, у зависности од радне фреквенције и намене одређеног трансформатора.

Секундарни намотај трансформатора налази се на заједничком језгру са његовим примарним намотајем. Због тога наизменично магнетно поље примарног намотаја продире и у завоје секундарног намотаја.

А феномен електромагнетне индукције једноставно лежи у чињеници да временски променљиво магнетно поље изазива променљиво електрично поље у простору око себе. А пошто постоји друга жица завојнице у овом простору око променљивог магнетног поља, индуковано наизменично електрично поље делује на носиоце наелектрисања унутар ове жице.

Ово дејство електричног поља изазива ЕМФ са сваким окретом секундарне завојнице. Као резултат, између терминала секундарног намотаја појављује се наизменични електрични напон. Када секундарни намотај прикљученог трансформатора није оптерећен, трансформатор је празан.

Рад трансформатора под оптерећењем

Ако је одређено оптерећење прикључено на секундарни намотај радног трансформатора, струја настаје кроз оптерећење у целом секундарном колу трансформатора.

Ова струја генерише сопствено магнетно поље, које, према Ленцовом закону, има такав правац да се супротставља „узроку који га изазива“. То значи да магнетно поље струје секундарног намотаја у било ком тренутку има тенденцију да смањи растуће магнетно поље примарног намотаја или тежи да подржи магнетно поље примарног намотаја када се оно смањи, увек показује на магнетно поље поље примарног намотаја.

Дакле, када је секундарни намотај трансформатора оптерећен, долази до повратног ЕМФ-а у његовом примарном намотају, присиљавајући примарни намотај трансформатора да црпи више струје из мреже напајања.

Трансформациони фактор

Однос обртаја примарног Н1 и секундарног Н2 намотаја трансформатора одређује однос између његових улазних У1 и излазних У2 напона и улазних И1 и излазних И2 струја када трансформатор ради под оптерећењем. Овај однос се зове однос трансформације трансформатора:

Фактор трансформације је већи од један ако је трансформатор смањен и мањи од један ако је трансформатор појачан.

Трансформатор напона

Напонски трансформатор је врста опадајућег трансформатора дизајнираног да галвански изолује високонапонска кола од нисконапонских кола.

Обично, када је реч о високом напону, они означавају 6 киловолти или више (на примарном намотају напонског трансформатора), а ниски напон означавају вредности реда величине 100 волти (на секундарном намотају).

Такав трансформатор се користи, по правилу, за потребе мерења… Он спушта, на пример, високи напон далековода на погодан ниски напон за мерење, док је такође у стању да галвански изолује мерна, заштитна, управљачка кола од високонапонског кола. Ови типови трансформатора обично раде у режиму мировања.

У основи, све се може назвати напонским трансформатором трафокористи се за претварање електричне енергије.

Струјни трансформатор

У струјном трансформатору, примарни намотај, који се обично састоји од само једног завоја, повезан је серијски са струјним кругом извора. Овај завој може бити део жице кола где треба измерити струју.

Жица се једноставно провуче кроз прозор језгра трансформатора и постаје овај један обрт - завој примарног намотаја. Његов секундарни намотај, који има много завоја, повезан је са мерним уређајем који има мали унутрашњи отпор.

Трансформатори овог типа се користе за мерење вредности наизменичне струје у струјним круговима. Овде су струја и напон секундарног намотаја пропорционални измереној струји примарног намотаја (струјни круг).

Струјни трансформатори се широко користе у уређајима за релејну заштиту енергетских система, стога имају високу тачност. Они чине мерења безбедним, јер галвански поуздано изолују мерно коло од примарног кола (обично високог напона — десетине и стотине киловолти).

Импулсни трансформатор

Овај трансформатор је дизајниран да претвара импулсни облик струје (напона). Кратки импулси, обично правоугаони, који се примењују на његов примарни намотај чине да трансформатор ради практично у прелазним условима.

Такви трансформатори се користе у импулсним претварачима напона и другим импулсним уређајима, као и у диференцирајућим трансформаторима.

Употреба импулсних трансформатора омогућава смањење тежине и цене уређаја у којима се користе, једноставно због повећане фреквенције конверзије (десетине и стотине килохерца) у поређењу са мрежним трансформаторима који раде на фреквенцији од 50-60 Хз. Правоугаони импулси, чије је време пораста много мање од самог трајања импулса, обично се трансформишу са малим изобличењем.