Enheten och principen för driften av transformatorn

För att omvandla en elektrisk spänning av en storleksordning till en elektrisk spänning av en annan storleksordning, det vill säga att omvandla elektrisk energi, använd elektriska transformatorer.

En transformator kan endast omvandla växelström till växelström, därför likriktas växelströmmen från transformatorn för att få likström vid behov. För detta ändamål tjänar de likriktare.

På ett eller annat sätt fungerar varje transformator (vare sig det är en spänningstransformator, en strömtransformator eller en pulstransformator) på grund av fenomenet elektromagnetisk induktion, som manifesterar sig i all sin prakt just med växel- eller pulsström.

Transformatorenhet

I sin enklaste form består en enfastransformator av endast tre huvuddelar: en ferromagnetisk kärna (magnetisk krets), såväl som primära och sekundära lindningar. I princip kan en transformator ha mer än två lindningar, men minst två av dem. I vissa fall kan sekundärlindningens funktion utföras av en del av primärlindningens varv (se fig. typer av transformatorer), men sådana lösningar är ganska sällsynta jämfört med de vanliga.

Huvuddelen av transformatorn är en ferromagnetisk kärna. När transformatorn är i drift finns det föränderliga magnetfältet inom den ferromagnetiska kärnan. Källan till det förändrade magnetfältet i transformatorn är primärlindningens växelström.

Transformator sekundärlindningsspänning

Det är känt att varje elektrisk ström åtföljs av ett magnetfält; följaktligen åtföljs en växelström av ett växelmagnetiskt fält (ändrar i storlek och riktning).

Genom att tillföra växelström till transformatorns primärlindning får vi alltså ett växlande magnetfält av primärlindningsströmmen. Och så är magnetfältet huvudsakligen koncentrerat i transformatorns kärna, denna kärna är gjord av ett material med hög magnetisk permeabilitet, tusentals gånger större än luftens, så huvuddelen av det magnetiska flödet i primärlindningen kommer att vara stängd exakt inuti kärnan, inte genom luft.

Således koncentreras primärlindningens växelmagnetiska fält i volymen av transformatorkärnan, som är gjord av transformatorstål, ferrit eller annat lämpligt material, beroende på driftfrekvensen och syftet med en viss transformator.

Transformatorns sekundärlindning är placerad på en gemensam kärna med dess primärlindning. Därför penetrerar det alternerande magnetfältet hos primärlindningen också sekundärlindningens varv.

A fenomenet elektromagnetisk induktion det ligger helt enkelt i det faktum att ett tidsvarierande magnetfält orsakar ett föränderligt elektriskt fält i utrymmet runt det. Och eftersom det finns en andra spoltråd i detta utrymme runt det föränderliga magnetfältet, verkar det inducerade elektriska växelfältet på laddningsbärarna inuti denna tråd.

Denna elektriska fältverkan orsakar en EMF med varje varv av sekundärspolen. Som ett resultat uppträder en växelspänning mellan sekundärlindningens terminaler. När sekundärlindningen på den anslutna transformatorn inte är belastad är transformatorn tom.

Drift av transformatorn under belastning

Om en viss last är ansluten till sekundärlindningen på en drifttransformator uppstår en ström genom lasten i transformatorns hela sekundärkrets.

Denna ström genererar ett eget magnetfält, som enligt Lenz lag har en sådan riktning att den motsätter sig "orsaken som orsakar den". Detta innebär att magnetfältet för strömmen i sekundärlindningen vid vilket ögonblick som helst tenderar att minska det ökande magnetfältet hos primärlindningen eller tenderar att stödja primärlindningens magnetfält när det minskar, det pekar alltid på det magnetiska fältet primärspolens fält.

Sålunda, när transformatorns sekundärlindning belastas, uppstår en bakåt-EMK i dess primärlindning, vilket tvingar transformatorns primärlindning att dra mer ström från matningsnätet.

Transformationsfaktor

Varvförhållandet för de primära N1- och sekundära N2-lindningarna hos en transformator bestämmer förhållandet mellan dess ingångs-U1 och utgående U2-spänningar och ingångs-I1 och utgående I2-strömmar när transformatorn arbetar under belastning. Detta förhållande kallas transformatorns omvandlingsförhållande:

Transformationsfaktorn är större än en om transformatorn trappas ned och mindre än en om transformatorn trappas upp.

Spänningstransformator

En spänningstransformator är en typ av nedtrappningstransformator utformad för att galvaniskt isolera högspänningskretsar från lågspänningskretsar.

Vanligtvis, när det kommer till högspänning, betyder de 6 kilovolt eller mer (på spänningstransformatorns primärlindning), och lågspänning betyder värden i storleksordningen 100 volt (på sekundärlindningen).

En sådan transformator används som regel, för mätändamål… Den sänker till exempel kraftledningens högspänning till en bekväm lågspänning för mätning, samtidigt som den kan galvaniskt isolera mät-, skydds- och styrkretsarna från högspänningskretsen. Denna typ av transformatorer fungerar vanligtvis i viloläge.

I princip vad som helst kan kallas en spänningstransformator krafttransformatoranvänds för att omvandla elektrisk energi.

Strömtransformator

I en strömtransformator är primärlindningen, som vanligtvis består av endast ett varv, seriekopplad med strömkällans krets. Denna sväng kan vara en del av kretsledningen där strömmen måste mätas.

Tråden förs helt enkelt genom fönstret i transformatorns kärna och blir detta enda varv - primärlindningens varv. Dess sekundära lindning, som har många varv, är ansluten till en mätanordning som har lågt inre motstånd.

Transformatorer av denna typ används för att mäta växelströmsvärden i kraftkretsar. Här är sekundärlindningens ström och spänning proportionell mot primärlindningens (strömkrets) uppmätta ström.

Strömtransformatorer används ofta i reläskyddsanordningar för kraftsystem, därför har de hög noggrannhet. De gör mätningar säkra, eftersom de galvaniskt tillförlitligt isolerar mätkretsen från primärkretsen (vanligtvis högspänning - tiotals och hundratals kilovolt).

Pulstransformator

Denna transformator är utformad för att omvandla en pulsform av ström (spänning). Korta pulser, vanligtvis rektangulära, applicerade på dess primärlindning gör att transformatorn fungerar praktiskt taget under transienta förhållanden.

Sådana transformatorer används i pulsspänningsomvandlare och andra pulsanordningar, såväl som i differentierande transformatorer.

Användningen av pulstransformatorer gör det möjligt att minska vikten och kostnaden för enheterna där de används, helt enkelt på grund av den ökade omvandlingsfrekvensen (tiotals och hundratals kilohertz) jämfört med nätverkstransformatorer som arbetar med en frekvens på 50-60 Hz. Rektangulära pulser, vars stigtid är mycket kortare än själva pulslängden, transformeras vanligtvis med låg distorsion.