Praktická elektronika/Transformátor

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

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

$\frac{N_1}{N_2}=\frac{U_1}{U_2}=\frac{I_2}{I_1}$

kde N je počet závitů cívky, U je [[../Střídavý proud#Napětí maximální, efektivní a střední|efektivní]] napětí a I efektivní hodnota proudu. V dobrém transformátoru se tedy energie ani neztrácí, ani nevzniká.

Praktická omezení transformátoru

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

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: $P_P=\frac{P}{\eta }$, uvažujeme účinnost cca 85%

• pro průřez železa platí vzorec: $S_{Fe}[c{m}^2]\approx \sqrt{P_P}$
• počet závitů lze spočítat jako: $N_1=\frac{45\cdot U_1}{S_{Fe}[c{m}^2]};N_2=\frac{45\cdot U_2}{S_{Fe}[c{m}^2]}$
• stanovíme proudy primárem a sekundárem: $I_1=\frac{P_P}{U_1};I_2=\frac{P}{U_2}$
• určíme průřez podle proudu: $S_{Cu1}>\frac{I_1}{J};S_{Cu2}>\frac{I_2}{J}$, uvažujeme hustotu cca 3 A/mm²
  • někdy se u vodičů neuvádí průřez ale průměr, přepočet $d=\sqrt{\frac{4S}{\pi }}$

Odkazy

Viz také

• http://de.wikibooks.org/wiki/Vom_Umgang_mit_Einphasentransformatoren siehe auch!

Teslův transformátor na: http://www.classicteslacoil.cz