Transformátor ⭐ ve fyzice: definice, princip činnosti, účel a použití transformátoru

Možná si někdo myslí, že transformátor je něco mezi transformátorem a terminátorem. Účelem tohoto článku je zničit takové myšlenky.

Denní zpravodaj s užitečnými informacemi pro studenty všech směrů – na našem telegramovém kanálu.

Transformátor je statické elektromagnetické zařízení určené k přeměně střídavého elektrického proudu jednoho napětí a určité frekvence na elektrický proud jiného napětí a stejné frekvence.

Provoz jakéhokoli transformátoru je založen na fenoménu elektromagnetické indukce, který objevil Faraday.

Účel transformátorů

Různé typy transformátorů se používají téměř ve všech napájecích obvodech pro elektrická zařízení a při přenosu elektřiny na velké vzdálenosti.

Elektrárny produkují proud relativně nízkého napětí – 220, 380, 660B. Transformátory, zvyšující napětí na hodnoty objednávky tisíc kilovoltů, umožňují výrazně snížit ztráty při přenosu elektřiny na velké vzdálenosti a zároveň zmenšit průřez vodičů elektrického vedení.

Bezprostředně předtím, než se dostane ke spotřebiteli (například běžná domácí zásuvka), proud prochází redukčním transformátorem. Takto získáme to, na co jsme zvyklí 220 Volt.

Nejběžnějším typem transformátorů je výkonové transformátory. Jsou určeny k převodu napětí v elektrických obvodech. Kromě výkonových transformátorů používají různá elektronická zařízení:

• pulzní transformátory;
• výkonové transformátory;
• proudové transformátory.

Princip činnosti transformátoru

Transformátory jsou jednofázové a vícefázové, s jedním, dvěma nebo více vinutími. Uvažujme obvod a princip činnosti transformátoru na příkladu jednoduchého jednofázového transformátoru.

Mimochodem, v dalších článcích si můžete přečíst, jaká je fáze a nula v elektřině.

Z čeho se skládá transformátor? V nejjednodušším případě z jednoho kovu jádro a dva vinutí. Vinutí nejsou vzájemně elektricky spojena a jsou to izolované vodiče.

Jedno vinutí (tzv primární) je připojen ke zdroji střídavého proudu. Druhé vinutí, tzv sekundární, se připojuje ke koncovému proudovému spotřebiči.

Když je transformátor připojen ke zdroji střídavého proudu, proudí v závitech jeho primárního vinutí střídavý proud o velikosti. I1. To vytváří magnetický tok Ф, který proniká oběma vinutími a indukuje v nich EMF.

Stává se, že sekundární vinutí není zatíženo. Tento režim provozu transformátoru se nazývá režim naprázdno. Pokud je tedy sekundární vinutí připojeno k libovolnému spotřebiči, protéká jím proud I2, vznikající pod vlivem EMF.

Velikost EMF vznikající ve vinutích přímo závisí na počtu závitů každého vinutí. Poměr EMF indukovaného v primárním a sekundárním vinutí se nazývá transformační poměr a je roven poměru počtu závitů odpovídajících vinutí.

Výběrem počtu závitů na vinutí můžete zvýšit nebo snížit napětí u aktuálního spotřebiče ze sekundárního vinutí.

Ideální transformátor

Ideální transformátor je takový transformátor, ve kterém nedochází k energetickým ztrátám. V takovém transformátoru se proudová energie v primárním vinutí zcela přemění nejprve na energii magnetického pole a poté na energii sekundárního vinutí.

Takový transformátor samozřejmě v přírodě neexistuje. V případě, kdy lze tepelné ztráty zanedbat, je vhodné při výpočtech použít vzorec pro ideální transformátor, podle kterého jsou proudové výkony v primárním a sekundárním vinutí stejné.

Mimochodem! Pro naše čtenáře je nyní sleva 10 %. jakýkoli druh práce

Energetické ztráty v transformátoru

Účinnost transformátorů je poměrně vysoká. Ve vinutí a jádře však dochází ke ztrátám energie, což způsobuje nárůst teploty během provozu transformátoru. U malých výkonových transformátorů to nepředstavuje problém a veškeré teplo jde do okolí – využívá se přirozené chlazení vzduchem. Takové transformátory se nazývají suché.

U výkonnějších transformátorů nestačí chlazení vzduchem a používá se chlazení olejem. V tomto případě je transformátor umístěn v nádrži s minerálním olejem, přes který je teplo předáváno stěnám nádrže a odváděno do okolí. U vysokovýkonných transformátorů se navíc používají výfukové potrubí – pokud se olej vaří, výsledné plyny potřebují výstup.

Transformátory samozřejmě nejsou tak jednoduché, jak by se mohlo na první pohled zdát – koneckonců jsme stručně zkoumali princip fungování transformátoru. Elektrotechnický test s problémy při výpočtu transformátoru se rázem může stát skutečným problémem. Speciální studentská služba je vždy připravena pomoci při řešení jakýchkoli problémů s vaším studiem! Kontaktujte Zaochnika a učte se snadno!

Pomůžeme vám projít se skvělými výsledky a bez opakování.

• Kontrolní práce od 1 dne / od 120 rublů. Zjistěte cenu
• Práce od 7 dnů / od 9540 rublů Zjistěte cenu
• Kurz od 5 dnů / od 2160 rublů. Zjistěte cenu
• Abstrakt od 1 dne / od 840 rublů Zjistěte cenu

Ivan Kolobkov, také známý jako Joni. Marketér, analytik a copywriter ve společnosti Zaochnik. Mladý nadějný spisovatel. Má lásku k fyzice, vzácným věcem a dílu C. Bukowského.

Transformátor je statické zařízení, které je určeno k přeměně napětí a jeho přenosu na velké vzdálenosti bez změny frekvence elektrického proudu.

Nejjednodušší transformátor obsahuje dvě vinutí s izolovanými elektrickými vodiči. Tyto dráty jsou navinuty kolem ocelového laminovaného jádra. Zdroj: hees.ru

Jednoduché vysvětlení principu fungování zařízení

1. Provozní režim je, když sekundární cívka transformátoru přijímá proud, napětí a odpor z primárního okruhu.
2. Režim nečinnosti zahrnuje otevření sekundárního vinutí. Tento režim umožňuje vypočítat transformační poměr a měřit proud, který protéká primárním okruhem.
3. Režim zkratu zahrnuje přímé zkratování konců sekundárního vinutí, ve kterém je odpor v obvodu nulový. V tomto režimu můžete určit ztráty, ke kterým dochází v důsledku zahřívání vinutí.

Transformační poměr

Poměr transformátoru je veličina, která ukazuje převodní funkci transformátoru vzhledem k jednomu z parametrů elektrického obvodu: proudu, napětí nebo odporu.

Ve fyzice jsou vzorce pro výpočet této veličiny prezentovány takto:

Klasifikace podle typu

Transformátor je složité zařízení, takže existuje několik klasifikací:

• Podle počtu fází jsou transformátory: jednofázové, třífázové, vícefázové;
• podle počtu závitů: dva, tři, vícevinutí;
• podle principu působení: zmenšování, zvyšování, oddělování;
• podle účelu: silový, měřicí, speciální;
• metodou chlazení: suchá nebo olejová;
• podle typu magnetického obvodu: tyč; obrněný nebo prsten.

Nejrozsáhlejší klasifikací transformátorů je klasifikace podle jejich účelu.

1. Násilím. Jedná se o vysoce výkonná zařízení, která se používají na elektrických vedeních a velkých rozvodnách pro přeměnu elektřiny a její dodávku koncovým uživatelům.
2. Autotransformátory. Taková zařízení se vyznačují tím, že primární a sekundární cívky jsou v nich přímo spojeny.
3. Měření. V takových transformátorech je primární cívka zapojena do série s elektrickým obvodem s jinými zařízeními a sekundární vinutí se používá k měření zařízení a pracuje v režimu zkratu.
4. Napěťové transformátory. Taková zařízení snižují napětí a používají se k izolaci elektrických obvodů a ochraně měřicích přístrojů.
5. Impuls. Takové transformátory jsou navrženy tak, aby převáděly amplitudu a polaritu impulsů bez změny jejich tvaru.
6. Svařování. Tato zařízení pracují při vysokém svařovacím proudu potřebném k roztavení kovu. Síťové napětí musí být sníženo na bezpečnou úroveň.
7. Dělení. Takové transformátory se vyznačují nepřítomností jakéhokoli elektrického spojení mezi vinutími a používají se ke zvýšení bezpečnosti elektrických sítí a vytvoření izolace mezi jejich uzly.
8. Schvalování. Taková zařízení jsou potřebná pro přizpůsobení odporu v elektrických obvodech. Zařízení tohoto typu poskytují nejmenší zkreslení signálů a vytvářejí izolaci mezi zařízeními zahrnutými v elektrickém obvodu.
9. Špičkové transformátory. Tato zařízení převádějí sinusový proud na pulzní napětí.
10. Vzduch. Jedná se o suché chladicí transformátory. Jsou nezbytné pro převod napětí v síti.
11. Olejový. Taková zařízení se používají při vysokém výstupním výkonu, aby se zabránilo zničení izolace vinutí. Systém je chlazen speciálním olejem.
12. Dvojité škrticí klapky. Takové transformátory obsahují dvě identická vinutí, díky nimž je mezi nimi vytvořen protiindukční filtr.
13. Rotující. Taková zařízení se skládají ze 2 půljádrů s vinutím. Cívky se vůči sobě otáčejí. Provoz v takových transformátorech je možný právě díky vysoké rychlosti otáčení.

Aplikace v napájecích zdrojích

Kromě hlavních úkolů jsou zařízení určena pro:

• přenos elektřiny na velké vzdálenosti;
• poskytování potřebného provozního schématu v konvertorových zařízeních;
• přizpůsobení napětí na vstupu a výstupu zařízení – transformátor se používá k provozu celé řady domácích, elektrických, rozhlasových a televizních zařízení. Příkladem může být transformátor v konvici nebo LED lampa.

Tato zařízení se aktivně používají v mnoha oblastech průmyslu: strojírenství, elektroenergetika a doprava.