„Transzformátor” változatai közötti eltérés
a |
|||
| 14. sor: | 14. sor: | ||
== A transzformátor működése == | == A transzformátor működése == | ||
| − | Az egyfázisú transzformátor egyik tekercsére szinuszos, váltakozó | + | Az egyfázisú transzformátor egyik tekercsére szinuszos, váltakozó feszültséget kapcsolva a tekercsben áram indul meg. Ezt a tekercset primer oldali tekercsnek nevezzük. A primer tekercs árama mágneses teret gerjeszt a tekercs belsejében. Ennek a térnek az erővonalai metszik a másik tekercset, így abban feszültség indukálódik. Ez a tekercs a szekunder tekercs. Ha a szekunder körre fogyasztót kapcsolunk, akkor áram indul meg a körben olyan irányban, hogy a szekunder áram által keltett mágneses tér - a [[Lenz-törvény]] értelmében - csillapítani igyekszik az őt létrehozó hatást, azaz a primer áramot. Ezért ha jobban megterheljük a szekunder oldalt, a primer oldal árama is növekedni fog, hogy a vasmagban lévő fluxust fenn tudja tartani. |
Legyen a primer oldali tekercs N<sub>1</sub> menetszámú, a szekunder oldali N<sub>2</sub> menetszámú. Ekkor az alábbiak érvényesek: | Legyen a primer oldali tekercs N<sub>1</sub> menetszámú, a szekunder oldali N<sub>2</sub> menetszámú. Ekkor az alábbiak érvényesek: | ||
| 39. sor: | 39. sor: | ||
== A transzformátorok veszteségei == | == A transzformátorok veszteségei == | ||
| − | A nem ideális transzformátor veszteségekkel üzemel. A betáplált teljesítményből levonva a veszteségeket kapjuk a kivehető teljesítményt. A primer és szekunder tekercsek jó villamos vezetőképességű anyagból készülnek, de mégis van ellenállásuk. A tekercseken átfolyó áram P<sub>t</sub> = I<sup>2</sup> * R tekercsveszteséget hoz létre, amely a rézhuzalt melegíti. Mivel ez mindkét oldalon jelentkezik, így beszélhetünk primer és szekunder tekercsveszteségről. A vasmagban is keletkezik veszteség. Mivel a transzformátort általában váltakozó | + | A nem ideális transzformátor veszteségekkel üzemel. A betáplált teljesítményből levonva a veszteségeket kapjuk a kivehető teljesítményt. A primer és szekunder tekercsek jó villamos vezetőképességű anyagból készülnek, de mégis van ellenállásuk. A tekercseken átfolyó áram P<sub>t</sub> = I<sup>2</sup> * R tekercsveszteséget hoz létre, amely a rézhuzalt melegíti. Mivel ez mindkét oldalon jelentkezik, így beszélhetünk primer és szekunder tekercsveszteségről. A vasmagban is keletkezik veszteség. Mivel a transzformátort általában váltakozó feszültséggel tápláljuk, a vasmag mágnesezettségének iránya is váltakozik, periódusonként kétszer. Mivel a vas átmágnesezéséhez energia kell, így ez is veszteségként jelentkezik, amely a primer feszültség négyzetével arányos mennyiség. Az átmágnesezési - vagy hiszterézis - veszteséget úgy lehet csökkenteni, ha jobb relatív permeabilitású anyagot használunk a transzformátorban. |
A vasmagban is indukálódik feszültség, mivel változó mágneses térben van. Ráadásul a vas jó villamos vezetőképességű anyag, így a belső feszültségek hatására ún. örvényáramok indulnak meg benne, amik a vas ellenállása miatt szintén melegítik a transzformátort és veszteségként jelentkeznek. Ezt a hatást úgy lehet csökkenteni, ha a vasmagot vaslemezekből állítjuk össze, így a lemezek közötti ellenállás megnövekszik és kisebb áramok tudnak kialakulni. Nagyon jó módszer a porkohászati úton előállított „vasmagok” alkalmazása, hiszen ezekben minimális az örvényáramú veszteség. | A vasmagban is indukálódik feszültség, mivel változó mágneses térben van. Ráadásul a vas jó villamos vezetőképességű anyag, így a belső feszültségek hatására ún. örvényáramok indulnak meg benne, amik a vas ellenállása miatt szintén melegítik a transzformátort és veszteségként jelentkeznek. Ezt a hatást úgy lehet csökkenteni, ha a vasmagot vaslemezekből állítjuk össze, így a lemezek közötti ellenállás megnövekszik és kisebb áramok tudnak kialakulni. Nagyon jó módszer a porkohászati úton előállított „vasmagok” alkalmazása, hiszen ezekben minimális az örvényáramú veszteség. | ||
| 45. sor: | 45. sor: | ||
== A transzformátorok üzemállapotai == | == A transzformátorok üzemállapotai == | ||
| − | Üresjárási üzemállapot: Ha a transzformátor primer tekercsére | + | Üresjárási üzemállapot: Ha a transzformátor primer tekercsére névleges feszültséget kapcsolunk és a szekunder kapcsokon végtelen ellenállás van (I<sub>2</sub> = 0, azaz nincs terhelés), akkor a transzformátor üresjárási üzemállapotban van. Ilyenkor a következő megállapítások érvényesek: |
*R<sub>2</sub>=végtelen //azaz nincs terhelés, a kimeneten szakadás van | *R<sub>2</sub>=végtelen //azaz nincs terhelés, a kimeneten szakadás van | ||
*U<sub>1</sub>=U<sub>névleges</sub> // mert ezt kapcsoltuk rá | *U<sub>1</sub>=U<sub>névleges</sub> // mert ezt kapcsoltuk rá | ||
| 53. sor: | 53. sor: | ||
*P<sub>1</sub> = P<sub>üj</sub> = Pvas //a felvett teljesítmény legnagyobb részét a vasveszteség adja | *P<sub>1</sub> = P<sub>üj</sub> = Pvas //a felvett teljesítmény legnagyobb részét a vasveszteség adja | ||
| − | + | Rövidzárási üzemállapot: A transzformátor szekunder kapcsait rövidre zárjuk. A primer tekercsekre akkora feszültséget kapcsolunk, hogy I<sub>névleges</sub> áram induljon meg. A következő megállapításokat tehetjük: | |
*R<sub>2</sub>=0 //azaz maximális a terhelés, a kimeneten rövidzár van | *R<sub>2</sub>=0 //azaz maximális a terhelés, a kimeneten rövidzár van | ||
*I<sub>1</sub> = I<sub>RZ</sub>(rövidzárási áram) | *I<sub>1</sub> = I<sub>RZ</sub>(rövidzárási áram) | ||
A lap 2009. július 15., 23:53-kori változata
Transzformátort sok célra használunk: feszültség átalakításra, leválasztásra, impedancia átalakításra, szimmetrizálásra, ...
Tartalomjegyzék
A transzformátor rövid története
A transzformátor felépítése
Az egyfázisú transzformátor két, csatolásban lévő tekercsből áll. A csatolás azt jelenti, hogy az egyik tekercs által gerjesztett mágneses erővonalak egy része áthalad a másik tekercsen. A csatolás mértékének növelése érdekében a két tekercset egymásra helyezik és vasmagra helyezik őket. A tekercsek rézből készülnek, a jó villamos vezetőképesség miatt. A vasmag jó mágneses tulajdonságokkal rendelkező anyag, nagy relatív permeabilitású.
A vasmag kialakítása alapján nevezik az efféle „áram-átalakítókat” köpeny, lánc illetve toroid típusú transzformátoroknak.
A háromfázisú transzformátorok tulajdonképpen három darab egyfázisú transzformátorból állnak. A három tekercs csillag vagy delta kapcsolásban van összekötve.
A transzformátor működése
Az egyfázisú transzformátor egyik tekercsére szinuszos, váltakozó feszültséget kapcsolva a tekercsben áram indul meg. Ezt a tekercset primer oldali tekercsnek nevezzük. A primer tekercs árama mágneses teret gerjeszt a tekercs belsejében. Ennek a térnek az erővonalai metszik a másik tekercset, így abban feszültség indukálódik. Ez a tekercs a szekunder tekercs. Ha a szekunder körre fogyasztót kapcsolunk, akkor áram indul meg a körben olyan irányban, hogy a szekunder áram által keltett mágneses tér - a Lenz-törvény értelmében - csillapítani igyekszik az őt létrehozó hatást, azaz a primer áramot. Ezért ha jobban megterheljük a szekunder oldalt, a primer oldal árama is növekedni fog, hogy a vasmagban lévő fluxust fenn tudja tartani.
Legyen a primer oldali tekercs N1 menetszámú, a szekunder oldali N2 menetszámú. Ekkor az alábbiak érvényesek:
- A transzformátor menetszám-áttétele: a = N1/N2
- A primer feszültség U1, a szekunder U2.
- Az ideális (veszteségmentes) transzformátor feszültség-áttétele megegyezik a menetszám-áttételével: a= U1/U2 = N1/N2
- Az áramáttétel ezzel szemben: a= N1/N2 = I2/I1.
- Veszteségmentes transzformátor esetén a primer oldalon bemenő teljesítmény megegyezik a szekunder oldalon kivehető teljesítménnyel: P1 = P2.
Kölcsönös indukció
Legyen az 1-es, N1 menetszámú tekercs mágneses terében a 2-es ( N2 ) tekercs. Ekkor 2-es tekercsen Φ12 fluxusrész halad át. Ha az 1-es tekercsen átfolyó I1 áram megváltozik, akkor a Φ12 fluxus is. Ekkor 2-es tekercsben Ui feszültség indukálódik.
[math]U_i = N_2 \cdot \frac{\Delta \Phi_{12}}{\Delta t}[/math]
A 2-es tekercsben indukált feszültség az Ii áramnak az időegység alatti változásával arányos.
[math]U_i = M_{12} \cdot \frac{\Delta I}{\Delta t}[/math]
Az M12 kölcsönös indukciós tényező azt fejezi ki, hogy egy tekercs áramának 1 másodperc alatt 1 amperrel való egyenletes megváltozása a másik, nyitott kapcsú tekercsben hány volt feszültséget indukál. Mértékegysége a henry.
A transzformátorok veszteségei
A nem ideális transzformátor veszteségekkel üzemel. A betáplált teljesítményből levonva a veszteségeket kapjuk a kivehető teljesítményt. A primer és szekunder tekercsek jó villamos vezetőképességű anyagból készülnek, de mégis van ellenállásuk. A tekercseken átfolyó áram Pt = I2 * R tekercsveszteséget hoz létre, amely a rézhuzalt melegíti. Mivel ez mindkét oldalon jelentkezik, így beszélhetünk primer és szekunder tekercsveszteségről. A vasmagban is keletkezik veszteség. Mivel a transzformátort általában váltakozó feszültséggel tápláljuk, a vasmag mágnesezettségének iránya is váltakozik, periódusonként kétszer. Mivel a vas átmágnesezéséhez energia kell, így ez is veszteségként jelentkezik, amely a primer feszültség négyzetével arányos mennyiség. Az átmágnesezési - vagy hiszterézis - veszteséget úgy lehet csökkenteni, ha jobb relatív permeabilitású anyagot használunk a transzformátorban.
A vasmagban is indukálódik feszültség, mivel változó mágneses térben van. Ráadásul a vas jó villamos vezetőképességű anyag, így a belső feszültségek hatására ún. örvényáramok indulnak meg benne, amik a vas ellenállása miatt szintén melegítik a transzformátort és veszteségként jelentkeznek. Ezt a hatást úgy lehet csökkenteni, ha a vasmagot vaslemezekből állítjuk össze, így a lemezek közötti ellenállás megnövekszik és kisebb áramok tudnak kialakulni. Nagyon jó módszer a porkohászati úton előállított „vasmagok” alkalmazása, hiszen ezekben minimális az örvényáramú veszteség.
A transzformátorok üzemállapotai
Üresjárási üzemállapot: Ha a transzformátor primer tekercsére névleges feszültséget kapcsolunk és a szekunder kapcsokon végtelen ellenállás van (I2 = 0, azaz nincs terhelés), akkor a transzformátor üresjárási üzemállapotban van. Ilyenkor a következő megállapítások érvényesek:
- R2=végtelen //azaz nincs terhelés, a kimeneten szakadás van
- U1=Unévleges // mert ezt kapcsoltuk rá
- I1 = I0(vagy Iüj), ahol I0 az üresjárási áram
- U2 = U2max //a szekunder feszültség maximuma mérhető
- I2 = 0
- P1 = Püj = Pvas //a felvett teljesítmény legnagyobb részét a vasveszteség adja
Rövidzárási üzemállapot: A transzformátor szekunder kapcsait rövidre zárjuk. A primer tekercsekre akkora feszültséget kapcsolunk, hogy Inévleges áram induljon meg. A következő megállapításokat tehetjük:
- R2=0 //azaz maximális a terhelés, a kimeneten rövidzár van
- I1 = IRZ(rövidzárási áram)
- U2=0 // ez is egyértelmű...
- I2 = I2max //a szekunder áram maximuma mérhető
- U1 = URZ //a névleges feszültség töredéke
- P1 = PRZ = Pt //a felvett teljesítmény legnagyobb részét a tekercsveszteségek adják
- Drop [epszilon] = Százalékos rövidzárási feszültségesés. ((IRZ/In)*100%)
Terhelési állapot: A két szélsőség között...folyt köv.
