Transzformátor

Innen: HamWiki
A lap korábbi változatát látod, amilyen HG7WFM (vitalap | közreműködések) 2006. augusztus 30., 18:56-kor történt szerkesztése után volt. (→‎A transzformátorok üzemállapotai)
Ugrás a navigációhoz Ugrás a kereséshez

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 feszltséget 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.

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 feszültésggel 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 neévleges feszültséget kapcsolunk és a szekunder kapcsokon végtelen ellenállás van (I2 = 0, azaz nincs terhelés), akkor a transzformátor üresjárási üzemálapotban 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

Rövidzérési üzemállapot: A transzformátor szekunder kapcsait rövidre zárjuk. A primer tekercsekre akkora feszültséget kacsolunk, 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.

A transzformátorok csoportosítása

Felhasználása

... feszülségátalakítóként

... áramerősség átalakítóként

... impedancia átalakítóként

... leválasztó transzformátorként

... szimmetrizáló transzformátorként