„Transzformátor” változatai közötti eltérés

Innen: HamWiki
Ugrás a navigációhoz Ugrás a kereséshez
a (formázás - alsó indexek)
 
(6 közbenső módosítás, amit 3 másik szerkesztő végzett, nincs mutatva)
1. sor: 1. sor:
 +
Transzformátort sok célra használunk: feszültség átalakításra, leválasztásra, impedancia átalakításra, szimmetrizálásra, ...
 +
 
== A transzformátor rövid története ==
 
== A transzformátor rövid története ==
  
12. sor: 14. sor:
 
== A transzformátor működése ==
 
== 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.
+
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:
21. sor: 23. sor:
 
* Az áramáttétel ezzel szemben: a= N<sub>1</sub>/N<sub>2</sub> = I<sub>2</sub>/I<sub>1</sub>.
 
* Az áramáttétel ezzel szemben: a= N<sub>1</sub>/N<sub>2</sub> = I<sub>2</sub>/I<sub>1</sub>.
 
* Veszteségmentes transzformátor esetén a primer oldalon bemenő teljesítmény megegyezik a szekunder oldalon kivehető teljesítménnyel: P<sub>1</sub> = P<sub>2</sub>.
 
* Veszteségmentes transzformátor esetén a primer oldalon bemenő teljesítmény megegyezik a szekunder oldalon kivehető teljesítménnyel: P<sub>1</sub> = P<sub>2</sub>.
 +
 +
=== Kölcsönös indukció ===
 +
 +
[[Fájl:Kölcsönös indukció.png|thumb|right|Kölcsönös indukció]]
 +
Legyen az 1-es, N<sub>1</sub> menetszámú tekercs mágneses terében a 2-es ( N<sub>2</sub> ) tekercs. Ekkor 2-es tekercsen &Phi;<sub>12</sub> fluxusrész halad át. Ha az 1-es tekercsen átfolyó I<sub>1</sub> áram megváltozik, akkor a &Phi;<sub>12</sub> fluxus is. Ekkor 2-es tekercsben U<sub>i</sub> feszültség indukálódik.
 +
 +
<math>U_i = N_2 \cdot \frac{\Delta \Phi_{12}}{\Delta t}</math>
 +
 +
A 2-es tekercsben indukált feszültség az I<sub>i</sub> áramnak az időegység alatti változásával arányos.
 +
 +
<math>U_i = M_{12} \cdot \frac{\Delta I}{\Delta t}</math>
 +
 +
Az M<sub>12</sub> 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 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 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 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 &#8222;vasmagok&#8221; 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 &#8222;vasmagok&#8221; alkalmazása, hiszen ezekben minimális az örvényáramú veszteség.
  
 
== A transzformátorok üzemállapotai ==
 
== A transzformátorok üzemállapotai ==
 +
 +
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
 +
*U<sub>1</sub>=U<sub>névleges</sub> // mert ezt kapcsoltuk rá
 +
*I<sub>1</sub> = I<sub>0</sub>(vagy I<sub>üj</sub>), ahol I<sub>0</sub> az üresjárási áram
 +
*U<sub>2</sub> = U<sub>2max</sub> //a szekunder feszültség maximuma mérhető
 +
*I<sub>2</sub> = 0
 +
*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
 +
*I<sub>1</sub> = I<sub>RZ</sub>(rövidzárási áram)
 +
*U<sub>2</sub>=0 // ez is egyértelmű...
 +
*I<sub>2</sub> = I<sub>2max</sub> //a szekunder áram maximuma mérhető
 +
*U<sub>1</sub> = U<sub>RZ</sub> //a névleges feszültség töredéke
 +
*P<sub>1</sub> = P<sub>RZ</sub> = P<sub>t</sub> //a felvett teljesítmény legnagyobb részét a tekercsveszteségek adják
 +
*Drop [epszilon] = Százalékos rövidzárási feszültségesés. ((I<sub>RZ</sub>/I<sub>n</sub>)*100%)
 +
 +
Terhelési állapot:
 +
A két szélsőség között...folyt köv.
  
 
== A transzformátorok csoportosítása ==
 
== A transzformátorok csoportosítása ==
36. sor: 71. sor:
  
 
=== ... feszülségátalakítóként ===
 
=== ... feszülségátalakítóként ===
 +
 +
Ideális, kis veszteségű transzformátor esetén:
 +
 +
:<math>U_{ki} = U_{be} \cdot \frac{N_{ki}}{N_{be}}</math>
 +
 +
;ahol:
 +
* N<sub>be</sub>: primer tekercs menetszáma, ahova U<sub>be</sub> lesz kapcsolva
 +
* N<sub>ki</sub>: szekunder tekercs menetszáma, ahonnan U<sub>ki</sub> feszültséget kívánjuk kicsatolni.
  
 
=== ... áramerősség átalakítóként ===
 
=== ... áramerősség átalakítóként ===
 +
 +
Ideális, kis veszteségű transzformátor esetén:
 +
 +
:<math>I_{mero} = I_{foag} \cdot \frac{N_{foag}}{N_{mero}}</math>
 +
 +
;ahol:
 +
* N<sub>főág</sub>: primer tekercs menetszáma, ahova I<sub>főág</sub> árama lesz kapcsolva
 +
* N<sub>mérő</sub>: szekunder tekercs menetszáma, ahonnan I<sub>mérő</sub> mérőági áramerősséget kívánjuk kicsatolni.
 +
 +
Érdemes megfigyelni, hogy a feltranszformálás során jutunk kisebb áramerősséghez.
  
 
=== ... impedancia átalakítóként ===
 
=== ... impedancia átalakítóként ===
 +
 +
Ideális, kis veszteségű transzformátor esetén:
 +
 +
:<math>Z_{ki} = Z_{be} \cdot \Bigg(\frac{N_{ki}}{N_{be}}\Bigg)^2</math>
 +
 +
;ahol:
 +
* N<sub>be</sub>: primer tekercs menetszáma, ahova Z<sub>be</sub> impedacia lesz kapcsolva
 +
* N<sub>ki</sub>: szekunder tekercs menetszáma, ahonnan Z<sub>ki</sub> impedancián kívánunk kicsatolni.
  
 
=== ... leválasztó transzformátorként ===
 
=== ... leválasztó transzformátorként ===
 +
 +
A fentiek szerint, ahonban okvetlenül galvanikusan nem érintkező primer és szekunder tekerccsel.
  
 
=== ... szimmetrizáló transzformátorként ===
 
=== ... szimmetrizáló transzformátorként ===
  
 +
Ennek kétféle módszere ismert:
 +
* azonos primer és szekunder menetszámú leválasztó transzformátor, amely szekunder ága földfüggetlen.
 +
* vagy autotrafóként képzeljünk el egy 5 kivezetéses induktivitást, amely közepére kötjük a földet, egyik végére a meleg eret. A földszimmetrikus kivezetést pedig a
 +
** föld és melegér közt a fele menetszámnál csatoljuk ki
 +
** másik felét pedig ugyanekkora menetszámmal a tekercsközép túloldalán.
 +
** (a tuloldali végen levő tekercsrész elhagyható, csak a szemléletesség kedvéért lett így elképzelve)
  
−
[[Kategória:Konstruktőri ismeretek]]
+
[[Kategória:Elektronikai alkatrészek]] [[Kategória: Passzív alkatrészek]]
−
[[Kategória:Elektronikai alkatrészek]]
 

A lap jelenlegi, 2010. július 19., 13:26-kori változata

Transzformátort sok célra használunk: feszültség átalakításra, leválasztásra, impedancia átalakításra, szimmetrizálásra, ...

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

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.

A transzformátorok csoportosítása

Felhasználása

... feszülségátalakítóként

Ideális, kis veszteségű transzformátor esetén:

[math]U_{ki} = U_{be} \cdot \frac{N_{ki}}{N_{be}}[/math]
ahol
  • Nbe: primer tekercs menetszáma, ahova Ube lesz kapcsolva
  • Nki: szekunder tekercs menetszáma, ahonnan Uki feszültséget kívánjuk kicsatolni.

... áramerősség átalakítóként

Ideális, kis veszteségű transzformátor esetén:

[math]I_{mero} = I_{foag} \cdot \frac{N_{foag}}{N_{mero}}[/math]
ahol
  • Nfőág: primer tekercs menetszáma, ahova Ifőág árama lesz kapcsolva
  • Nmérő: szekunder tekercs menetszáma, ahonnan Imérő mérőági áramerősséget kívánjuk kicsatolni.

Érdemes megfigyelni, hogy a feltranszformálás során jutunk kisebb áramerősséghez.

... impedancia átalakítóként

Ideális, kis veszteségű transzformátor esetén:

[math]Z_{ki} = Z_{be} \cdot \Bigg(\frac{N_{ki}}{N_{be}}\Bigg)^2[/math]
ahol
  • Nbe: primer tekercs menetszáma, ahova Zbe impedacia lesz kapcsolva
  • Nki: szekunder tekercs menetszáma, ahonnan Zki impedancián kívánunk kicsatolni.

... leválasztó transzformátorként

A fentiek szerint, ahonban okvetlenül galvanikusan nem érintkező primer és szekunder tekerccsel.

... szimmetrizáló transzformátorként

Ennek kétféle módszere ismert:

  • azonos primer és szekunder menetszámú leválasztó transzformátor, amely szekunder ága földfüggetlen.
  • vagy autotrafóként képzeljünk el egy 5 kivezetéses induktivitást, amely közepére kötjük a földet, egyik végére a meleg eret. A földszimmetrikus kivezetést pedig a
    • föld és melegér közt a fele menetszámnál csatoljuk ki
    • másik felét pedig ugyanekkora menetszámmal a tekercsközép túloldalán.
    • (a tuloldali végen levő tekercsrész elhagyható, csak a szemléletesség kedvéért lett így elképzelve)
A lap eredeti címe: „https://wiki.ham.hu/index.php?title=Transzformátor&oldid=11761”