Transformátory - Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně
Ústav elektrotechniky a měření
Transformátory
Přednáška č. 11
Milan Adámek
Transformátory
[email protected]
U5 A711
+420576035251
1
1. Ideální trafo
∧
∧
∧
∧
u 0 = Φ ω N = B Sω N = 2π B SfN
∧
2π ∧
U0 =
B SfN = 4,44 B SfN
2
•S
•N
•B
•U0
plocha průřezu jádra
počet závitů
magnetická indukce
napětí naprázdno
Pozn: kvůli izolaci transformátorových plechů je průřez železa menší než
průřez jádraÎ
činitel obsahu železa fFE=(0,8 – 0,95)
Transformátory
2
Ideální trafo:
• 100 % magnetickou vazbu
• nulový rozptylový mag. tok
• přenos výkonu je beze ztrát
S1 = S 2
U 1 I1 = U 2 I 2
I1 U 2
=
I2 U1
Φ1 = Φ 2
B1 S = B2 S
U1
U2
=
fN1 fN 2
U1 U 2
=
N1 N 2
Transformátory
I1 N 2
=
I 2 N1
Z1 N12
= 2
Z2 N2
3
1. Reálné trafo
a. činnost naprázdno
nezatížené trafo se chová jako cívka
s velkou indukčností
I0 vstupní proud naprázdno
Im magnetizační proud
IV ztrátový proud
Transformátory
4
• magnetizační proud je fázově zpožděn za vstupním napětím o 900
• proud naprázdno má menší fázový posuv proti mag. proudu
v důsledku přemagnetování jádra ztrátovým proudem
• účiník při běhu naprázdno je malý: asi 0,2
• při zvětšení vzduchové mezery (mezery v železe vyplněné izolantem)
roste proud naprázdno
• proud naprázdno je způsoben ztrátami. Za účelem minimalizace ztrát
se kladou E plechy střídavě
Transformátory
5
náhradní
zapojení trafa
b. činnost při zatížení
výstupní napětí v
závislosti na typu
zátěže
Transformátory
6
c. zkratové napětí
• napětí nakrátko – je vstupní napětí,
při kterém protéká vstupním vinutím
jmenovitý proud I1N při zkratovaném
sekundárním vinutí
Transformátory
7
d. zkratový proud
• teče při zkratování sekundární strany trafa
• trvá –li déle než 1 periodu střídavého napětí, jde o trvalý zkratový proud Ikd
• u traf s malým zkratovým napětím tečou velké zkratové proudy a opačně
• okamžitě po vzniku teče rázový zkratový proud IS
In
I kd =
100%
Uk
Ikd trvalý zkratový proud
In
jmenovitý výstupní proud
uk relativní napětí nakrátko v %
I S = 1,8 2I kd
Transformátory
8
Účinnost trafa
• účinnost je poměr odevzdaného k přijatému činnému výkonu
ztráty v železe (měření
naprázdno viz a)
η=
ztáty ve vinutí
(měření nakrátko viz b)
P2 P1 − ( ∆P0 + ∆Pk75 )
=
P1
P1
Transformátory
9
Druhy transformátorů
1.
Malé transformátory
• jde o transformátory s jmenovitým výkonem do 16kVA pro sítě
do 1000V, do 500Hz
• transformátorové plechy mají tvar EI, M, UI a L
• vinutí většinou z lakovaného měděného drátu. mezi vinutím s nižším
a vyšším napětím je zpravidla izolace, podle potřeby několikavrstvá
Transformátory
10
Transformátory
11
1.
2.
3.
5.
6.
7.
odolné proti zkratu – mají velké zkratové napětí a malý zkratový proud
jištěné proti zkratu - opatřeny tavnou pojistkou, nadproudovým jističem
oddělovací – mají galvanicky oddělená primární a sekundární vinutí
přístrojové – pro napájení přístrojů
zapalovací – k zapájení plynu nebo topného oleje v topných systémech
ochranné – jako zdroje malého bezpečného napětí (6V, 12V, 24V)
1.
2.
3.
4.
pro hračky – výstup max. 24V, výkon menší jak 100W
zvonkové - výstup max. 24V, odolné proti zkratu
pro ruční svítilny – ochranná izolace, izolace proti stříkající vodě
pro lékařské přístroje – např. endoskop: výstup max. 6V
Transformátory
12
2. Zvláštní transformátory
a. autotranformátor
•
jde o indukční dělič tvořený jedním vinutím s odbočkou (úsporné
zapojení)
Transformátory
13
b. rozptylové transformátory
• jde o měkké zdroje napětí odolné proti zkratu
• při velkých odběrových proudech roste úbytek napětí na jalovém odporu
• jsou opatřeny přestavitelnou spojkou k nastavení rozptylu mag. toku
• např. pro napájení světelných trubic
Transformátory
14
c. svářecí transformátory
• napětí naprázdno je kolem 70V,
při sváření asi 50V
• svářecí proud je regulovatelný
běžně do 150A
Transformátory
15
d. měřicí transformátory
• převádí vysoká napětí nebo proudy na hodnoty akceptovatelné
pro elektroniku a měřicí přístroje
napěťový měřicí trafo
proudový měřicí trafo (indukční ampérmetr)
Transformátory
16
klešťový indukční ampérmetr
• čelisti kleští obejmou vodič protékaný
proudem
• měřený vodič slouží jako primární vinutí
měřicího trafa
• výhoda: není nutno rozpojovat měřený
obvod
Transformátory
17
e. trojfázové transformátory
Transformátory
18
transformátory velkých
výkonů jsou chlazeny
olejem
Buchholzova ochrana
Transformátory
19