Transformátory jsou nejznámějším zařízením v energetických systémech. Jsou velké, výrazné, v zásadě jednoduché, ale vyžadují hodně údržby, takže se zdají být mnohem hmotnější než „kabely“. Na schématu elektrické sítě jsou transformátory jako páteřní uzly, zatímco ostatní zařízení slouží jako jejich připojení.

Tento článek představí komponenty, principy, funkce, klasifikaci a aplikační scénáře transformátorů.

1.Složení transformátoru

Transformátor se skládá hlavně z jádra a vinutí.

Jádro slouží jako dráha magnetického obvodu transformátoru, zatímco vinutí jsou součástí elektrického obvodu, vytvořeného navinutím určitého počtu závitů smaltovaného- drátu.

To, které je připojeno ke zdroji energie, se nazývá primární vinutí, známé také jako primární cívka. To, které je připojeno k zátěži, se nazývá sekundární vinutí, také známé jako sekundární cívka nebo sekundární boční vinutí.

Základními formami struktur jádra jsou jádro-ve tvaru srdce a typ pláště.

• Transformátor jádra-ve tvaru srdce

Sloupce transformátoru typu jádra-jsou obklopeny vinutími. Jednoduše řečeno, vinutí obklopuje jádro, takže konstrukce je relativně jednoduchá a snáze se montuje a izoluje, a proto transformátory často používají strukturu jádra -.

• Shell-typ transformátoru

V transformátoru typu shell -obklopuje jádro vinutí. Transformátory typu Shell- mají vysokou mechanickou pevnost a vyčnívající rohy, ale jejich výrobní proces je složitý a vyžaduje více materiálů. Obvykle se používají pouze v nízko-napěťových, vysoko{5}}proudových transformátorech nebo malokapacitních výkonových transformátorech.

2.Základní princip činnosti transformátoru

Transformátor pracuje na principu elektromagnetické indukce.

Při připojení vhodného střídavého zdroje na oba konce primárního vinutí působením napájecího napětí u₁střídavý proud i₀ protéká primárním vinutím a vytváří magnetomotorickou sílu v primárním vinutí. Tím se v jádru vybudí střídavý magnetický tok ϕ. Tento střídavý tok ϕ spojuje jak primární, tak sekundární vinutí. Podle zákona elektromagnetické indukce jsou indukované elektromotorické síly např₁a e₂jsou generovány v primárním a sekundárním vinutí. Pod vlivem indukované elektromotorické síly e₂sekundární vinutí může dodávat energii zátěži a dosáhnout přenosu energie.

Poměr indukovaných elektromotorických sil v primárním a sekundárním vinutí je roven poměru počtu závitů v primárním a sekundárním vinutí. Velikost indukované elektromotorické síly e₁na primární straně je blízko přiloženému napětí u₁na primární straně, přičemž velikost indukované elektromotorické síly e₂na sekundární straně je blízko výstupnímu napětí u₂na sekundární straně.

Proto jednoduchou změnou počtu závitů v primárním nebo sekundárním vinutí jednou nebo dvakrát se výstupní napětí u₂lze upravit. Toto je základní pracovní princip transformátoru, který využívá principu elektromagnetické indukce k přeměně zdroje střídavého proudu jedné napěťové úrovně na zdroj střídavého proudu o stejné frekvenci, ale různé napěťové úrovni.

2.Základní funkce transformátoru

Mezi základní funkce transformátoru patří převod napětí, převod proudu, převod impedance, izolace a regulace napětí.

Transformace napětí: Transformátory mohou zvýšit nebo snížit napětí střídavého proudu, aby vyhovovaly různým potřebám elektřiny. Například stupňovitý-transformátor se používá ke zvýšení napětí z elektrárny, aby se snížily energetické ztráty během přenosu, zatímco stupňovitý-transformátor se používá ke snížení vysokého napětí na napětí bezpečného použití.

Transformace proudu: Změnou napětí mění transformátor také odpovídajícím způsobem proud. Podle zákona zachování výkonu, když se napětí zvyšuje, proud klesá a naopak. Díky této vlastnosti jsou transformátory velmi důležité při přenosu energie, protože mohou efektivně řídit proudové zatížení.

Transformace impedance: Transformátory mohou změnit impedanci obvodu, takže je vhodnější pro různé podmínky zatížení. To je zvláště důležité u audio zařízení a dalších elektronických zařízení, protože to může zlepšit účinnost přenosu signálu.

Izolace: Transformátory mohou poskytovat elektrickou izolaci a chránit bezpečnost zařízení a uživatelů. Tato izolace může zabránit tomu, aby vysoké napětí poškodilo nízkonapěťové -zařízení, a zajišťuje tak bezpečný provoz zařízení.

Regulace napětí: Pro regulaci napětí lze použít určité typy transformátorů (jako jsou saturovatelné tlumivky), které pomáhají udržovat stabilitu napětí a zajišťují spolehlivost a stabilitu energetického systému.

4. Klasifikace transformátorů

4.1Klasifikace podle kapacity

• Malý transformátor: napětí pod 10KV, kapacita mezi 1 a 500KVA.

• Malé a střední-transformátory: napětí 35 kV a méně, výkon od 630 do 6300 kVA.

• Velké transformátory: napětí 110 kV a méně, kapacita mezi 8000 a 63000 kVA.

4.2 Klasifikace podle použití

• Výkonový transformátor: Používá se pro zvyšování, snižování, distribuci a propojování v systémech přenosu a distribuce energie, nebo se používá speciálně jako transformátory pro elektrárny a rozvodny.

• Přístrojové transformátory: jako jsou napěťové a proudové transformátory, používané pro měřicí přístroje a reléová ochranná zařízení.

• Výkonový transformátor: používá se pro řízení napájení, osvětlení a indikátorů obecných mechanických zařízení.

• Elektronický transformátor: používá se v elektronických obvodech, jako jsou spínané{0}}režimové napájecí zdroje, audio, pulzní a impedanční přizpůsobení.

• Testovací transformátor: schopný generovat vysoké napětí pro provádění vysokonapěťových{0}}testů elektrického zařízení.

• Speciální transformátory: jako jsou transformátory elektrických pecí, usměrňovací transformátory, transformátory pro regulaci napětí atd.

4.3Klasifikováno podle počtu fází vinutí transformátoru

• Jedno{0}}fázový transformátor: používá se pro jedno-fázové zátěže a tří{2}}fázové transformátory.

• Tří{0}}fázový transformátor: Používá se ke zvýšení nebo snížení napětí ve tří-fázových systémech.

4.4 Klasifikováno podle metody chlazení transformátoru

• Suchý-transformátor: Chlazený prouděním vzduchu, obecně se používá pro transformátory s malou{1}}kapacitou, jako jsou místní osvětlení a elektronické obvody.

• Transformátor ponořený do oleje-: Transformátor, který používá jako izolační a chladicí médium transformátorový olej, přičemž jádro a vinutí jsou zcela ponořeny v izolačním oleji.

4.5 Klasifikováno podle typu připojení vinutí transformátoru

• Transformátor s dvojitým vinutím: Používá se k připojení dvou napěťových úrovní v napájecím systému.

• Transformátor se třemi vinutími: Obecně se používá v regionálních rozvodnách energetického systému k připojení tří napěťových úrovní.

• Autotransformátor: Primární a sekundární vinutí jsou sloučeny do jednoho, slouží k připojení napájecích systémů různých napětí. Lze jej také použít jako běžný transformátor -nahoru nebo{2}}snížení.

4.6 Klasifikováno podle provozní frekvence transformátoru

• Výkonový frekvenční transformátor: jeho pracovní frekvence je 50Hz nebo 60Hz.
• Mezifrekvenční transformátor: jeho pracovní frekvence je 400–1000 Hz.
• Audiofrekvenční transformátor: jeho pracovní frekvence je 20Hz–20kHz.

• Nadzvukový frekvenční transformátor: Jeho pracovní frekvence je nad 20 kHz, obecně nepřesahuje 100 kHz.

• Vysokofrekvenční transformátor{0}: Transformátor s pracovní frekvencí v rozsahu od 20 Hz do více než 100 kHz.

5.Aplikační scénáře transformátorů

5.1 Napájecí systém

• Elektrárny: Transformátory se používají ke zvýšení napětí generovaného generátory pro přenos do elektrické sítě, což umožňuje přenos elektřiny-na dlouhé vzdálenosti.

• Rozvodny: Transformátory v rozvodnách přeměňují vysoko{0}}elektřinu na nízkonapěťovou-elektřinu, aby vyhovovaly potřebám různých elektrických zařízení. Současně mohou transformátory provádět také funkce, jako je kompenzace jalového výkonu a nastavení napětí, což zajišťuje stabilní provoz energetického systému.

• Přenosová vedení: V přenosových vedeních se transformátory používají ke zvýšení napětí, aby se snížily ztráty energie, čímž se dosahuje efektivního přenosu elektřiny na dlouhé{0}}vzdálenosti.

5.2 Občanský sektor

• Elektřina pro domácnost: Transformátory přeměňují vysokonapěťovou elektřinu na níz

• Nabíjení baterií: Ať už se jedná o notebook, telefon nebo elektrické vozidlo, tato zařízení vyžadují k provozu baterie a nabíjení baterií vyžaduje transformátor. Hlavní funkcí transformátoru je regulace napětí a zabránění průchodu svodových proudů nebo rázových proudů zařízeními.

5.3 Komunikační pole

Komunikační transformátory se používají v obvodech telefonních terminálů a produktech pro dálkové vedení k regulaci kvality a stavu komunikačních obvodů. Kromě toho jsou komunikační transformátory široce používány v kabelových modemech, síťových kartách, rozbočovačích, xDSL širokopásmových komunikačních zařízeních, přepínačích, optických transceiverech, směrovačích, vestavěných systémech a síťových komunikačních zařízeních VoIP.

5.4 Další speciální aplikace

• Audio zařízení: Audio transformátory se běžně používají k zajištění izolace signálů procházejících obvodem a pomáhají sladit hodnoty impedance zdroje a zátěže. Mohou také eliminovat nežádoucí nebo rušivé signály a filtrovat vstupní signál. Tyto typy transformátorů jsou speciálně navrženy tak, aby zpracovávaly signály ve slyšitelném rozsahu, tj. signály s frekvencemi mezi 20 Hz a 20 kHz.

• Měřicí přístroje: Měřiče proudu, měřiče napětí a různé další měřicí nástroje a zařízení obvykle používají transformátory pro obecný provoz. Například měřicí transformátory proudu poskytují nezbytnou bezpečnost obvodu tím, že izolují měřicí zařízení od zbytku obvodu a potlačují nebo snižují velké proudy na optimální hodnoty před jejich přivedením do ampérmetru.

• Usměrnění: Usměrňovací transformátory mohou převádět střídavý proud na stejnosměrný s aplikacemi, jako je řízení motorů, hornictví, elektrické pece, výzkumné a vývojové laboratoře, vysokonapěťový stejnosměrný přenos a další.