Elektrický proud přenášený dráty vysokonapěťového elektrického vedení nelze z řady důvodů přímo využít. Hlavním z těchto důvodů je vysoké napětí, dosahující desítek nebo dokonce stovek kilovoltů. Proto se před dodávkou elektřiny spotřebitelům používá snižovací transformátor, který převádí napětí 380 voltů na obvyklých 220 voltů.
V mnoha případech je i toto napětí příliš vysoké pro napájení moderní elektrotechniky. Tento problém se řeší opětovným snížením napětí, často s usměrněním proudu. Až donedávna byl každý domácí spotřebič vybaven vlastním snižovacím transformátorem. Dnes již existují beztransformátorové zdroje, které však nemohou plně nahradit transformátory pro svůj nízký výstupní výkon. V elektrotechnice bude snižovací transformátor žádaný dlouhou dobu.
Návrh a princip fungování
Zařízení všech typů (s výjimkou elektronických transformátorů) se příliš neliší. Hlavními pracovními prvky snižovacích zařízení jsou magnetické obvody a cívky. Rozdíly jsou pozorovány v konfiguraci jader a ve způsobech připojení vinutí.
Rýže. 1. Schematické znázornění snižovacího zařízení
Geometrické tvary feromagnetik volí výrobce na základě proveditelnosti výroby. Typ kostry proměnu výrazně neovlivňuje. Současná kritéria konverze závisí spíše na složení feromagnetika a parametrech vinutí.
Magnetický systém snižovacího transformátoru může mít různé tvary, které jsou určeny způsobem uspořádání tyčí:
- byt;
- prostorový;
- symetrický tvar;
- asymetrický.
Připomeňme si stručně princip činnosti snižovacích transformátorů.
Elektromagnetická indukce je buzena střídavým proudem dopadajícím na primární cívku. Podél celého magnetického obvodu se šíří střídavé elektromagnetické pole. V sekundární cívce je EMF buzen silami střídavých magnetických polí.
Velikost elektromotorické síly (a tím i potenciální rozdíl mezi cívkami) je určena vztahem: U2/U1 =W2/W1 = k , kde U – napětí aŽ – počet otáček. Transformační poměr k je mezi 0 a 1. Čím blíže k nule je hodnota k, tím nižší je hodnota výstupních napětí. Konfigurace jádra nemá vliv na provoz transformátoru.
Nakonec poznamenáváme, že snižovací zařízení lze snadno přeměnit na zvyšující transformátor. K tomu stačí změnit způsob připojení snižovací aparatury: prohodit primární a sekundární cívku Sekundární cívku určenou pro 12 V samozřejmě nelze připojit do sítě 220 V.
Jmenování
Hlavním využitím snižovacího transformátoru je získání nízkého napětí pro napájení elektrického spotřebiče. Velmi často jsou tato zařízení hlavním prvkem napájecích obvodů pro domácí elektrické spotřebiče. Protože většina spotřební elektroniky spotřebovává stejnosměrný proud, po snížení napětí na přijatelnou úroveň se usměrní i výsledná elektrická sinusoida.
Pro zlepšení kvality elektrické energie se používají stabilizační a filtrační obvody k odříznutí nežádoucích zkreslení. V některých případech domácí spotřebiče používají střídavé napětí, převedené pomocí transformátoru snižujícího proud, bez usměrnění proudu.
Pro získání sníženého impulsního napětí existují modely impulsních transformátorů. Na výstupu z těchto zařízení se mění nejen amplituda kmitů, ale i tvar křivky.
Odrůdy
Výrobci dodávají na trh mnoho různých modelů. Mezi nimi jsou provedení jednofázových pancéřových transformátorů (obr. 2), modely s jádry tyčového nebo toroidního typu (obr. 3).
Rýže. 2. Konstrukce typu brnění. 3. Toroidní redukční transformátor
U třífázových provedení (obr. 4) je jeden z výstupů primárního vinutí spojen s fází, zatímco ostatní jsou spojeny hvězdou nebo trojúhelníkem. Podobným způsobem jsou zapojeny i výstupy sekundárních vinutí. Stejné obvody se používají pro připojení vinutí průmyslových výkonových transformátorů.
Rýže. 4. Třífázový snižovací transformátor
Existují konstrukce s více vinutími, které mají více než dvě sekundární vinutí, ze kterých lze odebírat napětí různé velikosti. To je výhodné pro napájení zařízení, jejichž obvody vyžadují několik napětí různé velikosti.
Samostatně se zmiňujeme o konstrukcích elektronických snižovacích modelů, které dnes získávají na oblibě (viz obr. 5). Lze je přiřadit třídě transformátorových zařízení velmi podmíněně, protože princip převodu střídavého napětí se zásadně liší od klasické transformace. V těchto elektronických zařízeních je proud nejprve usměrněn, prochází diodovým můstkem, poté se opět převádí na střídavé napětí, ale s jinou frekvencí.
Rýže. 5. Elektronický snižovací transformátor
Nevýhodou transformátorů elektronického typu je závislost frekvence na zátěži a omezený výkon. Jejich hlavní výhodou je hospodárnost. Fungují pouze při připojené zátěži, zbytek času jsou v pohotovostním režimu. Tato vlastnost je užitečná například pro napájení LED osvětlovacích systémů.
Odrůdy podle indikací použití:
- TSZI – třífázové konstrukce ve speciálním ochranném plášti;
- OCM – návrhy pro signalizační a osvětlovací systémy. Montáž na DIN lištu;
- TTp, TC-180, YaTP – se používají pro domácí potřeby. Navrženo pro malá zatížení;
- OCOB, OCO – modely používané pro práci v domácích sítích.
Технические характеристики
Snižovací transformátory se vyznačují následujícími důležitými indikátory:
- hodnota vstupního napětí;
- transformační poměr;
- parametry výstupního proudu;
- napájení zařízení;
- frekvence.
Technické vlastnosti, jako jsou rozměry, typ chladicího systému, hmotnost zařízení, jsou brány v úvahu na základě konkrétních podmínek použití. Hlavní údaje o transformátoru jsou uvedeny na pouzdru nebo v pasu produktu.
Jak si vybrat?
Může existovat několik kritérií výběru na základě provozních podmínek a účelu zařízení. Hlavním kritériem jsou parametry výstupního proudu. Právě na těchto parametrech závisí stabilita a správný provoz připojených elektrických zařízení.
Pokud zvolíme u domácích spotřebičů snižovací transformátor, musí být primární cívka dimenzována na síťové napětí domu. U jednofázových provedení je to obvykle 220 V. Třífázové modely se připojují k síti s napětím 380 V.
Na typu jádra, jeho konfiguraci opravdu nezáleží. Vyberte si tento parametr na základě požadavků na velikost nebo preferencí tvaru zařízení.
Je důležité zvolit správný výstupní výkon. Věnujte zvláštní pozornost tomu, aby výkon zátěže nepřesáhl kapacitu transformátoru. V opačném případě se vinutí přehřeje a pokud není dostatek energie, připojený elektrický spotřebič nebude fungovat vůbec.
Nežádoucí je také překračování výkonové rezervy z důvodu nadměrné spotřeby elektrické energie. Kromě toho bude mít výrobek velké rozměry, respektive větší hmotnost, a proto budou jeho náklady vyšší. Pokud však plánujete na jeden transformátor připojit více zařízení, pak je výkonová rezerva opodstatněná.
Pokud plánujete použít transformátor jako přenosný zdroj proudu, věnujte pozornost modelům s ochranným krytem (obr. 7). Mezi těmito modely můžete najít produkty s nastavitelným výstupním napětím.
Pro LED osvětlovací zařízení si kupte ekonomický elektronický transformátor. Existují produkty, které vydávají konstantní proud potřebný k napájení LED.
Správná volba snižovacích zařízení zajistí nepřetržitý a bezpečný provoz domácích spotřebičů.
Většina elektrických domácích spotřebičů je napájena napětím 220 V. Někdy je nutné toto napětí snížit na určitou hodnotu, aby bylo možné připojit spotřebiče nízkého napětí. Takovými spotřebiteli mohou být halogenové žárovky, nízkonapěťové ohřívače, LED pásky a mnoho dalších.
Takové snížení napětí lze provést pomocí redukčních transformátorů, které jsou zakoupeny v obchodě nebo vyrobeny samostatně. Takové transformátory jsou oblíbené v elektrotechnice a radioelektronice, stejně jako v domácích podmínkách.
Návrhové prvky
Hlavní částí transformátoru je feromagnetické jádro, na kterém jsou dvě vinutí navinutá měděným vodičem. Tato vinutí se v závislosti na principu činnosti dělí na primární a sekundární. Síťové napětí je přiváděno do primárního vinutí a ze sekundárního vinutí je odváděno snížené napětí pro spotřebiče zátěže.
Vinutí jsou vzájemně propojena střídavým magnetickým tokem, který je indukován ve feromagnetickém jádru. Mezi vinutími není elektrický kontakt. Primární vinutí má více závitů než sekundární. Proto je výstupní napětí sníženo.
Obvykle jsou v pouzdře snižovací transformátory se všemi prvky. Ne všechny modely ji však mají. Záleží na výrobci, stejně jako na účelu transformátoru.
Označení v diagramu
Princip
Činnost snižovacího transformátoru lze popsat následovně. Činnost transformátoru je založena na principu elektromagnetické indukce. Napětí připojené k primárnímu vinutí v něm vytváří magnetické pole, které protíná závity sekundárního vinutí. Vzniká v něm elektromotorická síla, při jejímž působení vzniká napětí odlišné od vstupního.
Rozdíl v počtu závitů primárního a sekundárního vinutí určuje rozdíl mezi vstupním a výstupním napětím snižujícího transformátoru. Při provozu transformátoru dochází k určitým ztrátám elektřiny, které jsou nevyhnutelné a dosahují asi 3 % výkonu.
Chcete-li vypočítat přesné hodnoty parametrů transformátoru, musíte provést určité výpočty jeho návrhu. Elektromotorická síla se může objevit, když je transformátor připojen pouze ke střídavému proudu. Proto je většina domácích elektrických zařízení napájena střídavým proudem.
Snižovací transformátory jsou součástí mnoha napájecích zdrojů, stabilizátorů a dalších podobných zařízení. Některé modely transformátorů mohou obsahovat několik svorek na sekundárním vinutí pro různé skupiny připojení. Tyto typy zařízení se staly populární, protože jsou univerzální a mají všestrannost.
Odrůdy
Snižovací transformátory mají různé konstrukce v závislosti na konstrukci a principu činnosti:
- Toroidní. Tato verze modelu transformátoru (obrázek “a”) se také používá pro nízký výkon, má jádro ve tvaru torusu. Od ostatních modelů se liší nízkou hmotností a rozměry. Používá se v rádiových elektronických zařízeních. Jeho konstrukce umožňuje dosáhnout vyšší proudové hustoty, protože vinutí je dobře chlazeno na celém jádru, indikátory magnetizačního proudu jsou nejnižší.
- Tyč. Obrázek “b” ukazuje tyčový pohled na transformátor, v jehož provedení vinutí kryjí jádra magnetického obvodu. Takové modely se nejčastěji provádějí pro zařízení se středním a vysokým výkonem. Jejich zařízení je poměrně jednoduché a usnadňuje izolaci a opravu vinutí. Jejich výhodou je dobré chlazení, v důsledku čehož je potřeba méně vodičů pro vinutí.
- Obrněný. U tohoto typu transformátoru (obrázek “c”) magnetický obvod pokrývá vinutí ve formě pancíře. Zbývající parametry jsou shodné s tyčovým typem s tou výjimkou, že pancéřované transformátory jsou převážně nízkopříkonové, protože mají oproti předchozí verzi nižší hmotnost a cenu díky jednoduché montáži a menšímu počtu cívek.
- Vícevinutí. Nejoblíbenější jsou dvouvinuté 1fázové snižovací transformátory.
Pro získání několika různých napětí z jednoho transformátoru je na jádře použito několik sekundárních vinutí. Tato vinutí se liší počtem závitů a výstupním napětím.
- Třífázový. Tento model se používá ke snížení napětí třífázové sítě. Takové snižovací transformátory se používají nejen v průmyslu, ale také pro domácí potřeby.
Mohou být vyrobeny ze 3 jednofázových transformátorů na společném jádru. Magnetické toky všech fází jsou v součtu rovné nule. Průmyslové vzory jsou testovány podle určitých parametrů. Výsledky testu jsou porovnány s dokumentací. Pokud nedojde ke shodě, pak je transformátor vyřazen. 3-fázový transformátor má zapojení do trojúhelníku nebo do hvězdy. Hvězdicový obvod je charakterizován společným uzlem závěrů všech fází. Zapojení do trojúhelníku se provádí sekvenčním fázovým obvodem do kruhu.
- Jednofázový. Takové transformátory mají připojení napájení z jednofázové sítě, fáze a nula jdou na jedno primární vinutí. Princip jejich činnosti je podobný jako u všech ostatních typů transformátorů. Toto je nejoblíbenější typ zařízení.
Základní vlastnosti
Označení transformátoru závisí na jeho vlastnostech. Hlavní vlastnosti snižovacích transformátorů jsou:
- Napájení.
- Výstupní napětí.
- Frekvence.
- Rozměry.
- Hmotnost.
Frekvence proudu pro různé modely transformátorů bude stejná, na rozdíl od ostatních uvedených charakteristik. Celkové rozměry a hmotnost budou s rostoucím výkonem modelu větší. Maximální hodnota výkonu pro průmyslová provedení snižovacích transformátorů a také celkové rozměry a hmotnost.
Napětí na výstupu sekundárních vinutí může být různé a závisí na účelu zařízení. Modely transformátorů pro domácí potřeby mají malé rozměry a hmotnost. Snadno se instalují a přepravují.
Vinutí transformátoru
Vinutí jsou umístěna na magnetickém obvodu zařízení. Blíže k jádru je umístěno nízkonapěťové vinutí, protože je snazší jej izolovat. Mezi vinutími jsou umístěny izolační podložky a další dielektrika, jako je elektrická lepenka.
Primární vinutí je připojeno ke zdroji střídavého proudu. Sekundární vinutí produkuje nízké napětí a je připojeno ke spotřebičům elektřiny. K jednomu transformátoru lze připojit několik domácích zařízení najednou.
Pro vinutí cívek se používají izolované vodiče, přičemž každá vrstva je izolována kabelovým papírem. Vodiče se dodávají v různých tvarech průřezu:
- Kolo.
- Obdélníkový (pneumatika).
Podle způsobu vinutí se vinutí dělí:
- Soustředné, na tyči.
- Disk, vinutý se střídáním.
Výhody a nevýhody
Hodnota
- Použití snižovacích transformátorů, jak v průmyslu, tak doma, lze vysvětlit potřebou snížit provozní napětí na 12 voltů, aby se vytvořila bezpečnost lidí.
- Dalším důvodem pro použití nízkého napětí je nenáročnost transformátorů na hodnotu vstupního napětí, jelikož mohou pracovat např. na 110 V a přitom poskytovat stabilní napětí na výstupu.
- Kompaktní velikost.
- Malá hmota.
- Snadná přeprava a instalace.
- Žádné rušení.
- Plynulá regulace napětí.
- Mírné zahřívání.
Omezení
- Krátká životnost.
- Menší výkon.
- Vysoká cena
Jak vybrat snižovací transformátory
Při výběru konkrétního zařízení se doporučuje použít následující kritéria výběru:
- Hodnota napětí na vstupu. Na skříni přístroje bývá označení vstupního napětí 220 nebo 380 voltů. Pro domácí síť je vhodný model na 220 V.
- Hodnota výstupního napětí. Záleží na účelu a použití zařízení. Obvykle je to 12 nebo 36 voltů, což by mělo být také označeno.
- Napájení zařízení. Chcete-li vybrat správný stabilizátor pro napájení, musíte sečíst výkon všech spotřebičů plánovaných pro připojení a přidat hodnotu rezervy 20%.
Údržba a oprava
Hlavní podmínkou správného a spolehlivého provozu snižovacího transformátoru je speciálně vybavené místo pro jeho instalaci a provoz.
Snižovací transformátory musí být udržovány čisté, suché, chráněné před prachem a vlhkostí. Doma se pro transformátor používá speciální skříň nebo kovové pouzdro. Uzemnění pro snižovací transformátor je nutností.
Transformátor vyžaduje pravidelnou údržbu a péči v závislosti na úkolech, které provádí, a provozních podmínkách.
Údržba nejčastěji zahrnuje následující činnosti:
- Vnější kontrola, čištění od prachu a nečistot.
- Kontrola těsnících dílů, kroužků, těsnění, dotažení svorek.
- Zkouška izolace na poruchu.
V transformátoru může dojít k poruchám a poškození vinutí ve formě prasklin v sekcích cívky. Není potřeba demontovat transformátor. Lakotkan se aplikuje na poškozenou izolaci. V případě vážných poruch spojených s přerušením nebo zkratem je transformátor odstraněn a opraven v elektrotechnické dílně.