Transformatörün cihazı ve çalışma prensibi

Bir büyüklükteki bir elektrik voltajını başka bir büyüklükteki bir elektrik voltajına dönüştürmek, yani elektrik enerjisini dönüştürmek için, elektrik transformatörleri.

Bir transformatör sadece alternatif akımı alternatif akıma dönüştürebilir, bu nedenle doğru akım elde etmek için gerekirse transformatörden gelen alternatif akım doğrultulur. Bu amaçla hizmet ediyorlar redresörler.

Öyle ya da böyle, her transformatör (gerilim transformatörü, akım transformatörü ya da darbe transformatörü) tam olarak alternatif veya darbeli akımla tüm ihtişamıyla kendini gösteren elektromanyetik indüksiyon fenomeni nedeniyle çalışır.

Transformatör cihazı

En basit haliyle, tek fazlı bir transformatör yalnızca üç ana bölümden oluşur: bir ferromanyetik çekirdek (manyetik devre), birincil ve ikincil sargıların yanı sıra. Prensip olarak, bir transformatör ikiden fazla sargıya sahip olabilir, ancak bunlardan en az ikisi olabilir. Bazı durumlarda, ikincil sargının işlevi, birincil sargının dönüşlerinin bir kısmı tarafından gerçekleştirilebilir (bkz. trafo türleri), ancak bu tür çözümler normal olanlara kıyasla oldukça nadirdir.

Transformatörün ana kısmı ferromanyetik bir çekirdektir. Transformatör çalışırken, değişen manyetik alan ferromanyetik çekirdeğin içindedir. Transformatördeki değişen manyetik alanın kaynağı, birincil sargının alternatif akımıdır.

Trafo sekonder sargı gerilimi

Her elektrik akımına bir manyetik alanın eşlik ettiği bilinmektedir; buna göre, bir alternatif akıma bir alternatif (büyüklüğü ve yönü değişen) bir manyetik alan eşlik eder.

Böylece, transformatörün birincil sargısına alternatif akım sağlayarak, birincil sargı akımının değişen bir manyetik alanını elde ederiz. Ve böylece manyetik alan esas olarak transformatörün çekirdeğinde yoğunlaşmıştır, bu çekirdek yüksek manyetik geçirgenliğe sahip, havadan binlerce kat daha büyük bir malzemeden yapılmıştır, bu nedenle birincil sargının manyetik akısının ana kısmı olacaktır. Hava yoluyla değil, tam olarak çekirdeğin içinde kapalı.

Böylece, birincil sargının alternatif manyetik alanı, belirli bir transformatörün çalışma frekansına ve amacına bağlı olarak, transformatör çeliğinden, ferritten veya diğer uygun malzemeden yapılan transformatör çekirdeğinin hacminde yoğunlaşır.

Transformatörün sekonder sargısı, birincil sargısı ile ortak bir çekirdek üzerine yerleştirilmiştir. Bu nedenle, birincil sargının alternatif manyetik alanı, ikincil sargının dönüşlerine de nüfuz eder.

A elektromanyetik indüksiyon olgusu basitçe, zamanla değişen bir manyetik alanın etrafındaki boşlukta değişen bir elektrik alanına neden olduğu gerçeğinde yatmaktadır. Ve değişen manyetik alanın etrafındaki bu boşlukta ikinci bir bobin teli olduğundan, indüklenen alternatif elektrik alan bu telin içindeki yük taşıyıcılarına etki eder.

Bu elektrik alan eylemi, ikincil bobinin her dönüşünde bir EMF'ye neden olur. Sonuç olarak, ikincil sargının terminalleri arasında alternatif bir elektrik voltajı belirir. Bağlı olan trafonun sekonder sargısı yüklenmediğinde trafo boştur.

Transformatörün yük altında çalışması

Çalışan bir transformatörün sekonder sargısına belirli bir yük bağlanırsa, transformatörün tüm sekonder devresinde yük üzerinden bir akım ortaya çıkar.

Bu akım, Lenz yasasına göre "ona neden olan nedene" karşı çıkacak bir yöne sahip olan kendi manyetik alanını üretir. Bu, sekonder sargının akımının herhangi bir andaki manyetik alanının, birincil sargının artan manyetik alanını azaltma eğiliminde olduğu veya azaldığında birincil sargının manyetik alanını destekleme eğiliminde olduğu anlamına gelir, her zaman manyetik yönü işaret eder. birincil bobinin alanı.

Böylece, transformatörün ikincil sargısı yüklendiğinde, birincil sargısında bir geri EMF meydana gelir ve transformatörün birincil sargısını besleme şebekesinden daha fazla akım çekmeye zorlar.

Dönüşüm faktörü

Bir transformatörün birincil N1 ve ikincil N2 sargılarının dönüş oranı, transformatör yük altında çalışırken giriş U1 ve çıkış U2 gerilimleri ile giriş I1 ve çıkış I2 akımları arasındaki oranı belirler. Bu orana denir trafonun dönüşüm oranı:

Transformatör kademeli olarak düşürülürse dönüşüm faktörü birden büyük, yükseltilirse birden küçüktür.

Gerilim transformatörü

Gerilim trafosu, yüksek gerilim devrelerini alçak gerilim devrelerinden galvanik olarak izole etmek için tasarlanmış bir düşürücü trafo türüdür.

Genellikle, yüksek voltaj söz konusu olduğunda, 6 kilovolt veya daha fazlası (gerilim trafosunun birincil sargısında) ve düşük voltaj, 100 volt (ikincil sargıda) mertebesindeki değerler anlamına gelir.

Böyle bir transformatör, kural olarak kullanılır, ölçüm amaçlı… Örneğin, güç hattının yüksek voltajını ölçüm için uygun bir düşük voltaja düşürürken aynı zamanda ölçüm, koruma, kontrol devrelerini yüksek voltaj devresinden galvanik olarak yalıtabilir. Bu tip transformatörler genellikle boş modda çalışır.

Temel olarak her şeye gerilim trafosu denilebilir. güç transformatörüelektrik enerjisini dönüştürmek için kullanılır.

Akım trafosu

Bir akım trafosunda, genellikle sadece bir sarımdan oluşan birincil sargı, akım kaynağı devresine seri olarak bağlanır. Bu dönüş, akımın ölçülmesi gereken devre telinin bir bölümü olabilir.

Tel, transformatör çekirdeğinin penceresinden basitçe geçirilir ve bu tek dönüş haline gelir - birincil sargının dönüşü. Birçok sarımı olan sekonder sargısı, iç direnci düşük olan bir ölçüm cihazına bağlanır.

Bu tip transformatörler, güç devrelerinde alternatif akım değerlerini ölçmek için kullanılır. Burada ikincil sargının akımı ve voltajı, birincil sargının (akım devresi) ölçülen akımıyla orantılıdır.

Akım trafoları, güç sistemleri için röle koruma cihazlarında yaygın olarak kullanılmaktadır, bu nedenle yüksek hassasiyete sahiptirler. Ölçüm devresini birincil devreden (genellikle yüksek voltaj - onlarca ve yüzlerce kilovolt) galvanik olarak güvenilir bir şekilde izole ettikleri için ölçümleri güvenli hale getirirler.

darbe trafosu

Bu transformatör, darbeli bir akım biçimini (gerilim) dönüştürmek için tasarlanmıştır. Birincil sargısına uygulanan, genellikle dikdörtgen şeklinde olan kısa darbeler, transformatörün pratik olarak geçici koşullarda çalışmasını sağlar.

Bu tür transformatörler, darbe voltajı dönüştürücülerinde ve diğer darbe cihazlarında ve ayrıca farklılaştırıcı transformatörlerde kullanılır.

Darbe transformatörlerinin kullanımı, 50-60 Hz frekansta çalışan şebeke transformatörlerine kıyasla artan dönüşüm frekansı (onlarca ve yüzlerce kilohertz) nedeniyle kullanıldıkları cihazların ağırlığını ve maliyetini düşürmeye izin verir. Yükselme süresi darbe süresinin kendisinden çok daha az olan dikdörtgen darbeler genellikle düşük distorsiyonla dönüştürülür.