Transzformátor
A transzformátor egy egyszerű elektromos eszköz, amely a kölcsönös indukció tulajdonságát használja fel a váltakozó feszültség egyik nagyobb vagy kisebb értékű feszültségének átalakítására.
A Az első konstans potenciált 1885-ben találták fel, és azóta elengedhetetlen eszköze a váltakozó áram (AC) átvitelének, elosztásának és hasznosításának.
Különböző típusú transzformátorok léteznek, amelyek különböző kialakításúak és alkalmasak a különböző elektronikus és elektromos alkalmazásokhoz. Méretük a köbcentiméternél kisebb térfogatú rádiófrekvenciás alkalmazásoktól az elektromos hálózatokban használt, több száz tonnás hatalmas egységekig terjed.
A legszélesebb körben használják az energia nagy távolságra történő átvitelére és elosztására azáltal, hogy megnövelik a kimenő feszültséget transzformátor így csökken az áramerősség és ezt követően az ellenállásos magveszteség is kisebb, így a jelek a távolságokon át továbbíthatók a fogyasztókkal szomszédos alállomásra, ahol a feszültséget további felhasználás céljából ismét lecsökkentik.
A transzformátor alapvető felépítése és működése
A transzformátor alapvető szerkezete általában két tekercsből áll, amelyek egy puha vasmag köré vannak tekercselve, nevezetesen primer és szekunder tekercsből. A váltakozó áramú bemeneti feszültséget a primer tekercsre kapcsolják, és az AC kimeneti feszültséget a szekunder oldalon figyelik meg.
Mint tudjuk, hogy indukált emf vagy feszültség csak akkor keletkezik, ha a mágneses tér fluxusa a tekercshez vagy az áramkörhöz képest változik, így kölcsönös induktivitás két tekercs között csak váltakozó, azaz változó/AC feszültséggel lehetséges, közvetlen, azaz állandó/DC feszültséggel nem.
Kép jóváírása:az én énem, Transzformátor fluxus, CC BY-SA 3.0
A transzformátorokat használnak a feszültség átalakítására és áramszintek a bemeneti és kimeneti tekercs fordulatszámának arányában. A primer és szekunder tekercs menetei Np és Ns, ill. Legyen Φ az elsődleges és a szekunder tekercsen keresztül kapcsolt fluxus. Azután,
Indukált emf az elsődleges tekercsen keresztül, 
= 
Indukált emf a másodlagos tekercsen, 
= 
Ezekből az egyenletekből azt állíthatjuk össze 
Ahol a szimbólumok jelentése a következő:
Teljesítmény, P = IpVp = IsVs
Az előző egyenletekkel kapcsolatban 
Így van nálunk Vs = (
)VP és éns = 
IP
A fokozáshoz: Vs > Vp fiús>Np és éns<Ip
Lelépéshez: Vs <Vp fiús < Np és éns > Ip
Primer és szekunder tekercs egy transzformátorban
Kép jóváírása: névtelen, Transformer3d col, CC BY-SA 3.0
A fenti összefüggés néhány feltételezésen alapul, amelyek a következők:
- Ugyanaz a fluxus köti össze az elsődleges és a szekunder fluxusszivárgás nélkül.
- A szekunder áram kicsi.
- Az elsődleges ellenállás és az áramerősség elhanyagolható.
Ezért a transzformátor hatásfoka nem lehet 100%. Bár egy jól megtervezett hatásfoka akár 95%-ot is elérhet. A nagyobb hatásfok érdekében szem előtt kell tartani az energiaveszteség négy fő okát.
A transzformátor energiaveszteségének oka:
- Fluxus szivárgás: Mindig van némi fluxusszivárgás, mivel szinte lehetetlen, hogy az összes fluxus az elsődlegestől a szekunderig szivárgás nélkül átjusson.
- örvény áramok: A változó mágneses fluxus örvényáramot indukál a vasmagban, ami felmelegedést és ezáltal energiaveszteséget okozhat. Ezek minimalizálhatók laminált vasmag használatával.
- Ellenállás a tekercsben: Az energia elveszik a vezetékeken keresztüli hőleadás formájában, de viszonylag vastag vezetékek használatával minimálisra csökkenthető.
- Hiszterézis: Ha a mag mágnesezettségét egy váltakozó mágneses tér ismételten megfordítja, az energiafelhasználást vagy -veszteséget eredményez a magon belüli hőtermelés miatt. Ez csökkenthető kisebb mágneses hiszterézisveszteséggel rendelkező anyagok használatával.
Tanulni fogunk kb örvényárams és Mágneses hiszterézis részletek a további részekben.
További elektronikával kapcsolatos tananyagért kattints ide
