transformatori Archives - Automatika.rs

Podela transformatora

Marko Nikolić — Thu, 09 Feb 2017 00:00:04 +0000

Transformator je električni uređaj koji transformiše energiju iz jednog kola u drugo posredstvom magnetne sile, bez ikakvih pokretnih delova. Transformator se sastoji od dva ili više spregnuta namotaja ili jednog namotaja sa više izvoda i magnetnog jezgra koje koncentriše magnetni fluks. Naizmenična struja u jednom namotaju će indukovati struju u drugim namotajima. Transformatori se koriste da spuštaju ili dižu napon, da menjaju impedansu i da obezbede električnu izolaciju između kola.

Transformator je jedan od najprostijih električnih uređaja. Njegov osnovni dizajn, materijali i principi su se malo promenili u poslednjih sto godina, ali opet, dizajn transformatora materijali nastavljaju da se unapređuju.

Transformator ne može da uradi sledeće:

Transformiše jednosmernu struju u naizmeničnu i obrnuto
Promeni napon i struju jednosmerne struje
Promeni učestanost naizmenične struje

Ipak, transformatori su delovi svih ovih sistema koji izvode gore spemenute radnje.

Podela transformatora

Autotransformatori

Autotransformator ima samo jedan namotaj, koji ima izveden kontakt. Naizmenični ili pulsirajući napon se dovodi kroz deo namotaja, a viši ili niži napon se stvara na drugom delu istog namotaja. Dok u teoriji razdvojeni delovi namotaja mogu biti korišteni i za ulaz i izlaz, u praksi se viši napon dovodi na krajeve namotaja, dok se niži dovodi na jedan kraj i izvedeni kontakt. Uglavno se koriste kada nam je potrebam odnos napona koji ne prelaze 3:1, autotransformator je jeftiniji, lakši, manji i efikasniji nego pravi (dvonamotajni) transformator istih karakteristika.

Višefazni transformatori

Za trofazne sisteme možemo koristiti tri jednofazna transformatora ili sve tri faze mogu biti povezane u jedan trofazni transformator. Tri primarna namotaja su povezana zajedno i tri sekundarna namotaja su povezana u jedno. Namotaji mogu biti povezani u trougao, zvezdu ili slomljenu zvezdu.

Najčešće veze su zvezda-trougao, trougao zvezda, trougao-trougao i zvezda-zvezda. Vektorska grupa pokazuje raspored namotaja, satni pomeraj faznu razliku među njima. Ako je namotaj priključen za zemlju (uzemljen), tačka priključenja je obično u središtu sprege zvezda ili slomljena zvezda.

Rezonantni transformatori

Rezonantni transformator je onaj koji radi na rezonantnoj učestanosti jednog ili više svojih namotaja. Rezonantni namotaj je obično sekundar i ponaša se kao induktor i povezan je na red sa kondenzatorom. Ako se primarni namotaj napaja izvorom periodične naizmenične struje, kao što su pravougaoni ili testerasti talasi, svaki impuls struje pomaže u stvaranju oscilacije u sekundarnom namotaju. Zbog rezonancije, vrlo visoki napon se može razviti kroz sekundar, osim ako nije ograničen nekim procesom kao što je električni proboj. Zato se ovi uređaji koriste da stvaraju visoke naizmenične napone.

Primeri:

Teslin kalem
Odinov kalem
D’Arsonvalov aparat
Kalem za paljenje
Transformator suprotnog hoda za CRT televizore ili monitorež

Rezonantni transformatori rade na višoj radnoj temperaturi nego standardni transformatori.

Transformatori za menjerenja

Strujni transformatori. Strujni transformator je tip transformatora koji se upotrebljava za merenje struja velikih vrednosti koje bi inače bilo teško meriti nekom direktnom metodom. Odnos primarne i sekundarne struje je obrnuto srazmeran odnosu broja primarnih i sekundarnih namotaja.

Prilikom korišćenja i rada sa strujnim transformatorima mora se obratiti velika pažnja da sekundar strujnog transformatora nikad ne sme biti otvoren dok teče struja kroz primar, jer se u tom slučaju na krajevima sekundara indukuje napon koji je opasan po život.

Naponski transformatori. Naponski transformatori su drugi tip transformatora za merenje. Koriste se kada je potrebno izmeriti visoke napone koje bi bilo teško izmeriti direktno metodom. Napravljeni su tako da predstavljaju neznatno opterećenje naponu koji se meri.

Impulsni transformatori. Impulsni transformatori su oni transformatori koji su prilagođeni za odavanje pravougaonih električnih impulsa tj. pulseve sa kratkim vremenima rasta i opadanja i sa konstantnom amplitudom. Ovi transformatori imaju sišoku primenu i podeljeni su na sledeći način: Signalni tipovi (male snage) i koriste se u digitalnim kolima, srednjih snaga u kolima za upravljanje i transformatori za veće snage u distribuciji električne energije za povezivanje kola sa malim naponima sa visokonaponskim ulazima snažnih poluprovodničkih uređaja kao što su trijak, IGBT tranzistor, tiristor ili MOSFET. Specijalni visokonaponski pulsni transformatori se takođe koriste za generisanje impulsa za radare, akceleratore čestica ili druge primene gde se koriste impulsni izvori.

RF transformatori

Za upotrebu na radio-učestanostima, transformatori su ponekad napravljeni od konfiguracija provodnika, ponekad od bifilarnih ili koaksijalnih kablova, namotanih oko ferita ili drugih tipova jezgra. Ovaj tip transformatora daje izuzetno veliku širinu opsega, ali je ograničen samo brojnim odnosom (kao što su 1:9, 1:4 ili 1:2) koji se mogu postići ovom tehnikom. Stariji tipovi RF transformatora su ponekad koristili treći namotaj (zvani prekidački namotaj) da ubaci povratnu spregu u raniji stepen starinskih regenerativnih radio-prijemnika.

Više o Proračunu namotaja i izradi transformatora možete pronaći OVDE.

The post Podela transformatora appeared first on Automatika.rs.

Saznaj više o najvećoj fabrici transformatora na svetu [VIDEO]

Marko Nikolić — Wed, 28 Mar 2012 22:00:00 +0000

Osnovana 1998. godine u kineskom gradu Chongqing, ABB Chongqing Transformer je postala najveća fabrika na svetu koja proizvodi transformatore i prateću opremu. Fabrika se prostire na 120,000 kvadratnih kilometara i ima 700 zaposlenih. Pored proizvodnje transformatora velikih snaga (800kV i 1200MVA), izrađuju i šant reaktore i HVDC (High Voltage Direct Current) transformatore. U fabrici od 2010. godine postoji i test centar gde se pre isporuke ispituje proizvod po najstrožijim standardima.

Do sada je proizvedeno više od 900 proizvoda sa većom snagom od 500kV. ABB Chongqing je učestvovala u nekoliko nacionalnih projekta u poslednjih par godina. Najvažniji su izrada trafo stranice (400MVA/500kV) u Pekingu za potrebe Olimpijskih igara 2008. godine kao i proizvodnja tranfsormatora i prateće opreme za tri podstanice (najveća 840MVA/550kV) na čuvenoj reci Jangce. Pored snabdevanja domaćeg tržišta, izvoze proizvode u Australiju, Singapur i Laos.

The post Saznaj više o najvećoj fabrici transformatora na svetu [VIDEO] appeared first on Automatika.rs.

Proračun namotaja i izrada transformatora

Marko Nikolić — Wed, 08 Jun 2011 00:00:00 +0000

Transformator je električni uređaj koji transformiše energiju iz jednog kola u drugo, posredstvom magnetne sprege, bez ikakvih pokretnih delova. Transformator se sastoji od dva (ili više) spregnuta namotaja ili jednog namotaja sa više izvoda, i u većini slučajeva magnetnog jezgra koje koncentriše magnetni fluks. Naizmenična struja u jednom namotaju će indukovati struju u drugim namotajima. Transformatori se koriste da spuštaju ili dižu napon, da menjaju impedansu i da obezbede električnu izolaciju između kola.

Osnovni princip rada

Najprostiji transformator se sastoji iz dva namotaja – primara i sekundara. Ako se vremenski promenljiv napon Up priključi na primar od Np navojaka, struja koja tada teče kroz njega indukuje magnetnomotornu silu (MMS). Kao što elektromotorna sila (EMS) tera struju kroz električno kolo, tako i MMS tera magnetni fluks oko magnetnog kola. MMS na primaru izaziva promenljiv magnetni fluks Φp u jezgru i indukuje EMS koja je suprotnog smera u odnosu na Up. Prema Faradejevom zakonu elektromagnetne indukcije, indukovan napon kroz primar je direktno proporcionalan brzini promene fluksa:

Up=Np\frac{d\Phi p}{dt}

Slično, napon koji je indukovao međusobni fluks kroz sekundar je:

Us=Ns\frac{d\Phi s}{dt}

U idealnom slučaju, fluks na sekundaru je jednak onome u primaru i zato se mogu izjednačiti Φp i Φs. Iz ovog sledi:

$\frac{Up}{Us}=\frac{Np}{Ns}$

Dakle, u idealnom transformatoru, odnos primarnog i sekundarnog napona je jednak odnosu broja navojaka u namotajima, tj. napon po jednom navojku je isti u oba namotaja. Odnos struja u primaru i sekundaru je obrnuto proporcionalan odnosu broja navojaka. Ovo vodi najčešćoj upotrebi transformatora: preobražavanju električne energije jednog napona u električnu energiju drugog napona upotrebom namotaja sa različitim brojem navojaka.

EMS u sekundaru, u slučaju da je priključen na neko električno kolo, izaziva tok struje u njemu. MMS koju proizvodi struja u sekundaru je u opoziciji MMS primara i teži da poništi fluks u jezgru. Pošto smanjeni fluks smanjuje EMS indukovanu u primaru, u njemu teče povećana struja. Rezultat povećanja MMS zbog struje u primaru će izjednačiti efekat suprotne sekundarne MMS. Na ovaj način, električna energija dovedena na primar prenosi energiju na sekundar.

Na primer, ako je snaga od 50 VA dovedena na transformator čiji je odnos broja navojaka 25:2.

S=E*I

(snaga = EMS · jačina struje)

50VA=2Vx25A u primaru, kada transformator promeni dobijamo 50VA=25Vx2A u sekundaru.

U praksi, visokonaponski namotaj ima više navojaka tanke žice, a niskonaponski malo navojaka debele žice. Pošto jednosmerni napon neće dati promenljivi fluks u jezgru, ni EMS neće biti stvorena i struja koja teče kroz transformator će biti beskonačno velika. U praksi, redna veza otpornosti navojaka će ograničiti jačinu struje koja može teći, sve dok transformator ne dostigne termalnu ravnotežu ili bude uništen.

Gubici i stepen iskorišćenja

Idealni transformator nema gubitaka i zato je stepen iskorišćenja 100%. U praksi se energija rasipa zbog otpornosti namotaja (poznato kao gubici u bakru) i magnetnih efekata koji se prvenstveno dešavaju u jezgru (poznato kao gubici u gvožđu). Transformatori obično imaju vrlo visok stepen iskorišćenja i veći transfomatori (od 50 MVA i više) imaju stepen iskorišćenja od 99,75%. Mali transformatori koji se koriste u uređajima potrošačke elektronike imaju manje od 85% efikasnosti.

Konstrukcija transformatora

Transformatori koji se koriste na industrijskim i audio učestanostima imaju jezgro načinjeno od mnogo tankih slojeva dinamo limova. Zbog koncentrisanja fluksa, ti slojevi su obmotani primarom i sekundarom. Pošto je čelično jezgro provodno, ono takođe ima struje indukovane zbog promenljivog magnetnog fluksa. Svaki sloj je izolovan od obližnjeg sloja da bi se smanjili gubici zbog vrtložnih struja koje zagrevaju jezgro. Uobičajeno slojevito jezgro je napravljeno od limova u obliku latiničnih slova ”E” i ”I”, što im je dalo ime ”EI” transformatori.

Izvesni tipovi transformtora mogu imati zazore napravljene u magnetnim putanjama da spreče zasićenje. Ovi zazori mogu biti korišćeni da ograniče struju u kratkom spoju, kao što je slučaj u transformatorima za neonske svetiljke.

Torusni transformatori su napravljeni oko jezgra u obliku prstena, koje je napravljeno od dugih traka od silicijumskog čelika ili permaloja obavijenih u namotaj, od gvožđa u prahu ili ferita, zavisno od radne učestanosti. Konstrukcija u obliku traka obezbeđuje da su granice traka optimalno poravnate, povećavajući efikasnost transformatora smanjivanjem opiranja jezgra. Oblik zatvorenog prstena eliminiše vazdušne zazore ubačene u konstrukciju EI jezgara. Poprečni presek prstena je obično kvadratnog ili pravougaonog oblika, ali su skuplja jezgra kružnog preseka takođe prisutna. Primar i sekundar su često namotani koncentrično da prekriju celu površinu jezgra. Ovo smanjuje dužinu potrebne žice i takođe obezbeđuje zaklon da smanji magnetsko polje jezgra od stvaranja elektromagnetnih interferencija.

Torusna jezgra su efikasnija od jeftinijih slojevitih EI jezgara. Druge prednosti u odnosu na EI – su manja veličina (za oko polovinu), manju težinu (za oko polovinu), manje mehaničko zujanje (čineći ih superiornim u audio pojačavačima), manjim spoljašnjim magnetskim poljem (oko jedne desetine), postavljanje na jedan stub i više izbora oblika. Glavna mana je veća cena. Nedostatak konstrukcije torusnih transformatora je viša cena po namotaju. To za posledicu ima da se torusni transformatori retko sreću iznad nekoliko KVA. Mali distribucioni transformatori mogu da iskoriste neke prednosti torusnog jezgra deleći ga i otvarajući ga, a zatim ubacujući klupko koje sadrži namotaje.

Kada se namešta torusni transformator, važno je izbeći slučajno kratko spajanje kroz jezgro. Ovo se može desiti ako je čeličnom stubu jezgra dozvoljeno da dodirne metalne delove sa oba kraja, što može izazvati da opasno velika struja teče kroz stub.

U većini realnih transformatora, primar i sekundar su kalemi sa više navojaka provodne žice jer svaki navojak doprinosi magnetskom polju, stvarajući veću magnetnu indukciju nego što bi samo jedan navojak uradio. Žice susednih navojaka i raličitih namotaja moraju biti izolovane jedne od drugih.

Provodni materijal korišćen za namotaje zavisi od namene. Transformatori malih snaga i signalni transformatori su namotani od žice punog preseka, izolovanim emajlom ili ponekad dodatnom izolacijom. Veliki energetski transformatori mogu imati namotaje od bakra ili aluminijuma pravougaonog preseka ili užastog preseka za vrlo velike struje. Transformatori na visokim učestanostima koji rade na učestanostima od stotina KHz imaju namotaje od licnovane žice, da smanje gubitke u provodniku zbog skin (površinskog) efekta. Kod malih transformatora, kao izolacija namotaja se koristi lak.

Proračun namotaja za transformator sa ”EI” jezgrom

Osnovni podaci koji su potrebni za proračun su:

Up – Napon primara [V]
Us – Napon sekundara [V]
S – Snaga transformatora [VA]
Sp – Dimenzija jezgra [cm²]
Ip – Struja primara [A]
Is – Struja sekundara [A]
Dp – Debljina žice primara [mm]
Ds – Debljina žice sekundara [mm]
J – Gustina struje [A/mm²]

Ukoliko pretpostavimo da je napon primara 230V / 50 Hz, konstanta za dimenzionisanje jezgra je 45. Površina jezgra je u cm², a dobija se množenjem strana kalema (Sp = a x b).

Broj namotaja primara i sekundara Ns i Np, dobijemo iz formule:

Nx = 45/S (broj zavoja žice za 1 V)

$Np=N*Up$ , potreban broj namotaja na primaru

$Ns=N*Us$ , potreban namotaj na sekundaru (zavisi još i o potrebnom naponu na izlazu)

Struju primara i sekundara izračunavamo formulom:

$Ip=\frac{S}{Up}$ [A], struja primara

$Is=\frac{S}{Us}$ [A], struja sekundara

Pod preptostavnom da je gustina struje konstantna vrednost (J = 2,5 A/mm²), tada se debljina žice izračunava formulom:

$Dp=0.7\sqrt{Ip}$ [mm] , debljina žice primara

$Dsp=0.7\sqrt{Is}$ [mm], debljina žice sekundara

Izrada transformatora

Kad izračunamo sve potrebne podatke sledi namotavanje, uvek se prvo namotava primar, tako da se žica namotava po mogućnosti jedna do druge, ali može i jedna preko druge, ali ne sme se ukrštati.

Nakon namotanog primara, on se obmota prešpan papirom (debljina 0.1 do 10 mm), kako bi se primar odvojio od sekundara. Namotaji moraju biti čvrsti jer će u protivnom slučaju doći do većih vrtložnih struja, te će trafo imati dosta gubitaka, i grejati se. Sekundar se takođe mota navoj do navoja, dok se svaki red ne omota prešpanom, i tako do završetka.

Isključivo se koristi bakarna žica jer ima manji otpor i samim tim manji su gubici, a ne aluminijumska žica jer bi u tom slučaju debljina žice bila veća i samim tim bi u nekom trenutku zafalilo mesta za namotavanje.

Što se tiče merenja debljine žice koja se koristi za namotavanje transformatora treba da se spali lak sa nje jer se u današnje vreme lak žica uglavnom lakira dva puta što može dovesti do pogrešnih rezultata.

Nakom namotavanja i postavljanja izvoda primara i sekundara (obavezno obeležiti krajeve) ostaje još da se pravilno poređaju transformatorski limovi koji čine jezgro, a to se radi tako što se prvo uklope svi limovi oblika E, ali naizmenično (jedan stavljati sa jedne a drugi sa druge strane). Nakon toga potrebno je uklopiti između i limove oblika I i stegnti jezgro da ne bilo brujanja. Ako kojim slučajem bude brujanja, transformator treba potopiti u posebno ulje i zagrejati ga do 80^oC, nakon sušenja neće više biti brujanja. Naravno treba biti pažljiv pri postavljanju limova da ne bi došlo do oštećenja žice tj. namotaja.

Karakteristike lak žice i jezgra transformatora možete pronaći ovde.

Deo teksta je preuzet sa:

www.sr.wikipedia.org
www.napravi-sam.com

The post Proračun namotaja i izrada transformatora appeared first on Automatika.rs.