Muuntajan laite ja toimintaperiaate

Muuntaaksesi yhden suuruisen sähköjännitteen toisen suuruiseksi sähköjännitteeksi, eli muuntaaksesi sähköenergiaa, käytä sähkömuuntajat.

Muuntaja pystyy muuttamaan vain vaihtovirran vaihtovirraksi, joten tasavirran saamiseksi muuntajasta tuleva vaihtovirta tasasuunnetaan tarvittaessa. Tätä tarkoitusta varten ne palvelevat tasasuuntaajat.

Tavalla tai toisella jokainen muuntaja (oli se sitten jännitemuuntaja, virtamuuntaja tai pulssimuuntaja) toimii sähkömagneettisen induktion ilmiön vuoksi, joka ilmenee kaikessa loistossaan juuri vaihto- tai pulssivirralla.

Muuntaja laite

Yksinkertaisimmassa muodossaan yksivaiheinen muuntaja koostuu vain kolmesta pääosasta: ferromagneettisesta ytimestä (magneettinen piiri), sekä ensiö- ja toisiokäämit. Periaatteessa muuntajassa voi olla enemmän kuin kaksi käämiä, mutta vähintään kaksi. Joissakin tapauksissa toisiokäämin toiminto voidaan suorittaa osalla ensiökäämin kierrosta (katso kuva 1). muuntajien tyypit), mutta tällaiset ratkaisut ovat melko harvinaisia ​​tavallisiin verrattuna.

Muuntajan pääosa on ferromagneettinen ydin. Kun muuntaja on toiminnassa, muuttuva magneettikenttä on ferromagneettisen ytimen sisällä. Muuntajan muuttuvan magneettikentän lähde on ensiökäämin vaihtovirta.

Muuntajan toisiokäämin jännite

Tiedetään, että jokaiseen sähkövirtaan liittyy magneettikenttä; vastaavasti vaihtovirtaan liittyy vaihtuva (suuruudessa ja suunnassa muuttuva) magneettikenttä.

Siten syöttämällä vaihtovirtaa muuntajan ensiökäämiin saadaan ensiökäämin virran muuttuva magneettikenttä. Ja niin magneettikenttä keskittyy pääasiassa muuntajan ytimeen, tämä ydin on valmistettu materiaalista, jolla on korkea magneettinen läpäisevyys, tuhansia kertoja suurempi kuin ilman, joten pääosa ensiökäämin magneettivuosta on suljettu tarkalleen ytimen sisään, ei ilman läpi.

Siten ensiökäämin vaihtuva magneettikenttä keskittyy muuntajan sydämen tilavuuteen, joka on muuntajateräksestä, ferriitistä tai muusta sopivasta materiaalista, riippuen tietyn muuntajan toimintataajuudesta ja käyttötarkoituksesta.

Muuntajan toisiokäämi sijaitsee yhteisellä sydämellä ensiökäämiensä kanssa. Siksi ensiökäämin vaihtuva magneettikenttä tunkeutuu myös toisiokäämin kierroksiin.

A sähkömagneettisen induktion ilmiö se on yksinkertaisesti siinä, että ajassa muuttuva magneettikenttä aiheuttaa muuttuvan sähkökentän ympärillään olevaan tilaan. Ja koska tässä tilassa on toinen kelalanka muuttuvan magneettikentän ympärillä, indusoitu vaihtuva sähkökenttä vaikuttaa tämän johdon sisällä oleviin varauksenkuljettajiin.

Tämä sähkökentän toiminta aiheuttaa EMF:n jokaisella toisiokäämin kierroksella. Tämän seurauksena toisiokäämin napojen väliin ilmestyy vaihtojännite. Kun kytketyn muuntajan toisiokäämi ei ole kuormitettu, muuntaja on tyhjä.

Muuntajan toiminta kuormitettuna

Jos käytössä olevan muuntajan toisiokäämiin kytketään tietty kuorma, kuorman kautta syntyy virtaa muuntajan koko toisiopiirissä.

Tämä virta synnyttää oman magneettikentän, jolla Lenzin lain mukaan on sellainen suunta, että se vastustaa "sen aiheuttavaa syytä". Tämä tarkoittaa, että toisiokäämin virran magneettikenttä milloin tahansa pyrkii vähentämään ensiökäämin kasvavaa magneettikenttää tai tukemaan ensiökäämin magneettikenttää sen pienentyessä, se osoittaa aina magneettiseen primäärikäämin kenttä.

Siten, kun muuntajan toisiokäämi kuormitetaan, sen ensiökäämissä tapahtuu vasta-EMF, joka pakottaa muuntajan ensiökäämin ottamaan enemmän virtaa syöttöverkosta.

Muunnostekijä

Muuntajan ensiökäämien N1 ja toisiokäämien N2 kierrossuhde määrää sen tulon U1 ja ulostulon U2 jännitteiden sekä tulon I1 ja lähtö I2 virtojen suhteen muuntajan ollessa kuormitettuna. Tätä suhdetta kutsutaan muuntajan muunnossuhde:

Muunnoskerroin on suurempi kuin yksi, jos muuntajaa on alennettu, ja pienempi kuin yksi, jos muuntajaa nostetaan.

Jännitteen muuntaja

Jännitemuuntaja on eräänlainen alennusmuuntaja, joka on suunniteltu eristämään galvaanisesti suurjännitepiirejä pienjännitepiireistä.

Yleensä korkean jännitteen osalta ne tarkoittavat 6 kilovolttia tai enemmän (jännitemuuntajan ensiökäämissä), ja matala jännite tarkoittaa arvoja luokkaa 100 volttia (toisiokäämissä).

Tällaista muuntajaa käytetään yleensä, mittaustarkoituksiin… Se alentaa esimerkiksi voimalinjan korkean jännitteen sopivaksi matalaksi mittausjännitteeksi, samalla kun se pystyy myös galvaanisesti eristämään mittaus-, suoja- ja ohjauspiirit suurjännitepiiristä. Tämän tyyppiset muuntajat toimivat yleensä lepotilassa.

Pohjimmiltaan mitä tahansa voidaan kutsua jännitemuuntajaksi tehomuuntajakäytetään sähköenergian muuntamiseen.

Virtamuuntaja

Virtamuuntajassa ensiökäämi, joka koostuu yleensä vain yhdestä kierrosta, on kytketty sarjaan virtalähdepiirin kanssa. Tämä käännös voi olla piirin johdon osa, jossa virta on mitattava.

Johto viedään yksinkertaisesti muuntajan sydämen ikkunan läpi ja siitä tulee tämä yksi kierros - ensiökäämin kierros. Sen toisiokäämi, jossa on useita kierroksia, on kytketty mittauslaitteeseen, jolla on pieni sisäinen vastus.

Tämän tyyppisiä muuntajia käytetään vaihtovirta-arvojen mittaamiseen tehopiireissä. Tässä toisiokäämin virta ja jännite ovat verrannollisia ensiökäämin (virtapiirin) mitattuun virtaan.

Virtamuuntajia käytetään laajalti sähköjärjestelmien releen suojalaitteissa, joten niillä on korkea tarkkuus. Ne tekevät mittauksista turvallisia, koska ne erottavat galvaanisesti luotettavasti mittauspiirin ensiöpiiristä (yleensä korkea jännite - kymmeniä ja satoja kilovoltteja).

Pulssimuuntaja

Tämä muuntaja on suunniteltu muuttamaan virran (jännitteen) pulssimuotoa. Sen ensiökäämiin syötetyt lyhyet, yleensä suorakaiteen muotoiset pulssit saavat muuntajan toimimaan käytännössä transienttiolosuhteissa.

Tällaisia ​​muuntajia käytetään pulssijännitemuuntimissa ja muissa pulssilaitteissa sekä differentiointimuuntajissa.

Pulssimuuntajien käyttö mahdollistaa niiden laitteiden painon ja kustannusten vähentämisen, joissa niitä käytetään, johtuen lisääntyneestä muunnostaajuudesta (kymmeniä ja satoja kilohertsejä) verrattuna verkkomuuntajiin, jotka toimivat taajuudella 50-60 Hz. Suorakaiteen muotoiset pulssit, joiden nousuaika on paljon lyhyempi kuin itse pulssin kesto, muunnetaan yleensä pienellä säröllä.