Witam,
Po dłuższej przerwie postanowiłem napisać i opublikować kolejną część z serii „Początki elektroniki”
W dzisiejszej części omówimy sobie transformator oraz dowiemy się dlaczego stać nas na prąd elektryczny w kontakcie.
No to myk!
Transformator
Transformator jest to maszyna elektryczna służąca do przenoszenia energii elektrycznej z jednego obwodu elektrycznego na drugi za pomocą zjawiska indukcji elektromagnetycznej
Transformator działa tylko i wyłącznie przy napięciu zmiennym
Budowa transformatora
Transformator składa się z uzwojenia pierwotnego i wtórnego i rdzenia transformatora. Rdzeń zbudowany jest z dwóch kolumn (pionowych) i dwóch jarzm poziomych
Uzwojenia wykonane są z drutu miedzianego izolowanego. Uzwojenie pierwotne nie jest połączone z uzwojeniem wtórnym (wyjątek autotransformator)
Rdzeń transformatora wykonany jest ze stali najczęściej stali miękkiej.
Zwykle zmianie ulega także napięcie. Wyjątek stanowi transformator separacyjny, w którym napięcie na obu uzwojeniach jest takie samo.
Uzwojenia transformatora
Na transformatorze wyróżniamy dwa rodzaje uzwojeń.
Pierwotne
Do uzwojenia pierwotnego podłączone jest źródło zasilania prądu przemiennego.
Jego oznaczenie to PRI
Wtórne
Uzwojenie wtórne to uzwojenie na którym uzyskujemy zmienione napięcie względem napięcia na uzwojeniu pierwotnym (wyjątek - transformator separacyjny). Na jednym transformatorze może być kilka lub nawet kilkadziesiąt uzwojeń wtórnych.
Jego oznaczenie toSEC
Działanie
Działanie transformatora polega na indukcji elektromagnetycznej.
Na rysunku pokazano w których przypadkach w cewce (przewodniku) indukuje się napięcie
Aby wytworzyć prąd w cewce należy wsuwać i wysuwać w nią magnes (lub poruszać nim w okolicy cewki). W tym procesie powstaje prąd przemienny. Jak widać potrzebna jest do tego siła magnetyczna (magnesu) i praca (ruchy ręką -wsuwanie i wysuwanie). Prąd indukuje się w przewodniku podczas zmiany pola magnetycznego wokół przewodnika.
Zastępując magnes elektromagnesem możemy zauważyć, że teraz do wytworzenia prądu w przewodniku potrzebna jest siła elektromagnetyczna (elektromagnes) i praca (ruchy ręką).
Czy nie można ich jakoś razem połączyć? Można.
Na takiej zasadzie działa transformator.
Pierwsze uzwojenie podłączone jest do źródła prądu przemiennego. Wytwarzane jest zmienne pole magnetyczne. Strumień elektromagnetyczny przewodzony jest przez rdzeń transformatora (jarzma i kolumny) i przepływa przez uzwojenie wtórne. Zmienny strumień elektromagnetyczny przepływając przez uzwojenia wtórne wywołuje zjawisko indukcji elektromagnetycznej. W uzwojeniu wtórnym pojawia się napięcie.
W tym wypadku nie potrzeba żadnych ruchów ręką. Zmiany pola magnetycznego poprzez wysuwanie i wsuwanie magnesu teraz wykonuje prąd zmienny.
Podwyższanie/obniżanie napięcia
Jak już wiemy głównym celem zastosowania transformatora jest zmiana napięcia (np podwyższenie lub obniżenie)
Symbole:
we – wejściowe (dotyczy uzwojenia pierwotnego)
wy- wyjściowe (dotyczy uzwojenia wtórnego)
W transformatorze idealnym moc na uzwojeniu wtórnym będzie równa mocy na uzwojeniu pierwotnym
Pwe - moc na uzwojeniu pierwotnym
Pwy - moc na uzwojeniu wtórnym
Wiedząc, że
P- moc
U- napięcie
I- natężenie
można stwierdzić, że
Uwe- napięcie na uzwojeniu pierwotnym
Iwe - natężenie na uzwojeniu pierwotnym
Uwy - napięcie na uzwojeniu wtórnym
Iwy - natężenie na uzwojeniu wtórnym
Parametrami, dzięki którym możemy obliczyć jak zmieni się napięcie na transformatorze są:
-liczba zwojów uzwojenia pierwotnego
-liczba zwojów uzwojenia wtórnego
Dzięki tym parametrom możemy obliczyć przekładnie transformatora
z- przekładnia transformatora
Nwy- liczba zwojów na uzwojeniu wtórnym transformatora
Nwe- liczba zwojów na uzwojeniu pierwotnym transformatora
Przypuśćmy sobie, że mamy transformator z pięcioma zwojami uzwojenia pierwotnego i dziesięcioma uzwojenia wtórnego.
Przekładnia takiego transformatora jest równa 10/5 = 2
Taki transformator podwyższa napięcie. Warunek, który musi być spełniony, aby transformator podwyższał napięcie:
Liczba zwojów na uzwojeniu wtórnym musi być większa od liczby zwojów na uzwojeniu pierwotnym.
Transformator podwyższający napięcie
Transformator z dziesięcioma zwojami uzwojenia pierwotnego i pięcioma uzwojenia wtórnego obniża napięcie.
Przekładnia takiego transformatora jest równa 5/10 = 1/2
Aby transformator obniżał napięcie musi być spełniony warunek :
Liczba zwojów na uzwojeniu pierwotnym musi być większa niż liczba zwojów na uzwojeniu wtórnym.
Transformator obniżający napięcie
Przekładnia, napięcie i natężenie po obu stronach transformatora są ze sobą ściśle powiązane.
Dla transformatora idealnego powiązania te obrazuje wzór:
Uwe- napięcie na uzwojeniu pierwotnym
Uwy- napięcie na uzwojeniu wtórnym
Iwy- natężenie na uzwojeniu wtórnym
Iwe- natężenie na uzwojeniu pierwotnym
Nwe- liczba zwojów na uzwojeniu pierwotnym
Nwy - liczba zwojów na uzwojeniu wtórnym
Po przekształceniu wzoru dochodzimy do jednego, który łączy ze sobą wszystkie zależności (napięcie, natężenie, liczbę zwojów i przekładnię)
Uwy- napięcie na uzwojeniu wtórnym
Uwe- napięcie na uzwojeniu pierwotnym
Iwe- natężenie na uzwojeniu pierwotnym
Iwy- natężenie na uzwojeniu wtórnym
Nwy - liczba zwojów na uzwojeniu wtórnym
Nwe- liczba zwojów na uzwojeniu pierwotnym
z- przekładnia
Przykłady:
1.Transformator ma 25 zwojów na uzwojeniu pierwotnym i 250 na uzwojeniu wtórnym. Napięcie na uzwojeniu pierwotnym jest równe 220V
Obliczyć : przekładnia, napięcie na uzwojeniu wtórnym
z=Uwy/Uwe
z= 250/25 = 10
Napięcie na uzwojeniu wtórnym = 220V * 10 = 2200 V
2. Oblicz przekładnię transformatora o poborze prądu Iwe=1A. Natężenie na uzwojeniu wtórnym Iwy = 10 A.
z= Iwe/Iwy
z= 1/10 = 0,1
Trochę to skomplikowane, ale myślę, że każdy znający choć podstawy fizyki i matematyki sobie z tym poradzi.
Dlaczego stać nas na prąd ?
Myśleliście kiedyś na temat dlaczego stać nas na prąd? Przecież płynie on przez kilkadziesiąt kilometrów kabli, linii wysokiego napięcia. Przez taką długą trasę muszą być ogromne straty!
A właśnie że straty nie są duże! Dlaczego? Dzięki transformatorom.
Droga prądu od elektrowni do domu
1. Generator w elektrowni- średnie napięcie - kilka kilkanaście kV
2. Transformator zwiększający napięcie do rzędu 220-400kV. (przy elektrowni)
3. Sieć przesyłowa 220-400kV
4. Transformator obniżający napięcie do 110kV
5. Sieć dystrybucyjna 110kV
6. Transformator obniżający napięcie do średniego zwykle (15-20kV)(na przedmieściach miast)
7. Linie średniego napięcia
8. Transformatory obniżające napięcie do 230/400V (na osiedlach)
Poprzez transformator (punkt 2) napięcie jest kilkukrotnie zwiększane. Przez to tę samą moc możemy przesłać wykorzystując wyższe napięcie a mniejsze natężenie. Dzięki mniejszemu natężeniu kable mniej się grzeją – są małe straty. Kolejną zaletą zastosowania wyższego napięcia i mniejszego natężenia jest mniejsza średnica kabli przesyłowych. Wyobraźcie sobie teraz jak musiałyby wyglądać średnice kabli i konstrukcje słupów je podtrzymujacych.
Dzięki temu stać nas na prąd w gniazdku. Transformator to bardzo pożyteczny wynalazek.
Typy transformatorów
Ze względu na kształt rdzenia transformatory możemy dzielić na
Transformatory EI
Rdzeń tego transformatora ma kształt liter E oraz I, stąd ta nazwa. Uzwojenia są odseparowane (izolowane) od siebie oraz od rdzenia transformatora poprzez nawinięcie na karkas, który nałożony jest na środkowej kolumnie E
Transformator toroidalny
Przekrój poprzeczny przez transformator toroidalny ma kształt pierścienia. Uzwojenia nawiniete są bezpośrednio na rdzeniu. Są izolowane od siebie i od rdzenia słabiej niż w transformatorze EI. W tym wypadku jedynym izolatorem jest lakier którym pokryte są miedziane druty, z których wykonane są uzwojenia
Ze względu na zastosowanie i działanie transformatory możemy podzielić na:
Transformatory sieciowe
Zmieniają one napięcie do napięcia, które potrzebuje dane urządzenie. Najczęściej obniżają napięcie
Transformatory głośnikowe
Obniżają one napięcie z wysokiego napięcia (100V) np. w radiach lampowych czy w instalacjach radiowęzłowych. W instalacjach radiowęzłowych wykorzystuje się je z powodu mniejszych strat podczas wyższego napięcia i mniejszego natężenia w sieci radiowęzłowej (Tak jak mała instalacja od elektrowni do domu)
Autotransformatory
Mają one zwykle jedno uzwojenie. Służą one najczęściej do zmiany napięcia z małą przekładnią (np. z 1 kV do 2kV) . Stosowane były często jako ściemniacze do świateł. Teraz wykorzystuje się do tego celu elektroniczne odpowiedniki autotransformatorów.
Transformatory separacyjne
Przekładnia transformatora separacyjnego jest równa 1. Napięcie na uzwojeniu pierwotnym jest takie samo jak na uzwojeniu wtórnym. Stosuje je się w celu zapobiegania porażenia prądem eliminując drogę powrotną dla prądu porażeniowego
Trafopowielacz
Trafopowielacz to rodzaj transformatora podwyższającego napięcie (do kiku kV). Wykorzystywany był on w telewizorach kineskopowych oraz monitorach CRT.
Myślę, że starczy już na dziś. W następnej części zajmiemy się praktyką - zbudujemy swój pierwszy zasilacz i przy okazji przypomnimy sobie jak czytać schematy. Pokażę wtedy też ciekawy program do symulacji różnych obwodów elektronicznych, który nie wymaga instalacji.
Zapraszam do czytania innych części :
Początki elektroniki - wstęp do kursu
Początki elektroniki -cz.1 Lutowanie
Początki elektroniki - cz.2 Prawo Ohma, prąd i napięcie. Rezystory.
Początki elektroniki - cz.3 Diody. Rezystor do diody LED.
Początki elektroniki - cz.4 Kondensator, łączenie kondensatorów
Początki elektroniki - cz.5 Tranzystor
Początki elektroniki - cz.6 Poznajemy i obsługujemy urządzenia pomiarowe
Początki elektroniki - cz.7 Transformator
Przypominam, że jeżeli ktoś czegoś nie rozumie to proszę pisać, a postaram się to jaśniej wytłumaczyć.
Jeżeli znajdziecie błędy dajcie znać.
źródła grafiki :
www.wikipedia.pl
www.sklep.lempyelektronowe.pl
www.telo.nazwa.pl
www.elektroinżynieria.pl
www.meranet.pl
www.if.pw.edu.pl
www.cire.pl
www.roconpro.pl
Wielkie podziękowania dla użytkowników forum, którzy odnaleźli błędy.
Po dłuższej przerwie postanowiłem napisać i opublikować kolejną część z serii „Początki elektroniki”
W dzisiejszej części omówimy sobie transformator oraz dowiemy się dlaczego stać nas na prąd elektryczny w kontakcie.
No to myk!
Transformator
Transformator jest to maszyna elektryczna służąca do przenoszenia energii elektrycznej z jednego obwodu elektrycznego na drugi za pomocą zjawiska indukcji elektromagnetycznej
Transformator działa tylko i wyłącznie przy napięciu zmiennym
Budowa transformatora
Transformator składa się z uzwojenia pierwotnego i wtórnego i rdzenia transformatora. Rdzeń zbudowany jest z dwóch kolumn (pionowych) i dwóch jarzm poziomych
Uzwojenia wykonane są z drutu miedzianego izolowanego. Uzwojenie pierwotne nie jest połączone z uzwojeniem wtórnym (wyjątek autotransformator)
Rdzeń transformatora wykonany jest ze stali najczęściej stali miękkiej.
Zwykle zmianie ulega także napięcie. Wyjątek stanowi transformator separacyjny, w którym napięcie na obu uzwojeniach jest takie samo.
Uzwojenia transformatora
Na transformatorze wyróżniamy dwa rodzaje uzwojeń.
Pierwotne
Do uzwojenia pierwotnego podłączone jest źródło zasilania prądu przemiennego.
Jego oznaczenie to PRI
Wtórne
Uzwojenie wtórne to uzwojenie na którym uzyskujemy zmienione napięcie względem napięcia na uzwojeniu pierwotnym (wyjątek - transformator separacyjny). Na jednym transformatorze może być kilka lub nawet kilkadziesiąt uzwojeń wtórnych.
Jego oznaczenie toSEC
Działanie
Działanie transformatora polega na indukcji elektromagnetycznej.
Na rysunku pokazano w których przypadkach w cewce (przewodniku) indukuje się napięcie
Aby wytworzyć prąd w cewce należy wsuwać i wysuwać w nią magnes (lub poruszać nim w okolicy cewki). W tym procesie powstaje prąd przemienny. Jak widać potrzebna jest do tego siła magnetyczna (magnesu) i praca (ruchy ręką -wsuwanie i wysuwanie). Prąd indukuje się w przewodniku podczas zmiany pola magnetycznego wokół przewodnika.
Zastępując magnes elektromagnesem możemy zauważyć, że teraz do wytworzenia prądu w przewodniku potrzebna jest siła elektromagnetyczna (elektromagnes) i praca (ruchy ręką).
Czy nie można ich jakoś razem połączyć? Można.
Na takiej zasadzie działa transformator.
Pierwsze uzwojenie podłączone jest do źródła prądu przemiennego. Wytwarzane jest zmienne pole magnetyczne. Strumień elektromagnetyczny przewodzony jest przez rdzeń transformatora (jarzma i kolumny) i przepływa przez uzwojenie wtórne. Zmienny strumień elektromagnetyczny przepływając przez uzwojenia wtórne wywołuje zjawisko indukcji elektromagnetycznej. W uzwojeniu wtórnym pojawia się napięcie.
W tym wypadku nie potrzeba żadnych ruchów ręką. Zmiany pola magnetycznego poprzez wysuwanie i wsuwanie magnesu teraz wykonuje prąd zmienny.
Podwyższanie/obniżanie napięcia
Jak już wiemy głównym celem zastosowania transformatora jest zmiana napięcia (np podwyższenie lub obniżenie)
Symbole:
we – wejściowe (dotyczy uzwojenia pierwotnego)
wy- wyjściowe (dotyczy uzwojenia wtórnego)
W transformatorze idealnym moc na uzwojeniu wtórnym będzie równa mocy na uzwojeniu pierwotnym
Pwe - moc na uzwojeniu pierwotnym
Pwy - moc na uzwojeniu wtórnym
Wiedząc, że
P- moc
U- napięcie
I- natężenie
można stwierdzić, że
Uwe- napięcie na uzwojeniu pierwotnym
Iwe - natężenie na uzwojeniu pierwotnym
Uwy - napięcie na uzwojeniu wtórnym
Iwy - natężenie na uzwojeniu wtórnym
Parametrami, dzięki którym możemy obliczyć jak zmieni się napięcie na transformatorze są:
-liczba zwojów uzwojenia pierwotnego
-liczba zwojów uzwojenia wtórnego
Dzięki tym parametrom możemy obliczyć przekładnie transformatora
z- przekładnia transformatora
Nwy- liczba zwojów na uzwojeniu wtórnym transformatora
Nwe- liczba zwojów na uzwojeniu pierwotnym transformatora
Przypuśćmy sobie, że mamy transformator z pięcioma zwojami uzwojenia pierwotnego i dziesięcioma uzwojenia wtórnego.
Przekładnia takiego transformatora jest równa 10/5 = 2
Taki transformator podwyższa napięcie. Warunek, który musi być spełniony, aby transformator podwyższał napięcie:
Liczba zwojów na uzwojeniu wtórnym musi być większa od liczby zwojów na uzwojeniu pierwotnym.
Transformator podwyższający napięcie
Transformator z dziesięcioma zwojami uzwojenia pierwotnego i pięcioma uzwojenia wtórnego obniża napięcie.
Przekładnia takiego transformatora jest równa 5/10 = 1/2
Aby transformator obniżał napięcie musi być spełniony warunek :
Liczba zwojów na uzwojeniu pierwotnym musi być większa niż liczba zwojów na uzwojeniu wtórnym.
Transformator obniżający napięcie
Przekładnia, napięcie i natężenie po obu stronach transformatora są ze sobą ściśle powiązane.
Dla transformatora idealnego powiązania te obrazuje wzór:
Uwe- napięcie na uzwojeniu pierwotnym
Uwy- napięcie na uzwojeniu wtórnym
Iwy- natężenie na uzwojeniu wtórnym
Iwe- natężenie na uzwojeniu pierwotnym
Nwe- liczba zwojów na uzwojeniu pierwotnym
Nwy - liczba zwojów na uzwojeniu wtórnym
Po przekształceniu wzoru dochodzimy do jednego, który łączy ze sobą wszystkie zależności (napięcie, natężenie, liczbę zwojów i przekładnię)
Uwy- napięcie na uzwojeniu wtórnym
Uwe- napięcie na uzwojeniu pierwotnym
Iwe- natężenie na uzwojeniu pierwotnym
Iwy- natężenie na uzwojeniu wtórnym
Nwy - liczba zwojów na uzwojeniu wtórnym
Nwe- liczba zwojów na uzwojeniu pierwotnym
z- przekładnia
Przykłady:
1.Transformator ma 25 zwojów na uzwojeniu pierwotnym i 250 na uzwojeniu wtórnym. Napięcie na uzwojeniu pierwotnym jest równe 220V
Obliczyć : przekładnia, napięcie na uzwojeniu wtórnym
z=Uwy/Uwe
z= 250/25 = 10
Napięcie na uzwojeniu wtórnym = 220V * 10 = 2200 V
2. Oblicz przekładnię transformatora o poborze prądu Iwe=1A. Natężenie na uzwojeniu wtórnym Iwy = 10 A.
z= Iwe/Iwy
z= 1/10 = 0,1
Trochę to skomplikowane, ale myślę, że każdy znający choć podstawy fizyki i matematyki sobie z tym poradzi.
Dlaczego stać nas na prąd ?
Myśleliście kiedyś na temat dlaczego stać nas na prąd? Przecież płynie on przez kilkadziesiąt kilometrów kabli, linii wysokiego napięcia. Przez taką długą trasę muszą być ogromne straty!
A właśnie że straty nie są duże! Dlaczego? Dzięki transformatorom.
Droga prądu od elektrowni do domu
1. Generator w elektrowni- średnie napięcie - kilka kilkanaście kV
2. Transformator zwiększający napięcie do rzędu 220-400kV. (przy elektrowni)
3. Sieć przesyłowa 220-400kV
4. Transformator obniżający napięcie do 110kV
5. Sieć dystrybucyjna 110kV
6. Transformator obniżający napięcie do średniego zwykle (15-20kV)(na przedmieściach miast)
7. Linie średniego napięcia
8. Transformatory obniżające napięcie do 230/400V (na osiedlach)
Poprzez transformator (punkt 2) napięcie jest kilkukrotnie zwiększane. Przez to tę samą moc możemy przesłać wykorzystując wyższe napięcie a mniejsze natężenie. Dzięki mniejszemu natężeniu kable mniej się grzeją – są małe straty. Kolejną zaletą zastosowania wyższego napięcia i mniejszego natężenia jest mniejsza średnica kabli przesyłowych. Wyobraźcie sobie teraz jak musiałyby wyglądać średnice kabli i konstrukcje słupów je podtrzymujacych.
Dzięki temu stać nas na prąd w gniazdku. Transformator to bardzo pożyteczny wynalazek.
Typy transformatorów
Ze względu na kształt rdzenia transformatory możemy dzielić na
Transformatory EI
Rdzeń tego transformatora ma kształt liter E oraz I, stąd ta nazwa. Uzwojenia są odseparowane (izolowane) od siebie oraz od rdzenia transformatora poprzez nawinięcie na karkas, który nałożony jest na środkowej kolumnie E
Transformator toroidalny
Przekrój poprzeczny przez transformator toroidalny ma kształt pierścienia. Uzwojenia nawiniete są bezpośrednio na rdzeniu. Są izolowane od siebie i od rdzenia słabiej niż w transformatorze EI. W tym wypadku jedynym izolatorem jest lakier którym pokryte są miedziane druty, z których wykonane są uzwojenia
Ze względu na zastosowanie i działanie transformatory możemy podzielić na:
Transformatory sieciowe
Zmieniają one napięcie do napięcia, które potrzebuje dane urządzenie. Najczęściej obniżają napięcie
Transformatory głośnikowe
Obniżają one napięcie z wysokiego napięcia (100V) np. w radiach lampowych czy w instalacjach radiowęzłowych. W instalacjach radiowęzłowych wykorzystuje się je z powodu mniejszych strat podczas wyższego napięcia i mniejszego natężenia w sieci radiowęzłowej (Tak jak mała instalacja od elektrowni do domu)
Autotransformatory
Mają one zwykle jedno uzwojenie. Służą one najczęściej do zmiany napięcia z małą przekładnią (np. z 1 kV do 2kV) . Stosowane były często jako ściemniacze do świateł. Teraz wykorzystuje się do tego celu elektroniczne odpowiedniki autotransformatorów.
Transformatory separacyjne
Przekładnia transformatora separacyjnego jest równa 1. Napięcie na uzwojeniu pierwotnym jest takie samo jak na uzwojeniu wtórnym. Stosuje je się w celu zapobiegania porażenia prądem eliminując drogę powrotną dla prądu porażeniowego
Trafopowielacz
Trafopowielacz to rodzaj transformatora podwyższającego napięcie (do kiku kV). Wykorzystywany był on w telewizorach kineskopowych oraz monitorach CRT.
Myślę, że starczy już na dziś. W następnej części zajmiemy się praktyką - zbudujemy swój pierwszy zasilacz i przy okazji przypomnimy sobie jak czytać schematy. Pokażę wtedy też ciekawy program do symulacji różnych obwodów elektronicznych, który nie wymaga instalacji.
Zapraszam do czytania innych części :
Początki elektroniki - wstęp do kursu
Początki elektroniki -cz.1 Lutowanie
Początki elektroniki - cz.2 Prawo Ohma, prąd i napięcie. Rezystory.
Początki elektroniki - cz.3 Diody. Rezystor do diody LED.
Początki elektroniki - cz.4 Kondensator, łączenie kondensatorów
Początki elektroniki - cz.5 Tranzystor
Początki elektroniki - cz.6 Poznajemy i obsługujemy urządzenia pomiarowe
Początki elektroniki - cz.7 Transformator
Przypominam, że jeżeli ktoś czegoś nie rozumie to proszę pisać, a postaram się to jaśniej wytłumaczyć.
Jeżeli znajdziecie błędy dajcie znać.
źródła grafiki :
www.wikipedia.pl
www.sklep.lempyelektronowe.pl
www.telo.nazwa.pl
www.elektroinżynieria.pl
www.meranet.pl
www.if.pw.edu.pl
www.cire.pl
www.roconpro.pl
Wielkie podziękowania dla użytkowników forum, którzy odnaleźli błędy.
Cool? Ranking DIY
i przydatne w życiu.
