Osoba bez inžinierskeho vzdelania na otázku, čo je to elektrická sieť, okamžite pomenuje niekoľko jeho charakteristických zložiek, medzi ktorými bude takmer určite spomenutý transformátor. Ak sa taký človek doma neustále stretáva s drôtmi a zásuvkami, potom vie o transformátore z transformátorovej kabíny a o tom charakteristickom bzučení, ktoré sa ozýva spoza zatvorených dverí.
Prečo je teda tento komponent elektrickej siete taký populárny a ako funguje? Druhá časť otázky zďaleka nie je nadbytočná. transformátor nemá žiadne intuitívne a známe pohyblivé časti.
Základné fyzikálne procesy v transformátore
Elektrická sieť na akýkoľvek účel je založená na využití elektrickej energie na vykonávanie mechanických prác (energetická elektrotechnika) a na prenos informácií (telekomunikácie). Táto energia môže existovať vo forme dvoch polí: elektrického a magnetického.
Elektrické a magnetické polia spolu úzko súvisia. Je známe, že kov obsahuje veľké množstvo voľných elektrónov, ktoré určujú jeho vysokú vodivosť. Ak je kovový predmet držaný magnetickým poľom, pohybujú sa s ním elektróny, čo znamená výskyt elektrického prúdu. Je dôležité, aby bol tento proces reverzibilný, t.j. elektrický prúd vytvára okolo vodiča magnetické pole.
Teraz si predstavme, že v určitom páre drôtov 1 - 2 je elektrický prúd I. Potom, za predpokladu, že tento prúd I je premenlivý, je možné dosiahnuť vzhľad prúdu a / alebo napätia v inom pár drôtov 3 - 4 za predpokladu, že tieto páry navzájom interagujú prostredníctvom elektrického alebo magnetického kábla polia. Obrázok 1 zobrazuje tieto procesy v schematickej forme.
Je teda možné realizovať spojenie medzi dvoma rôznymi obvodmi prúdového prúdu bez ich priameho vzájomného spojenia.
Primárne (vodiče 1 a 2) a sekundárne (vodiče 3 a 4) obvodu sú pohodlne vyrobené vo forme vinutí. Potom je pomer medzi prúdmi a napätím v primárnom a sekundárnom obvode úplne určený počtom závitov primárne a sekundárne vinutie, čo zase znamená možnosť vytvorenia prúdového transformátora (prevodníka) a Napätie.
Samotný transformačný proces je navyše pohodlne organizovaný prostredníctvom magnetickej zložky elektromagnetického poľa.
Zvyšovanie účinnosti transformátora
V procese prenosu elektromagnetickej energie z primárneho vinutia na sekundárne sú zapojené iba tie siločiary magnetického poľa, ktoré pretínajú otáčky sekundárneho vinutia. S prihliadnutím na túto funkciu, tzv. jadro vyrobené z elektrickej ocele, ktoré v porovnaní so vzduchom vytvára znateľne nižší odpor voči magnetickému poľu.
Výsledkom je, že siločiary magnetického poľa vytvárané primárnym vinutím prechádzajú hlavne cez jadro a interagujú so sekundárnym vinutím, obrázok 2. To mimochodom vysvetľuje druhý názov jadra ako magnetický obvod.
Jadrový dizajn
Prvé príklady jadrových transformátorov mali značné straty, ktoré boli spôsobené tzv. vírivé prúdy. Vznikli kvôli tomu, že striedavé magnetické pole generuje prúdy nielen v sekundárnom vinutí, ale aj v samotnom jadre.
Na potlačenie tohto nežiaduceho účinku je jadro zostavené z tenkých dosiek, ktoré sú izolované pozdĺž kontaktnej roviny. Obrázok 3 schematicky zobrazuje potlačenie vírivých prúdov pri prechode na takýto dizajn.
P.S. Aby ste si rozšírili obzor a prípadné ďalšie čítanie, odporúčam prečítať si môj článok - https://www.asutpp.ru/transformator-prostymi-slovami.html