Praktická elektronika/Transformátor

V principu se jedná o dvě cívky umístěné blízko sebe, které sdílí své magnetické pole. Většinou se tyto cívky vinou na společné jádro vyrobené z materiálu magneticky vodivějšího než vzduch např. železo (či ferit):

Různé malé vysokofrekvenční transformátory

Třífázový transformátor na stovky kW v rozvodné síti

Použití jader:

• Pro nízké kmitočty (50 Hz, ale také pro akustické frekvence) lze použít jádro železné. Zmenšení ztrát lze docílit rozdělením jádra na plechy.
• V radiotechnice, vysokofrekvenčních měničích atd. lze používat jádra feritová. Ferit je skoro nevodivý (omezuje vířivé proudy v jádře) a má menší magnetickou paměť čili užší hysterezní smyčku (menší magnetizační ztráty).
• Pro ještě vyšší frekvence se používají transformátory bez jader. (Viz také Teslův transformátor)

Pokud jsou dvě cívky blízko sebe, energie magnetického pole mezi nimi může přetékat takto:

1. Na primární cívku přiložíme střídavé napětí.
2. Začne v ní růst proud takovou měrou, aby vznikající magnetické pole v cívce indukovalo právě takové napětí, jaké je na cívku připojeno.
3. Magnetický tok prochází všemi cívkami a tedy i na nich vzniká napětí. Z toho tedy plyne, že přiložením napětí na primární cívku vytvoříme napětí i na sekundární cívce.
4. Pokud ze sekundární cívky odebíráme proud, vede to ke zmenšení magnetického pole a o to větší proud odebírá primární cívka.

Pokud cívky nemají stejný počet závitů, můžeme takto měnit poměr napětí/proud! Platí, že napětí je úměrné počtu závitů podle jednoduchého vztahu

${\frac {N_{1}}{N_{2}}}={\frac {U_{1}}{U_{2}}}={\frac {I_{2}}{I_{1}}}$

kde N je počet závitů cívky, U je efektivní napětí a I efektivní hodnota proudu. V dobrém transformátoru se tedy energie ani neztrácí, ani nevzniká.

Transformovat lze pouze střídavý proud, a to tím snáze, čím je vyšší frekvence. Účinnost velkých transformátorů je okolo 98%.

Praktická omezení transformátoru

I pokud ze sekundárního vinutí neodebíráme proud, chová se transformátor jako obyčejná cívka a přirozeně jím protéká malý proud.

Výše uvedený vztah napětí k počtu závitů platí jen přibližně. Při podrobnějším pohledu pozorujeme další vlastnosti:

• Rozptylová indukčnost se chová jako další cívka připojená za transformátor. (Primární vinutí si zachová trochu indukčnosti, i když zkratujeme vinutí sekundární.) Někdy je výhodná, protože omezí zkratový proud.
• Magnetizační indukčnost
• Rezonance může nastat při transformaci proudu o vysoké frekvenci (přes 10 kHz), protože vodiče obou vinutí mají i určitou malou kapacitu. Celý transformátor se při dosažení rezonanční frekvence rozkmitá jako kyvadlo a na výstupu se můžou objevit mnohokrát vyšší napětí, případně se může spálit izolace a transformátor shoří.
• Sytná magnetizace jádra určuje maximální magnetické pole (a tím i proud), který smí transformátorem protékat. Při vyšším zatížení už klesá indukčnost vinutí, což může vést ke zkratu.

---

Viz také

• http://de.wikibooks.org/wiki/Vom_Umgang_mit_Einphasentransformatoren siehe auch!

Teslův transformátor na: http://www.classicteslacoil.cz