Transformator jest elementem indukcyjnym składającym się z co najmniej dwóch uzwojeń. Przeznaczony jest do przekazywania energii z uzwojenia pierwotengo do wtórnego. W elektronice transformator służy najczęściej do podwyższenia lub obniżenia napięcia.
Budowa transformatora
| Uzwojenie pierwotne (cewka) | Jest to odcinek przewodu ukształtowanego w cewkę, odpowiedzialna za wytwarzanie strumienia magnetycznego. W celu uniknięcia strat mocy spowodowanych wydzielaniem ciepła jest ono wykonane z dobrego przewodnika elektrycznego. Poszczególne zwoje są odizolowane od siebie oraz od rdzenia magnetycznego. |
| Uzwojenie wtórne (cewka) | Jest to odcinek przewodu ukształtowanego w cewkę. Strumień magnetyczny powoduje ruch elektronow w nim. Odbiera sie z niej napięcie wyjściowe. |
| Rdzeń transformatora | Jest wykonany z wielu blaszek ze stali miękkiej w celu zmniejszenia prądów wirowych. Prądy wirowe odpowiedzialne są za grzanie się rdzenia transformatora. |
Przekładnia transformatora
Przekładnia transformatora jest to liczba określająca stosunek liczby zwojów uzwojenia pierwotnego do liczby zwojów uzwojenia wtórnego (przekładnia zwojowa) lub stosunek napięcia pierwotnego do napięcia wtórnego (przekładnia napięciowa).
Przekładnią zwojową transformatora nazywamy stosunek liczby zwojów uzwojenia pierwotnego do liczby zwojów uzwojenia wtórnego.
Przekładnię tą oznaczamy literą k
-
N1 - liczba zwojów uzwojenia pierwotnego
N2 - liczba zwojów uzwojenia wtórnego
|
|
|
N1=1100 N2=1100 N1/N2=1100/1100=1 |
N1=1100 N2=600 N1/N2=1100/600=11/6 |
Równanie transformatora (tylko dla transformatora idealnego)
| U1- napięcie prądu w uzwojeniu pierwotnym N1- ilosc zwojów uzwojenia pierwotnego I1- natężenie prądu w uzwojeniu pierwotnym |
U2- napięcie prądu w uzwojeniu pierwotnym N2- ilosc zwojów uzwojenia pierwotnego I2- natężenie prądu w uzwojeniu pierwotnym |
|
Sprawność
Sprawność jest to stosunek mocy otrzymanej do mocy włożonejTak określoną sprawność można wyznaczyć następująco:
-
η - sprawność
P1 - moc obwodu pierwotnego [W]
P2 - moc obwodu wtórnego [W]
Część doświadczalna
Schemat układu
Budowa układu
 |
Transformator Maszyna elektryczna służąca do przenoszenia energii elektrycznej prądu przemiennego drogą indukcji z jednego obwodu elektrycznego do drugiego, z zachowaniem pierwotnej częstotliwości |
 |
 |
Wymienne uzwojenia Część obwodu magnetycznego odpowiedzialna za wytwarzanie strumienia magnetycznego. |
 |
 |
Woltomierz Przyrząd pomiarowy, za pomocą którego mierzy się napięcie elektryczne (jednostka napięcia wolt). Jest włączany równolegle do obwodu elektrycznego. Idealny woltomierz posiada nieskończenie dużą rezystancję wewnętrzną. |
 |
 |
Amperomierz Przyrząd pomiarowy służący do pomiaru natężenia prądu elektrycznego. Idealny amperomierz posiada nieskończenie małą rezystancję wewnętrzną. W amperomierzach rzeczywistych wartość rezystancji wewnętrznej jest różna od zera. |
 |
 |
Włącznik (klucz) Najprostszy włącznik elektryczny przeznaczony do załączania i wyłączania prądów roboczych w instalacjach niskiego napięcia. Dodatkowo posiada przycisk podświetlany diodą sygnalizującą przepływ prądu. |
 |
Pomiary
| Moce żarówek | U1 | I1 | U2 | I2 | P1 | P2 | η=P2/P1*100% |
| 40W | 230 | 0,23 | 203 | 0,12 | 52,9 | 24,36 | 46,05% |
| 75W | 230 | 0,36 | 194 | 0,3 | 82,8 | 58,2 | 70,29% |
| 40W i 75W | 230 | 0,5 | 181 | 0,46 | 36,8 | 6,9 | 18,75% |
| 150W | 230 | 0,64 | 165 | 0,62 | 147,2 | 102,3 | 69,50% |
| Moce żarówek | U1 | I1 | U2 | I2 | P1 | P2 | η=P2/P1*100% |
| 40W | 230 | 0,16 | 115 | 0,06 | 36,8 | 6,9 | 18,75% |
| 75W | 230 | 0,2 | 113 | 0,2 | 46 | 22,6 | 49,13% |
| 40W i 75W | 230 | 0,26 | 109 | 0,325 | 59,8 | 35,425 | 59,24% |
| 150W | 231 | 0,32 | 106 | 0,46 | 43,92 | 48,76 | 65,96% |
| Moce żarówek | U1 | I1 | U2 | I2 | P1 | P2 | η=P2/P1*100% |
| 40W | 230 | 0,14 | 25 | 0,02 | 32,2 | 0,5 | 1,55% |
| 75W | 230 | 0,14 | 25 | 0,06 | 32,2 | 1,5 | 4,66% |
| 40W i 75W | 230 | 0,14 | 25 | 0,14 | 32,2 | 3,5 | 10,87% |
| 150W | 229 | 0,14 | 25 | 0,22 | 32,06 | 5,5 | 17,16% |
Wykres sprawności transformatora szkolnego od mocy podłączoych żarówek
| Wnioski i obserwacje: | |
| - | Analizując wykres sprawności transformatora w zależności od mocy urządzeń w obwodzie, widać ze sprawność rośnie wraz ze zwiększaniem mocy żarówek, aż do pewnego momentu. Wnioskiem jest, że dany transformator posiada obciążenie, dla którego posiada największą sprawność. |
| - | Przy obliczeniu ilości zwojów do zbudowania transformatora o określonych parametrach najpierw obliczamy z przekładni teoretyczną ich ilość, a następnie dodajemy pewien procent zwojów na skompensowanie strat powodujących spadek napięcia. |
| - | Prąd przemienny przepływający przez uzwojenie pierwotne okresowo powoduje przemagnesowanie rdzenia z częstotliwością napięcia zasilającego, są to straty histerezowe. |
| - | Prądy wirowe powstają, gdy zmienny strumień magnetyczny indukuje napięcie nie tylko w każdym zwoju, ale we wszystkich przewodzących częściach, a więc także w rdzeniu. Prądy te generują energie cieplną, płynąc przez rezystywny rdzeń. Zbudowanie rdzenia z cienkich, izolowanych blach zmniejsza prądy wirowe powstające pod wpływem zmian strumienia. |
| - | Uzwojenia wykonane z drutu miedzianego, który ma skończoną rezystancję. Podczas przepływu prądu rezystancja ta powoduje straty energii. Aby zmniejszyć straty energii w uzwojeniach, należałoby zastosować bardzo gruby drut. |