Transformátor - Elektronická učebnica

Transformátor sa skladá z dvoch (prípadne viacerých) cievok (nazývaných vinutie) umiestnených tak, aby bola medzi nimi čo najväčšia vzájomná magnetická väzba. Kvôli zvýšeniu magnetickej väzby sa takmer vždy používa feromagnetické jadro, a často sú cievky navinuté jedna na druhej na spoločnej kostričke (vtedy sa podľa potreby rieši aj ich vzájomná elektrická izolácia dodatočnou izolačnou vrstvou). Transformátory pripájané na elektrickú rozvodnú sieť majú kvôli bezpečnosti vinutia ešte dodatočne prekryté ďalšou izolačnou vrstvou, prípadne sú zaliate do vhodnej zalievacej hmoty.

Cievka, ktorá je pripojená na zdroj napätia je nazývaná primárne vinutie, ostatné cievky sú nazývané sekundárne vinutie (vinutia). Vinutia majú niekedy vyvedené aj niektoré nekoncové body, ktoré sa nazývajú odbočky.

Analogicky k cievkam, napätie na primárnom/sekundárnom vinutí sa nazýva primárne/sekundárne napätie. Ak primárne napätie je väčšie ako sekundárne, hovorí sa o transformácii nadol, inak o transformácii nahor; pomer medzi primárnym a sekundárnym napätím sa nazýva transformačný pomer - tento závisí najmä od pomeru počtu závitov jednotlivých vinutí.

Impregnácia

Transformátor sa impregnuje buď ako celok, alebo jeho jednotlivé časti - cievka a jadro. Dôvodom impregnácie je:

Cievka

• zvýšenie napäťovej odolnosti (odolnosť proti prierazu vo vinutí cievky)
  

• zlepšenie odvodu tepla z vnútrajšku cievky
  

• zlepšená mechanická a chemická odolnosť vinutia
  

Jadro

• zníženie „zvukových“ efektov (známe vrčanie transformátora z neónového osvetlenia)
  

• zlepšenie chemickej a mechanickej odolnosti jadra
  

• zvýšenie kompaktnosti
  

Transformátory sa napúšťajú olejom, voskami, niekedy tiež syntetickými farbami, špeciálnou zalievacou hmotou resp. sa ako celok zalievajú do plastu.

Straty a chladenie
Straty

• ohmické (straty na elektrickom odpore vodičov vinutí)
  

• magnetické
  

• vírivými prúdmi v jadre
  

Chladenie
Vinutie transformátora sa zahrieva prechodom elektrického prúdu (pasívny odpor), vírivými magnetickými prúdmi sa zahrieva aj jadro transformátora. Výkonné transformátory sa preto musia chladiť. Chladenie je alebo priame, kedy chladiace médium cirkuluje okolo cievky transformátora, alebo nepriame, keď je cievka od média oddelená. Obeh chladiva môže byť prirodzený, alebo nútený.

Druhy používaných chladív:

• vzduch pasívne, alebo ventilátorom
  

• olej
  

• voda
  

• iná nehorľavá kvapalina
  

• inertný plyn
  

• pevný izolant (chladenie vedením)
  

Podľa počtu fáz

• Jendofázové
  

• Trojfázové
  

• Špeciálne (dve a viac fáz, meniče počtu fáz)
  

Podľa konštrukcie magnetického obvodu

• Pláštoví
  

• Jadroví
  

• Toroidný
  

Podľa použitia

• Energetické: blokový (generátor elektrárne na vedení vvn)
  

• Distribučné (z vedenia vvn / vn k spotrebiteľovi)
  

• Napájacie (pre transformáciu nízkeho napätia na malé napätie)
  

• Bezpečnostné (ako napájací, ale zaistená izolačná pevnosť - pre napájanie obvodov v zdravotníctve, v hračkách a v spotrebičoch v triede III)
  

• Rozptylový (s magnetickým bočníkom, pre zváranie, napájanie výbojok a špeciálne aplikácie)
  

• Regulačné (autotransformátory, ferorezonanční stabilizátory, ...)
  

• Meracie (napäťové, prúdové, kombinované)
  

Podľa počtu vinutia

• Dvojvinuťový (primár, sekundár)
  

• Trojvinuťový (primár, sekundár, terciár)
  

• Viacvinuťový
  

Podľa tvaru jadra

• jadrové (majú primárne a sekundárne vinutie na rôznych stĺpoch jadra)
  

• plášťové (majú obe vinutia na jedinom strednom stĺpe jadra)
  

• toroidné (jadro je kruhové, vinutie po celom obvode)
  

Podľa materiálu

• transformátorový plech
  

• feritové jadro (vysokofrekvenčné)
  

• železoprachové
  

Podľa tvaru

• toroidné (prstencovité)
  

• EI
  

• M
  

• C
  

Autotransformátor
Ide vlastne len o jedinú cievku s odbočkou. Autotransformátor nezabezpečuje galvanické (a tým ani bezpečnostné) oddelenie! Autotransformátory sa využívajú napr. v regulovaných zdrojoch striedavého napätia, v zapaľovacích cievkach automobilov, ako transformátory trakčného napätia v elektrických lokomotívach, pretože majú pri rovnakom prenášanom výkone nižšiu hmotnosť ako transformátory s oddelenými vinutiami.

Merací transformátor
Transformátor s viacerými odbočkami zo sekundárneho vinutia, medzi ktorými sa prepína, aby sa získalo rôzne výstupné napätie. Často býva konštruovaný na toroidnom jadre, sekundárne vinutie má potom jednu stranu odizolovanú a pohybuje sa po ňom bežec, plynulo prepínajúci „odbočky“ vinutia po jednom závite. Regulačný transformátor sa často konštruuje ako autotransformátor. Regulačné autotransformátory sa často využívajú v laboratórnych zdrojoch regulovaného napätia.

Oddeľovací (izolačný) transformátor
Izolačný transformátor je sieťový transformátor s transformačným pomerom 1:1. Používa sa na:
ochranu proti elektrickému úrazu dotykom živej časti (ako bezpečnostný prvok, napr. v laboratóriách, kde sa pracuje s odkrytovanými elektrickými spotrebičmi)
obmedzenie unikajúcich prúdov.

Signálový transformátor
Transformátor na prenos analógových alebo digitálnych signálov. Typickým príkladom sú mikrofónne transformátory na impedančné prispôsobenie signálu z mikrofónu k vstupu zosilňovača alebo výstupné transformátory nízkofrekvenčných zosilňovačov (predovšetkým pri elektrónkových zosilňovačoch prispôsobujú nízku impedanciu reproduktoru anódovému obvodu koncovej elektrónky). Používajú sa aj v prípade potreby galvanického oddelenia signálových obvodov.

Vysokofrekvenčný transformátor
Signálový transformátor slúži na prenos vysokofrekvenčného (vf) signálu. Využíva sa napr. vo vstupných obvodoch rozhlasových a TV prijímačov na oddelenie a impedančné prispôsobenie jednotlivých zosilňovacích stupňov. Vinutia vf transformátora zvyčajne tvorí len niekoľko závitov navinutých na feritovom jadierku. Primárne aj sekundárne vinutie zvyčajne tvorí indukčnosť rezonančného obvodu LC naladeného na stred prenášaného pásma.