Transformators

Transformators (latīņu: transformare - pārveidot) - maiņstrāvas ierīce, kas paredzēta strāvas un sprieguma amplitūdas izmainīšanai bez būtiskiem zudumiem. Transformators nesatur kustīgas detaļas. Transformators sastāv no vismaz diviem tinumiem (sk. induktivitātes spole), kas induktīvās saites nodrošināšanai uztīti uz speciālas serdes (magnētvada) no feromagnētiska materiāla. Autotransformatoriem ir tikai viens tinums. Īpašām vajadzībām izmanto arī transformatorus bez serdes.

Transformatora darbības princips

Transformatora darbība pamatojas uz mijindukcijas parādību. Kad vienam no tinumiem (to dēvē par primāro tinumu) pieslēdz ārēju sprieguma avotu, caur šo tinumu plūstošā maiņstrāva rada magnētvadā mainīgu magnētisko plūsmu. Savukārt mainīgā magnētiskā plūsma inducē visos transformatora tinumos (t. sk. arī primārajā) elektrodzinējspēku (EDS), kas tieši proporcionāls attiecīgā tinuma (sekundārā tinuma) vijumu skaita attiecībai pret primārā tinuma vijumu skaitu. Ja sekundārie tinumi nav pieslēgti slodzei (transformators darbojas tukšgaitā), primārajā tinumā inducējas tāds EDS, kas gandrīz pilnīgi kompensē ārējā barošanas avota spriegumu, tādēļ primārajā tinumā plūst samērā niecīga strāva (to nosaka primārā tinuma induktīvā pretestība).

Ja kādu no sekundārajiem tinumiem pieslēdz slodzei, šajā tinumā sāk plūst strāva, kas savukārt arī rada magnētisko plūsmu magnētvadā, turklāt šī plūsma vērsta pretēji primārā tinuma radītajai. Tā rezultātā spriegumu jeb EDS kompensācija primārajā tinumā tiek izjaukta un primārajā tinumā sāk plūst strāva, kas palielinās tik ilgi, kamēr magnētiskā plūsma sasniedz iepriekšējo lielumu. Strāva sekundārajā tinumā apgriezti proporcionāla tā vijumu skaita attiecībai pret primārā tinuma vijumu skaitu. Spriegumu attiecība pirmajā tuvinājumā saglabājas tāda pati kā tukšgaitas režīmā.

Tādējādi, ja sekundārajā tinumā ir vairāk vijumu nekā primārajā, tas dos lielāku spriegumu un mazāku strāvu, nekā ārējais avots, kas pieslēgts primārajam tinumam (tas būs paaugstinošais transformators). Savukārt, ja sekundārajā tinumā ir mazāk vijumu nekā primārajā, tas dos mazāku spriegumu un lielāku strāvu - tas būs pazeminošais transformators. Vienā un tai pašā transformatorā var vienlaicīgi var būt gan paaugstinošie, gan pazeminošie sekundārie tinumi. Tinumus, kas paredzēti lielākām strāvām, tin no resnāka vada. Dažkārt elektrotehnikā lieto arī tādus transformatorus, kam primārā un sekundārā tinuma vijumu skaits ir vienāds - tie ir atdalošie transformatori.

Jāatceras, ka ar transformatoru var pārveidot tikai maiņstrāvu, līdzstrāvas pārveidošanai tie nav derīgi. Pieslēdzot transformatoram līdzstrāvu, sekundārajā tinumā spriegums inducējas tikai strāvas atslēgšanas brīdī. Ja sekundārajā tinumā vijumu ir ļoti daudz, tajā rodas augstsprieguma impulss, kas var radīt elektrisko dzirksteli starp tinuma izvadiem - ierīces, kas izmanto šo parādību, sauc par indukcijas spolēm.

Transformatoru tipi

Barošanas (spēka) transformatorus iedala pēc to jaudas. Lieljaudas transformatorus izmanto elektrotīklos, tos iedala sausajos un eļļas transformatoros pēc dzesēšanas veida. Elektroaparatūras barošanai lieto samērā nelielas jaudas transformatorus. Barošanas transformatori var būt vienfāzes un trīsfāžu.

Bez barošanas transformatoriem ir arī dažādi speciāli transformatori - salāgošanas transformatori, impulstransformatori, bezserdes transformatori (sk. Teslas transformators).

Transformatori var būt paredzēti dažādām frekvencēm. Barošanas transformatori parasti ir paredzēti rūpnieciskajai frekvencei 50 Hz. Speciālas aparatūras barošanai lieto paaugstinātās rūpnieciskās frekvences (400 Hz vai 1000 Hz) transformatorus. Radiotehnikā lieto arī augstfrekvences (līdz 10000 Hz un vairāk) transformatorus.

Pēc sprieguma transformatorus iedala zemvoltīgos (tiem jebkura tinuma spriegums nepārsniedz 1000 V) un augstsprieguma transformatoros (virs 1000 V).

Pēc tinumu skaita transformatorus iedala autotransformatoros, divtinumu un daudztinumu transformatoros.

Pēc magnētiskās serdes veida ir transformatori ar plāksnīšu serdi, lentes serdi un presēta materiāla (piemēram, ferīta) serdi. Zemfrekvences transformatoru serdes izgatavo no plānām plāksnītēm, lai samazinātu virpuļstrāvu radītos zudumus. Augstfrekvences transformatoru serdes mēdz izgatavot no sapresēta feromagnētiska pulvera.

Pēc konstruktīvā izpildījuma transformatori iedalās bruņu serdes, stieņu serdes un toroidālos (gredzenveida) transformatoros.

Radioaparatūrā dažkārt izmanto ekranētus transformatorus, kam ir metālisks ekrāns, kas novērš parazītiskas induktīvās saites starp transformatoru un citiem radioelementiem.

Transformatoru praktiskā pielietošana

Vislielākā nozīme transformatoriem ir elektrotīklos, kur tos izmanto strāvas pārveidošanai, lai varētu pārvadīt elektroenerģiju lielos attālumos ar iespējami maziem zudumiem. Tā kā enerģijas zudumi vados to sasilšanas dēļ ir proporcionāli strāvas kvadrātam, izdevīgāk ir pārvadīt augstsprieguma strāvu, kurai pie tās pašas jaudas caurplūstošās strāvas vērtība ir mazāka. Savukārt gala lietotājiem strāvas spriegums ir jāpazemina, jo augstspriegums ir pārāk bīstams praktiskai lietošanai. Šīm vajadzībām izmanto paaugstinošos un pazeminošos transformatorus. Atdalošos transformatorus elektrotīklos lieto drošības palielināšanai.

Transformatorus lieto arī elektro- un radioaparatūras barošanai. Piemēram, televizorā ir nepieciešami visdažādākie spriegumi no dažiem voltiem tranzistoru un mikroshēmu barošanai līdz desmitiem kilovoltu tā kineskopa anoda barošanai. Mūsdienās spēka transformatorus barošanai lieto reti (galvenokārt portatīvos mazjaudas barošanas blokos, piemēram, mobilo telefonu lādētājos). Tā vietā izmanto impulsu barošanas avotus, kuros tīkla maiņstrāvu vispirms pārveido līdzstrāvā (sk. taisngriezis), ar kuru darbina augstfrekvences impulsģeneratoru. Tā radītos impulsus padod uz augstfrekvences transformatoru, kurš pārveido tos vajadzīgajos spriegumos. Šāds impulstransformators ir daudz mazāks un vieglāks par spēka transformatoru, kurš būtu nepieciešams tās pašas jaudas pārveidošanai. Tomēr impulsu barošanas avotiem ir arī trūkumi - tie ir sarežģītāki, darbā nedrošāki un rada lielākus elektromagnētiskos traucējumus.

Salāgošanas transformatorus lieto elektrisko ķēžu pretestības salāgošanai. Piemēram, skaņas pastiprinātāja izejai ir samērā liela pretestība (it sevišķi, ja tas konstruēts uz lampām, bet skaļrunim pretestība ir tikai daži omi. Tādēļ skaļruni šādam pastiprinātājam pieslēdz caur transformatoru.

Ļoti mazu vai ļoti lielu spriegumu vai strāvu mērīšanai izmanto mērtransformatorus. Sk. arī strāvmaiņi.

Ārējās saites

Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Transformators.

Encyclopædia Britannica raksts (angliski)
Krievijas Lielās enciklopēdijas raksts (krieviski)
Encyclopædia Universalis raksts (franciski)
Enciklopēdijas Krugosvet raksts (krieviski)