ELEKTROTEHNIČKA ŠKOLA                           NIKOLA TESLA                            BANJA LUKA      PROJEKAT SEDMICE  ...
TRANSFORMATORI I PRIGUŠNICETransformatori se sastoje od najmanje dva induktivno spregnuta kalema, primara i se- kundara. U...
Od limova se koriste silicijumom legirani gvozdeni lim (Fe-Si) i niklom legiranigvoz- deni lim (Fe-Ni). Silicijumom legira...
izvore napajanja, a to su prvenstveno vrlo visok stepen iskorišćenja i što nisu više potrebni klasični mrežni transformato...
Sl. 6.4. Kalemska tela i odgovarajući transformatori sa jezgrima EI profila.2. Jezgra od limova UI profila. Kao i kod jezg...
Sl. 6.6. Limovi UI profila (sa oznakama koje se                         koriste pri proračunu transformatora) i izgled    ...
Sl. 6.8. Prerezana trakasta C-jezgra (sa oznakama koje se                          koriste pri proračunu transformatora) i...
Osnovne relacije kod transformatora        1. Odnos transformacije n. Pod uticajem magnetnog fluksa, prouzrokovanog napono...
Sl. 6.11. Uz definiciju efektivne površine magnetnog jezgra.Kada se na sekundarni namotaj priključi potrošač (sl. 6.10b), ...
2. Gubici u transformatoru. U transformatorima gubici nastaju u namotajima (gubici ubakru) i u magnetnom jezgru (gubici u ...
Projekat sedmice. El. komponente
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Projekat sedmice. El. komponente

2,793 views

Published on

Published in: Education
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
2,793
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
33
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Projekat sedmice. El. komponente

  1. 1. ELEKTROTEHNIČKA ŠKOLA NIKOLA TESLA BANJA LUKA PROJEKAT SEDMICE TEMA:[ELEKTRONSKE KOMPONENTE: TRANSFORMATORI I PRIGUŠNICE] DATUM: 23.5.2012 MENTOR: MLADEN KARANOVIĆ
  2. 2. TRANSFORMATORI I PRIGUŠNICETransformatori se sastoje od najmanje dva induktivno spregnuta kalema, primara i se- kundara. Usekundaru se indukuje napon koji može biti jednak, manji ili veći od napona dove- denog na primarninamotaj. Za bolji prenos snage, sa što manjim gubicima, potrebno je da je induktivna sprega izmeđunamotaja što jača; zbog toga se kod transformatora koriste magnetna jezgra.Na sl. 6.1 su prikazani simboli kojima se označavaju transformatori u šemama elektron- skih kola, a na sl.6.2 spoljašnji izgled nekih transformatora. Sl. 6.1. Simboli kojima se označavaju transformatori u šemama elektronskih kola. KONSTRUKCIJA I PRORAČUNMaterijali za magnetna jezgraKada se jezgro od magnetnog materijala nalazi u naizmeničnom magnetnom polju, to sedeo energije tog polja izgubi. Ti gubici se pri većim magnetnim indukcijama B sastoje odgubi- taka usled vihornih struja i gubitaka usled histerezisa. Histerezisni gubici susrazmerni površini histerezisnog ciklusa i zbog toga su oni, kao i zagrevanje jezgra,utoliko veći ukoliko je veća površina histerezisne petlje. Zbog toga se nastoji damaterijali koji se upotrebljavaju za magnetna jezgra transformatora (i prigušnica) imajušto je moguće užu histerezisnu petlju. Ova petlja je najveća kada se materijal magnetišedo zasićenja; ako se, pak, sa magnećenjem prestane kod manjih indukcija, dobija se svemanja i uža petlja, te i manji gubici.Gubici usled vihornih struja zavise od specifične otpornosti materijala jezgra i od frenkvencijemagnetnog polja.Zato se, za smanjenje ovih gubitaka, za jezgra „klasičnih“ transforma- tora koriste limovi(ili trake) koji moraju biti međusobno izolovani, a s obzirom da se sa kvad- ratomfrekvencije povećavaju gubici usled vihornih struja, to se za jezgra transformatora kojirade na višim frekvencijama koriste tanji limovi. Upravo iz tog razloga se, na visokimfrekven- cijama, a posebno pri visokofrekventnim impulsnim signalima, umesto limovaza transformatore koriste feritna jezgra. 98
  3. 3. Od limova se koriste silicijumom legirani gvozdeni lim (Fe-Si) i niklom legiranigvoz- deni lim (Fe-Ni). Silicijumom legirani gvozdeni lim isključivo se koristi primrežnoj frekvenciji (50Hz ili 60Hz), a ponekad i za transformatore za 400Hz;niklom legirani gvozdeni lim je našao primenu u području audio frekvencija. 1. Vruće valjani silicijumom legirani gvozdeni lim. Silicijum se dodajegvožđu da bi se povećala njegova omska otpornost, odnosno da bi se smanjiligubici, s obzirom da se oni sma- njuju sa povećavanjem procenta silicijuma;međutim, istovremeno se smanjuje vrednost mag- netne indukcije u zasićenju ipovećava krtost materijala. Kako je, s druge strane, magnetna in- dukcija merilo zaopterećenost namotaja i jačinu struje u praznom hodu transformatora (većevrednosti indukcije omogućavaju manji broj zavojaka i veće opterećenjetransformatora i pri- gušnica), to se silicijum ne može dodavati u većimkoličinama (najviše do 4%), tako da se dobiju indukcije u zasićenju B m između 1 T i1,2 T. Pri proračunu transformatora i prigušnica sa vruće valjanim silicijumomlegiranim gvozdenim limovima uzima se B m = 1,2 T. 2. Hladno valjani silicijumom legirani gvozdeni lim. Ovi limovi, u poređenjusa vruće valjanim Fe-Si limovima, ali samo ako je smer indukcije u istom smeru sasmerom valjanja lima, maju sledeće osnovne prednosti: manje gubitke, većuvrednost magnetne indukcije i veću mag- netnu propustljivost; međutim, ako jeindukcija sa smerom normalnim na smer valjanja, gubici mogu biti i do tri putaveći. Stoga se prednosti orijentisanog lima mogu iskoristiti jedino kodtransformatora kod kojih je indukcija u magnetnom jezgru uvek u smeru valjanjalima (trake). Taj neophodan uslov se obezbeđuje kada se od traka oforme torusna iprereza C-jezgra. Zbog toga transformatori sa ovakvim jezgrima imaju znatnomanje gubitke i veću vrednost magnetne indukcije (do B m = 1,85 T), a samim tim imanje dimenzije i manju težinu od odgovarajućih transformatora od vrućevaljanih limova. 3. Niklom legirani gvozdeni lim. Iako se kod silicijumom legiranih gvozdenihlimova gubici pri frekvencijama višim od 50 Hz donekle mogu smanjiti izboromtankih limova, ipak su ti gubici nedopustivo veliki, tako da su takvi limovipraktično neupotrebljivi u oblasti viših frek- vencija. Pored toga, pomenuti limoviimaju relativno male vrednosti i početne i maksimalne magnetne permeabilnosti,koje su nedovoljne za precizne merne transformatore ili transforma- tore koji ćeraditi u području audio frekvencija (20Hz ÷ 20kHz). Zbog toga se, u slučajevimakada su dozvoljeni samo mali gubici i kada se traži velika relativna magnetnapropustljivost, upotrebljavaju niklom legiranigvozdeni limovi. 4. Feritna jezgra. Pored namene za transformisanje visokofrekventnihsinusoidalnih signa- la, feritna jezgra se najviše koriste za transformatore uvisokofrekventnim prekidačkim izvorima napajanja (SMPS − Switched-ModePower Supply), koji rade na frekvencijama višim od 15 kHz, a ponekad i iznad 100kHz. Naime, za napajanje elektronskih uređaja, kao što su TV prijemnici, računari,avionski uređaji, itd., gde svaki milivat uštede znači mnogo u ukupnomenergetskom bilansu, i svuda tamo gde se toleriše malo veći napon brujanja (oko1% od ulaznog napona), SMPS sa transformatorima sa feritnim jezgrima imajunekoliko prednosti u odnosu na klasične
  4. 4. izvore napajanja, a to su prvenstveno vrlo visok stepen iskorišćenja i što nisu više potrebni klasični mrežni transformatori, tako da se postiže ušteda u težini i zapremini uređaja. Obično se pri proračunu za magnentnu indukciju u zasićenju uzima B m = (0,2 ÷ 0,3) T. Oblici magnetnih jezgara Jezgra od Fe-Si i Fe-Ni se mogu dobiti od profilisanih odvojenih (izolovanih)pločica standardizovanih oblika i dimenzija (npr. EI i UI profila), koje se slažu jedna nadrugu, ili od traka, koje se koncentrično motaju i zatim seku (trakasta i prerezana trakastajezgra − npr. C- jezgra). 1. Jezgra od limova EI profila. Kod ovih jezgara (sl. 6.4 i sl. 6.5) namotani kalem, sakalemskim telima kao na sl. 6.4, postavlja se na srednji stub jezgra. Primena jednogkalema pojednostavljuje konstrukciju i omogućuje maksimalnu ispunu bakromraspoloživog prostora („prozora“). Sl. 6.3. Transformatori sa različitim oblicima jezgara.
  5. 5. Sl. 6.4. Kalemska tela i odgovarajući transformatori sa jezgrima EI profila.2. Jezgra od limova UI profila. Kao i kod jezgara od limova EI profila, i kod jezgara UI profilase u već namotane kalemove umeću listovi magnetnih jezgara, sl. 6.6. Međutim, u ovomslučaju se koriste (najčešće) dva odvojena kalema, čime se povećava površina preko koje sezrači toplota i poboljšava toplotni režim namotaja, te se transformatori sa jezgrima od limovaUI profila obično koriste za veće snage. Sl. 6.5. Limovi EI profila (sa oznakama koje se koriste pri proračunu transformatora) i izgled transformatora.
  6. 6. Sl. 6.6. Limovi UI profila (sa oznakama koje se koriste pri proračunu transformatora) i izgled transformatora. 3. Trakasta torusna jezgra. Da bi se iskoristile dobre osobine hladno valjanogsilici- jumom legiranog lima, od traka tog lima se namotavaju torusna, kompaktna, jezgra.Najviše se koriste za mrežne transformatore (sl. 6.7) sa i bez kalemskog tela, a u poređenjusa odgovara- jućim transformatorima sa jezgrima EI profila (za istu snagu) su oko 50%manje mase. Sl. 6.7. Torusni mrežni transformatori.4. Prerezana trakasta jezgra (C-jezgra). Od traka orijentisanog lima izrađuju se goto- va,kompaktna jezgra, sl. 6.8, tako da pri gradnji transformatora nema dugotrajnog slaganjalimova jezgra. Naime, montaža takvih jezgara je vrlo jednostavna: dve polovine jezgraumetnu se sa jedne i druge strane u kalemsko telo, a onda se stisnu (stegnu) trakom,
  7. 7. Sl. 6.8. Prerezana trakasta C-jezgra (sa oznakama koje se koriste pri proračunu transformatora) i izgled transformatora. Sl. 6.9. Mrežni transformatori sa C- jezgrima. 5. Feritna jezgra. Od feritnih jezgara za transformatore u visokofrekventnimprekida- čkim izvorima napajanja koriste se jezgra prikazana na sl. 5.21 (lončasta, PM, RM).
  8. 8. Osnovne relacije kod transformatora 1. Odnos transformacije n. Pod uticajem magnetnog fluksa, prouzrokovanog naponom U1 ≡ V1, u primarnom i sekundarnom namotaju se, respektivno, indukuju elektromotorne sile e1 i e2 (sl. 6.10): e = 4,44 ⋅10−4 fN 1 Bm Sepri čemu su: f − frekvencija primarnog napo na u Hz; N1 i N2 − broj zavojaka primarnog isekun- darnog sekundarnog namotaja, respektivno; magnetna indukcija u zasićenju u T; Se− efektivni presek jezgra (sl. 6.11) u cm2. Naponi na krajevima transformatora se razlikuju od indukovanih elektromotornihsila zbog pada napona na namotajima (U1 > e1 i U2 < e2). Ako se, u prvoj aproksimaciji, ovipadovi napona zanemare, može se smatrati da je e1 ≈ U1 i e2 ≈ U2, tako da iz (6.1) i (6.2)sledi odnos transformacije napona n: Sl. 6.10. Uz indukovanje elektromotornih sila u transformatoru: a − sekundar otvoren (u praznom hodu); b − sekudar operećen impedansom Z.
  9. 9. Sl. 6.11. Uz definiciju efektivne površine magnetnog jezgra.Kada se na sekundarni namotaj priključi potrošač (sl. 6.10b), to će kroz njega proticati struja I2,koja ima tendenciju da promeni prvobitni magnetni fluks. Na taj način bi se poremetilanaponska ravnoteža u primarnom namotaju; međutim, to nije slučaj, s obzirom da primarnina- motaj „povuče“ dodatnu struju iz izvora pobude, koja u svakom trenutku drži magnetnuravno- težu struji u sekundaru, tako da prvobitni magnetni fluks ostaje nepromenjen. Ovo jeispunjeno samo kada je I1N1 = I2N2, odakle sledi:Da li će naponi na primarnom i sekundarnom namotaju biti u fazi ili protivfazi zavisi od togakako su primar i sekundar motani. Naime, kada su i primarni i sekundarni namotaj motani uistom smeru, naponi U1 i U2 će biti u fazi i, ako se to želi posebno da naglasi, na oznaci zatransformator, pored oznaka za primar i sekundar, stavljaju se dve tačke sa iste stranemeđutim, kada je sekundarni namotaj motan suprotno od primarnog, naponi U1 i U2 će bitiu protivfazi i to se naznačava tačkama sa različitih strana primara i sekundara,.
  10. 10. 2. Gubici u transformatoru. U transformatorima gubici nastaju u namotajima (gubici ubakru) i u magnetnom jezgru (gubici u gvožđu − usled vihornih struja i histerezisa). Gubici u bakru PCu su posledica omske otpornosti namotaja primara R1 i sekundaraR2, tako da je (za transformator koji ima n sekundarnih namotaja):pri čemu su I1 i Ii2 struje primarnog i i-tog sekundarnog namotaja. Kada je reč o gvozdenim jezgrima, ukupni gubici u jezgru PFe (gubici u gvožđu) za indukcije Bm > 0,7 T mogu se predstaviti izrazom:u kojem su A − konstanta koja zavisi od vrste i debljine lima, a mFe − masa magnetnog jezgra. 3. Koeficijent korisnog dejstva. Koeficijent korisnog dejstva transformatora je definisan odnosom izlazne Pi(=P2) i ulazne Pu snage: Vrednost koeficijenta korisnog dejstva kod transformatora koji se koriste u elektronici je relativno velik, i iznosi od η = 85% do η = 95%. MREŽNI TRANSFORMATORI Mrežni transformatori se u najvećem broju slučajeva koriste za obezbeđenje potrebnih napona u ispravljačkim stepenima elektronskih uređaja. Za njihov proračun potrebni su sledeći podaci: vrednost ulaznog napona U1, frekvencija mrežnog napona f i vrednosti napona i struja sekundarnih namotaja U2 i I2 (odnosno izlazna snaga transformatora P2). Odmah treba naglasiti da su jezgra mrežnih transformatora bez vazdušnog procepa. Za mrežne transformatore primenljive u elektronici skoro isključivo se koriste standardizo- vani EI (ređe UI) limovi ili trakasta prerezana jezgra (C-jezgra). Kako je broj zavojaka i primar- nog i sekundarnog namotaja, prema (6.1) i (6.2), obrnuto proporcionalan vrednosti magnetne

×