Jak funguje napěťový transformátor

Transformátor napětí slouží k přeměně střídavého napětí jedné velikosti na střídavé napětí jiné velikosti. Napěťový transformátor funguje díky fenoménu elektromagnetické indukce: časově proměnný magnetický tok generuje EMF v cívce (nebo cívkách), kterou prochází.

Primární vinutí transformátoru je svými svorkami připojeno ke zdroji střídavého napětí a na svorky sekundárního vinutí je připojena zátěž, která musí být napájena napětím nižším nebo vyšším, než je napětí zdroje, ze kterého tento transformátor je krmena.

Děkujeme za účast jádro (magnetický obvod)magnetický tok vytvářený primárním vinutím transformátoru se nikam nerozptyluje, ale soustředí se především do objemu ohraničeného jádrem. Střídavý proudpůsobení v primárním vinutí magnetizuje jádro v jednom nebo opačném směru, přičemž změna magnetického toku neprobíhá nárazově, ale harmonicky, sinusový (pokud se bavíme o síťovém transformátoru).

Dá se říci, že železo jádra zvyšuje indukčnost primárního vinutí, to znamená, že zvyšuje jeho schopnost vytvářet magnetický tok při průchodu proudu a zlepšuje schopnost zabránit zvýšení proudu při přivedení napětí na svorky vinutí. Proto v klidovém stavu (v režimu bez zátěže) transformátor spotřebovává pouze miliampéry, ačkoli měnící se napětí působí na vinutí.

Sekundární vinutí je přijímací stranou transformátoru. Přijímá měnící se magnetický tok generovaný proudem v primárním vinutí a posílá jej přes magnetický obvod svými závity. Magnetický tok, měnící se určitou rychlostí, pronikající do závitů sekundárního vinutí, podle zákona elektromagnetické indukce indukuje určité EMF v každém ze svých závitů. Tyto indukované EMF se přidávají v každém okamžiku otočení k otočení a tvoří napětí sekundárního vinutí (napětí naprázdno transformátoru).

Bude načase poznamenat, že čím rychleji se mění magnetický tok v jádře, tím větší je napětí indukované při každém otočení sekundárního vinutí transformátoru. A protože primárním i sekundárním vinutím prostupuje stejný magnetický tok (vytvořený střídavým proudem primárního vinutí), napětí na otáčku primárního i sekundárního vinutí je stejné, na základě velikosti magnetického toku. a rychlost její změny.

Pokud se ponoříte hlouběji, měnící se magnetický tok v jádru vytváří v prostoru kolem něj elektrické pole, jehož intenzita je tím větší, čím vyšší je rychlost změny magnetického toku a čím větší je hodnota této změny magnetického toku. Toto vířivé elektrické pole působí na elektrony umístěné ve vodiči sekundárního vinutí a tlačí je v určitém směru, díky čemuž je možné na koncích sekundárního vinutí měřit Napětí.

Pokud je na sekundární vinutí transformátoru připojena zátěž, pak jím bude protékat proud, což znamená, že v jádře se objeví magnetický tok vytvořený tímto proudem v sekundárním vinutí.

Magnetický tok generovaný proudem sekundárního vinutí, tj. proud zátěže, bude směrován (srov. Lenzovo pravidlo) proti magnetickému toku primárního vinutí a bude tedy indukovat zpětné EMF v primárním vinutí, což povede ke zvýšení proudu v primárním vinutí a v důsledku toho ke zvýšení výkonu spotřebovaného transformátorem z síť.

Vzhled obráceného směru primárního, sekundárního magnetického toku uvnitř jádra, jako účinek připojené zátěže, je ekvivalentní snížení indukčnosti primárního vinutí. Proto transformátor pod zátěží spotřebovává podstatně více elektrické energie, než když je nečinný.