Transformátor

• důležitý přístroj v elektrotechnice a rozvodech elektrického proudu
  • ale i v elektronických zařízeních
• pracuje pouze se střídavým proudem
• přenáší výkon
• základní funkce je velmi jednoduchá změna napětí
  • snižuje nebo zvyšuje ho
• jelikož přenáší výkon, se změnou napětí se mění i proud
• transformátor je obecně zařízení s největší účinností vůbec - velké energetické transformátory ji mají i lepší než 99,5 %, menší transformátory mají účinost o jednotky procent menší, ale vysoko pře 90 %

Princip (viz obr.):

• skládá se:
  • společné magnetické jádro z magneticky měkké oceli (na obr. šedé)
    • magneticky měkká ocel = magnetický materiál, který se zmagnetuje pouze v přítomnosti mg. pole, po odstranění mg. pole magneticky měkká ocel přestane být magnetická
  • cívky nasazené na magnetickém jádře
    • vstupní cívka, tzv. primární cívka, tj. primár (na obr. červená) má N₁ závitů
      • je připojena ke zdroji
    • výstupní cívka, tzv. sekundární cívka, tj. sekundár (na obr. tyrkysová) má N₂ závitů
      • je připojena ke spotřebiči
• jak funguje:
  • primární cívka je připojena na zdroj střídavého napětí U₁
    • cívkou prochází proud I₁
  • procházející proud cívkou vytváří magnetické pole, které je:
    • proměnné a mění se přesně v rytmu střídavého proudu
    • soustředěné do magnetického jádra
  • magnetické pole vytvořené primárem prochází sekundární cívkou
  • protože je magnetické pole proměnné a střídavé, dojde k elektromagnetické indukci v sekundární cívce, kde se indukuje elektrické napětí U₂
    • je-li sekundární cívka připojena ke spotřebiči, prochází cívkou proud I₂
  • velikost napětí U₂ na sekundární cívce závisí na poměru počtu závitů sekundáru N₂ a primáru N₁, tzv. TRANSFORMAČNÍ POMĚR p:

  a zároveň:  

• porovnáním dostaneme:

• z uvedeného plyne:
  • pokud je počet závitů sekundáru menší, než na primáru, je na sekundáru nižší napětí než na primáru - transformace dolů
    • p < 1
  • pokud je počet závitů sekundáru větší, než na primáru, je na sekundáru vyšší napětí než na primáru - transformace nahoru
    • p > 1
• transformátor přenáší výkon, tedy platí, že výkon na primáru P₁ je stejný jako výkon na sekundáru P₂, tedy:

• dosazením za výkon (P = UI) a následnou úpravou dostaneme:

• tedy proudy se transformují v opačném pořadí, tj. čím nižší napětí na sekundáru oproti primáru, tím větší proud na sekundáru oproti primáru
  • využívá se v některých technických zařízeních - např. svářečka, nebo trafopájka - na výstupu je velmi malé napětí, často pouze milivolty, ale proud může jít do stovek až tisíců ampér
    • pak mluvíme o tzv. proudových transformátorech
      • jde nám o získání velkého proudu
• pokud uvedené vztahy sloučíme, dostáváme:

• proč transformátor nefunguje se stejnosměrným proudem:
  • pokud primár připojíme na stejnosměrný proud, magnetické pole není proměnné, ale stále, nemůže tedy dojít k elektromagnetické indukci na sekundáru
    • pozn.: ve skutečnosti lze naměřit na sekundáru nějaké napětí, a to pouze při zapnutí nebo vypnutí proudu (mg. pole roste postupně a klesá též postupně - viz prezentace o elmg. indukci)

Pozn.: existují i transformátory s převodovým poměrem p = 1, tj takové, kde napětí na sekundáru je stejné jako na primáru, používají se jako tzv. oddělovací, které zvyšují bezpečnost obsluhy, která pracuje přímo v zapnutém přístroji a je nebezpečí úrazu el. proudem - třeba opraváři elektroniky.