Výuková centra Projekt č. CZ.1.07/1.1.03/01.0057 © Letohradské soukromé gymnázium o.p.s.

Elektromagnetizmus Transformátory

Transformátory ?

Transformátory primární cívka N1 závitů sekundární cívka N2 závitů funkce - slouží k transformování (změně) velikosti střídavého el.napětí a proudu popis - primární cívka, sekundární cívka a společné magnetické jádro princip - elektromagnetická indukce - přivedené střídavé napětí na primární cívku indukuje střídavé napětí na sekundární cívce

Transformátory transformační poměr p: p = N2 : N1 = U2 : U1 = I1 : I2 výstupní napětí sekundární cívky a vstupní napětí primární cívky jsou ve stejném poměru jako počet závitů N2 sekundární cívky a N1 primární cívky transformační poměr p:   p = N2 : N1 = U2 : U1  = I1 : I2 transformace nahoru:  U2>U1    transformace dolů: U2<U1

Použití transformátorů transformace dolů:  N2 < N1 , U2 < U1 , I2 >I1 bodové sváření Demonstrátor sepne spínač (připojí napětí na cívku 600 z), drží žiletky přitisknuté k sobě. Po vypnutí spínače ukáže spojené (svařené) žiletky (chytne jednu z nich za růžek).  Vysvětlete, proč se žiletky svařily.  

Použití transformátorů transformace dolů:  N2 < N1 , U2 < U1 , I2 >I1 bodové sváření : elektrody přítlačná ramena svařovaný materiál bodový svar transformátor spínač na dobu T silou P Svařovaný materiál (3) je sevřen mezi elektrody (1). Elektrody jsou upevněny na přítlačná ramena (2) a jsou napájené ze zdroje svařovacího proudu. Zdrojem svařovacího proudu v bodových svářečkách je obvykle výkonný transformátor (5) napájený ze sítě. Sekundární vinutí tohoto transformátoru tvoří jen pár závitů (obvykle jediný závit) silného měděného vodiče. U výkonných bodovek je sekundární závit chlazen vodou stejně jako ramena či elektrody. Důvodem jsou velké svařovací proudy pohybující se u průmyslových zařízení v rozmezí cca 1 až 150 kA (1000 - 150 000 Ampér!). Sekundární napětí takového svařovacího transformátoru se pohybuje v rozmezí cca 2 - 20 V. Ke svaření materiálů dojde po sepnutí zdroje spínačem (6) na dobu T. Svařovanými materiály začne procházet vysoký elektrický proud I, který v místě jejich styku materiály nataví. Současně musí dojít k silnému stlačení ramen (2) silou P. V místě styku materiálů se tak vytvoří bodový svar (4)

Použití transformátorů transformace dolů:  N2 < N1 , U2 < U1 , I2 >I1 indukční pec Na uzavřeném jádře je navlečena cívka o 600 závitech, která je přes spínač připojena k síťovému napětí 230 V, a kruhový žlábek.Ve žlábku opatřeném dřevěnou rukojetí je cín.  Pozorujte cín ve žlábku po sepnutí spínače (po připojení cívky k napětí). Kov ve žlábku se postupně roztaví. To je zřetelné, když demonstrátor nakloní žlábek – cín je tekutý. V pokračování pokusu, kdy demonstrátor kýve žlábkem, vidíme opět výrazně, že se cín stal tekutým. (Pozn. Vzniká také kouř, který je pravděpodobně z papíru pod žlábkem.)  Vysvětlete, proč se cín roztavil.  

Použití transformátorů transformace dolů:  N2 < N1 , U2 < U1 , I2 >I1 indukční pec Na uzavřeném jádře je navlečena cívka o 600 závitech, která je přes spínač připojena k síťovému napětí 230 V, a kruhový žlábek.Ve žlábku opatřeném dřevěnou rukojetí je cín.  Pozorujte cín ve žlábku po sepnutí spínače (po připojení cívky k napětí). Kov ve žlábku se postupně roztaví. To je zřetelné, když demonstrátor nakloní žlábek – cín je tekutý. V pokračování pokusu, kdy demonstrátor kýve žlábkem, vidíme opět výrazně, že se cín stal tekutým. (Pozn. Vzniká také kouř, který je pravděpodobně z papíru pod žlábkem.)  Vysvětlete, proč se cín roztavil.  

Použití transformátorů transformace dílů:  N2 < N1 , U2 < U1 , I2 >I1 tavení a sváření kovů část pokusu – tavení kovů Pozorujte drát po sepnutí spínače (po připojení napětí na cívku 600 z). Drát se zahřívá až do bílého žáru, po chvilce se přepálí. Po vypnutí spínače se rychle ochladí. Vysvětlete, proč se drát přepálil (zahříval). Návodné otázky: Jaké zařízení tvoří jádro s cívkami? Popište části transformátoru (primární a sekundární cívku) Jaký je transformační poměr tohoto transformátoru? Co to bude znamenat pro proud procházející sekundárním vinutím? Jaký bude mít účinek tento proud při průchodu sekundárním vinutím, zvláště při průchodu drátem?(Zvažte, jaký má drát odpor vůči ostatním částem sekundárního obvodu.) Druhá část pokusu – sváření na tupo  Toto zapojení můžeme užít ke sváření, princip je stejný jako u tavení kovu. Pozorujte pokus. Po přepálení drátu demonstrátor vzniklé části opět přitiskne k sobě (tlakem na izolované rukojeti sekundární cívky). Drát se v místě dotyku rozžhaví a svaří se. Při vypnutém spínači (cívkou neprochází proud) demonstrátor počká, až kov zchladne a  pustí izolované rukojeti. (Vypnutí spínače na videoukázce bez ampérmetru není vidět. Že je spínač vypnutý, pozorujeme až při závěrečném celkovém záběru nebo ve videoukázce s ampérmetrem.)  Proč se rozžhavil drát v okamžiku spojení? Celkový pohled  Tavení i sváření drátu můžete sledovat ještě na celkovém záběru, přičemž je v obvodu navíc zapojen sériově k primární cívce, spínači a zdroji napětí ampérmetr, který měří proud procházející primárním obvodem.  Pozorujte ručku ampérmetru v průběhu pokusu a vysvětlete její pohyb. Vidíme, že když je v sekundárním obvodu zapojený drát, prochází primárním obvodem zprvu největší proud, který postupně klesá, jak se kov zahřívá. Po přepálení drátu, klesne proud v primárním obvodu ještě více. Když opět spojíme kusy drátu, zvýší se proud procházející primárním obvodem. Záhy vypneme spínač a ampérmetr ukazuje nulovou výchylku.  Návodné otázky: K vysvětlení pohybu ručky na ampérmetru v primárním obvodu nám pomůže, když si uvědomíme, jaký proud v průběhu pokusu prochází sekundárním obvodem. …..příliš velký proud, který by tento ampérmetr zničil  Proč nemůžeme připojit stejný ampérmetr také do sekundárního obvodu?

Použití transformátorů transformace dílů:  N2 < N1 , U2 < U1 , I2 >I1 tavení a sváření kovů část pokusu – tavení kovů Pozorujte drát po sepnutí spínače (po připojení napětí na cívku 600 z). Drát se zahřívá až do bílého žáru, po chvilce se přepálí. Po vypnutí spínače se rychle ochladí. Vysvětlete, proč se drát přepálil (zahříval). Návodné otázky: Jaké zařízení tvoří jádro s cívkami? Popište části transformátoru (primární a sekundární cívku) Jaký je transformační poměr tohoto transformátoru? Co to bude znamenat pro proud procházející sekundárním vinutím? Jaký bude mít účinek tento proud při průchodu sekundárním vinutím, zvláště při průchodu drátem?(Zvažte, jaký má drát odpor vůči ostatním částem sekundárního obvodu.) Druhá část pokusu – sváření na tupo  Toto zapojení můžeme užít ke sváření, princip je stejný jako u tavení kovu. Pozorujte pokus. Po přepálení drátu demonstrátor vzniklé části opět přitiskne k sobě (tlakem na izolované rukojeti sekundární cívky). Drát se v místě dotyku rozžhaví a svaří se. Při vypnutém spínači (cívkou neprochází proud) demonstrátor počká, až kov zchladne a  pustí izolované rukojeti. (Vypnutí spínače na videoukázce bez ampérmetru není vidět. Že je spínač vypnutý, pozorujeme až při závěrečném celkovém záběru nebo ve videoukázce s ampérmetrem.)  Proč se rozžhavil drát v okamžiku spojení? Celkový pohled  Tavení i sváření drátu můžete sledovat ještě na celkovém záběru, přičemž je v obvodu navíc zapojen sériově k primární cívce, spínači a zdroji napětí ampérmetr, který měří proud procházející primárním obvodem.  Pozorujte ručku ampérmetru v průběhu pokusu a vysvětlete její pohyb. Vidíme, že když je v sekundárním obvodu zapojený drát, prochází primárním obvodem zprvu největší proud, který postupně klesá, jak se kov zahřívá. Po přepálení drátu, klesne proud v primárním obvodu ještě více. Když opět spojíme kusy drátu, zvýší se proud procházející primárním obvodem. Záhy vypneme spínač a ampérmetr ukazuje nulovou výchylku.  Návodné otázky: K vysvětlení pohybu ručky na ampérmetru v primárním obvodu nám pomůže, když si uvědomíme, jaký proud v průběhu pokusu prochází sekundárním obvodem. …..příliš velký proud, který by tento ampérmetr zničil  Proč nemůžeme připojit stejný ampérmetr také do sekundárního obvodu?

Použití transformátorů transformace nahoru:  N2 > N1 , U2 > U1 , I2 < I1 Ruhmkorffův transformátor Ruhmkorffův transformátor se používá pro získávání vysokého napětí (desítky kV). v primárním obvodě je k cívce s nízkým počtem závitů zapojeno tzv. Wagnerovo kladívko přerušující stejnosměrný proud, v sekundárním obvodu je cívka s velkým počtem závitů připojena na jiskřiště

Použití transformátorů transformace nahoru:  N2 > N1 , U2 > U1 , I2 < I1 Ruhmkorffův transformátor Ruhmkorffův transformátor se používá pro získávání vysokého napětí (desítky kV). v primárním obvodě je k cívce s nízkým počtem závitů zapojeno tzv. Wagnerovo kladívko přerušující stejnosměrný proud, v sekundárním obvodu je cívka s velkým počtem závitů připojena na jiskřiště

Použití transformátorů transformace nahoru:  N2 > N1 , U2 > U1 , I2 < I1 dálkové vedení elektrické energie

Výuková centra Projekt č. CZ.1.07/1.1.03/01.0057 © Letohradské soukromé gymnázium o.p.s.