Transformátory (Učebnice strana 42 – 44) Akumulátor mobilního telefonu využívá napětí 5 – 7,5 voltů. Přesto ho nabíjíme ze sítě napětím 230 V. To umožňuje zařízení, které se nazývá transformátor. Pomocí něj můžeme získat z vyššího napětí nižší nebo naopak. Např. v televizním přijímači umožňuje transformátor získat ze síťového napětí 230 V velmi vysoké napětí okolo 20 000 V potřebné pro činnost televizní obrazovky. V transformátoru se využívá jev elektromagnetické indukce. Základní částí transformátoru jsou dvě cívky, které mají společné jádro z magneticky měkké oceli. společné jádro primární cívka sekundární cívka Primární a sekundární cívka transformátoru jsou navinuty na společném jádře z magneticky měkké oceli a liší se od sebe počtem závitů.

Cívka, na kterou se připojí vstupní střídavé napětí U1, je primární cívka transformátoru. Cívka, ke které se připojuje spotřebič, se nazývá sekundární cívka. Střídavý proud, který prochází primární cívkou, vytváří v jádře transformátoru měnící se magnetické pole. Tím se v sekundární cívce indukuje střídavé napětí, které má stejný kmitočet jako je kmitočet vstupního napětí transformátoru. Mezi svorkami sekundární cívky transformátoru můžeme naměřit výstupní napětí U2. Pro transformátor užíváme schematickou značku vstup výstup N2 U2 U1 N1 I2 N2 ..... počet závitů sekundární cívky I1 N1 ..... počet závitů primární cívky U2 ..... výstupní napětí U1 ..... vstupní napětí I2 ..... proud v sekundárním obvodu(výstupní) I1 ..... proud v primárním obvodu (vstupní)

Pokud má sekundární cívka větší počet závitů než primární cívka, napětí se transformátorem zvyšuje. Pokud má sekundární cívka menší počet závitů než primární cívka, napětí se transformátorem snižuje. Přibližně platí, že kolikrát je větší počet závitů sekundární cívky, tolikrát se zvětší napětí a naopak. Podíl efektivních hodnot výstupního a vstupního napětí je přibližně rovný podílu počtu závitů sekundární a primární cívky. Vzájemný vztah mezi počty závitů N2, N1 obou cívek a velikostí obou napětí U2, U1 udává transformační poměr p. Účinnost transformátorů je 90 – 95 %. Téměř všechna energie přivedená na primární cívku se pomocí elektromagnetické indukce transformuje a odebírá se ze sekundární cívky, jen zanedbatelné množství energie se přemění na teplo (zahřívání cívek a společného jádra). Proto podíl efektivních hodnot výstupního a vstupního napětí je přibližně rovný podílu počtu závitů sekundární a primární cívky.

Ze zákona zachování energie plyne, že energie přivedená na primární cívku je rovna energii odebírané ze sekundární cívky. Platí tedy: Pro transformační poměr p platí: Kolikrát je větší počet závitů sekundární cívky, tolikrát se zvětší napětí a tolikrát se zmenší proud v sekundárním cívce a naopak.

Pro transformační poměr p platí: Je-li počet závitů sekundární cívky N2 větší než počet závitů primární cívky N1, je transformační poměr p > 1. Potom výstupní napětí U2 je větší než vstupní napětí U1. a naopak proud I2, který prochází sekundární cívkou, je menší než proud I1, který prochází primární cívkou. Jedná se o transformaci nahoru. Je-li počet závitů sekundární cívky N2 menší než počet závitů primární cívky N1, je transformační poměr p < 1. Potom výstupní napětí U2 je menší než vstupní napětí U1. a naopak proud I2, který prochází sekundární cívkou, je větší než proud I1, který prochází primární cívkou. Jedná se o transformaci dolů. p > 1 – transformace nahoru – napětí se zvyšuje – např. napětí střídavého proudu vyrobeného v alternátoru elektrárny o hodnotě cca 5 - 10 kV se transformuje na velmi vysoké napětí cca 220 - 1000 kV z důvodů minimalizace ztrát na rozvodné elektrické síti p < 1 – transformace dolů – napětí se snižuje – např. napětí 230 V v jednofázové zásuvce se snižuje na hodnotu řádově jednotek voltů pro napájení zejména elektroniky v domácnosti (rádia, TV, DVD, počítače, mobilní telefony, fotoaparáty apod.)

Činnost transformátoru je založena na principu elektromagnetické indukce. Schematická značka transformátoru: Transformátor je zařízení, které umožňuje měnit střídavé napětí U1 (vstupní) na střídavé napětí U2 (výstupní) se stejným kmitočtem, ale jinou hodnotou. Podíl počtu závitů sekundární cívky N1 a primární cívky N1 se nazývá transformační poměr p. Platí: společné jádro N2 ..... počet závitů sekundární cívky vstup výstup U2 ..... výstupní napětí I2 ..... proud v sekundárním obvodu(výstupní) N2 U2 U1 N1 I2 I1 primární cívka sekundární cívka ~ N1 N2 ~ U1 U2 I1 I2 N1 ..... počet závitů primární cívky primární obvod sekundární obvod I1 ..... proud v primárním obvodu (vstupní) U1 ..... vstupní napětí

Příklady: Primární cívka transformátoru má 1 150 závitů. Kolik závitů by měla mít sekundární cívka, aby transformátor bylo možné použít pro zapojení žárovky určené na 12 V, když máme k dispozici síťové napětí 230 V? N1 = 1 150 z N2 = ? z U1 = 230 V U2 = 12 V Sekundární cívka musí mít 60 závitů.

Zvonkovým transformátorem se má snížit napětí 220 V ze spotřebitelské sítě na 8 V. Primární cívka má 2 200 závitů. Kolik závitů má sekundární cívka? N1 = 2 200 z N2 = ? z U1 = 220 V U2 = 8 V Sekundární cívka musí mít 80 závitů.

Primární cívka transformátoru má 1 380 závitů Primární cívka transformátoru má 1 380 závitů. Kolik závitů by měla mít sekundární cívka, aby bylo možné použít transformátor pro vláček určený na 9 V, když máme k dispozici pouze síťové napětí 230 V? N1 = 1 380 z N2 = ? z U1 = 230 V U2 = 9 V Sekundární cívka musí mít 54 závitů.

Jaké je výstupní napětí transformátoru, je-li vstupní napětí 220 V a má-li primární cívka má 100 závitů a sekundární cívka 20 závitů. Urči transformační poměr a rozhodni, zda se jedná o transformaci nahoru nebo dolů. N1 = 100 z N2 = 20 z U1 = 220 V U2 = ? V Jedná se o transformaci dolů. Výstupní napětí transformátoru je 44 V.

Jaké je výstupní napětí transformátoru, je-li vstupní napětí 30 V a má-li primární cívka má 300 závitů a sekundární cívka 1 200 závitů? Urči transformační poměr a rozhodni, zda se jedná o transformaci nahoru nebo dolů. N1 = 300 z N2 = 1 200 z U1 = 30 V U2 = ? V Jedná se o transformaci nahoru. Výstupní napětí transformátoru je 120 V.

Vstupní napětí transformátoru je 220 V, výstupní napětí 4,4 kV, proud v primární cívce 80 mA. Urči transformační poměr, počet závitů sekundární cívky a proud v sekundární cívce, má-li primární cívka 100 závitů. N1 = 100 z N2 = ? z U1 = 220 V U2 = 4,4 kV I1 = 80 mA I2 = ? A = 4 400 V = 0,08 A Transformační poměr transformátoru je 20, sekundární cívka má 2000 závitů a prochází jí proud 4 mA.

Výstupní napětí transformátoru 2 kV, proud v primární cívce 80 mA, v sekundární cívce 0,02 A. Urči transformační poměr, počet závitů sekundární cívky a vstupní napětí, má-li primární cívka 80 000 závitů. N1 = 80 000 z N2 = ? z U1 = ? V U2 = 2 kV I1 = 80 mA I2 = 0,02 A = 2 000 V = 0,08 A Transformační poměr transformátoru je 4, sekundární cívka má 320 000 závitů, vstupní napětí je 500 V. Otázky a úlohy k opakování – učebnice strana 44 – 45.