Transformátory (Učebnice strana 42 – 44) Akumulátor mobilního telefonu využívá napětí 5 – 7,5 voltů.
Download ReportTranscript Transformátory (Učebnice strana 42 – 44) Akumulátor mobilního telefonu využívá napětí 5 – 7,5 voltů.
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 U
1
,
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 U
2
.
Pro transformátor užíváme schematickou značku vstup výstup
U 1 N 1 N 2 I 1
N 1 .....
počet závitů primární cívky
U 1 .....
vstupní napětí
I 1 .....
proud v primárním obvodu (vstupní)
I 2 U 2
N 2 .....
počet závitů sekundární cívky
U 2 .....
výstupní napětí
I 2 .....
proud v sekundárním obvodu(výstupní)
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.
N N
1 2
U
2
U
1 Vzájemný vztah mezi počty závitů
N 2 , N 1
udává
transformační poměr p
.
obou cívek a velikostí obou napětí
U 2 , U 1 p
N
2
U
2
N
1
U
1 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:
U
1
I
1
E
1
t
E
2
U
2
I
2
t
:
t U
1
I
1
U
2
I
2
U
2
U
1
I
1
I
2 Pro transformační poměr
p
platí:
p
N
2
N
1
U
2
U
1
I I
2 1 Kolikrát je větší počet závitů sekundární cívky, tolikrát se zvětší napětí a tolikrát se zmenší proud v sekundárním cívce a naopak.
U
2
p
U
1
N N
1 2
U
1
I
1
I
2
U
1
U
1
U
2
p
N N
2 1
U
2
I
2
I
1
U
2
I
2
I
1
p
N N
2 1
I
1
U U
2 1
I
1
I
1
p
I
2
N
2
N
1
I
2
U
2
U
1
I
2
Pro transformační poměr
p
platí:
p p p
N
1 1
N
1 2
N U N U I I U U
1 2 2 2 2 2 2 2
I N U I
1
N U
1
I I
1 1 1 1 2 1
Činnost transformátoru je založena na principu elektromagnetické indukce. Schematická značka transformátoru: Transformátor je zařízení, které umožňuje měnit střídavé napětí
U 1
střídavé napětí
U 2
(vstupní) na (výstupní) se stejným kmitočtem, ale jinou hodnotou.
Podíl počtu závitů sekundární cívky
N 1
transformační poměr p
. Platí: společné jádro a primární cívky
N 1
se nazývá
p
N
2
N
1
U U
2 1
I I
1 2
U 1
vstup
N 1 N 2 I 2
výstup
U 2
N U 2 I 2 2 .....
počet závitů sekundární cívky
.....
výstupní napětí
.....
proud v sekundárním obvodu(výstupní)
I 1
primární cívka
N U 1 1 .....
počet závitů primární cívky
.....
vstupní napětí sekundární cívka
I 1 .....
proud v primárním obvodu (vstupní)
U 1
~
I 1 N 1
primární obvod
N 2 I 2
~
U 2
sekundární obvod
Příklady: 1) 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?
N 1 N 2 U 1 U 2
= 1 150 z = ? z = 230 V = 12 V
p
N
2
N
1
U
2
U
1
I I
2 1
N
2
p
N
1
U
2
U
1
N
1
N
2 12 230 1 150
N
2 60 Sekundární cívka musí mít 60 závitů.
2) 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?
p N 1 N 2 U 1 U 2
= 2 200 z = ? z = 220 V = 8 V
N N
2 1
U
2
U
1
I I
2 1
N
2
p
N
1
U
2
U
1
N
1
N
2 8 220 2 200
N
2 80 Sekundární cívka musí mít 80 závitů.
3) 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?
N 1 N 2 U 1 U 2
= 1 380 z = ? z = 230 V = 9 V
p
N
2
N
1
U
2
U
1
I I
2 1
N
2
p
N
1
U
2
U
1
N
1
N
2 9 230 1 380
N
2 54 Sekundární cívka musí mít 54 závitů.
4) 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.
N 1
= 100 z
p N
2
N 2
= 20 z
N
1
U 1 U 2
= 220 V = ? V
p p
20 100 0 , 2
p
0 , 2
p
1 Jedná se o transformaci dolů.
p
N
2
N
1
U
2
U
1
I I
2 1
U
2
p
U
1
N
2
N
1
U
1
U
2 0 , 2 220 20 100 220
U
2 44 V Výstupní napětí transformátoru je 44 V.
5) 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.
= 300 z
p
N
2
N 1 N 2 U 1 U 2
= 1 200 z = 30 V = ? V
p
1
N
1 200 300
p
4
p
1 Jedná se o transformaci
p
4 nahoru.
p
N
2
N
1
U
2
U
1
I I
2 1
U
2
p
U
1
N
2
N
1
U
1
U
2 4 30 1 200 300 30
U
2 120 V Výstupní napětí transformátoru je 120 V.
6) 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.
I N 1 N 2 U 1 U 2 I 2 1
= 100 z = ? z = 220 V = 4,4 kV = 80 mA = ? A = 4 400 V = 0,08 A
p p
4
U
2
U
1 400 220
p
20
N N
2 1
U
2
U
1
N
2
N
2
N
2
U
2
N
1
U
1 4 400 100 220 2 000
p
N N
1 2
U U
1 2
I I
2 1
U U
2 1
I I
1 2
I
2
U U
1 2
I
1
I
2 220 0 , 08 4 400
I
0 , 004 A 2 Transformační poměr transformátoru je 20, sekundární cívka má 2000 závitů a prochází jí proud 4 mA.
4 mA
7) 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.
N 1 N 2 U 1 U 2 I 1 I 2
= 80 000 z = ? z = ? V = 2 kV = 80 mA = 0,02 A = 2 000 V = 0,08 A
p
p
I I
2 0 1 , 08 0 , 02
p
4
p
N N
2 1
N
2
N
2
p
N
1 4 80 000
N
2 320 000
p
N
2
N
1
U
2
U
1
I I
2 1
p
U
2
U
1
U
1
U
2
p U
1
U
1 2 000 4 500 V 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.