Elektrický transformátor (někdy zkráceno jako „transformátor“) je elektrický stroj umožňující měnit hodnoty napětí a intenzity proudu dodávaného střídavým elektrickým zdrojem energie, na napětí a proudu systému různých hodnot, ale stejnou frekvenci a stejnou formu. Tuto transformaci provádí s vynikající účinností.
Rozlišují se statické transformátory a komutátory . Ve statickém transformátoru je energie přenášena z primárního do sekundárního prostřednictvím magnetického obvodu tvořeného pouzdrem transformátoru. Tyto dva obvody jsou poté magneticky spojeny . To umožňuje dosáhnout galvanického oddělení mezi oběma obvody. V komutátoru se energie přenáší mechanicky mezi generátorem a elektromotorem .
Princip elektromagnetické indukce nezávisle na sobě objevili Michael Faraday a Joseph Henry v roce 1831. Ale Faraday poté, co poprvé zveřejnil své experimentální výsledky, má zásluhu na objevu.
Vztah mezi elektromotorickou silou , která je homogenní s napětím , a magnetickým tokem je formován Faradayovým zákonem , jmenovitě:
Ve kterém :
Faraday se svými cívkami navinutými na železném prstenci ve skutečnosti vytváří první toroidní transformátor, ale neuvažuje o jeho praktických aplikacích.
Mezi 30. a 70. lety 19. století byl pokrok v této oblasti, hlavně metodou pokusů a omylů, základem pro pochopení budoucích transformátorů.
V roce 1836 pokračoval v práci na indukčních cívkách reverend Nicholas Callan z Maynooth College v Irsku . Byl jedním z prvních, kdo pochopil, že počet závitů sekundární cívky a primárního ovlivnil produkovanou elektromotorickou sílu.
Cívky se vyvíjejí díky úsilí různých vědců a vynálezců, kteří se snaží zvýšit napětí pocházející z baterií připojených k primárnímu zdroji. U těchto baterií napájejících stejnosměrný proud je nutné obvod pravidelně otevírat, aby se dosáhlo kolísání napětí a tedy kolísání toku nutného pro indukci. Toho je dosaženo pomocí „vibračních kontaktů“ .
V roce 1870, jsou elektrické generátory na střídavý proud se objeví. Uvědomujeme si, že jeho použitím v indukční cívce je systém otevírání obvodu zbytečný.
V roce 1876 vynalezl ruský inženýr Paul Jablochkoff osvětlovací systém založený na dávce indukčních cívek, ve kterém je primární cívka připojena ke zdroji střídavého proudu a sekundární cívka připojena k několika „ obloukovým lampám “, které sám navrhl. Jeho sestava se dvěma indukčními cívkami je v podstatě transformátor.
V roce 1878 začala maďarská společnost Ganz vyrábět elektrická zařízení pro osvětlení a do roku 1883 již nainstalovala více než 50 elektrických systémů v Rakousku-Uhersku .
Tyto systémy používají pouze střídavý proud a skládají se z obloukových lamp a žárovek napájených elektrickými generátory.
Až do 80. let 19. století byly k přenosu střídavého proudu ze zdroje vysokého napětí na nízkonapěťové zátěže všechny zapojeny do série. Otevřené transformátory obvodu s poměrem blízkým 1: 1 pak mají své primární součásti zapojené do série se zdrojem napětí a jejich sekundární části připojené k lampám. Problém je v tom, že když je lampa zapnutá nebo vypnutá, ovlivňuje napětí napříč všemi ostatními v obvodu. K řešení tohoto problému jsou zavedeny proměnné transformátory, některé používají ke změně svého převáděcího poměru modifikaci svého magnetického obvodu nebo dokonce odklonění části magnetického toku.
V 80. letech 19. století se první transformátory objevily s dobrou účinností a mohly najít skutečné uplatnění. Jejich použití umožňuje vítězství střídavého proudu nad stejnosměrným proudem v elektrických sítích .
V roce 1882 vystavili Lucien Gaulard a John Dixon Gibbs v Londýně první systém železných magnetických obvodů - který nazval „sekundární generátor“ . Po výstavě Gaulard a Gibbs prodali svůj nápad americké společnosti Westinghouse . Svůj vynález představili znovu v Turíně v roce 1884, kde byl použit pro osvětlovací systém. Účinnost jejich zařízení však zůstává nízká a indukční cívky s otevřeným magnetickým obvodem nejsou příliš účinné pro přenos elektrické energie.
Na podzim roku 1884 dospěli Károly Zipernowsky , Ottó Bláthy a Miksa Déri , tři inženýři sdružení ve společnosti Ganz , k závěru, že otevřené magnetické obvody nejsou řešením pro praktické použití a pro regulaci napětí. Ve svém patentu z roku 1885 popisují dva nové typy transformátorů uzavřeného magnetického obvodu. V prvním případě jsou měděné cívky kolem magnetického obvodu, mluvíme o sloupcovém transformátoru, ve druhém je to magnetický obvod, který je kolem cívek, obrněný transformátor. Tyto konstrukce se dodnes používají pro konstrukci transformátorů.
Také na podzim roku 1884 společnost Ganz vyrobila první vysoce účinný transformátor a dodala jej dále 16. září 1884. Má následující vlastnosti: 1 400 wattů, 40 Hz , 120: 72 V , 11,6: 19,4 A nebo poměr 1,67: 1, jednofázové a bitevní.
Ve dvou navrhovaných konstrukcích magnetický tok cirkuluje z primárního na sekundární téměř úplně v magnetickém obvodu. Vzduchem prochází jen velmi malá část, což se nazývá únikový tok.
Nové transformátory jsou 3,4krát účinnější než transformátory otevřeného magnetického obvodu Gaulard a Gibbs. Jejich patent obsahuje dvě další hlavní inovace: jedna se týká paralelního připojení zátěží, namísto sériového připojení, druhá představuje možnost výstavby transformátorů s mnoha závity cívek, které umožňují mít jiné napětí pro přenos elektřiny, než jaké používá. Typicky je pro dopravu uvedena hodnota 1400 až 2 000 V a pro použití 100 V.
Paralelní používání těchto nových transformátorů v distribuční síti umožňuje dodávku elektřiny technicky a ekonomicky. Bláthy navrhuje použití uzavřeného magnetického obvodu, Zipernowsky použití paralelních připojení, experimenty provádí Déri.
Oni také popularizovali použití slova "transformátor", i když tento termín byl již používán v roce 1882.
V roce 1886 dodala společnost Ganz zařízení pro první paralelně zapojenou elektrickou rozvodnu střídavého proudu, dodávku elektřiny zajišťoval parní elektrický generátor z Říma - Cerchi .
Přestože George Westinghouse získal patenty od Gaularda a Gibbse v roce 1885, společnost Edison Electric Light Company získala licenci na výrobu transformátorů „Ganz“ ve Spojených státech . Společnost Westinghouse je proto nucena k výrobě svých transformátorů použít jinou konstrukci. Design těchto nových modelů svěřil Williamovi Stanleymu . První patent společnosti Stanley na transformátory se vyznačuje konstrukcí s magnetickým obvodem z měkkého železa s nastavitelnou vzduchovou mezerou pro regulaci napětí na sekundárním obvodu . Tato technologie byla poprvé prodána ve Spojených státech v roce 1886. Společnost Westinghouse chtěla koncept vylepšit, aby byla snazší výroba a tudíž levnější.
To vede ke vzniku nového modelu, ve kterém magnetické jádro sestává z tenkých listů oddělených od sebe listy papíru nebo jinými izolačními materiály. Cívky se poté proklouznou kolem sloupů před uzavřením obvodu vodorovnými listy. Tento nový model byl podán u patentového úřadu v prosinci 1886 společností Stanley a definitivně patentován v červenci 1887.
Izolovaný a olejem chlazený transformátor byl vynalezen kolem roku 1912. To umožnilo vyrábět transformátory s vyšším výkonem. Jeho hlavní chybou je jeho hořlavost. Použití PCB umožňuje obejít tuto nevýhodu, jejich toxicita však vedla k jejich zákazu v roce 1987. Transformátory suchého typu využívající izolaci na bázi pryskyřice byly vynalezeny v roce 1965.
V roce 1889 postavil Rus Michail Dolivo-Dobrovolski první třífázový transformátor v německé společnosti AEG .
V roce 1891 vytvořil Nikola Tesla cívku, která nyní nese jeho jméno. Jedná se o magnetické jádro bez cívky pracující v rezonanci při vysoké frekvenci a produkující velmi vysoké napětí.
Jedná se o virtuální transformátor bez jakékoli ztráty. Používá se k modelování skutečných transformátorů. Ty jsou považovány za kombinaci dokonalého transformátoru a různých impedancí.
V případě, že jsou zanedbány všechny ztráty toku a netěsnosti, poměr počtu sekundárních závitů k počtu primárních závitů zcela určuje transformační poměr transformátoru, jak je uvedeno .
Protože jsou zanedbávány ztráty, je energie přenášena v plném rozsahu, a proto je intenzita proudu v sekundárním proudu v inverzním poměru, tj. Téměř 19krát větší než v primárním.
Stejné zdánlivé síly : buď:
můžeme odvodit:Maximální zdánlivý výkon transformátoru je vyjádřen ve VA .
Vysvětlení magnetickým tokemNechť je cívka, obsahující N závity, na které jsme použít sinusové napětí o hodnotě s , s f frekvenci f na jeho svorkách a Ú efektivní napětí . Všimněme si také střídavého toku indukovaného touto cívkou . Zaznamenáváme indukované napětí. Maxwell-Faraday rovnice dává:
Nahrazením hodnotou sinusového napětí a integrací získáme:
A tak:
.Nyní zvažte případ ideálního transformátoru, který podle definice nemá žádnou ztrátu a jeho jádro je nekonečně propustné. Jinými slovy, magnetický tok je v obou cívkách stejný. Takže máme:
Buď zjednodušením:
Impedanční shodaPoměry napětí a proudů, které se mění mezi primárním a sekundárním, nebude impedance umístěná na primárním obvodu vnímána s počáteční hodnotou na sekundárním.
Máme rovnici:
nebo:
Symbol transformátoru se železným jádrem odpovídá dvěma cívkám odděleným dvěma svislými čarami, které symbolizují magnetický obvod. Představuje to jednoduše jeho fyzickou konstrukci i spojovací roli.
K modelování skutečného transformátoru ve stacionárním režimu existují různé modely, které splňují různé specifikace. Tyto modely se nejčastěji pokoušejí zohlednit ztráty a poklesy napětí při zatížení. K ideálnímu transformátoru jsou poté přidány lineární dipóly, které umožňují modelovat ztráty, ale také poklesy napětí během provozu v sinusovém režimu na pracovní frekvenci.
Zápisy v opačném diagramu jsou následující:
Tento model, pokud zohledňuje ztráty, zanedbává nelinearity a parazitní kapacity.
Sloučení hlavní impedanceTransformátor se skládá hlavně ze dvou cívek propojených magnetickým obvodem. Lze jej modelovat tak, že si všimneme dvou správných induktorů L 1 a L 2 , jakož i vzájemné indukčnosti, označené M, nebo někdy L 12 . Na diagramu jsou napětí označena e 1 a e 2 , následně budou označena jako U 1 a U 2 jako v předchozí části. Proudy I 1 a I 2 vstupují znovu. Nakonec si všimneme toku v primárním a sekundárním. Odpory jsou zde zanedbávány, aby byly výpočty čitelnější. Na začátku napíšeme, že primární tok má hodnotu:
V sekundárním:
Odvozením získáme následující systém:
.
Poté zavedeme ekvivalentní diagram naproti, který umožňuje rozlišit parametry spojené s únikovým tokem a parametry spojené se vzájemnou indukčností. Rovnice spojené s tímto diagramem jsou:
.
Identifikací parametrů druhého diagramu s parametry prvního nalezne:
„Železné“ ztrátyZtráty v magnetickém obvodu, nazývané také „ztráty železa“, závisí na frekvenci a napájecím napětí. Při konstantní frekvenci je lze považovat za úměrné druhé mocnině napájecího napětí.
Tyto ztráty mají dva fyzické počátky:
Křivky výrobců magnetických fólií dávají pro stanovené frekvence celkové ztráty pro různé hodnoty indukce.
„Měděné“ ztrátyZtráty podle Jouleova jevu ve vinutí se také nazývají „ztráty mědi“, závisí na odporu těchto vinutí a na intenzitě proudu, který je protíná. Jsou úměrné druhé mocnině intenzity:
s:
Ztráty vířivými proudy také existují v cívkách. Jsou způsobeny únikovým polem, ale jsou obecně slabé a zohledňují se pouze ve velmi podrobných modelech.
Únik průtokuMagnetický obvod je v modelu ideálního transformátoru považován za bezztrátový, což by byl případ, kdyby magnetický odpor železa byl nulový. To však není tento případ, tok proto cirkuluje částečně mimo jádro, tento tok nazývaný „únik“ , na rozdíl od „hlavního“ toku , lze modelovat indukčností v sérii s odporem každého vinutí. Zaznamenáním magnetické neochoty železného jádra a počtu N závitů získáme následující vzorec:
S cílem omezit počet komponent v modelování. Únikové cívky se poté obvykle přivedou zpět na stejnou stranu transformátoru (primární nebo sekundární) pomocí vzorce pro přizpůsobení impedance.
Podrobnosti o únikových tocích, koeficientu Blondel a spojcePokud si všimneme toku procházejícího primární cívkou a toku dosahujícího sekundární. Abychom definovali únikový tok, můžeme říci, že se jedná o tok produkovaný primárem, od kterého odečteme tok přicházející do sekundárního:
Připomínáme, že podle definice indukčnosti:
Definujeme vzájemnou indukčnost M tak, že pro sekundární máme:
Kombinací těchto dvou rovnic získáme:
Proto:
Pokud zopakujeme stejnou úvahu skrze sekundární, získáme:
Odkud :
V ideálním případě jsou únikové indukčnosti nulové ,: . Definujeme koeficient rozptylu Blondel, nazývaný také koeficient úniku, s abychom si všimli rozdílu v tomto případě:
Pokud přivedeme všechny ztráty zpět do primárek. Získáváme:
Všimli jsme si toho
Rovněž definujeme vazebný koeficient k:
Vezmeme-li první rovnici napětí na sekundárním s ohledem na transformátor bez zátěže, tedy I 2 nula:
aOdkud
Nechť podle definice m:
Měření ztráty Zkratové zkouškyAby bylo možné měřit ztráty pomocí Jouleova jevu, musí být proud vysoký a magnetické ztráty velmi nízké, aby byla vinutí vystavena nízkému napětí. Zkrat transformátoru se sníženým napájecím napětím umožňuje dosáhnout obou těchto podmínek. Ztráty transformátoru se pak téměř rovnají ztrátám podle Jouleova jevu. V praxi, jakmile dojde ke zkratu transformátoru, nebude možné měřit proud uložením jmenovitého napětí mezi svorky primárního okruhu: proud by byl příliš vysoký, což by vedlo k silnému mechanickému namáhání a vysokým teplotám . Aby se tomu zabránilo, měděné ztráty se měří úpravou proudu na jmenovitý proud, výsledné napětí zvané „zkratové napětí“ je pak nižší než jmenovité napětí. Vyjadřuje se jako procento jmenovitého napětí. Nízké zkratové napětí má za následek nízký pokles napětí, ale vysoký zkratový proud, takže je třeba najít kompromis mezi těmito dvěma parametry.
Stanovení parametrů během měřeníHodnoty zkratu jsou označeny „cc“ . R odpor vinutí. Z jejich impedance , X indukčnost , P činný výkon , U napětí a I proud .
Vakuové testyK měření ztrát železa a magnetických úniků je zapotřebí stav, ve kterém jsou ztráty Jouleovým efektem nízké, tj. Nízký proud, a kde jsou magnetické ztráty vysoké, tj. Vysoké napětí. Tomuto případu odpovídá provoz bez zátěže bez přijímače připojeného k sekundárnímu zdroji. Energie spotřebovaná na primární straně transformátoru se potom téměř rovná magnetickým ztrátám.
Stanovení parametrů během měřeníPoznamenáváme, na odpor ekvivalentní ztráty železa, na hlavní indukčnost , na činný výkon při nulovém zatížení, je napětí na primární, reálnou složku proudu a její imaginární složku.
Skládá se ze dvou základních částí, magnetického obvodu a vinutí.
Magnetický obvod transformátoru je vystaven magnetickému poli, které se mění v průběhu času. U transformátorů připojených k distribučnímu sektoru je tato frekvence 50 nebo 60 Hz . Magnetický obvod je vždy laminován, aby se snížily ztráty vířivými proudy , které závisí na amplitudě signálu a jeho frekvenci. U nejběžnějších transformátorů mají naskládané archy tvar E a I, což umožňuje umístit vinutí uvnitř „oken“ takto vytvořeného magnetického obvodu.
Všechny tyto plechy ze silikonového železa existují v tloušťce od 0,2 do 0,5 mm ; buď nejsou izolované (pro nízkou spotřebu), nebo izolované velmi tenkou vrstvou laku. Jejich kvalita je dána jejich ztrátami ve W / kg při dané indukci 1 tesla. Běžně existují listy od 0,6 W / kg do 2,6 W / kg .
Všimněte si, že ve třmenech, které spojují sloupy, je tok kolmý ke směru válcování. Magnetický materiál se nepoužívá v nejlepším případě, molekulární orientace je nepříznivá pro průchod toku. Existují tedy obvody v O-kroužku, vytvořeném navinutím pásu magnetického plátu, který vždy nabízí stejný směr orientace k toku. Tyto magnetické obvody se nazývají tori . Průmyslové a ekonomické vinutí toroidů vyžaduje použití vhodných navíjecích strojů.
Pro vysoké výkony jsou magnetické obvody vyrobeny z rovných nebo zkosených plechů. Tyto listy jsou naskládány tak, aby tvořily jádro čtvercového, obdélníkového nebo průřezu zvaného Saint Andrew .
Pro střední frekvence ( 400 až 5000 Hz ), orientovanou křemíku listu 10 / : 100 mm se používá ve formě „C“ obvodů.
U středních frekvencí (≤ 5 kHz ) je zásadní použití feritů (příklad oblasti použití: spínané napájecí zdroje).
Pro vysoké frekvence (≤ 1 MHz ) se ferity používají jako magnetický obvod; v případech, kdy je použití magnetického materiálu nemožné kvůli ztrátám souvisejícím s frekvencí, se primární / sekundární vazba provádí na vzduchu. (příklad oblasti použití: rádiové vysílače / přijímače).
Použitý elektrický vodič závisí na aplikaci, ale měď je materiálem volby pro všechny aplikace s vysokým výkonem. Elektrické vodiče v každé věži musí být navzájem izolované, aby každou věží protékal proud. U malých výkonů stačí k zajištění této izolace použít smaltované nemagnetické vodiče ; v aplikacích s vyšším výkonem, ale především kvůli vysokému provoznímu napětí, jsou vodiče obklopeny dielektrickým papírem impregnovaným minerálním olejem. Pro střední a vysoké frekvence se používají lankové vodiče, které omezují účinek kůže a ztráty vířivými proudy ; zatímco u vysokých výkonů se snaží minimalizovat tyto ztráty indukované ve vodičích použitím plochých drátů malé tloušťky nebo dokonce skutečných pásů z mědi nebo hliníku.
Primární nebo sekundární vinutí mohou mít v mezilehlých bodech vinutí externí připojení, která se nazývají odbočky, což umožňuje výběr poměru napětí. Zásuvky lze připojit k automatickému přepínači odboček pro ovládání napětí distribučního obvodu.
Audiofrekvenční transformátory, které se používají k distribuci zvuku do reproduktorů, mají zásuvky, které umožňují nastavení impedance každého z reproduktorů. Ve výkonových zesilovačích zvuku se často používá transformátor se středním odbočením. Modulační transformátory v amplitudově modulovaných vysílačích jsou velmi podobné.
Protože jsou vinutí vystavena elektrickému napětí, musí být izolována, aby byla zajištěna jejich správná funkce a bezpečnost uživatelů.
Kulaté dráty nebo plošky jsou pokryty vrstvou vypalovaného laku tvořícího smalt. Plochy také existují izolované obalem z tenké izolace nebo dokonce stuhou ze spleteného skleněného drátu, který je celý impregnován v pryskyřici pro opletené sklo.
Napětí mezi vrstvami, které představuje riziko rozbití, je potlačeno instalací izolátoru ve formě tenké pásky a to systematicky mezi vinutími. Celé vinutí, nebo dokonce celý transformátor, je ponořeno do laku, gravitací nebo pod vakuem a tlakem, který je poté veden pecí, aby mohl být žíhán.
Pro každou izolaci je definována maximální teplota, která nesmí být překročena. Kromě toho se životnost materiálu rychle snižuje.
Tyto rozdíly jsou často spojeny s velmi mnoha možnými aplikacemi transformátorů.
Za výkonové transformátory se považují distribuční transformátory, kde napětí alespoň jedné z fází přesahuje 1000 V. Jejich role je v elektrické síti zásadní, aby umožňovala přepravu elektřiny na velké vzdálenosti. Díky své vysoké úrovni napětí splňují specifická omezení, zejména pokud jde o izolaci. Jejich spolehlivost a životnost musí být obzvláště vysoká.
V tomto konkrétním typu transformátoru neexistuje žádná elektrická izolace mezi primárním a sekundárním, protože sekundární je součástí primárního vinutí. Proud dodávaný do transformátoru protéká celým primárním a obtok v daném bodě určuje výstup sekundárního. Důsledkem je, že část vinutí protíná jediný proud primárního obvodu, zatímco druhá část je protínána proudem primárního proudu menší než sekundární; část vinutí musí být přizpůsobena těmto atypickým proudům pro transformátor.
Poměr mezi vstupním napětím a výstupním napětím je stejný jako u transformátoru s primárním a sekundárním vinutím, které jsou navzájem izolované.
Ve Francii se pro připojení mezi sítěmi 225 kV a 400 kV systematicky používá autotransformátor .
„Variak“ neboli variabilní autotransformátor se skládá z toroidního ocelového jádra, jednovrstvé měděné cívky a uhlíkového kartáče . Změnou polohy kartáče na cívce se poměr autotransformátoru proporcionálně mění. Ve srovnání s reostatem má tu výhodu, že produkuje mnohem méně Jouleových ztrát a jeho napětí na sekundárním proudu závisí mnohem méně na zátěži. Přítomnost pojistky mezi sekundárem a zátěží je nezbytná, aby se zabránilo spálení závitů v případě, že je napětí na sekundárním obvodu a impedance zátěže nízké. V tomto případě ve skutečnosti existuje téměř zkrat rozdělený na velmi málo otáček.
Transformátor vytváří galvanickou izolaci mezi primárním a sekundárním, tato vlastnost se používá zejména v izolačních transformátorech. Používají se k zajištění bezpečnosti instalace například ochranou před úrazem elektrickým proudem . Galvanické oddělení také eliminuje část elektrického šumu, což je užitečné pro některá citlivá elektronická zařízení. Jako každý transformátor, ani izolační transformátor neumožňuje průchod stejnosměrného proudu.
Tyto transformátory mají téměř stejný počet závitů na primárním i sekundárním:
Jsou například široce používány v operačních sálech: každá místnost na operačním sále je vybavena vlastním izolačním transformátorem, aby se zabránilo poruše jedné jednotky ovlivněním ostatních.
Další výhodou je možnost změnit neutrální systém (případ použití počítačového vybavení a / nebo citlivého elektronického zařízení v IT instalaci ).
Transformátor je stále impedanční transformátor, ale inženýři elektroniky dávají toto jméno transformátorům, které se nepoužívají v napájecích obvodech.
Impedanční transformátor je určen především k přizpůsobení na výstupní impedance zesilovače na jeho zatížení. Tento typ transformátoru byl použit zejména:
Taková uspořádání mají také tu výhodu, že zvyšují odolnost připojených zařízení proti elektromagnetickému rušení významným zvýšením CMRR ( Common Mode Rejection Ratio ) nebo rychlosti odmítnutí v běžném režimu.
Podle definice Mezinárodní elektrotechnické komise , je měření transformátor je transformátor určený pro přístroje pro měření elektrického, metry, relé a dalších podobných zařízení. Používají se k umožnění měření napětí nebo proudu, pokud jsou příliš vysoké na to, aby byly měřeny přímo. Musí transformovat napětí nebo proud proporcionálně a bez fázového posunu.
Transformátory s fázovým posunem umožňují vytvořit fázový posun mezi jejich vstupním a výstupním napětím. To si klade za cíl ulehčit přetížené síti. Elektrická přenosová síť je propojena; elektřina si přirozeně a přednostně vypůjčuje vedení s nejmenším elektrickým odporem. To vysvětluje, proč mohou být některé řádky nasycené, zatímco jiné řádky obsluhující stejnou oblast mohou být nedostatečně použity.
Tím, že transformátor fázového posunu „vynucuje“ průchod elektřiny na jednom elektrickém vedení spíše než na jiném, umožňuje optimalizovat méně používané vedení a tím uvolnit nasycené vedení. Díky této lepší distribuci tranzitů na tratích lze elektrickou přenosovou síť využívat na maximum svých technických kapacit.
Technicky se transformátor s fázovým posunem skládá z transformátoru zapojeného do trojúhelníku a paralelně se vstupními systémy a transformátoru zapojeného do série. Oba mají oddělená magnetická jádra a oddělené nádoby.
Přepínač odboček umožňuje nastavit požadovaný fázový posun.
Testovací nebo testovací transformátory jsou transformátory, které mohou při velmi omezeném zatížení dosáhnout velmi vysokého napětí. Používají se k testování elektrických zařízení.
Ztráty vířivými proudy v magnetickém obvodu jsou přímo úměrné druhé mocnině frekvence, ale nepřímo úměrné měrnému odporu materiálu, který ji tvoří. Za účelem omezení těchto ztrát je magnetický obvod vysokofrekvenčních transformátorů vyroben z izolačních feromagnetických materiálů:
Tento typ transformátoru se používá k ovládání tyristorů, triaků a tranzistorů. Ve srovnání s optočlenem má následující výhody: možný provoz při vysoké frekvenci, zjednodušení montáže, možnost napájení velkým proudem, dobrá odolnost vůči napětí.
V třífázových elektrických sítích by bylo možné dokonale zvážit použití 3 transformátorů, jeden na fázi. V praxi se zobecňuje použití třífázových transformátorů (jedno zařízení kombinuje 3 fáze): toto řešení umožňuje konstrukci mnohem levnějších transformátorů, zejména s úsporami magnetického obvodu. Jednofázové transformátory se ve skutečnosti těžko používají, s výjimkou velmi velkých zdánlivých výkonů (obvykle větších než 500 MVA), kde je přenos velkého třífázového transformátoru problematický a podporuje použití 3 fyzicky nezávislých jednotek. K připojení třífázového transformátoru se používají různé typy připojení vinutí. Nejčastěji používaná připojení jsou hvězda-hvězda, delta-delta, hvězda-delta, delta-hvězda.
Sestava Scott umožňuje transformovat třífázová napětí na dvoufázová a naopak. Sestava Scott se provádí díky dvěma jednofázovým transformátorům o poloviční výkon, než je použití. První transformátor má svorky primární části připojené ke dvěma fázím třífázové. Druhý transformátor je připojen mezi centrální odbočkou prvního transformátoru a zbývající fází třífázového transformátoru (viz obrázek). Poměr vinutí prvního transformátoru je roven 1, zatímco pro druhý je roven přibližně 0,866. Napětí na sekundárním jsou stejná ve standardu a mimo fázi o 90 °.
Dříve široce používané dvoufázové systémy postupně ustoupily třífázovým systémům. Scottův transformátor se však stále používá v elektronice, ale také ve výrobě, distribuci a přenosu elektřiny, pokud je stále přítomna dvoufázová.
V případě jednofázových vysoce výkonných přijímačů (jednofázová elektrická pec) umožňuje sestava Scott vyvážení na třífázové síti.
Ukázka třífázové → dvoufázové transformacePokud jde o první transformátor, je připojen mezi třífázovou svorku aac, proto:
Protože poměr závitů prvního transformátoru je roven ,
Pokud jde o druhý transformátor, je připojen mezi polovinou vinutí prvního transformátoru a svorkou b, proto:
Protože poměr otáček druhého transformátoru je roven ,
Získá se dvě napětí stejného standardu a fázově posunuté o 90 °.Stejně jako sestava Scott transformuje sestava Leblanc třífázový systém na dvoufázový systém. Obě uspořádání jsou elektricky ekvivalentní. Leblancova sestava používá třífázový magnetický obvod. Jeho primární je připojen v trojúhelníku, což má za následek odstranění 3 té harmonické.
Ačkoli jsou známy již od konce XIX th století, montážní Leblanc byl méně úspěšný než Scott.
V sestavě Leblanc platí, že pokud jsou dvoufázové proudy vyvážené, to samé platí pro třífázové proudy.
Leblancova věta uvádí, že cívka napájená střídavým napětím, a tím vytvářející magnetické pole pulzující podél své osy, vytváří dvě magnetická pole stejného modulu rotující v opačných směrech. Tato věta představuje teoretický základ fungování jednofázových asynchronních motorů.