u. Ha > Np, iückor Ha N ^ < N p . akkor U ^ < U p n
IH5.I. Tm nszfonnátorok az energiuszállító rendszerben 1«5.2. A feszültség fel* és letranszfomiálása
A Ininszfo m iáto r a váltakozó án n n ú h áló za tokban az egyik legalapvetőbb eszköz. A z elekt rom os erómŰN'ek é s a felhasználó között, a távve z e té k re n d s z e r tö b b p o n tján is ta lá lk o z h a tu n k tran szfo n n áto ro k k al. A hálózatról ü zem elő szó- nikoztató elektronikai készülékek biírm elyikében szintén m egtalálható a transzform átor
Á lta lán o s iskolai tanu lm ányainkból tud ju k, hogy a villam osenergia-ellátó rendszerből transz form átorral állítjuk elő a szükséges nagyságú vál takozó feszültséget.
V izsgáljuk m eg a transzform átor m ű kö dését és legfon to sab b törvényszeniségeit!
A tran szfo rm áto r két (vagy több) k ö zö s. Ziírt vasm ag on elh ely ezett tekercsből áll. A z e n c r- g ia lb r r á s h o /. k a p c s o ló d ó le k e r e s e l p iim er"* , a m á s ik te k e rc s e t s z e k u n d e r* te k e rc s n e k n e v e z z ü k .
M ű k ö d é s e a n y u g a lm i i n d u k c ió e lv é n a la p s z ik . A prim er tekercsben létrehozott válta ko zó lírám válto zó m ágneses m ezőt kelt u közös vasm ag b an . A v álto zó m ágn eses flu x u s hatásai ra a sz e k u n d e r tek ercsb en is feszü ltség in d u k á lódik.
Adjiunk néhány voltos váltiikozó feszü ltség et egy te rh e le tle n (n y ito tt sz e k u n d e r te k e r c s j) tran sz- fo n n á lo r prim er oldalárai K apcsoljunk a prim er és ii szekunder tekercs klvezetéseiliez is váltakozó feszü ltség ű voltm érőt! V áltoztassuk a p rim er és szek u n d er nKínetszíímot (A^^ és és foglaljuk lábhízatba a tekercsek m enetszám át, vahunini a raj tuk nróriiető prim er és szekunder effektív feszült.ség - ( t/p é s üy,) értékét!
1K5-3. M i létesít kapcsolatot et írans:fonm}tor prim er és szekwufer tekercse között? M é ré s e k s z e rin t a tr a n s z f o r m á to r o n a p r i m e r c s s z e k u n d e r elYcktív feszültségek a r á n y a m e g e g y e z ik a p r i m e r c s s z e k u n d e r te k e rc s e k m e n e ts z á m á n a k a r á n y á v a l: Vs-,. N.sr.
A kapott eredm ény érthetővé válik, ha arra goiKlo- lunk. hogy a prim er é s a szekunder feszültségek pilhuiatnyi érlékei m egegyeznek a közös vasm agú (közös fluxusú) tekercsekben indukált feszültsé gekkel:
A0 Ál A0
A/
A két egyenlőségből m ár k övetkezik i\z effek tív feszültségek és a m enetszíim ok nw gegyező ará nya.
A j ó tnuiszfom iátom n elhanyagolható tíz ener giaveszteség. A p r im e r o ld a lo n a / á r a m f o r r á s ból í'clvett te lje sítm é n y m e g eg y ezik a s z e k u n d e r o ld a lo n a fo g y a s z tó n a k le a d o tt te ljesít* m é n n v e l.
/
■p ’ p ''SZ sz"
E zr az összefüg gést összevetve a fe sz ü ltsé gek és a m enetszám ok kapcsolatára nyert ö ssze függéssel:
‘SZ
te h á l a / efTektív áram er< k ség ek fo rd íto tta n a r á n y o s a k a m e n e ts z á m o k k a l.
A tra n s z fo rm á to r g y a k o rla ti fe lh a sz n á lá s a azon alap szik , hogy segítségével - lényegében energ iaveszteség nélkül - a váltakozó feszü ltsé get át tu d ju k alakítani ugyanolyan frekvenciiíjú n ag y o b b váltakozó feszültséggé (ez a fe ltra n s z - f o rm á lá s * ), vagy kisebb váltakozó feszültséggé (ez a Ic tra n s z fo r m á lá s ’’’).
K ü lö n c b e n ftm los s z e re p e t tö lt b e a tr a n s z f o r m á to r a v illam o s e n e rg iá n a k a z e r ő m ű es a fo g y a s z tó k k ö z ö tti g a z d a sá g o s s z á llítá s á n á l.
A n ag y távolságok m iatt nem elh an y ag o lh a tó a távvezeték R ellenállása. Jelentős lehet a táv vezetéken fellépő • R teljesítm ényveszteség. am i a vezetékek m elegedésére és a kö rn y ezet fű tésére fordítódik.
M ivel ez a veszteség a távvezetéken folyó áram erő sség négyzetével iu-ányos. a táv vezeték á ram erő sség én ek csö kk en tése nagy m egtiikarí- tá so k at eredm ényezhet. A teljesítm ényre vonat
kozó P = U ■ l egyenlőség szerint a fogyasztók ál tal igényelt, m eghatiirozott teljesítm ény úgy szál lítható kis áram erősséggel, ha azt nagy feszültsé gen valósítjuk m eg.
A tran szfo rm áto r seg ítség év el ez m eg o ld h a tó. A g en eráto r é s a tá v v ezeték k ö zö tt feltransz- fo niiálást végeznek, ez<íltal a távvezetéken nagy fe sz ü ltsé g é s kis á ra m e rő s sé g ad ó d ik . K ev és lesz a táv v ezeték en fe llé p ő veszteség. A tá v v e zeték után a fo g y asztó k fe lé letran szform áln ak , íg y a fo g y asztó k k ise b b , k ev eseb b veszéllyel já ró fe.szültségen haszno.síthatják az elek trom o s
energiát.
A inmszfoniiátor energici^z^Ulításban betöltött sze repének modellezésére végezzük el a következő kísérletet!
Két közel egyfomia ellenúlhlsú izzót kapcsol junk sorba olyan váltakozó feszültségű árdjnfomís- ra, hogy mindkét izzó gyengén világítson. Az egyik izzó modellezze a távvezetéket, a nulsik a fo gyasztót. Modellünk szerint az ár<unforrás által le- iKlott energiának csak a fele jut el a fogyasztóhoz, a másik fele elvész a távvezetéken.
Alkalmazzunk most az áramforrás és a távve zetéket jelképező izzó közön feltranszformálást. a táv\ezeték-izzó és a fogyasztó között pedig ugyjin- olyan mértékű letranszformálást! Megfigyelhet jük. Iwgy a táv\'ezeték-izzó nem világít, a fogyasz tót jelképező izzó viszont a korábbinál erősebb fénnyel világít.
A transzform átorok alkalm azása gazdasági és környezetvédelm i szem|>ontból is n a g y je le n tő ségű.
A z első. üzem i c élo k ra haszn álható transz- fo nn áto rt BUUhy Ottó**. D é r i M iks a* * é s Ziper-
n ows ky Károly** m a g y ar tném ö kök készítették
1885-ben.
A zári vasnwgú iranszfonnáior és az elek tro iw s iáv\ezelékrendsz€r korszerű megvalósítása Bláiliy Otíó. Déri M iksa. Zipeniowsky K úm ly m agyar m érnökök nevéhez fűződik (1885)
ME(ÍJE(ÍYZÉSEK
1. A tran szfo n n áto r feszültségei és nienetszáiiiai közötti összefüggés terheletlen transzfoniiátor- nál teljesül pontosan. H a a szek u n d er kört fogyasztóval terheljük, csö k k en a szekunder köri kapocsfeszültség. Ezért a tran szfo n n á to r tervezésénél a szek un der m enetszám ot kissé m eg növelik.
2. A z áram erősségek és a m enetszám ok kapcsolatára vonatkozó összefüggés annál inkább tel jesü l, minél jobban terheljük a szekunder kört.
3. A prim er k ö r által az itr<uiifonúsból felv ett teljesítm ény eg y része a tek ercsek et m elegíti (réz veszteség), egy m ásik része pedig az örvényáram ok és a vasm ag átiiüígneseződései m iatt a vas m a g m elegítésére fordítódik (vasveszteség).
L em ezeit vasm agok felhasználásával jelentősen csökken az örv ény áram ú veszteség. A kor szerű transzform átorok összes v eszteség e csup<ín 2 % körüli érték. A n ag y transzform átorok íg y is o lajhűtést igényelnek.
4 . A tra n sz fo rm á to r p rim er é s s z e k u n d e r k ö réb en a te ljesítm én y e k e g y e n lő sé g é t po n to san a k öv etkező összefü ggés fejezi ki:
t / p • /p • COS(Pp C0S(P^.
ü z e m i terhelés esetén azonban COSíPp cos<p^.
E zé rt írható egyszerűbben:
/sz*
5. A generátorok 10-15 kV -os feszültség ét a távvezeték előtt rendszerint 100-200 kV-ra transz- fo m iá ljá k fel. de előfordul 750 kV -os távvezeték is. A fogyasztó e lő tt a letranszform álás transzfom iátorállom iisokon több lépésben történik (35 kV. 6 kV ). íuiiíg a lakások 230 V-os feszü ltségét m egkapjuk.
j g i
CJONDOLKODTATÓ KÉRDÉSEK1. A z elektrom os feszültség, iíram erősség. teljesítm ény, m unka közül m elyikn ek a növelése érhető el tran szfo rm áto r segítségével?
2. H o g y an válto zik egy m eg h atáro zo tt p rim e r feszü ltsé g re k ap cso lt tra n sz fo rm á to r szek u n d er feszü ltség e é s iUíuiierőssége. ha
a) a szekunder m enetszám ot m egduplázzuk? h) a prim er m enetszám ot m egduplázzuk?
3. A hálózati feszültségnél kisebb feszültség et igénylő fogyasztók szám<ka v áltoztatható ellenállás, potenciom éter és transzfom iátor segítségével is biztosítható a szükséges feszültség. M elyik a leg gazd aság o sab b m egoldás?
4. M ié n csökken a szétszedhető tran szfo n n á to r szekunder feszültsége, ha a záróvasm agot eltávo lítjuk?
5. M i o k ozza eg yes transzfom iátorok „m orgó” hangját?
6. 2 3 0 V-os feszültségre kapcsolt. 1200 m enetes prim er és 6 m enetes szekunder tekercset tartalniiizó Iranszfom iátorral „lOO-as” vasszöget is m eg lehet olvasztani anélkül, hogy a hálóz^iti olvadó b iz tosíték m egszakadna, vagy az autom ata biztosító lekapcsolna. H ogyan m agyanízható ez a kísérleti tap asztalat? (Ilyen elven m űködik a z indukciós olvasztókem ence is.)
7. H o gy an változik a távvezetéken a z eniergiaveszteség, ha ugyanazt a teljesítm ény t 20 kV helyett 2 0 0 kV -os távvezetéken ju ttatju k el a fogyasztóhoz?
S. F o gy aszt-e elektrom os energiát a háló zatra kapcsolt terheletlen tm n szfo rm átor (például csengő- reduktor. am iko r nem szól a csengő)?
9. (íé p k o c si akkum ulátoros gyújtásánál iO. akkum ulátor 12 V-os eg yenfeszültségét transzfoniiálják fel a gyújtószikrához szükséges közel 2 0 0 0 0 V-os feszültségre. H ogyan le h et egyenfe.szültséget felrm n szfom iálni? (Ilyen elven m űk öd ik a szik raind uk tor is.)
___ FELADATOK
1. K orszerű-e városunk energiagazdálkodása? K eressünk é n e k e t és e lle n é n ek etí A lkossunk az osz tályban két csoportot, és rendezzünk vitát!
2. E g y transzfom iátor prim er köri m enetszám a 35-szöröse a szekunder m enetszám nak. M ekkora áram folyik a prim er körben, am iko r a szekunder tekercshez kapcsolt izzón az áram erősség 0.6 A ?
3. E g y 700 m enetes prim er tekercset tartalm azó tran szform áto r szek und er tekercse olyan 350 m e n etes tekercs, am elynek a 100. m en etn él is van megcs<>polása (kivezetése). M ilyen feszültsége ket vehetünk le a szekunder tekercsről, ha a prim er tekercset a 230 V-os h<llóz<iti feszültségre kap cso lju k ?
4. E g y transzform átor prim er tekercse 300. szekunder tekercse 20 m enetes. A szekunder körben lé vő zsebliim paizzón a feszültség 3.5 V, az iUam erősség 0.2 A.
a) M ily en erősségű áram folyik a p rim er körben? h) M en ny i a prim er feszültség?