Blokový transformátor
Elektrický transformátor je netočivý stroj, schopný přenášet elektrickou energii z jednoho obvodu do druhého prostřednictvím elektromagnetické indukce. Hlavní oblast použití transformátorů je změna střídavého napětí zdrojového obvodu na vyšší nebo nižší napětí výstupního obvodu. Pokud jsou obě napětí stejná, plní transformátor jen funkci galvanického oddělení vstupního obvodu od výstupního.
V energetice se transformátory používají především v elektrárnách pro zvyšování napětí generátoru na napětí přenosové soustavy a v transformačních stanicích pro postupné snižování napětí přenosových linek na úroveň napětí distribuční sítě.
Každý transformátor se skládá z tří hlavních částí:
- Vinutí primární a sekundární cívky
- Jádra magnetického obvodu
- Izolačního a chladicího systému
Princip činnosti transformátoru spočívá ve vytvoření magnetického toku φ střídavým proudem procházejícím vinutím primární (vstupní) cívky. Jádro je uspořádáno tak, aby magnetické siločáry procházely jak primární, tak i sekundární cívkou. V té se na základě Faradayova zákona elektromagnetické indukce indukuje sekundární výstupní napětí. Velikost sekundárního napětí závisí na počtu závitů sekundární cívky a na změně magnetického toku.
ui = –N . dφ / dt
Pokud bychom neuvažovali se ztrátami v jádru a vinutích transformátoru, můžeme dosazením veličin do indukčního zákona vyjádřit základní rovnici ideálního transformátoru – poměr napětí primární a sekundární cívky se rovná obrácenému poměru jejich proudů.
P = U1 / U2 = I2 / I1
Poměr napětí udává též hodnotu převodu transformátoru P, která může být menší než 1 pro transformátor zvyšující napětí zdroje, nebo větší než 1 pro snižování napětí zdroje. Podobně jako poměr napětí určuje převod transformátoru, poměr počtu závitů vstupní a výstupní cívky určuje závitový poměr transformátoru.
Reálné transformátory pracují s určitými ztrátami. Jsou to hlavně ztráty v magnetickém obvodu transformátoru způsobené vířivými proudy a ztráty v cívkách způsobené ohmickým odporem vodičů, z kterých jsou cívky navinuty. Průchod proudu cívkami je doprovázen ztrátovým Jouleovým teplem, které ohřívá vodiče cívek. Ohmické ztráty (ztráty nakrátko) se mění v závislosti na zatížení transformátoru.
Parazitní vířivé proudy vznikají v magnetickém obvodu transformátoru, ve kterém se naindukuje určité napětí. Kdyby bylo jádro magnetického obvodu z jednoho kusu kovu, protékal by jím zkratový vířivý proud (obvod je uzavřen), úměrný kvadrátu plochy, na které se indukuje. Řešením pro snížení ztrát vířivými proudy je rozdělení jádra magnetického obvodu na vzájemně izolované části s minimální plochou kolmou na směr magnetického indukčního toku. Magnetické obvody současných transformátorů se vyrábí ze vzájemně izolovaných plechů.
Ztráty transformátorů způsobují jejich zahřívání. Proto musí být účinně chlazeny. Menší transformátory jsou chlazeny okolním vzduchem, větší, výkonové transformátory jsou většinou ponořeny do izolačního oleje, který nuceně nebo přirozenou cirkulací odvádí teplo přes chladiče oleje do okolí. Chlazení je možné regulovat počtem olejových chladičů a otáčkami ventilátorů na chladičích. Spouštění ventilátorů probíhá na základě teploty oleje.
V elektrárnách je nejdůležitější blokový transformátor, zajišťující vyvedení vyrobeného výkonu bloku do přenosové soustavy. Je dimenzován na nominální elektrický výkon bloku daný použitým generátorem, se kterým je spojen pomocí zapouzdřených vodičů.
Pro menší výkony se používají kompaktní třífázové transformátory, pro větší výkony se osvědčil systém samostatného transformátoru pro každou fázi výstupního napětí.