Speciális transzformátorok

15.8.1. Takarékkapcsolású transzformátor

Tekintsünk egy egyfázisú transzformátort csak két tekercsével, a vasmagot ne ábrázoljuk.

15-35. ábra

Az egy menetre jutó feszültség ekkor primer oldalon

1 1

1 N

U_menet  U (110)

Szekunder oldalon pedig

2

U_menet  U (111)-be helyettesítve az

1

összefüggésre jutunk, azaz az egy menetre jutó feszültség mind a primer mind pedig a sze-kunder oldalon megegyezik. Ez azt jelenti, hogy a 15-35. ábra szerinti kapcsolásban az össze-köthetjük az azonos potenciálon levő pontokat.

15-36. ábra

Könnyen belátható, hogy az A₁-B₁ pontok közötti tekercsrész és az A2-B2 pontok közötti te-kercs meneteinek minden pontja rendre azonos potenciálon van, így a két tete-kercs összevonha-tó. Ekkor a transzformátor kialakítása

15-37. ábra

A takarékkapcsolású transzformátor jelentősége, hogy az ’A’ és ’B’ jelű pontok közötti te-kercsrészen csak I2-I1 nagyságú áram folyik, ennek megfelelően kisebb keresztmetszetű veze-ték elegendő.

A takarékkapcsolású transzformátor primer és szekunder oldala - valamennyi transzformátor-nak megfelelően - felcserélhető, mivel a mágneses tér erővonalai a vasmagban záródtranszformátor-nak, így ha az alacsonyabb menetszámú tekercsrészt kapcsolom a primer oldalra, a szekunder oldali tekercsen az áttételnek megfelelő feszültség jelenik meg

A kapcsolás jelentős hátránya ugyanakkor, hogy a két tekercs egymástól galvanikusan nem független.

15.8.2. Toroid transzformátor

A toroid transzformátor valójában egy speciális takarékkapcsolású transzformátor. A transz-formátort egy gyűrű alakú vasmagra tekercselik, A tekercs két végpontját valamint egy moz-gó csúszka segítségével egy változtatható középső pontot vezetik ki, így a toroid transzformá-torral változtatható szekunder feszültséget tudok előállítani.

15.8.3. Mérőtranszformátorok

A mérőtranszformátorok szerepe kettős, egyfelől feladatuk a nagy feszültségek és áramok mérőműszerek által mérhető értékűre való alakítása, másrészről feladatuk az életvédelmi szempontból túl nagy feszültségek elszigetelése a mérőműszerektől

Feszültségváltó

Bekötését az alábbi ábra mutatja

15-38. ábra

A feszültségmérő belső ellenállása nagy, így a feszültségváltó egy a áttételű üresen járó transzformátor. A feszültségváltók mérési hibája az

1 1

* 2

U U U

h A 

 (113)

Összefüggéssel határozható meg, jellemző értéke 0,1% és 3% között mozog Áramváltó

Sorosan építjük be a mérendő áramkörbe

15-39. ábra

Az árammérők belső ellenállása igen kicsi, így az áramváltó egy rövidre zárt transzformátor-nak felel meg, abban különbözik egy normál transzformátortól, hogy erre a rövidzárási álla-potra méretezzük.

Az áramváltó működési elvéből következik, hogy a primer tekercse igen alacsony menetszá-mú, a szekunder tekercs pedig nagyobb. Az áramváltó szekunder tekercsét nem szabad meg-szakítani, mert a gerjesztések egyensúlyának hirtelen megváltozása következtében fellépő járulékos feszültség illetve áramlökés a transzformátort tönkreteheti.

15.8.4. Ívhegesztő transzformátor

Bár a félvezetős hegesztő inverterek mellett az ívhegesztő transzformátorok egyre inkább hát-térbe szorulnak, azért a működési elv érdekessége miatt szóljunk néhány szót erről az eszköz-ről.

A hegesztési folyamat során kettős feladatot kell megoldani. Először meg kell gyújtani az ívet, majd a hegesztési folyamat alatt fenn kell tartani azt.

Az ívgyújtásnál a hegesztőpálcát rövid ideig hozzáérintjük a hegesztendő alkatrészekhez. Ek-kor a transzformátoron rövidzárási áram indul meg. Ezután az elektródát kis mértékben eltá-volítva a hegesztendő alkatrészektől az ívet a hegesztés folyamata alatt folyamatosan fenntart-juk.

Ebben a folyamatban gondot okoz, hogy a hegesztési folyamat alatt az ívhossz nem tartható tökéletesen azonos értéken, márpedig az ívhossz változása jelentősen befolyásolja az ív fenn-tartásához szükséges feszültséget. A transzformátor rövidzárási mérésénél pedig azt láthattuk, hogy az transzformátor szekunder oldalán már a feszültség kismértékű változása is jelentősen befolyásolja a transzformátor szekunder áramát, jelen esetben hegesztőáramot.

Ez a nagymértékű áramváltozás technológiai szempontból nem megengedhető, a megoldás érdekében gondoljuk át miből vezettük le a rövidrezárt transzformátor szekunder oldali jel-leggörbéjét. Rajzoljuk fel a 15-21. ábrának megfelelő helyettesítő képet annyi különbséggel, hogy a rövidzár helyére egy feszültséggenerátort kötünk.

15-40. ábra

Némi magyarázatra szorul, hogy a szekunder körbe miért feszültséggenerátort kötöttünk. Ív-hegesztő transzformátorról beszélünk, így a ’C’ és ’D’ kapcsok között egy villamos ívet kell modelleznünk. A villamos ív feszültsége a villamos ív hosszával arányos, az íváramot a táp-oldal kimeneti impedanciája korlátozza. Egy általános használatú transzformátornál az a lé-nyeg, hogy az áramerősség megváltozása ne változtassa nagy mértékben a szekunder feszült-séget. Ezt értelemszerűen azzal érjük el, hogy a 15-40. ábra szerinti kapcsolásban az (R₁+R’₂)+(X₁+X’₂) impedancia értéket alacsonyan tartjuk. Láttuk, hogy az ívhegesztő transz-formátornál más a cél, itt a szekunderoldali feszültségingadozás ellenére jó közelítéssel állan-dó értéken akarjuk tartani az áram értékét. Ennek eléréséhez az előbb említett (R₁+R’2)+(X₁+X’2) értéket nagyra kell választani. Az (R₁+R’2) érték növelését, mint lehető-séget rendkívül rövid idő alatt elvetjük. Már a hegesztőáram 100A nagyságrendű értékéhez tartozó változtatható ellenállás sem egyszerű eset, de a nagyobb gond az, hogy az ohmos el-lenállás értékével lineárisan nő a transzformátor hatásos veszteségteljesítménye, ami teljes egészében hőenergiává alakul. Ez a hőenergia melegíti a vasmagot, a tekercset, márpedig a melegedés minden villamos eszköz élettartamának a csökkenését (adott esetben jelentős mér-tékű csökkenését eredményezi). A megoldás az eddigiek tükrében egyszerű. Ha az (R₁+R’₂)+(X₁+X’₂) értéket akarjuk növelni, de az (R₁+R’₂)-t nem akkor a szórási reaktanciákat kell növelnem, azaz olyan módon kell kialakítanom a vasmagot, hogy lehetővé tegyem azt, hogy a tekercsek fluxusvonalainak egy része ne a másik tekercsen keresztül zá-ródjon. Az elvi kialakítás a következő ábrán látható.

15-41. ábra

A vasmag harmadik oszlopának A-B irányú elmozdításával tudom a légrés illetve a kereszt-metszet értékét, ezen keresztül az elkerülő ág mágneses ellenállását változtatni, A mágneses ellenállásának változtatásával a szórt fluxus aránya, és ezzel együtt (X1+X’2) értéke is azonos irányban változik, lehetővé téve a hegesztőáram szabályozását.