2 – Cívky a transformátory


Cívky

Cívka je pasivní elektronická součástka konstruovaná tak, aby vykazovala vlastní indukčnost žádané velikosti. Parazitní parametry cívky jsou parazitní odpor a parazitní kapacita (viz dále).

Parazitní parametry:



Náhradní schéma (viz obr.) obsahuje následující složky:

L ... vlastní indukčnost cívky

Cp ... kapacita vinutí, která je tvořena vzájemnou kapacitou závitů

Rss ... stejnosměrný odpor, tj. odpor vodiče vinutí

Rj ... ztráty v jádře cívky (hysterézní ztráty st proudu, ztráty vzniklé vlivem vířivých proudů při st mag. poli)

Rd ... dielektrické ztráty v jádře cívky

Rv ... ztráty vyzářením části energie z cívky do okolního prostoru

Rsk ... ztráty způsobené skin efektem (zvětšování odporu vodiče při vzrůstu kmitočtu)



Princip skin efektu (zjednodušeně): Jev se projevuje při vysokých frekvencí, kdy dochází k nerovnoměrnému rozložení proudu ve vodiči (s vyšší frekvencí - větší nerovnoměrnost rozložení). Při průchodu střídavého proudu vodičem vzniká v jeho okolí proměnné magnetické pole. Toto magnetické pole způsobuje indukování napětí ve vodiči, které je největší v ose vodiče. Vlivem tohoto indukovaného napětí dochází k nerovnoměrnému rozložení proudové hustoty - proud "se pohybuje" převážně po povrchu vodiče, čímž se zvyšuje odpor vodiče.


Druhy cívek:

Dělení podle konstrukce:

1) cívky bez jádra

2) cívky s jádrem


Cívky bez jádra se vinou buď na izolační kostry, nebo mohou být samonosné; speciální případ je tzv. plošná cívka. Vlastnosti: indukčnost řádově H. Užití: ve vf obvodech, nebo v nf obvodech, kde je třeba zachovat indukčnost nezávislou na procházejícím proudu.

Cívky s jádrem mají jádra vyrobená z magneticky značně vodivých materiálů, ale málo elektricky vodivými, a s malými hysterézními ztrátami. Vysokofrekvenční cívky s jádry se dělají jako šroubová nebo hrníčková, materiálem pro jádra bývá některý druh feritu. Tyto cívky jsou omezeně laditelné. Vlastnosti: indukčnost maximálně 100 mH. Nízkofrekvenční tlumivky mají většinou jádra typu C vytvořená z ortopermového pásku. Jsou dvě možnosti provedení: jádrové (1 jádro, 2 vinutí) nebo plášťové (2 jádra, 1 vinutí). Magnetický obvod se často přerušuje vzduchovou mezerou (izolantem), aby nemohlo dojít k magnetickému nasycení vliv stejnosměrného proudu. Vlastnosti: indukčnost maximálně desítky H.


Transformátory:

Z hlediska teorie elektrických obvodů je transformátor lineární čtyřpól, přenášející elektrický výkon ST proudu.

Základní vlastnosti:

Umožňuje měnit velikost st proudu a napětí při zachování výkonu

Vstupní a výstupní obvody mohou být galvanicky odděleny

Nepřenáší stejnosměrný elektrický výkon

Základní části transformátoru:

Primární cívka – pouze jedna

Sekundární cívka – jedna a více

Magnetický obvod

Princip transformátoru:

Elektrický st proud se přivádí do primární cívky a v magnetickém obvodu vytváří st magnetický tok. Tento tok Φ prochází i sekundární cívkou, kde indukuje napětí. Ze svorek sekundární cívka lze odebírat st proud, napětí nebo výkon. V primární cívce se elektrická energie mění na magnetickou a v sekundární pak zpátky na elektrickou energii, proto se transformátory považují za elektrické netočivé stroje.

Dělení dle fce:

Blokové – elektrárny

Síťové – dálkové trasy

Trafa vlastní spotřeby – pomocné provozy elektráren

Pojízdné transformátory

Speciální transformátory – autotransformátor, pro vytápění el. pecí, rozmrazovací


Základní dělení:

Síťové – druhy plechů EI, M, C

Nízkofrekvenční – mikrofonní, telefonní, výstupní

Impulsní

Vysokofrekvenční – feritové nebo ferokartonové jádro, vzduchové apod.

Dělení dle typu:

Ztráty transformátoru:

Ztráty v trafu lze rozdělit na ztráty ve vinutí ( resp. mědi ) a v jádře ( resp. v železe )

Ztráty v jádře lze dělit na ztráty hysterezí a ztráty vířivými proudy.

Ztráty v mědi:

Jsou způsobeny průchodem proudu přes ohmický odpor vinutí a zahřívají vinutí.

Ztráty v železe:

Jsou projevem st magnetování jádra. Projevují se v plné míře i u transformátoru na prázdno a ohřívají jádro. Nejsou závislé na odebíraném proudu.

Účinnost transformátoru:

kde: P2 - odebíraný výkon. P2 = U2 * I2 (předpokládá se reálná zátěž)

P1 – činný výkon odebíraný transformátorem ze zdroje P1 = P2 + ztráty v Cu + ztráty v Fe


dlabos.wz.cz