1.Budowa, zasada działania i cel stosowania transformatorów jednofazowych. Co to jest przekładnia transformatora.
2.Określ co to jest napięcie zwarcia transformatora. Omów próbę zwarcia pomiarowego – cel i wyznaczane wielkości.
3.Omów straty mocy występujące w transformatorze (obwód elektryczny i magnetyczny). Od czego zależą (wzory).
4.Kiedy transformator osiąga najwyższą sprawność – uzasadnij.
5.W jaki sposób wyznaczamy straty w obwodzie magnetycznym transformatora, a w jaki straty w uzwojeniach - wzory.

1)Transformatory są statycznymi urządzeniami, służącymi do przetwarzania energii prądu przemiennego o danym napięciu, na energię prądu przemiennego o innym napięciu, lecz o takiej samej częstotliwości. Transformatory jednofazowe są powszechnie stosowane jako urządzenia dopasowujące napięcie sieci 220V (rzadziej 380V) do napięć narzuconych przez odbiorniki, np. transformatory, zasilające układy prostownikowe do ładowania akumulatorów, transformatory bezpieczeństwa (220/24V) do zasilania odbiorników przenośnych, transformatory zasilające układy elektroniczne, transformatory w spawarkach i zgrzewarkach. Występują również w technice transformatory jednofazowe przeznaczone tylko do celów pomiarowych, są to przekładniki napięciowe i prądowe.

Transformator składa się z obwodu magnetycznego oraz dwóch uzwojeń odseparowanych galwanicznie (nie połączonych metalicznie).

Zasadniczymi częściami transformatora są: rdzeń wykonany w postaci pakietu blach ze specjalnych gatunków stali elektrotechnicznej i nawinięte na nim uzwojenia.

Uzwojenie zasilane z sieci nazywa się uzwojeniem pierwotnym, natomiast zasilające odbiornik nazywa się uzwojeniem wtórnym

W transformatorach wykorzystane jest zjawisko indukcji elektromagnetycznej polegające na indukowaniu siły elektromotorycznej w uzwojeniu o ilości zwojów z przez wnętrze, którego przenika zmienny strumień.

Uzwojenie pierwotne zasilane napięciem przemiennym wzbudza w rdzeniu przemienny strumień magnetyczny, który indukuje w obu uzwojeniach przemienne siły elektromotoryczne.

Przekładnia transformatora: z₁, z₂ – liczby zwojów szeregowych odpowiednio uzwojenia pierwotnego i wtórnego,E1,E2-uzwojenie pierwotne,wtórne.
2)Napięcie zwarcia transformatora, jest to napięcie które należy przyłożyć do uzwojenia pierwotnego, aby w zwartym uzwojeniu wtórnym wywołać prąd równy znamionowemu prądowi wtórnemu. 

Zwarcie pomiarowe przeprowadza się napięciem obniżonym nazywanym napięciem zwarcia pomiarowego, przy którym prądy w obu uzwojeniach nie przekraczają wartości znamionowych.

Próba taka ma na celu:

-wyznaczenie procentowego napięcia zwarcia,

-wyznaczenie strat mocy czynnej w uzwojeniach, które odpowiadają znamionowemu obciążeniu,
P_z = I²_1nR₁ + I²_2nR₂ .

-wyznaczenie parametrów uproszczonego schematu zastępczego transformatora. Zwarcie strony wtórnej przy znamionowym napięciu zasilającym nazywane jest zwarciem ruchowym — eksploatacyjnym.
Uproszczony schemat zastępczy transformatora w stanie zwarcia:

3)Straty mocy w obwodach elektrycznych są związane z wydzieleniem się ciepła na rezystancji uzwojeni przez przepływający prąd i zależą od rezystancji i kwadratu prądu. P_z = I²_1nR₁ + I²_2nR₂

Straty mocy w obwodach magnetycznych P_Fe są sumą strat wywołaną prądami wirowymi P_ow i przemagnesowaniem obwodu magnetycznego P_µ. Moc ta zamienia się w ciepło powodując nagrzewanie rdzenia transformatora. P_Fe= P_µ+ P_ow.

4)Największą sprawność mają transformatory zwykle przy obciążeniu 70-80% mocy znamionowej.

Można dowieść, że maksimum to wystąpi wówczas, gdy straty

w uzwojeniach są równe stratom w rdzeniu, tzn. straty obciążeniowe równe stratom

jałowym.

5) Straty w uzwojeniach zależą od kwadratu prądów transformatora : P_cu=I₁²xR₁+I₂²xR₂ Straty w obwodach magnetycznych: P_Fe= P_µ+ P_ow

1.Wyjaśnić zasadę działania diody półprzewodnikowej i narysować jej charakterystykę prądowo-napięciową.

2.Narysować schemat układu prostownikowego jednofazowego prostego i mostkowego, dwufazowego prostego oraz 3-fazowego prostego i mostkowego.

3.Podać definicje wartości średniej napięcia oraz wartości skutecznej napięcia.

4.Wyjaśnić pojęcia: sprawności prostownika i współczynnika tętnień.

5.Narysować przebiegi napięcia i prądu wyjściowego w układzie prostownikowym jednofazowym prostym i mostkowym, dwufazowego prostego oraz 3-fazowego prostego i mostkowego przy obciążeniu R (czysta rezystancja).

1)Podstawowym elementem elektronicznym wykorzystującym jedno złącze p-n jest dioda półprzewodnikowa. Złącze p-n powstaje na styku warstw półprzewodnika typu p i n. Półprzewodnik typu n powstaje przez domieszkowanie półprzewodnika (najczęściej krzemu) pierwiastkiem o pięciu elektronach walencyjnych (np. fosfor, arsen, antymon). Są to tzw. domieszki donorowe. w półprzewodniku typu n zastąpienie jednego atomu krzemu przez atom domieszki powoduje, że jeden elektron domieszki po dostarczeniu niewielkiej energii staje się elektronem swobodnie poruszającym się w przestrzeni domieszkowanego kryształu. Półprzewodnik typu p powstaje przez domieszkowanie półprzewodnika pierwiastkiem o trzech elektronach walencyjnych (np. bor, aluminium, gal). Są to tzw. domieszki akceptorowe. Tego rodzaju domieszka powoduje, że wskutek braku elektronu (jedno z wiązań jest „niekompletne”) powstaje tzw. dziura. Po dostarczeniu niewielkiej energii dziura może zostać zapełniona przez dowolny elektron walencyjny sąsiedniego atomu. w ten sposób dziura może przemieszczać się w krysztale półprzewodnika. w półprzewodniku typu n istnieje nadmiar elektronów swobodnych (są one tzw. nośnikiem większościowym prądu). Analogicznie w półprzewodniku typu p nośnikiem większościowym prądu są dziury. Należy wspomnieć, że w półprzewodniku typu n istnieje pewna niewielka liczba dziur (są one w tym przypadku nośnikiem mniejszościowym). Podobnie w półprzewodniku typu p nośnikiem mniejszościowym jest niewielka liczba elektronów swobodnych. Istnienie nośników mniejszościowych wynika z przewodnictwa samoistnego półprzewodnika (tj. przewodnictwa chemicznie czystego półprzewodnika).

Ponieważ koncentracja elektronów swobodnych jest znacznie większa w obszarze n niż ich koncentracja w obszarze p, a koncentracja dziur jest znacznie większa w obszarze p niż ich koncentracja w obszarze n to w chwili powstania złącza p-n elektrony zaczynają dyfundować z obszaru n do obszaru p, a dziury z obszaru p do obszaru n. Po przejściu przez złącze ładunki większościowe ulegają rekombinacji i w ten sposób po obu stronach granicy między obszarami powstają ładunki objętościowe. w obszarze n powstaje ładunek dodatni (niedomiar elektronów), a w obszarze p ładunek ujemny (niedomiar dziur). Powstała w ten sposób na złączu różnica potencjałów hamuje ruch nośników większościowych. w stanie równowagi wypadkowe strumienie elektronów i dziur (obejmujące zarówno ruch nośników większościowych jak i mniejszościowych) są równe zeru. Jeżeli do złącza p-n przyłożone zostanie napięcie w taki sposób, że potencjał dodatni będzie występował na warstwie p, a potencjał ujemny na warstwie n to zewnętrzne pole elektryczne obniży barierę potencjałów i nastąpi ruch nośników większościowych w kierunku warstwy zaporowej. Prąd ten może przyjmować znaczne wartości przy niewielkim spadku napięcia na złączu p-n. Jest to kierunek przewodzenia złącza p-n. w przypadku przeciwnej polaryzacji napięcia zewnętrznego zwiększa się wysokość bariery potencjału i następuje odprowadzanie nośników ze strefy złącza p-n. Przez złącze popłynie wówczas niewielki prąd nośników mniejszościowych. Jest to kierunek zaporowy złącza p-n.

2)Prostownik jednofazowy prosty


Prostownik mostkowy jednofazowy



Prostownik 3-fazowy prosty



Prostownik 3-fazowy mostkowy

3)Napięcie skuteczne - wartość skuteczna napięcia elektrycznego okresowego równa stałemu napięciu przyłożonemu do danego oporu, powodująca wydzielanie się na tym oporze takiej samejenergii jak przy napięciu zmiennym.

Napięcie średnie- U_av=U_m*2/π≈0,637U_m

4)Sprawnością przetwarzania prostownika jest stosunek mocy czynnej, wydzielanej w odbiorniku do mocy pozornej prądu przemiennego pobieranej ze źródła. Teoretyczna sprawność prostowania jednopołówkowego wynosi około 40%.

Stosunek wartości skutecznej napięcia składowej zmiennej na wyjściu prostownika (czyli napięcie tętnień) U_tpp do wartości napięcia składowej stałej (czyli wartości średniej)U_śr nosi nazwę współczynnika tętnień.

5)przebiegi napięcia i prądu wyjściowego w układzie

prostownikowym jednofazowym prostym



mostkowym,



dwufazowego prostego u od t


3-fazowego prostego


mostkowego