1. Johdanto

Muuntajat ovat yleensä 4-terminaalisia komponentteja, jotka siirtävät energiaa
kahden piirin välillä magneettisen kytkeytymisen kautta. Yleensä muuntajat
koostuvat kuvan tapaan ferromagneettisesta ytimestä, jonka ympärille on
käämitty ensiö- ja toisiokäämit.

2. Teoria

Tarkastellaan tilannetta, jossa toisiokäämi on kytketty johonkin passiiviseen
kuormaimpedanssiin ja ensiokäämiä syötetään jollakin piirillä, joka ylläpitää
jännitettä V_1 ensiönkäämin yli.

wikimuuntaja.png

Oletetaan, että molempien käämityksien läpikulkeva magneettivuo on yhtäsuuri.
Tällöin Faradayn lain nojalla muuttuvaa magneettivuota vastaavat jännitteet eri
käämityksillä voidaan kirjoittaa


joten

Edelleen, jos approksimoimme muuntajan olevan häviötön, kaikki sisäänmenevä
teho kulkee kuormalle ja taajuustasossa

Yhteensä saamme siis "ideaalisen" muuntajan ensiö- ja toisiosuureiden suhteita
esittävän yhtälön


HUOM: Tämä on jokseenkin sama tapa kuinka ylläoleva yhtälö johdetaan usein
kirjallisuudeessa. Toisaalta edellisestä ei oikeasti käy ilmi mitä (kenttämielessä)
tarkoitamme jännitteillä V_1 ja V_2. Realistisempi analyysi ilmeisesti johtaa
ekvivalenttipiiriin[1] , jossa syöttävää piiriä mallinnetaan Theveninin
ekvivalentilla ja kuormaa jollain impedanssilla.


Muuntajaa syöttävän piirin näkemä impedanssi voidaan laskea soveltamalla edellistä
yhtälöä:


3. Käyttö


Muuntajia käytetään mm.
1. Jännitteiden laskemiseen verkkojännitteestä. Usein (ellei yleensä) DC-virta-
lähteet muuntavat verkkojännitteen alempijännitteiseksi vaihtojännitteeksi, joka
muuntamisen jälkeen tasasuunnataan ja reguloidaan.

2. Jännitteiden nostamiseen verkkojännitteestä. Esim. mikroaaltouuneissa ja
monissa muissa laitteissa tarvitaan verkkojännitettä korkeampia jännitteitä.

3. Suojaerotettaessa laite verkkojännitteestä. Tällöin samanaikainen kosketus
erotetun piirin vaiheen ja muuntajaa syöttävän piirin maan kanssa ei johda
sähköiskuun samaan tapaan kuin erottamattomilla piireillä. Kierrossuhteeltaan
1:1-muuntajat ilmeisesti ovatkin yleensä juuri suojaerotusmuuntajia.

4. Sovitettaessa kuormaimpedanssia. Maksimiteholauseen nojalla resistiiviselle
kuormalle kulkeutuva teho on suurin, jos tyypillisessä Thevenin-ekvivalenttiasetel-
massa Thevenin-impedanssi on yhtä suuri kuormaimpedanssin kanssa. Impe-
danssiyhtälön mukaisesti kierrosmäärä voidaan valita siten, että impedanssi
saadaan sovitettua.

Muuntajille on yleensä annettu niiden kestämät maksimaaliset ensiö- ja toisio-
jännitteet, vaihtovirran taajuus, jolla muuntajaa on suunniteltu käytettävän sekä
ensiökäämiin syötettävän tehon maksimi muodossa(VA). Esimerkiksi
230 VA 230/230, 50Hz tarkoittaa, että maksimaaliset ensiö- ja toisiojännitteet
ovat 230V sekä, että tällä ensiöjännitteellä ensiökäämiin voidaan syöttää 1A 50Hz
vaihtovirtaa tai esimerkiksi 115V ensiöjännitteellä 2A.

Jos ensiö- tai toisiokäämi on palanut poikki, resistanssi vastaavien terminaalien
välillä kasvaa yleensä äärettömäksi. Täten poikkipalaneet käämilangat voidaan
havaita yleismittarille mittaamalla yksinkertaisesti ensiö- tai toisiokäämilangan
resistanssi[2] .

4. Esimerkkiakenteita

1. Mikroaaltouunista purettu muuntaja:
Sisään 230V(rms) Ulos 2kV(rms)
wiki_mot1.jpg wiki_mot2.jpg
wikimot.png
2. Suojaerotusmuuntaja:
Yhtä paljon kierroksia omaavat ensiö- ja toisiokäämit ovat kääritty torusmaisen ytimen
ympärille.
wiki_suojaer1.jpg wiki_suojaer2.jpg wiki_suojaer3.jpg

  1. ^ Reitz, Milford, Christy - Foundations of Electromagnetic Theory. 4. painos,
    Addison Wesley.(s.320-324)
  2. ^ Basic Electronics III - Compiled by Jarmo Tanskanen - Pearson. (s.211-212)