Различни видове трансформатори и техните приложения

Трансформаторът е широко използвано устройство в областта на електричеството и електрониката. Това е електромагнитно устройство, което следва основния принцип на електромагнетизма, открит от Майкъл Фарадей. Ние разгледахме подробно за изграждането и експлоатацията на трансформатори в предишния урок. Тук ще разгледаме различни видове трансформатори, използвани в различни видове приложения. Всички видове трансформатори обаче следват едни и същи принципи, но имат различен метод на конструкция. И с малко усилия можете също да изградите свой собствен трансформатор, но докато изграждате трансформатора, винаги трябва да следвате техниките за защита на трансформатора.

Типове трансформатори въз основа на нивото на напрежението

Трансформаторът може да има няколко вида конструкция. Трансформаторът няма електрическа връзка от едната страна към другата; все пак двете електрически независими намотки могат да провеждат електричеството чрез електромагнитен поток. Трансформаторът може да има множество намотки или намотки от първичната страна, както и от вторичната страна. В няколко случая множество първични страни, при които две намотки са свързани последователно, често се наричат ​​като център. Това състояние на подслушване в центъра може да се види и на вторичната страна.

Трансформаторите могат да бъдат конструирани по начин, който да преобразува нивото на напрежение от първичната страна към вторичната. В зависимост от нивото на напрежението трансформаторът има три категории. Стъпка надолу, стъпка нагоре и изолиращ трансформатор. За изолационния трансформатор нивото на напрежението е еднакво и за двете страни.

1. Понижаващ трансформатор

Стъпка надолу Трансформатор се използва както в електрониката, така и в електротехниката. Понижаващ трансформатор преобразува първичното ниво на напрежение в по-ниско напрежение на вторичния изход. Това се постига чрез съотношението на първичните и вторичните намотки. За понижаващи трансформатори броят на намотките е по-висок през основната страна от вторичната страна. Следователно общото съотношение на ликвидация на първичното и вторичното винаги остава повече от 1.

В електрониката много приложения работят на 5V, 6V, 9V, 12V, 24V или в някои случаи 48V. За преобразуване на еднофазното напрежение на 230 V AC до желаното ниво на ниско напрежение са необходими трансформатори Step Down. В приборостроенето, както и в много електрически видове оборудване, понижаващият трансформатор е основното изискване за секцията за захранване. Те се използват и в захранващи адаптери и схеми за зарядно устройство за мобилен телефон.

В електрическите, трансформаторите за понижаване се използват в електрическата разпределителна система, която работи на много високо напрежение, за да осигури ниски загуби и рентабилно решение за изисквания за доставка на мощност на дълги разстояния. За да се преобразува високото напрежение в захранваща линия с ниско напрежение, се използва трансформатор Step down.

2. Подобряващ трансформатор

Step Up трансформаторът е точно противоположен на понижаващия трансформатор. Усилващ трансформатор увеличава ниското първично напрежение до високо вторично напрежение. Отново се постига чрез съотношението на коефициента на първична и вторична намотка. За Step Up трансформатора съотношението на първичната и вторичната намотка остава по-малко от 1. Това означава, че броят на завъртанията във вторичната намотка е по-голям от първичната намотка.

В електрониката се увеличават трансформаторите, често използвани в стабилизатори, инвертори и т.н., където ниското напрежение се преобразува в много по-високо напрежение.

Повишаващ трансформатор се използва и при разпределението на електрическа енергия. Високо напрежение е необходимо за приложения, свързани с разпределението на енергия. Усилващ трансформатор се използва в мрежата за повишаване на нивото на напрежението преди разпределението.

3. Изолационен трансформатор

Изолационният трансформатор не преобразува нива на напрежение. Първичното напрежение и вторичното напрежение на изолиращия трансформатор винаги остават същите. Това е така, защото съотношението на първичната и вторичната намотка винаги е равно на 1. Това означава, че броят на завъртанията в първичната и вторичната намотка е еднакъв при изолиращия трансформатор.

Изолационният трансформатор се използва за изолиране на първичния и вторичния. Както беше обсъдено по-рано, трансформаторът няма никакви електрически връзки между първичната и вторичната, той също се използва като изолационна бариера, където проводимостта се случва само с магнитния поток. Използва се с цел безопасност и за отмяна на прехвърлянето на шум от първичен към вторичен или обратно.

Типове трансформатори въз основа на основния материал

Трансформаторът предава енергията чрез провеждане на електромагнитен поток през материал от сърцевината. Различните основни материали произвеждат различна плътност на потока. В зависимост от основните материали, няколко вида трансформатори се използват в областта на енергетиката и електрониката.

1. Трансформатор с желязна сърцевина

Трансформаторът с желязна сърцевина използва множество меки железни плочи като основен материал. Поради отличните магнитни свойства на желязото, поточната връзка на железния трансформатор е много висока. По този начин ефективността на трансформатора с желязна сърцевина също е висока.

Меките плочи от меко желязо могат да се предлагат в различни форми и размери. Намотките на първичната и вторичната рана или увити върху серпентина. След това намотката е монтирана в меки железни ядра. В зависимост от размера и формата на сърцевината на пазара се предлага различен тип плочи за сърцевина. Малко често срещани фигури са E, I, U, L и др. Железните плочи са тънки и множество плочи са свързани заедно, за да образуват действителното ядро. Например, сърцевините от тип Е се изработват с тънки пластини с вид на буква E.

Трансформаторите с желязна сърцевина са широко използвани и обикновено са по-тежки по тегло и форма.

2. Транзистор от феритна сърцевина

Феритна сърцевина трансформатор използва феритна сърцевина поради висока магнитна пропускливост. Този тип трансформатор предлага много ниски загуби във високочестотното приложение. Поради това феритни сердечни трансформатори се използват във високочестотни приложения като захранване в режим на превключване (SMPS), приложения, свързани с RF и др.

Феритовите трансформатори също предлагат различен тип форми, размери в зависимост от изискванията за приложение. Използва се главно в електрониката, а не в електрическото приложение. Най-често срещаната форма на трансформатора с феритна сърцевина е Е сърцевина.

3. Тороидален ядрен трансформатор

Тороидалният ядрен трансформатор използва тороидален сърцевинен материал, като желязна сърцевина или феритна сърцевина. Тороидите са сърцевинен материал с форма на пръстен или поничка и се използват широко за превъзходни електрически характеристики. Поради формата на пръстена, индуктивността на течове е много ниска и предлага много висока индуктивност и Q фактори. Намотките са сравнително къси и теглото е много по-малко от традиционните трансформатори със същия рейтинг.

4. Трансформатор с въздушна сърцевина

Трансформаторът Air Core не използва физическо магнитно ядро ​​като материал на сърцевината. Връзката на потока на трансформатора с въздушна сърцевина е направена изцяло с помощта на въздуха.

В трансформатора с въздушна сърцевина първичната намотка се захранва с променлив ток, който генерира електромагнитно поле около нея. Когато вторичната намотка се постави вътре в магнитното поле, съгласно Фарадеевия закон за индукцията, вторичната намотка се индуцира с магнитно поле, което допълнително се използва за захранване на товара.

Въпреки това, трансформаторът с въздушна сърцевина произвежда ниска взаимна индуктивност в сравнение с физическия материал на сърцевината, като желязо или феритна сърцевина.

Използва се в преносима електроника, както и в приложения, свързани с радиочестотата. Поради отсъствието на физически ядрен материал, той е много лек по отношение на теглото. Правилно настроен трансформатор с въздушна сърцевина също се използва в решения за безжично зареждане, където първичните намотки са изградени вътре в зарядното устройство, а вторичните намотки са разположени вътре в целевото устройство.

Типове трансформатори, базирани на разположението на навиването

Трансформаторът може да бъде класифициран чрез поръчки за навиване. Един от популярните видове е трансформаторите с автоматично навиване.

Трансформатор за автоматично навиване

Досега първичната и вторичната намотка са фиксирани, но в случай на трансформатор с автоматично навиване, първичната и вторичната намотка могат да бъдат свързани последователно и централният подвижен възел е подвижен. В зависимост от положението на централния отвор, вторичното напрежение може да варира.

Auto не е кратката форма на Automatic; по-скоро е да уведомите самостоятелно или единичната намотка. Тази намотка образува съотношение, което се състои от две части, първична и вторична. Позицията на централния възел на кран определя основното и вторичното съотношение, като по този начин променя изходното напрежение.

Най-честата употреба е V ARIAC, инструмент за генериране на променлив променлив ток от постоянен променлив вход. Той се използва и в приложения, свързани с пренос и разпределение на енергия, където е необходимо честото променяне на високоволтовите линии.

Видове трансформатори въз основа на употребата

Предлагат се и няколко вида трансформатори, които работят в определен домейн. Както електрониката, така и електрическият сектор, няколко специализирани трансформатора се използват като понижаващ или повишаващ трансформатор въз основа на приложението. Така че, трансформаторите могат да бъдат класифицирани по-долу въз основа на употребата:

1. Захранващ домейн

• Силов трансформатор
• Измервателен трансформатор
• Разпределителен трансформатор

2. Електроника домейн

• Импулсен трансформатор
• Аудио изходен трансформатор

1. Трансформатори, използвани в Power домейн

В областта Електричество домейнът на захранването се занимава с производството, измерването и разпределението на енергия. Това обаче е много голямо поле, където трансформаторите са съществена част за осигуряване на безопасно преобразуване на мощност и успешна доставка на енергия до подстанцията и до крайните потребители.

Трансформаторите, които се използват в енергийната област, могат да бъдат както външни, така и вътрешни, но предимно външни.

(а) Силов трансформатор

Силовите трансформатори са с по-големи размери и се използват за пренос на енергия към подстанцията или общественото електроснабдяване. Този трансформатор действа като мост между генератора на енергия и първичната разпределителна мрежа. В зависимост от мощността и спецификацията, силовите трансформатори могат допълнително да бъдат класифицирани в три категории: малък силов трансформатор, среден силов трансформатор и голям силов трансформатор. Номиналната стойност може да бъде повече от 30KVA до 500-700KVA или в някои случаи това може да бъде равно или по-голямо от 7000KVA за малък номинален силов трансформатор. Силовият трансформатор със средна номинална мощност може да бъде до 50-100 MVA, докато големите номинални силови трансформатори могат да се справят с повече от 100MVA.

Поради много високото производство на енергия, конструкцията на силов трансформатор също е от решаващо значение. Конструкцията включва солидна изолационна периферия и добре балансирана охладителна система. Най-често срещаните силови трансформатори се пълнят с масла.

Основният принцип на силовия трансформатор е да преобразува високотоковия ток с ниско напрежение в ниско напрежение с високо напрежение. Това е необходимо, за да се сведе до минимум загубата на мощност в разпределителната система.

Друг важен параметър за силовия трансформатор е наличието на фаза. Обикновено силовите трансформатори работят в трифазна система, но в някои случаи се използват и еднофазни малки силови трансформатори. Трифазните силови трансформатори са най-скъпите и ефективни от еднофазните силови трансформатори.

(б) Измервателен трансформатор

Измервателният трансформатор често се нарича инструментален трансформатор. Това е друг често използван измервателен инструмент в областта на мощността. Измервателен трансформатор се използва за изолиране на основната мощност и преобразуване на тока и напрежението в по-малко съотношение към неговия вторичен изход. Чрез измерване на изхода могат да се измерват фазата, токът и напрежението на действителната електропроводна линия.

Горното изображение показва конструкцията на токовия трансформатор.

(в) Разпределителен трансформатор

Това се използва в последната фаза на електроразпределителната система. Разпределителните трансформатори са понижаващ трансформатор, който преобразува високо напрежение на мрежата до напрежение, необходимо на крайния клиент, 110V или 230V. Може да бъде еднофазна или трифазна.

Разпределителните трансформатори могат да бъдат както с по-малка форма, така и с по-големи, в зависимост от капацитета на преобразуване или номиналите.

Разпределителните трансформатори могат да бъдат допълнително категоризирани според вида на изолацията, която той използва. Може да бъде сух тип или да бъде потопен в течност. Изработен е с помощта на ламинирани стоманени плочи, в повечето случаи конструирани във форма С като основен материал.

Разпределителният трансформатор също има различен тип класификация въз основа на местоположението, в което се използва. Трансформаторът може да бъде монтиран на полет, ако е така, той се нарича разпределителен трансформатор, монтиран на полюс. Може да се постави във вътрешността на подземна камера, монтирана върху бетонна подложка (разпределителен трансформатор, монтиран на подложка) или вътре в затворена стоманена кутия.

Като цяло разпределителните трансформатори имат мощност по-малка от 200kVA.

2. Трансформаторът, използван в областта на електрониката

В електрониката се използват различни малки миниатюрни трансформатори, които могат да бъдат монтирани на печатни платки или могат да бъдат фиксирани в малкия корпус на продукта.

а) Импулсен трансформатор

Импулсните трансформатори са един от най-използваните монтирани на печатни платки трансформатори, които произвеждат електрически импулси с постоянна амплитуда. Използва се в различни цифрови схеми, където е необходимо генериране на импулси в изолирана среда. Следователно, импулсните трансформатори изолират първичния и вторичния и разпределят първичните импулси към вторичната верига, често цифрови логически портали или драйвери.

Правилно конструираните импулсни трансформатори трябва да се нуждаят от правилна галванична изолация, както и от малък теч и отклоняващ се капацитет.

(б) Аудио изходен трансформатор

Аудио трансформатор е друг често използван трансформатор в областта на електрониката. Той е специално използван в приложение, свързано с аудио, където се изисква съвпадение на импеданса. Аудио трансформаторът балансира усилвателната верига и натоварванията, обикновено високоговорител. Аудио трансформаторът може да има множество първични и вторични намотки, разделени или подслушвани по центъра.

Така че ние разгледахме различни видове трансформатори, освен че има някои други трансформатори със специално предназначение, но те са извън обхвата на тази статия.