- Vrste transformatorjev, ki temeljijo na napetostni ravni
- 1. Step-Down transformator
- 2. Povečevalni transformator
- 3. Izolacijski transformator
- Vrste transformatorjev na osnovi jedra
- 1. Transformator železnega jedra
- 2. Feritni transformator
- 3. Toroidni transformator za jedro
- 4. Transformator zračnega jedra
- Vrste transformatorjev, ki temeljijo na ureditvi navijanja
- Vrste transformatorjev glede na uporabo
- 1. Transformatorji, ki se uporabljajo v domeni Power
- 2. Transformator, ki se uporablja na področju elektronike
Transformator je široko uporabljena naprava na področju električne in elektronike. Gre za elektromagnetno napravo, ki sledi osnovnemu principu elektromagnetizma, ki ga je odkril Michael Faraday. O konstrukciji in delovanju transformatorjev smo podrobno opisali v prejšnji vadnici. Tu bomo obravnavali različne vrste transformatorjev, ki se uporabljajo v različnih vrstah aplikacij. Vse vrste transformatorjev pa sledijo istim načelom, vendar imajo drugačen način gradnje. In z malo truda lahko zgradite tudi svoj lastni transformator, vendar je treba pri gradnji transformatorja vedno upoštevati tehnike zaščite transformatorja.
Vrste transformatorjev, ki temeljijo na napetostni ravni
Transformator ima lahko več vrst konstrukcije. Transformator nima nobene električne povezave z ene strani na drugo; kljub temu lahko električno neodvisni tuljavi prevajata elektriko z elektromagnetnim tokom. Transformator ima lahko več tuljav ali navitij tako na primarni kot na sekundarni strani. V več primerih je več primarnih stranic, kjer sta dve tuljavi povezani zaporedno, pogosto imenovano kot središče. To središčno stanje je mogoče videti tudi na sekundarni strani.
Transformatorji so lahko zgrajeni tako, da lahko pretvorijo napetostni nivo primarne strani v sekundarno. Glede na nivo napetosti ima transformator tri kategorije. Korak navzdol, korak gor in izolacijski transformator. Za izolacijski transformator je raven napetosti enaka za obe strani.
1. Step-Down transformator
Stopničast transformator se uporablja tako na področju elektronike kot elektrike. Stopnjasti transformator pretvori nivo primarne napetosti v nižjo napetost na sekundarnem izhodu. To dosežemo z razmerjem med primarnim in sekundarnim navitjem. Pri padajočih transformatorjih je število navitij na primarni strani večje kot na sekundarni strani. Zato ostaja celotno razmerje navijanja primarnega in sekundarnega vedno večje od 1.
V elektroniki veliko aplikacij deluje na 5V, 6V, 9V, 12V, 24V ali v nekaterih primerih 48V. Za pretvorbo enofazne napetosti 230V AC v želeno nizko napetost so potrebni transformatorji Step Down. Tako v instrumentaciji kot v mnogih električnih vrstah opreme je Step-Down transformator glavna zahteva za odsek Power. Uporabljajo se tudi v napajalnikih in vezjih polnilnikov za mobilne telefone.
V električni industriji se navzdol transformatorji uporabljajo v električnem distribucijskem sistemu, ki deluje na zelo visoki napetosti, da zagotovi nizke izgube in stroškovno učinkovito rešitev za potrebe dostave električne energije na dolge razdalje. Za pretvorbo visoke napetosti v nizkonapetostni napajalni vod se uporablja transformator Step down.
2. Povečevalni transformator
Step Up transformator je ravno v nasprotju s transformatorjem. Stopnjevalni transformator poveča nizko primarno napetost na visoko sekundarno napetost. Tudi to dosežemo z razmerjem razmerja med primarnim in sekundarnim navitjem. Za Step Up transformator ostane razmerje med primarnim navitjem in sekundarnim navitjem manjše od 1. To pomeni, da je število obratov v sekundarnem navitju večje od primarnega navitja.
V elektroniki pospešite transformatorje, ki se pogosto uporabljajo v stabilizatorjih, pretvornikih itd., Kjer se nizka napetost pretvori v veliko višjo napetost.
Povečevalni transformator se uporablja tudi pri distribuciji električne energije. Za uporabo v zvezi z distribucijo električne energije je potrebna visoka napetost. Povečevalni transformator se v mreži uporablja za povečanje napetosti pred distribucijo.
3. Izolacijski transformator
Izolacijski transformator ne pretvori nobenih napetostnih ravni. Primarna in sekundarna napetost izolacijskega transformatorja ostaneta vedno enaki. To je zato, ker je razmerje med primarnim in sekundarnim navitjem vedno enako 1. To pomeni, da je število zavojev v primarnem in sekundarnem navitju v izolacijskem transformatorju enako.
Izolacijski transformator se uporablja za izolacijo primarnega in sekundarnega. Kot smo že omenili, transformator nima nikakršnih električnih povezav med primarno in sekundarno, uporablja se tudi kot izolacijska pregrada, kjer se prevodnost dogaja le z magnetnim tokom. Uporablja se za varnostne namene in za preklic prenosa hrupa s primarnega na sekundarni ali obratno.
Vrste transformatorjev na osnovi jedra
Transformator prenaša energijo z vodenjem elektromagnetnega toka skozi jedro materiala. Različni jedrni materiali ustvarjajo različno gostoto pretoka. Glede na osnovne materiale se na področju energije in elektronike uporablja več vrst transformatorjev.
1. Transformator železnega jedra
Kot osnovni material transformator železnega jedra uporablja več mehkih železnih plošč. Zaradi odličnih magnetnih lastnosti železa je pretočna povezava transformatorja železnega jedra zelo visoka. Tako je tudi učinkovitost transformatorja iz železnega jedra visoka.
Mehke železne jedrne plošče so na voljo v različnih oblikah in velikostih. Tuljave primarne in sekundarne rane ali zavite na tuljavo. Po tem je tuljavnik vgrajen v mehke železne jedrne plošče. Glede na velikost in oblike jedra je na trgu na voljo drugačna vrsta jedrnih plošč. Nekaj pogostih oblik je E, I, U, L itd. Železne plošče so tanke in več plošč je združenih, da tvori dejansko jedro. Na primer, jedra tipa E so narejena s tankimi ploščami z videzom črke E.
Transformatorji iz železnega jedra se pogosto uporabljajo in so običajno težji po teži in obliki.
2. Feritni transformator
Feritni transformator zaradi velike magnetne prepustnosti uporablja feritno jedro. Ta vrsta transformatorja ponuja zelo majhne izgube pri visokofrekvenčni uporabi. Zaradi tega se feritni jedrni transformatorji uporabljajo v visokofrekvenčnih aplikacijah, kot so napajalniki v stikalnem načinu (SMPS), RF povezane aplikacije itd.
Feritni transformatorji nudijo tudi različne vrste oblik, velikosti, odvisno od zahtev. Uporablja se predvsem v elektroniki in ne v električni aplikaciji. Najpogostejša oblika v feritnem jedrnem transformatorju je E jedro.
3. Toroidni transformator za jedro
Toroidni transformator za jedro uporablja material jedra v obliki toroida, kot je železo ali feritno jedro. Toroidi so jedro v obliki obroča ali krofa in se pogosto uporabljajo za vrhunske električne lastnosti. Zaradi oblike obroča je induktivnost puščanja zelo majhna in ponuja zelo visoko induktivnost in faktorje Q. Navitja so razmeroma kratka in teža je veliko manjša od običajnih transformatorjev enake nazivne vrednosti.
4. Transformator zračnega jedra
Transformator zračnega jedra kot material jedra ne uporablja nobenega fizičnega magnetnega jedra. Pretočna povezava transformatorja zračnega jedra je v celoti narejena iz zraka.
V transformatorju zračnega jedra se primarna tuljava napaja z izmeničnim tokom, ki tvori elektromagnetno polje okoli njega. Ko je sekundarna tuljava nameščena znotraj magnetnega polja, v skladu s Faradayevim zakonom indukcije, se sekundarna tuljava inducira z magnetnim poljem, ki se nadalje uporablja za napajanje obremenitve.
Vendar transformator zračnega jedra proizvaja nizko medsebojno induktivnost v primerjavi s fizičnim jedrom, kot je železo ali feritno jedro.
Uporablja se v prenosni elektroniki, pa tudi v aplikacijah, povezanih z radiofrekvenco. Zaradi odsotnosti fizičnega jedra je glede na težo zelo lahek. Pravilno nastavljen transformator zračnega jedra se uporablja tudi v rešitvah za brezžično polnjenje, kjer so primarna navitja vgrajena v polnilnik, sekundarna navitja pa znotraj ciljne naprave.
Vrste transformatorjev, ki temeljijo na ureditvi navijanja
Transformator lahko razvrstimo s pomočjo uvidov Ena izmed priljubljenih vrst je transformatorjev s samodejnim navijanjem.
Transformator za samodejno navijanje
Do sedaj sta primarni in sekundarni navit fiksna, vendar je v primeru samodejnega navitja transformatorja mogoče primarno in sekundarno tuljavo povezati zaporedno in vozlišče s središčem je premično. Sekundarna napetost se lahko spreminja glede na sredinski položaj.
Samodejno ni kratka oblika Samodejno; prej gre za obveščanje samega sebe ali posamezne tuljave. Ta tuljava tvori razmerje, ki je sestavljeno iz dveh delov, primarnega in sekundarnega. Položaj centralnega vozlišča pipe določa primarno in sekundarno razmerje ter tako spreminja izhodno napetost.
Najpogostejša uporaba je V ARIAC, instrument za izdelavo spremenljivega AC iz stalnega AC vhoda. Uporablja se tudi v aplikacijah, povezanih s prenosom in distribucijo električne energije, kjer je treba visokonapetostne vodnike pogosto menjati.
Vrste transformatorjev glede na uporabo
Na voljo je tudi več vrst transformatorjev, ki delujejo v določeni domeni. V elektronskem in električnem sektorju se več namenskih transformatorjev uporablja kot navzdolžni ali povečevalni transformator, ki temelji na aplikaciji. Torej lahko transformatorje glede na uporabo razvrstimo kot spodaj:
1. Moč domene
- Močnostni transformator
- Merilni transformator
- Razdelilni transformator
2. Elektronska domena
- Impulzni transformator
- Avdio izhodni transformator
1. Transformatorji, ki se uporabljajo v domeni Power
Na področju električne energije se področje Power ukvarja s proizvodnjo, merjenjem in distribucijo električne energije. Vendar pa je to zelo veliko področje, kjer so transformatorji bistveni del varne pretvorbe moči in uspešne dobave električne energije podstanici in končnim uporabnikom.
Transformatorji, ki se uporabljajo na področju moči, so lahko zunanji in notranji, večinoma pa zunanji.
(a) Močnostni transformator
Močnostni transformatorji so večje velikosti in se uporabljajo za prenos energije v postajo ali javno oskrbo z električno energijo. Ta transformator deluje kot most med generatorjem električne energije in primarnim distribucijskim omrežjem. Glede na nazivno moč in specifikacijo lahko močne transformatorje nadalje razvrstimo v tri kategorije: majhni močnostni transformatorji, srednje močni transformatorji in veliki močnostni transformatorji. Nazivna vrednost je lahko večja od 30KVA do 500-700KVA ali v nekaterih primerih lahko enaka ali večja od 7000KVA za majhne nazivne močnostne transformatorje. Srednje nazivni močnostni transformator je lahko do 50-100 MVA, medtem ko lahko veliki nazivni transformatorji prenesejo več kot 100 MVA.
Zaradi zelo velike proizvodnje električne energije je kritična tudi konstrukcija močnostnega transformatorja. Konstrukcija vključuje trdno izolacijsko periferno enoto in dobro uravnotežen hladilni sistem. Najpogostejši močnostni transformatorji so napolnjeni z olji.
Glavno načelo močnostnega transformatorja je pretvorba nizkonapetostnega visokega toka v visokonapetostni nizki tok. To je potrebno za zmanjšanje izgube električne energije v sistemu za distribucijo električne energije.
Drug pomemben parameter za močnostni transformator je razpoložljivost faze. Običajno močnostni transformatorji delujejo v trifaznem sistemu, v nekaterih primerih pa se uporabljajo tudi enofazni majhni transformatorji. Trifazni močnostni transformatorji so najdražji in najučinkovitejši od enofaznih močnostnih transformatorjev.
(b) merilni transformator
Merilni transformator se pogosto imenuje instrumentni transformator. To je še en pogosto uporabljen merilni instrument na področju moči. Merilni transformator se uporablja za izolacijo glavne moči in pretvorbo toka in napetosti v manjšem razmerju v njegov sekundarni izhod. Z merjenjem izhodne moči je mogoče izmeriti fazo, tok in napetost dejanskega daljnovoda.
Zgornja slika prikazuje konstrukcijo tokovnega transformatorja.
(c) Razdelilni transformator
To se uporablja v zadnji fazi sistema za distribucijo električne energije. Distribucijski transformatorji so transformatorji, ki pretvorijo visoko napetost omrežja v napetost, ki jo zahteva končni odjemalec, 110 V ali 230 V. Lahko je tudi enofazna ali trifazna.
Razdelilni transformatorji so lahko tako manjše kot večje, odvisno od pretvorbene moči ali nazivne moči.
Razdelilne transformatorje lahko nadalje razvrstimo glede na vrsto izolacije, ki jo uporablja. Lahko je suh ali potopljen v tekočino. Izdelan je iz laminiranih jeklenih plošč, ki so večinoma izdelane v obliki črke C kot osnovni material.
Razdelilni transformator ima tudi drugačno klasifikacijo glede na lokacijo, v kateri se uporablja. Transformator se lahko namesti na pomožni drog, če je tako, se imenuje polni distribucijski transformator. Lahko ga namestimo v podzemno komoro, namestimo na betonsko blazinico (razdelilni transformator, nameščen z blazinico) ali v zaprto jekleno omarico.
Na splošno imajo distribucijski transformatorji nazivno moč manj kot 200kVA.
2. Transformator, ki se uporablja na področju elektronike
V elektroniki se uporabljajo različni majhni miniaturni transformatorji, ki jih je mogoče namestiti na tiskano vezje ali pa jih pritrditi v ohišje majhnega izdelka.
(a) impulzni transformator
Impulzni transformatorji so eden najpogosteje uporabljenih transformatorjev na PCB, ki proizvajajo električne impulze s konstantno amplitudo. Uporablja se v različnih digitalnih vezjih, kjer je v izoliranem okolju potrebna generacija impulzov. Zato impulzni transformatorji izolirajo primarni in sekundarni ter distribuirajo primarne impulze sekundarnemu vezju, pogosto digitalnim logičnim vratom ali gonilnikom.
Pravilno izdelani impulzni transformatorji bi morali imeti ustrezno galvansko izolacijo, pa tudi majhno puščanje in zapuščeno kapacitivnost.
(b) Avdio izhodni transformator
Avdio transformator je še en pogosto uporabljen transformator na področju elektronike. Posebej se uporablja v aplikacijah, povezanih z zvokom, kjer je potrebno ujemanje impedance. Avdio transformator uravnoteži ojačevalno vezje in obremenitve, običajno zvočnik. Zvočni transformator ima lahko več primarnih in sekundarnih tuljav, ločenih ali na sredini.
Torej smo zajeli različne vrste transformatorjev, razen tega, da obstajajo nekateri drugi transformatorji za posebne namene, ki pa niso zajeti v tem članku.