Различные типы трансформаторов и их применение

Трансформатор - это широко используемое устройство в области электротехники и электроники. Это электромагнитное устройство, которое следует основному принципу электромагнетизма, открытому Майклом Фарадеем. Мы подробно рассказали о конструкции и эксплуатации трансформаторов в предыдущем уроке. Здесь мы рассмотрим различные типы трансформаторов, используемые в разных типах приложений. Однако все типы трансформаторов работают по одним и тем же принципам, но имеют разную конструкцию. Приложив немного усилий, вы также можете построить свой собственный трансформатор, но при сборке трансформатора всегда следует соблюдать методы защиты трансформатора.

Типы трансформаторов в зависимости от уровня напряжения

Трансформатор может иметь несколько типов конструкции. Трансформатор не имеет электрического соединения с одной стороны на другую; тем не менее, две электрически независимые катушки могут проводить электричество посредством электромагнитного потока. Трансформатор может иметь несколько катушек или обмоток как на первичной, так и на вторичной стороне. В некоторых случаях несколько первичных сторон, где две катушки соединены последовательно, часто называют центральным отводом. Это состояние отвода по центру также можно увидеть на вторичной стороне.

Трансформаторы могут быть сконструированы таким образом, что они могут преобразовывать уровень напряжения первичной стороны во вторичную. В зависимости от уровня напряжения трансформатор бывает трех категорий. Понижающий, повышающий и развязывающий трансформаторы. Для изолирующего трансформатора уровень напряжения одинаков для обеих сторон.

1. Понижающий трансформатор.

Понижающий трансформатор используется как в электронике, так и в электротехнике. Понижающий трансформатор преобразует уровень первичного напряжения в более низкое напряжение на вторичном выходе. Это достигается соотношением первичной и вторичной обмоток. Для понижающих трансформаторов количество обмоток на первичной стороне больше, чем на вторичной. Таким образом, общее соотношение намотки первичной и вторичной обмоток всегда больше 1.

В электронике многие приложения работают на 5 В, 6 В, 9 В, 12 В, 24 В или в некоторых случаях 48 В. Для преобразования напряжения однофазной розетки 230 В переменного тока в требуемый низкий уровень напряжения требуются понижающие трансформаторы. В КИП, а также во многих электрических типах оборудования понижающий трансформатор является основным требованием для силовой части. Они также используются в блоках питания и схемах зарядных устройств сотовых телефонов.

В электроэнергетике понижающие трансформаторы используются в системе распределения электроэнергии, которая работает от очень высокого напряжения, чтобы обеспечить низкие потери и экономичное решение для требований к передаче электроэнергии на большие расстояния. Для преобразования высокого напряжения в линию питания низкого напряжения используется понижающий трансформатор.

2. Повышающий трансформатор

Повышающий трансформатор прямо противоположен понижающему трансформатору. Повышающий трансформатор увеличивает низкое первичное напряжение до высокого вторичного напряжения. Опять же, это достигается за счет соотношения первичной и вторичной обмоток. Для повышающего трансформатора соотношение первичной обмотки и вторичной обмотки остается меньше 1. Это означает, что количество витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной.

В электронике повышающие трансформаторы часто используются в стабилизаторах, инверторах и т. Д., Где низкое напряжение преобразуется в гораздо более высокое напряжение.

Повышающий трансформатор также используется в распределении электроэнергии. Высокое напряжение требуется для приложений, связанных с распределением электроэнергии. Повышающий трансформатор используется в сети для повышения уровня напряжения перед распределением.

3. Разделительный трансформатор

Изолирующий трансформатор не преобразует никаких уровней напряжения. Первичное напряжение и вторичное напряжение изолирующего трансформатора всегда остаются неизменными. Это связано с тем, что соотношение первичной и вторичной обмоток всегда равно 1. Это означает, что количество витков первичной и вторичной обмоток в изолирующем трансформаторе одинаково.

Изолирующий трансформатор используется для изоляции первичной и вторичной обмоток. Как обсуждалось ранее, трансформатор не имеет электрических соединений между первичной и вторичной обмотками, он также используется в качестве изолирующего барьера, где проводимость происходит только с магнитным потоком. Он используется в целях безопасности и для отмены передачи шума от первичного к вторичному или наоборот.

Типы трансформаторов в зависимости от материала сердечника

Трансформатор передает энергию, проводя электромагнитный поток через материал сердечника. Различные материалы сердечника создают разную плотность потока. В зависимости от материалов сердечника в области энергетики и электроники используются несколько типов трансформаторов.

1. Трансформатор с железным сердечником

В трансформаторе с железным сердечником в качестве материала сердечника используется несколько пластин из мягкого железа. Благодаря отличным магнитным свойствам железа, магнитная связь трансформатора с железным сердечником очень высока. Таким образом, КПД трансформатора с железным сердечником также высок.

Пластины с сердечником из мягкого железа могут быть разных форм и размеров. Катушки первичной и вторичной обмотки намотаны или намотаны на формирователь катушки. После этого катушечный формирователь устанавливается в пластинах сердечника из мягкого железа. В зависимости от размера и формы сердечника на рынке доступны различные типы сердечниковых пластин. Несколько распространенных форм - E, I, U, L и т. Д. Железные пластины тонкие, и несколько пластин сгруппированы вместе, чтобы сформировать собственно сердечник. Например, сердечники типа E изготавливаются из тонких пластин с видом на букву E.

Трансформаторы с железным сердечником широко используются и обычно тяжелее по весу и форме.

2. Трансформатор с ферритовым сердечником.

В трансформаторе с ферритовым сердечником используется ферритовый сердечник из-за высокой магнитной проницаемости. Этот тип трансформатора обеспечивает очень низкие потери в высокочастотном применении. Из-за этого трансформаторы с ферритовым сердечником используются в высокочастотных приложениях, таких как импульсные источники питания (SMPS), приложения, связанные с RF и т. Д.

Трансформаторы с ферритовым сердечником также имеют разные формы и размеры в зависимости от требований применения. Он в основном используется в электронике, а не в электротехнике. Наиболее распространенной формой трансформатора с ферритовым сердечником является сердечник E.

3. Тороидальный трансформатор с сердечником.

В трансформаторе с тороидальным сердечником используется материал сердечника тороидальной формы, такой как железный сердечник или ферритовый сердечник. Тороиды представляют собой материал сердечника в форме кольца или пончика и широко используются для обеспечения превосходных электрических характеристик. Благодаря форме кольца индуктивность рассеяния очень мала и обеспечивает очень высокую индуктивность и добротность. Обмотки относительно короткие, а вес намного меньше, чем у традиционных трансформаторов того же номинала.

4. Трансформатор с воздушным сердечником

Трансформатор с воздушным сердечником не использует физический магнитный сердечник в качестве материала сердечника. Потоковая связь трансформатора с воздушным сердечником полностью выполнена с использованием воздуха.

В трансформаторе с воздушным сердечником на первичную обмотку подается переменный ток, который создает вокруг нее электромагнитное поле. Когда вторичная катушка помещается внутри магнитного поля, согласно закону индукции Фарадея, вторичная катушка индуцируется магнитным полем, которое в дальнейшем используется для питания нагрузки.

Однако трансформатор с воздушным сердечником имеет низкую взаимную индуктивность по сравнению с физическим материалом сердечника, таким как железный или ферритовый сердечник.

Он используется в портативной электронике, а также в приложениях, связанных с радиочастотами. Из-за отсутствия физического материала сердечника он очень легкий с точки зрения веса. Правильно настроенный трансформатор с воздушным сердечником также используется в решениях для беспроводной зарядки, где первичные обмотки расположены внутри зарядного устройства, а вторичные обмотки расположены внутри целевого устройства.

Типы трансформаторов в зависимости от расположения обмоток

Трансформатор можно классифицировать по порядку намотки. Один из популярных типов - трансформаторы с автоматической обмоткой.

Трансформатор с автоматической обмоткой

До сих пор первичная и вторичная обмотки фиксированы, но в случае трансформатора с автоматической обмоткой первичная и вторичная обмотки могут быть соединены последовательно, а центральный ответвительный узел является подвижным. В зависимости от центрального положения отвода вторичное напряжение может изменяться.

«Авто» - это не сокращенная форма «Автомат»; скорее, чтобы уведомить себя или одиночную катушку. Эта катушка формирует передаточное число, которое состоит из двух частей: первичной и вторичной. Положение центрального ответвительного узла определяет соотношение первичной и вторичной обмоток, таким образом изменяя выходное напряжение.

Чаще всего используется V ARIAC, прибор для создания переменного переменного тока из постоянного входного переменного тока. Он также используется в приложениях, связанных с передачей и распределением электроэнергии, где требуется частая замена высоковольтных линий.

Типы трансформаторов в зависимости от использования

Также доступны несколько типов трансформаторов, которые работают в определенной области. Как в электронике, так и в электротехнике, несколько специальных трансформаторов используются в качестве понижающих или повышающих трансформаторов в зависимости от области применения. Итак, трансформаторы можно классифицировать следующим образом в зависимости от использования:

1. Power Domain

• Силовой трансформатор
• Измерительный трансформатор
• Распределительный трансформатор

2. Домен электроники

• Импульсный трансформатор
• Трансформатор аудиовыхода

1. Трансформаторы, используемые в области энергетики

В области «Электрооборудование» область «Электроэнергетика» связана с производством, измерением и распределением электроэнергии. Однако это очень большая область, где трансформаторы являются важной частью для обеспечения безопасного преобразования энергии и успешной подачи энергии на подстанцию ​​и конечным пользователям.

Трансформаторы, которые используются в области питания, могут быть как наружными, так и внутренними, но в основном наружными.

(а) Силовой трансформатор

Силовые трансформаторы больше по размеру и используются для передачи энергии на подстанцию ​​или общественное электроснабжение. Этот трансформатор действует как мост между генератором энергии и первичной распределительной сетью. В зависимости от номинальной мощности и технических характеристик силовые трансформаторы можно подразделить на три категории: трансформаторы малой мощности, трансформаторы средней мощности и трансформаторы большой мощности. Номинальная мощность может быть от 30 кВА до 500-700 кВА или, в некоторых случаях, может быть равна или больше 7000 кВА для трансформатора малой номинальной мощности. Мощность трансформатора среднего номинала может достигать 50-100 МВА, тогда как трансформаторы большой мощности могут выдерживать более 100 МВА.

Из-за очень высокой выработки мощности конструкция силового трансформатора также имеет решающее значение. Конструкция включает прочную изоляционную периферию и хорошо сбалансированную систему охлаждения. Наиболее распространенные силовые трансформаторы заполнены маслом.

Основным принципом силового трансформатора является преобразование высокого тока низкого напряжения в низкий ток высокого напряжения. Это необходимо для минимизации потерь мощности в системе распределения электроэнергии.

Еще один важный параметр силового трансформатора - наличие фазы. Обычно силовые трансформаторы работают в трехфазной системе, но в некоторых случаях также используются однофазные трансформаторы малой мощности. Трехфазные силовые трансформаторы являются наиболее дорогими и эффективными, чем однофазные силовые трансформаторы.

(б) Измерительный трансформатор

Измерительный трансформатор часто называют измерительным трансформатором. Это еще один широко используемый измерительный прибор в области мощности. Измерительный трансформатор используется для изоляции основного питания и преобразования тока и напряжения в меньшем соотношении к его вторичному выходу. Измеряя выходную мощность, можно измерить фазу, ток и напряжение реальной линии питания.

На изображении выше показана конструкция трансформатора тока.

(c) Распределительный трансформатор

Это используется в последней фазе системы распределения электроэнергии. Распределительные трансформаторы представляют собой понижающий трансформатор, который преобразует высокое сетевое напряжение в требуемое конечным потребителем напряжение, 110 В или 230 В. Он также может быть однофазным или трехфазным.

Распределительные трансформаторы могут быть меньше по форме, а также больше, в зависимости от мощности преобразования или номинальных значений.

Распределительные трансформаторы можно разделить на другие категории в зависимости от типа используемой изоляции. Он может быть сухим или погружным в жидкость. Он изготовлен из многослойных стальных пластин, в основном C-образной формы в качестве основного материала.

Распределительный трансформатор также имеет другую классификацию в зависимости от того, где он используется. Трансформатор может быть установлен на опоре электросети, в таком случае он называется распределительным трансформатором, устанавливаемым на опоре. Его можно разместить внутри подземной камеры, установить на бетонную площадку (распределительный трансформатор, устанавливаемый на площадку) или внутри закрытого стального ящика.

Как правило, распределительные трансформаторы имеют номинальную мощность менее 200 кВА.

2. Трансформатор, используемый в области электроники.

В электронике используются различные небольшие миниатюрные трансформаторы, которые могут быть смонтированы на печатной плате или могут быть закреплены внутри небольшого корпуса продукта.

(а) Импульсный трансформатор

Импульсные трансформаторы являются одними из наиболее часто используемых трансформаторов на печатных платах, которые вырабатывают электрические импульсы постоянной амплитуды. Он используется в различных цифровых схемах, где генерация импульсов необходима в изолированной среде. Следовательно, импульсные трансформаторы изолируют первичную и вторичную обмотки и распределяют первичные импульсы во вторичную цепь, часто на цифровые логические вентили или драйверы.

Правильно сконструированные импульсные трансформаторы должны иметь надлежащую гальваническую развязку, а также небольшую утечку и паразитную емкость.

(b) Трансформатор аудиовыхода

Audio Transformer - еще один широко используемый трансформатор в области электроники. Он специально используется в приложениях, связанных со звуком, где требуется согласование импеданса. Аудио трансформатор балансирует схему усилителя и нагрузки, обычно громкоговоритель. Звуковой трансформатор может иметь несколько первичных и вторичных обмоток, разделенных или с отводом по центру.

Итак, мы рассмотрели различные виды трансформаторов, кроме трансформаторов специального назначения, но они выходят за рамки этой статьи.