Різні типи трансформаторів та їх застосування

Трансформатор - це широко використовуваний пристрій в галузі електрики та електроніки. Це електромагнітний пристрій, який дотримується основного принципу електромагнетизму, відкритого Майклом Фарадеєм. Про побудову та експлуатацію трансформаторів ми детально розповідали у попередньому підручнику. Тут ми розглянемо різні типи трансформаторів, що використовуються в різних типах додатків. Однак усі типи трансформаторів дотримуються однакових принципів, але вони мають різний спосіб конструкції. І, доклавши трохи зусиль, ви також можете побудувати власний трансформатор, але, будуючи трансформатор, завжди слід дотримуватися техніки захисту трансформатора.

Типи трансформаторів на основі рівня напруги

Трансформатор може мати кілька типів конструкції. Трансформатор не має жодного електричного з'єднання з одного боку на інший; все-таки дві електрично незалежні котушки можуть проводити електрику електромагнітним потоком. Трансформатор може мати декілька котушок або обмоток як на первинній, так і на вторинній стороні. У декількох випадках кілька первинних сторін, де дві котушки з'єднані послідовно, часто називають центральним. Цей стан постуканий по центру також можна побачити на вторинній стороні.

Трансформатори можуть бути сконструйовані таким чином, щоб вони могли перетворювати рівень напруги первинної сторони у вторинну. Залежно від рівня напруги трансформатор має три категорії. Крок вниз, крок вгору та ізоляційний трансформатор. Для ізоляційного трансформатора рівень напруги однаковий для обох сторін.

1. Понижуючий трансформатор

Зниження трансформатора використовується як в електроніці, так і в електротехніці. Понижуючий трансформатор перетворює рівень первинної напруги в нижчу напругу на вторинному виході. Це досягається співвідношенням первинної та вторинної обмоток. Для понижуючих трансформаторів кількість обмоток вище на первинній стороні, ніж на вторинній. Тому загальне співвідношення обмоток первинного та вторинного завжди залишається більше 1.

В електроніці багато додатків працюють на 5 В, 6 В, 9 В, 12 В, 24 В або в деяких випадках 48 В. Для перетворення однофазної напруги на розетці 230 В змінного струму до бажаного рівня низької напруги потрібні трансформатори Step Down. В приладобудуванні, а також у багатьох електричних типах обладнання, понижуючий трансформатор є основною вимогою до енергетичної секції. Вони також використовуються в адаптерах живлення та зарядних схемах стільникових телефонів.

В електричних, понижувальні трансформатори використовуються в електророзподільній системі, яка працює на дуже високій напрузі, щоб забезпечити низькі втрати та економічно вигідне рішення для вимог щодо подачі електроенергії на великі відстані. Для перетворення високої напруги в лінію низької напруги використовується трансформатор зниження.

2. Підсилювальний трансформатор

Підсилювальний трансформатор прямо протилежний знижувальному трансформатору. Посилений трансформатор збільшує низьку первинну напругу до високої вторинної. Знову це досягається співвідношенням коефіцієнта первинної та вторинної обмоток. Для трансформатора Step Up співвідношення первинної та вторинної обмоток залишається менше 1. Це означає, що кількість обертів у вторинній обмотці вище, ніж у первинної обмотки.

В електроніці посилені трансформатори часто використовуються в стабілізаторах, інверторах тощо, де низька напруга перетворюється на набагато вищу напругу.

Підсилювальний трансформатор також використовується в розподілі електроенергії. Для застосування, пов'язаного з розподілом енергії, необхідна висока напруга. Підсилювальний трансформатор використовується в електромережі для підвищення рівня напруги перед розподілом.

3. Ізоляційний трансформатор

Ізоляційний трансформатор не перетворює жодного рівня напруги. Первинна напруга та вторинна напруга ізолюючого трансформатора завжди залишаються однаковими. Це пояснюється тим, що коефіцієнт первинної та вторинної обмоток завжди дорівнює 1. Це означає, що кількість витків у первинній та вторинній обмотках однаковою в ізолюючому трансформаторі.

Ізоляційний трансформатор використовується для ізоляції первинного та вторинного. Як обговорювалося раніше, трансформатор не має електричних зв'язків між первинним та вторинним, він також використовується як ізолюючий бар'єр, де провідність відбувається лише з магнітним потоком. Він використовується з метою безпеки та для скасування передачі шуму від основного до вторинного або навпаки.

Типи трансформаторів на основі основного матеріалу

Трансформатор передає енергію, проводячи електромагнітний потік через матеріал серцевини. Різні основні матеріали виробляють різну щільність потоку. Залежно від основних матеріалів, в галузі енергетики та електроніки використовується кілька типів трансформаторів.

1. Трансформатор залізного сердечника

Трансформатор із залізним сердечником використовує декілька м'яких залізних пластин як матеріал серцевини. Завдяки чудовим магнітним властивостям заліза потоковий зв’язок трансформатора із залізним сердечником є ​​дуже високим. Таким чином, ефективність трансформатора із залізним сердечником також висока.

М’які залізні пластини можуть бути різних форм і розмірів. Котушки первинної та вторинної рани або обмотані на котушці. Після цього формувач котушки встановлюється в м'яких залізних пластинах. Залежно від розміру та форми стрижня, на ринку доступний інший тип стрижневих пластин. Мало поширених форм - E, I, U, L і т. Д. Залізні пластини тонкі, а кілька пластин згуртовані між собою, щоб сформувати власне серцевину. Наприклад, стрижні типу Е виготовляються з тонких пластин із виглядом букви Е.

Трансформатори із залізним сердечником широко використовуються і зазвичай важчі за вагою та формою.

2. Транзистор з феритового сердечника

У трансформаторі з феритового сердечника використовується феритовий сердечник завдяки високій магнітній проникності. Цей тип трансформатора забезпечує дуже низькі втрати у високочастотному застосуванні. Завдяки цьому, феритові сердечні трансформатори використовуються у високочастотних додатках, таких як в імпульсному режимі живлення (SMPS), ВЧ-додатках тощо

Феритні сердечні трансформатори також пропонують різні типи форм, розміри залежно від вимог до застосування. В основному він використовується в електроніці, а не в електротехнічному застосуванні. Найбільш поширеною формою в трансформаторі з феритовим сердечником є ​​E сердечник.

3. Тороїдальний сердечник-трансформатор

Тороїдальний сердечник використовує тороїдальний матеріал серцевини, такий як залізний сердечник або феритовий сердечник. Тороїди - це серцевина, що має форму кільця або пончика, і широко використовується для досягнення чудових електричних характеристик. Завдяки формі кільця індуктивність витоку дуже низька і пропонує дуже високу індуктивність та коефіцієнти Q. Обмотки відносно короткі, а вага набагато менша, ніж у традиційних трансформаторів такого ж номіналу.

4. Трансформатор повітряного сердечника

Трансформатор повітряного сердечника не використовує фізичний магнітний сердечник як матеріал сердечника. Потокове з’єднання трансформатора повітряного сердечника виконано повністю з використанням повітря.

У трансформаторі з повітряним сердечником первинна котушка постачається змінним струмом, який створює навколо нього електромагнітне поле. Коли вторинна котушка розміщена всередині магнітного поля, згідно із законом Індукції Фарадея, вторинна котушка індукується магнітним полем, яке додатково використовується для живлення навантаження.

Однак трансформатор повітряного сердечника виробляє низьку взаємну індуктивність порівняно з матеріалом фізичного сердечника, таким як залізо або феритовий сердечник.

Він використовується в портативній електроніці, а також у програмах, пов'язаних з радіочастотою. Через відсутність фізичного серцевинного матеріалу він дуже легкий з точки зору ваги. Правильно налаштований трансформатор повітряного сердечника також використовується в рішеннях для бездротової зарядки, де первинні обмотки побудовані всередині зарядного пристрою, а вторинні обмотки - всередині цільового пристрою.

Типи трансформаторів на основі схеми обмотки

Трансформатор можна класифікувати, використовуючи замовлення на обмотки. Одним з популярних видів є трансформатори з автоматичним намотуванням.

Трансформатор з автоматичним намотуванням

До цього часу первинна та вторинна обмотки закріплені, але у випадку трансформатора з автоматичною обмоткою первинна та вторинна котушки можуть бути з'єднані послідовно, а вузол з центральним відводом рухомий. Залежно від позиції центрального відводу, вторинна напруга може змінюватися.

Авто не є короткою формою автоматичного; швидше, це повідомлення самоконтролю або одинарної котушки. Ця котушка утворює співвідношення, яке складається з двох частин, первинної та вторинної. Положення центрального вузла крана визначає первинне і вторинне співвідношення, таким чином змінюючи вихідну напругу.

Найбільш поширеним використанням є V ARIAC, прилад для створення змінної змінної напруги від постійного входу змінного струму. Він також використовується в передавальних та розподільчих мережах, де високі напруги потрібно часто міняти.

Типи трансформаторів на основі використання

Існує також кілька типів трансформаторів, які працюють у певному домені. Як електронна, так і електрична галузі, декілька виділених трансформаторів використовуються як понижуючий або підвищуючий трансформатор на основі застосування. Отже, трансформатори можна класифікувати як наведені нижче залежно від використання:

1. Домен живлення

• Силовий трансформатор
• Вимірювальний трансформатор
• Розподільний трансформатор

2. Електронний домен

• Імпульсний трансформатор
• Аудіо вихідний трансформатор

1. Трансформатори, що використовуються в домені Power

В галузі електрики домен Power стосується виробництва, вимірювання та розподілу електроенергії. Однак це дуже велике поле, де трансформатори є важливою частиною для забезпечення безпечного перетворення енергії та успішної подачі енергії до підстанції та до кінцевих споживачів.

Трансформатори, що використовуються в енергетичній галузі, можуть бути як зовнішніми, так і внутрішніми, але в основному зовнішніми.

(а) Силовий трансформатор

Силові трансформатори мають більші розміри і використовуються для передачі енергії на підстанцію або загальнодоступне електропостачання. Цей трансформатор діє як міст між генератором електроенергії та первинною розподільною мережею. Залежно від номінальної потужності та специфікації, силові трансформатори можна класифікувати на три категорії: малий силовий трансформатор, середній силовий трансформатор та великий силовий трансформатор. Номінальна потужність може бути більше 30KVA до 500-700KVA, а в деяких випадках вона може дорівнювати або перевищувати 7000KVA для невеликого номінального силового трансформатора. Середній номінальний силовий трансформатор може становити до 50-100 МВА, тоді як великі номінальні силові трансформатори здатні обробляти більше 100 МВА.

Через дуже високу генерацію електроенергії конструкція силового трансформатора також є критично важливою. Конструкція включає тверду ізоляційну периферію та добре збалансовану систему охолодження. Найпоширеніші силові трансформатори наповнені маслами.

Основним принципом силового трансформатора є перетворення низьковольтного високого струму в низьковольтний струм високої напруги. Це потрібно для мінімізації втрат потужності в системі розподілу електроенергії.

Іншим важливим параметром для силового трансформатора є наявність фази. Зазвичай силові трансформатори працюють у трифазній системі, але в деяких випадках також використовуються однофазні малі силові трансформатори. Трифазні силові трансформатори є найбільш дорогими та ефективними, ніж однофазні силові трансформатори.

(b) Вимірювальний трансформатор

Вимірювальний трансформатор часто називають інструментальним трансформатором. Це ще один часто використовуваний вимірювальний прилад в області потужності. Вимірювальний трансформатор використовується для відключення основної потужності та перетворення струму та напруги в меншому відношенні до його вторинного виходу. Вимірюючи потужність, можна виміряти фазу, струм і напругу фактичної лінії електропередачі.

На зображенні вище показано конструкцію трансформатора струму.

(c) Трансформатор розподілу

Це використовується на останній фазі системи розподілу електроенергії. Розподільні трансформатори є понижувальним трансформатором, який перетворює високу напругу мережі до напруги, необхідної кінцевому споживачу, 110 В або 230 В. Це також може бути однофазна або три фази.

Розподільні трансформатори можуть бути як меншими за формою, так і більшими, залежно від потужності перетворення або номіналів.

Розподільні трансформатори можна додатково класифікувати на основі типу ізоляції, який він використовує. Це може бути сухий тип, а може бути занурений у рідину. Він виготовляється з використанням ламінованих сталевих пластин, в основному виконаних у формі С в якості основного матеріалу.

Розподільний трансформатор також має інший тип класифікації залежно від місця його використання. Трансформатор може бути встановлений на опорному стовпі, якщо це так, він називається розподільним трансформатором, встановленим на полюсі. Його можна розмістити всередині підземної камери, встановити на бетонну прокладку (розподільний трансформатор, встановлений на подушці) або всередині закритої сталевої коробки.

Як правило, розподільні трансформатори мають потужність менше 200 кВА.

2. Трансформатор, що використовується в області електроніки

В електроніці використовуються різні невеликі мініатюрні трансформатори, які можна встановити на друковану плату або закріпити всередині невеликого корпусу виробу.

(а) Імпульсний трансформатор

Імпульсні трансформатори - це один із найбільш часто використовуваних трансформаторів на друкованій платі, які виробляють електричні імпульси з постійною амплітудою. Він використовується в різних цифрових схемах, де генерація імпульсів необхідна в ізольованому середовищі. Тому імпульсні трансформатори ізолюють первинний і вторинний і розподіляють первинні імпульси у вторинну ланцюг, часто цифрові логічні затвори або драйвери.

Правильно сконструйовані імпульсні трансформатори повинні потребувати належної гальванічної ізоляції, а також невеликих витоків та блукаючої ємності.

(b) Трансформатор аудіовиходу

Аудіотрансформатор - ще один часто використовуваний трансформатор в області електроніки. Він спеціально використовується у програмі, що стосується аудіо, де потрібне узгодження імпедансу. Аудіотрансформатор врівноважує схему підсилювача та навантаження, як правило, гучномовець. Аудіотрансформатор може мати декілька первинних і вторинних котушок, розділених або відцентрованих.

Отже, ми розглянули різні види трансформаторів, крім того, що існують інші трансформатори спеціального призначення, але вони виходять за рамки цієї статті.