Různé typy transformátorů a jejich aplikace

Transformátor je široce používaným zařízením v oblasti elektroniky a elektroniky. Jedná se o elektromagnetické zařízení, které se řídí základním principem elektromagnetismu objeveným Michaelem Faradayem. O konstrukci a provozu transformátorů jsme se podrobně zmínili v předchozím tutoriálu. Zde se budeme zabývat různými typy transformátorů používaných v různých typech aplikací. Všechny typy transformátorů se však řídí stejnými principy, ale mají odlišnou konstrukční metodu. A s trochou úsilí můžete také vytvořit svůj vlastní transformátor, ale při stavbě transformátoru byste měli vždy dodržovat techniky ochrany transformátoru.

Typy transformátorů založené na úrovni napětí

Transformátor může mít více typů konstrukce. Transformátor nemá žádné elektrické připojení z jedné strany na druhou; stále mohou dvě elektricky nezávislé cívky vést elektřinu elektromagnetickým tokem. Transformátor může mít více cívek nebo vinutí na primární straně i na sekundární straně. V několika případech je více primárních stran, kde jsou dvě cívky zapojeny do série, často nazývané jako střed, se závitem. Tento stav se středovým závitem je také vidět na sekundární straně.

Transformátory mohou být konstruovány tak, že mohou převádět napěťovou hladinu primární strany na sekundární stranu. V závislosti na úrovni napětí má transformátor tři kategorie. Krok dolů, krok nahoru a izolační transformátor. U oddělovacího transformátoru je úroveň napětí pro obě strany stejná.

1. Transformátor sestupný

Krok dolů Transformátor se používá jak v elektronice, tak v elektrické oblasti. Krokový transformátor převádí úroveň primárního napětí na nižší napětí přes sekundární výstup. Toho je dosaženo poměrem primárního a sekundárního vinutí. U sestupných transformátorů je počet vinutí vyšší na primární straně než na sekundární straně. Celkový poměr vinutí primárního a sekundárního signálu proto vždy zůstává více než 1.

V elektronice mnoho aplikací běží na 5V, 6V, 9V, 12V, 24V nebo v některých případech 48V. K přeměně jednofázového napájecího napětí 230 V AC na požadovanou úroveň nízkého napětí jsou zapotřebí transformátory Step Down. V přístrojovém vybavení i v mnoha elektrických typech zařízení je pro výkonovou část primárním požadavkem transformátor sestupného proudu. Používají se také v napájecích adaptérech a obvodech nabíječek mobilních telefonů.

V elektrických se používají transformátory sestupného proudu v elektrickém distribučním systému, který pracuje na velmi vysokém napětí, aby zajistil nízké ztráty a nákladově efektivní řešení požadavků na dodávku energie na velké vzdálenosti. K převodu vysokého napětí na nízkonapěťové napájecí vedení se používá transformátor sestupný.

2. Step-Up transformátor

Step Up transformátor je přesně opačný k transformátoru s krokem dolů. Zesílení transformátoru zvyšuje nízké primární napětí na vysoké sekundární napětí. Opět je toho dosaženo poměrem poměru primárního a sekundárního vinutí. U transformátoru Step Up zůstává poměr primárního vinutí a sekundárního vinutí menší než 1. To znamená, že počet závitů v sekundárním vinutí je vyšší než v primárním vinutí.

V elektronice zesilujte transformátory, které se často používají ve stabilizátorech, střídačích atd., Kde se nízké napětí převádí na mnohem vyšší napětí.

Krokový transformátor se také používá v distribuci elektrické energie. Pro aplikace související s distribucí energie je vyžadováno vysoké napětí. Krokový transformátor se v síti používá ke zvýšení úrovně napětí před distribucí.

3. Izolační transformátor

Izolační transformátor nepřevádí žádné úrovně napětí. Primární napětí a sekundární napětí oddělovacího transformátoru zůstávají vždy stejné. Důvodem je, že poměr primárního a sekundárního vinutí je vždy roven 1. To znamená, že počet závitů v primárním a sekundárním vinutí je stejný v izolačním transformátoru.

Izolační transformátor se používá k izolaci primárního a sekundárního. Jak již bylo zmíněno dříve, transformátor nemá žádné elektrické spojení mezi primárním a sekundárním, používá se také jako izolační bariéra, kde se vedení děje pouze s magnetickým tokem. Používá se z bezpečnostních důvodů a pro zrušení přenosu hluku z primárního na sekundární nebo naopak.

Typy transformátorů založené na materiálu jádra

Transformátor přenáší energii vedením elektromagnetického toku materiálem jádra. Různé materiály jádra produkují různou hustotu toku. V závislosti na materiálech jádra se v oblasti napájení a elektroniky používá několik typů transformátorů.

1. Transformátor se železným jádrem

Transformátor železného jádra používá jako materiál jádra několik desek z měkkého železa. Díky vynikajícím magnetickým vlastnostem železa je vazba toku transformátoru železného jádra velmi vysoká. Účinnost transformátoru se železným jádrem je tedy také vysoká.

Desky z měkkého železa mohou být k dispozici v různých tvarech a velikostech. Cívky primární a sekundární rány nebo obalené na cívce. Poté je formovač cívky namontován do desek jádra z měkkého železa. V závislosti na velikosti a tvarech jádra je na trhu k dispozici jiný typ desek jádra. Několik běžných tvarů je E, I, U, L atd. Železné desky jsou tenké a několik desek je spojeno dohromady, aby vytvořily skutečné jádro. Například jádra typu E jsou vyrobena z tenkých desek se vzhledem písmene E.

Transformátory se železným jádrem jsou široce používány a obvykle těžší co do hmotnosti a tvaru.

2. Transformátor s feritovým jádrem

Transformátor s feritovým jádrem používá feritové jádro kvůli vysoké magnetické permeabilitě. Tento typ transformátoru nabízí ve vysokofrekvenční aplikaci velmi nízké ztráty. Z tohoto důvodu se transformátory s feritovým jádrem používají ve vysokofrekvenčních aplikacích, jako je spínaný napájecí zdroj (SMPS), aplikace související s RF atd.

Transformátory s feritovým jádrem nabízejí také různé typy tvarů, velikosti v závislosti na požadavcích aplikace. Používá se hlavně v elektronice než v elektrických aplikacích. Nejběžnějším tvarem v transformátoru feritového jádra je jádro E.

3. Transformátor toroidního jádra

Transformátor toroidního jádra používá materiál jádra ve tvaru toroidu, jako je železné jádro nebo feritové jádro. Toroidy jsou prstencový nebo prstencovitý materiál jádra a široce se používají pro vynikající elektrický výkon. Díky tvaru prstence je indukčnost úniku velmi nízká a nabízí velmi vysokou indukčnost a Q faktory. Vinutí jsou relativně krátká a hmotnost je mnohem menší než u tradičních transformátorů se stejným hodnocením.

4. Transformátor vzduchového jádra

Transformátor vzduchového jádra nepoužívá jako materiál jádra žádné fyzické magnetické jádro. Spojení toku transformátoru vzduch-jádro je zcela provedeno vzduchem.

Ve vzduchovém jádrovém transformátoru je primární cívka napájena střídavým proudem, který kolem něj vytváří elektromagnetické pole. Když je sekundární cívka umístěna uvnitř magnetického pole, podle Faradayova indukčního zákona, je sekundární cívka indukována magnetickým polem, které se dále používá k napájení zátěže.

Transformátor vzduchového jádra však produkuje nízkou vzájemnou indukčnost ve srovnání s fyzickým materiálem jádra, jako je železné nebo feritové jádro.

Používá se v přenosné elektronice i v aplikacích souvisejících s radiofrekvencí. Vzhledem k absenci fyzického materiálu jádra je velmi lehký z hlediska hmotnosti. Správně vyladěný transformátor vzduchového jádra se také používá v řešeních bezdrátového nabíjení, kde jsou primární vinutí konstruována uvnitř nabíječky a sekundární vinutí jsou umístěna uvnitř zaměřeného zařízení.

Typy transformátorů založené na uspořádání vinutí

Transformátor lze klasifikovat pomocí příkazů vinutí. Jedním z populárních typů jsou automatické vinutí Transformers.

Transformátor automatického navíjení

Doposud je primární a sekundární vinutí pevné, ale v případě transformátoru s automatickým vinutím lze primární a sekundární cívku zapojit do série a uzel se středovým závitem je pohyblivý. V závislosti na poloze středového odbočky se může měnit sekundární napětí.

Auto není krátká forma Automaticky; spíše je to upozornit vlastní nebo samostatnou cívku. Tato cívka tvoří poměr, který se skládá ze dvou částí, primární a sekundární. Poloha středního odbočovacího uzlu určuje primární a sekundární poměr, čímž mění výstupní napětí.

Nejběžnějším použitím je V ARIAC, nástroj na výrobu proměnného střídavého proudu ze stálého střídavého vstupu. Používá se také v aplikacích souvisejících s přenosem a distribucí energie, kde je třeba často měnit vedení vysokého napětí.

Typy transformátorů na základě využití

Existuje také několik typů transformátorů, které fungují v konkrétní doméně. Jak v elektronickém, tak v elektrickém sektoru se několik vyhrazených transformátorů používá jako transformátor sestupný nebo zesilovač založený na aplikaci aplikace. Transformátory lze tedy podle použití klasifikovat níže:

1. Power Domain

• Silový transformátor
• Měřicí transformátor
• Distribuční transformátor

2. Doména elektroniky

• Pulzní transformátor
• Transformátor zvukového výstupu

1. Transformátory používané v doméně Power

V oblasti elektrotechniky se doména Power zabývá výrobou, měřením a distribucí energie. Jedná se však o velmi velké pole, kde jsou transformátory nezbytnou součástí pro bezpečnou přeměnu energie a úspěšné dodávání energie do rozvodny a ke koncovým uživatelům.

Transformátory, které se používají v energetické oblasti, mohou být venkovní i vnitřní, ale většinou venkovní.

(a) Silový transformátor

Výkonové transformátory mají větší rozměry a používají se k přenosu energie do rozvodny nebo k veřejné dodávce elektřiny. Tento transformátor funguje jako most mezi generátorem energie a primární distribuční sítí. V závislosti na jmenovitém výkonu a specifikaci lze výkonové transformátory dále rozdělit do tří kategorií: Malý výkonový transformátor, Střední výkonový transformátor a Velký výkonový transformátor. Hodnocení může být více než 30 kVA až 500–700 kVA, nebo v některých případech může být rovno nebo více než 7 000 kVA pro transformátor s malým jmenovitým výkonem. Středně jmenovitý výkonový transformátor může být až 50-100 MVA, zatímco velké jmenovité výkonové transformátory jsou schopné zpracovat více než 100MVA.

Vzhledem k velmi vysoké výrobě energie je také kritická konstrukce výkonového transformátoru. Konstrukce zahrnuje pevné izolační periferie a dobře vyvážený chladicí systém. Nejběžnější výkonové transformátory jsou naplněny oleji.

Hlavním principem výkonového transformátoru je převod nízkonapěťového vysokého proudu na vysokonapěťový nízký proud. To je nutné k minimalizaci ztrát energie v systému distribuce energie.

Dalším důležitým parametrem výkonového transformátoru je dostupnost fáze. Typicky silové transformátory pracují ve třífázovém systému, ale v některých případech se používají také jednofázové malé výkonové transformátory. Třífázové výkonové transformátory jsou nejnákladnější a nejúčinnější než jednofázové výkonové transformátory.

(b) Měřicí transformátor

Měřicí transformátor se často označuje jako přístrojový transformátor. Toto je další běžně používaný měřicí přístroj v energetické oblasti. Měřicí transformátor se používá k izolaci hlavního výkonu a převodu proudu a napětí v menším poměru na jeho sekundární výstup. Měřením výstupu lze měřit fázi, proud a napětí skutečného elektrického vedení.

Obrázek nahoře ukazuje konstrukci proudového transformátoru.

(c) Distribuční transformátor

Používá se v poslední fázi systému distribuce energie. Distribuční transformátory jsou transformátor sestupný, který převádí vysoké síťové napětí na napětí požadované koncovým zákazníkem, 110 V nebo 230 V. Může to být také jednofázové nebo třífázové.

Distribuční transformátory mohou mít menší i větší tvar, v závislosti na konverzní kapacitě nebo jmenovitých hodnotách.

Distribuční transformátory lze dále kategorizovat podle typu izolace, kterou používá. Může to být suchý typ nebo může být ponořen do kapaliny. Vyrábí se pomocí laminovaných ocelových desek, které jsou většinou vyrobeny ve tvaru C jako materiál jádra.

Distribuční transformátor má také jiný typ klasifikace podle umístění, které se používá. Transformátor lze namontovat na sloup, pokud je tomu tak, nazývá se distribuční transformátory umístěné na sloupu. Může být umístěn uvnitř podzemní komory, namontován na betonové podložce (distribuční transformátor namontovaný na podložce) nebo uvnitř uzavřené ocelové skříně.

Obecně platí, že distribuční transformátory mají výkon menší než 200 kVA.

2. Transformátor používaný v doméně elektroniky

V elektronice se používají různé malé miniaturní transformátory, které mohou být namontovány na desku plošných spojů nebo mohou být upevněny uvnitř krytu malého produktu.

(a) Pulzní transformátor

Pulzní transformátory jsou jedním z nejpoužívanějších transformátorů montovaných na PCB, které produkují elektrické impulsy s konstantní amplitudou. Používá se v různých digitálních obvodech, kde je potřeba generování pulzu v izolovaném prostředí. Proto pulzní transformátory izolují primární a sekundární a distribuují primární pulsy do sekundárního obvodu, často digitálních logických hradel nebo ovladačů.

Správně konstruované pulzní transformátory by měly vyžadovat správné galvanické oddělení, jakož i malý únik a zbloudilou kapacitu.

(b) Transformátor zvukového výstupu

Audio Transformer je další běžně používaný transformátor v oblasti elektroniky. Používá se speciálně v aplikacích souvisejících se zvukem, kde je vyžadováno přizpůsobení impedance. Audio transformátor vyvažuje obvod zesilovače a zátěže, obvykle reproduktor. Audio transformátor může mít více primárních a sekundárních cívek, oddělených nebo středových.

Pokryli jsme tedy různé druhy transformátorů, kromě toho, že existují i ​​jiné speciální transformátory, které však nespadají do rozsahu tohoto článku.