Typy transformatorów - Transformer types
Transformator z dwoma uzwojeniami i żelaznym rdzeniem. | |
Transformator z trzema uzwojeniami. Kropki pokazują względną konfigurację uzwojeń. | |
Transformator z ekranem elektrostatycznym zapobiegającym sprzężeniu pojemnościowemu między uzwojeniami. |
Różne typy transformatorów elektrycznych są produkowane do różnych celów. Pomimo różnic konstrukcyjnych, różne typy wykorzystują tę samą podstawową zasadę, którą odkrył w 1831 roku Michael Faraday i mają kilka kluczowych funkcjonalnych części.
Transformator
Rdzeń laminowany
Jest to najpopularniejszy typ transformatora, szeroko stosowany w przesyle energii elektrycznej i urządzeniach do konwersji napięcia sieciowego na niskie napięcie w celu zasilania urządzeń elektronicznych. Dostępne są w mocach od mW do MW. Izolowane laminaty minimalizują straty prądów wirowych w żelaznym rdzeniu.
Małe urządzenia i transformatory elektroniczne mogą wykorzystywać dzieloną szpulkę, co zapewnia wysoki poziom izolacji między uzwojeniami. Prostokątne rdzenie są wykonane z wytłoczek, często w parach kształtów EI, ale czasami stosuje się inne kształty. Ekrany między pierwotną i wtórną można zamontować w celu zmniejszenia EMI (zakłóceń elektromagnetycznych) lub czasami stosuje się uzwojenie ekranu.
Transformatory małych urządzeń i elektroniki mogą mieć wbudowany wyłącznik termiczny w uzwojeniu, aby odciąć zasilanie w wysokich temperaturach, aby zapobiec dalszemu przegrzaniu.
Toroidalny
Transformatory toroidalne w kształcie pierścienia zapewniają oszczędność miejsca w porównaniu z rdzeniami EI i mogą zmniejszać zewnętrzne pole magnetyczne. Wykorzystują one rdzeń w kształcie pierścienia, miedziane uzwojenia owinięte wokół tego pierścienia (a tym samym przewleczone przez pierścień podczas nawijania) i taśmę izolacyjną.
Transformatory toroidalne mają niższe zewnętrzne pole magnetyczne w porównaniu z transformatorami prostokątnymi i mogą być mniejsze dla danej mocy znamionowej. Jednak ich wykonanie kosztuje więcej, ponieważ uzwojenie wymaga bardziej złożonego i wolniejszego sprzętu.
Można je montować za pomocą śruby przechodzącej przez środek, za pomocą podkładek i gumowych podkładek lub przez zalewanie żywicą. Należy uważać, aby śruba nie wchodziła w skład zwarcia.
Autotransformator
Autotransformator składać tylko jeden uzwojenie, który jest wykorzystany w pewnym punkcie wzdłuż uzwojenia. Napięcie jest przykładane do zacisku uzwojenia, a wyższe (lub niższe) napięcie jest wytwarzane na innej części tego samego uzwojenia. Równoważna moc znamionowa autotransformatora jest niższa niż rzeczywista moc znamionowa obciążenia. Oblicza się ją ze wzoru: obciążenie VA × (|Vin – Vout|)/Vin. Na przykład autotransformator, który przystosowuje obciążenie 1000 VA o napięciu 120 V do zasilania 240 V, ma równoważną moc co najmniej: 1000 VA (240 V – 120 V) / 240 V = 500 VA. Jednak rzeczywista moc znamionowa (pokazana na tabliczce kontrolnej) musi wynosić co najmniej 1000 VA.
Dla przekładni napięciowych, które nie przekraczają około 3:1, autotransformator jest tańszy, lżejszy, mniejszy i bardziej wydajny niż izolujący (dwuuzwojeniowy) transformator o tej samej wartości znamionowej. Duże autotransformatory trójfazowe są stosowane w systemach dystrybucji energii elektrycznej, na przykład do łączenia sieci podprzesyłowych 220 kV i 33 kV lub innych poziomów wysokiego napięcia.
Zmienny autotransformator
Poprzez odsłonięcie części uzwojeń autotransformatora i wykonanie połączenia wtórnego przez ślizgową szczotkę węglową można uzyskać autotransformator o niemal bezstopniowo zmiennym współczynniku zwojów, co pozwala na szeroką regulację napięcia w bardzo małych krokach.
Regulator indukcyjny
Regulator indukcyjny ma konstrukcję podobną do silnika indukcyjnego z wirnikiem uzwojonym, ale zasadniczo jest to transformator, którego napięcie wyjściowe zmienia się poprzez obracanie jego wtórnego względem pierwotnego, tj. obracanie położenia kątowego wirnika. Można go postrzegać jako transformator mocy wykorzystujący wirujące pola magnetyczne . Główną zaletą regulatora indukcyjnego jest to, że w przeciwieństwie do wariacji są one praktyczne w przypadku transformatorów powyżej 5 kVA. Dlatego takie regulatory znajdują szerokie zastosowanie w laboratoriach wysokiego napięcia.
Transformator wielofazowy
W przypadku systemów wielofazowych można zastosować wiele transformatorów jednofazowych lub wszystkie fazy można podłączyć do jednego transformatora wielofazowego. W przypadku transformatora trójfazowego trzy uzwojenia pierwotne są ze sobą połączone, a trzy uzwojenia wtórne są ze sobą połączone. Przykładami połączeń są trójkąt-trójkąt, trójkąt-trójkąt, delta-delta i gwiazda-trójkąt. Grupa wektorów wskazuje konfigurację uzwojeń i różnicę kątów fazowych między nimi. Jeśli uzwojenie jest połączone z ziemią ( uziemione ), punkt podłączenia uziemienia jest zwykle punktem centralnym uzwojenia w gwiazdę. Jeśli wtórne jest uzwojeniem w trójkąt, uziemienie może być podłączone do środkowego zaczepu na jednym uzwojeniu ( trójkąt wysokiego ramienia ) lub jedna faza może być uziemiona (trójkąt uziemiony narożny). Transformator wielofazowy specjalnego przeznaczenia to transformator zygzakowaty . Istnieje wiele możliwych konfiguracji, które mogą obejmować więcej lub mniej niż sześć uzwojeń i różne połączenia odczepów.
Transformator uziemiający
Uziemienia lub transformatory uziemiające pozwolić trzy metalowe (trójkąt) układ wielofazowy zaopatrzenie pomieścić fazy do obojętnego ładunku, dostarczając ścieżkę powrotną dla prądu do obojętnego. Transformatory uziemiające najczęściej zawierają transformator z pojedynczym uzwojeniem z zygzakowatą konfiguracją uzwojenia, ale mogą być również tworzone z izolowanym połączeniem transformatora uzwojenia gwiazda-trójkąt.
Transformator przesuwający fazę
Jest to wyspecjalizowany typ transformatora, który można skonfigurować w celu dostosowania zależności fazowej między wejściem a wyjściem. Umożliwia to sterowanie przepływem mocy w sieci elektrycznej , np. kierowanie przepływów mocy z krótszego (ale przeciążonego) łącza na dłuższą ścieżkę o nadmiernej wydajności.
Transformator o zmiennej częstotliwości
Transformator o zmiennej częstotliwości jest wyspecjalizowanym transformator trójfazowy, który pozwala na zależność fazową między uzwojeniem wejściowym i wyjściowym, w sposób ciągły regulowany przez obrót o połowę. Służą do łączenia sieci elektrycznych o tej samej częstotliwości znamionowej, ale bez synchronicznej koordynacji faz.
Transformator wycieku lub pola błądzącego
Transformator upływu, zwany również transformatorem pola błądzącego, ma znacznie wyższą indukcyjność upływu niż inne transformatory, czasami zwiększaną przez obejście magnetyczne lub bocznik w rdzeniu między pierwotnym a wtórnym, który czasami można regulować za pomocą śruby ustalającej. Zapewnia to transformatorowi wewnętrzne ograniczenie prądu ze względu na luźne sprzężenie między uzwojeniem pierwotnym i wtórnym. Indukcyjności zwarcia działa jako bieżącego parametru ograniczającego. Prądy wyjściowe i wejściowe są wystarczająco niskie, aby zapobiec przeciążeniu termicznemu we wszystkich warunkach obciążenia — nawet w przypadku zwarcia wtórnego.
Zastosowania
Transformatory upływowe stosowane są do spawania łukowego i lamp wyładowczych wysokiego napięcia ( neonów i świetlówek z zimną katodą , które są połączone szeregowo do 7,5 kV AC). Działa zarówno jako transformator napięciowy, jak i jako statecznik magnetyczny .
Inne zastosowania to odporne na zwarcia transformatory niskiego napięcia do zabawek lub instalacji dzwonków do drzwi .
Transformator rezonansowy
Rezonansowy transformator jest transformatorem, w którym jeden lub oba uzwojenia zawiera kondensator poprzek niego i funkcjonuje jako strojonego obwodu . Stosowane na częstotliwościach radiowych transformatory rezonansowe mogą działać jako filtry pasmowoprzepustowe o wysokim współczynniku dobroci . Uzwojenia transformatora mają rdzenie powietrzne lub ferrytowe, a szerokość pasma można regulować poprzez zmianę sprzężenia ( indukcyjność wzajemna ). Jedną z powszechnych postaci jest transformator IF ( częstotliwość pośrednia ), stosowany w superheterodynowych odbiornikach radiowych . Stosowane są również w nadajnikach radiowych.
Transformatory rezonansowe są również stosowane w statecznikach elektronicznych do lamp wyładowczych i zasilaczach wysokiego napięcia. Stosowane są również w niektórych typach zasilaczy impulsowych . Tutaj wartość indukcyjności zwarcia jest ważnym parametrem, który określa częstotliwość rezonansową transformatora rezonansowego. Często tylko uzwojenie wtórne ma kondensator rezonansowy (lub pojemność rozproszoną) i działa jako szeregowy obwód rezonansowy. Gdy indukcyjność zwarcia strony wtórnej transformatora wynosi L sc, a kondensator rezonansowy (lub pojemność rozproszenia ) strony wtórnej wynosi C r , częstotliwość rezonansowa ω s 1' jest następująca
Transformator jest napędzany impulsem lub falą prostokątną w celu zapewnienia wydajności, generowaną przez obwód elektronicznego oscylatora . Każdy impuls służy do napędzania rezonansowych oscylacji sinusoidalnych w strojonym uzwojeniu, a dzięki rezonansowi na uzwojeniu wtórnym może powstać wysokie napięcie.
Aplikacje:
- Transformator częstotliwości pośredniej (IF) w odbiorniku radiowym superheterodynowym
- Transformatory zbiornikowe w nadajnikach radiowych
- cewka Tesli
- Falownik CCFL
- Cewka Oudina (lub rezonator Oudina; nazwana na cześć wynalazcy Paula Oudina )
- Aparat d'Arsonval
- Cewka lub cewki indukcyjne stosowane w układzie zapłonowym z silnikiem benzynowym
- Badania przebicia elektrycznego i izolacji urządzeń i kabli wysokiego napięcia. W tym drugim przypadku uzwojenie wtórne transformatora jest rezonowane z pojemnością kabla.
Transformator napięcia stałego
Poprzez zorganizowanie szczególnych właściwości magnetycznych rdzenia transformatora i zainstalowanie obwodu uzwojenia ferro-rezonansowego (kondensator i dodatkowe uzwojenie), transformator można ustawić tak, aby automatycznie utrzymywał względnie stałe napięcie uzwojenia wtórnego dla zmiennego zasilania pierwotnego bez dodatkowych obwodów lub instrukcji dostosowanie. Transformatory ferro-rezonansowe pracują goręcej niż standardowe transformatory mocy, ponieważ działanie regulacyjne zależy od nasycenia rdzenia, co zmniejsza sprawność. Kształt fali wyjściowej jest mocno zniekształcony, chyba że zostaną podjęte ostrożne środki, aby temu zapobiec. Transformatory nasycające zapewniają prostą, wytrzymałą metodę stabilizacji zasilania AC.
Rdzeń ferrytowy
Transformatory mocy z rdzeniem ferrytowym są szeroko stosowane w zasilaczach impulsowych (SMPS). Rdzeń proszkowy umożliwia pracę przy wysokich częstotliwościach, a tym samym znacznie mniejszy stosunek wielkości do mocy niż transformatory z laminowanego żelaza.
Transformatory ferrytowe nie są używane jako transformatory mocy przy częstotliwości sieciowej, ponieważ laminowane rdzenie żelazne kosztują mniej niż równoważny rdzeń ferrytowy.
Transformator planarny
Producenci używają płaskich arkuszy miedzi lub wytrawiają spiralne wzory na płytce drukowanej, aby utworzyć „uzwojenia” transformatora planarnego , zastępując zwoje drutu używanego do wytwarzania innych typów. Niektóre transformatory planarne są sprzedawane w handlu jako elementy dyskretne, inne transformatory planarne są wytrawione bezpośrednio na głównej płytce drukowanej i wymagają jedynie zamocowania rdzenia ferrytowego na płytce drukowanej. Transformator planarny może być cieńszy niż inne transformatory, co jest przydatne w zastosowaniach niskoprofilowych lub gdy kilka płytek drukowanych jest ułożonych w stos. Prawie wszystkie transformatory planarne wykorzystują ferrytowy rdzeń planarny .
Transformator chłodzony olejem
Duże transformatory stosowane w rozdzielni lub podstacjach elektrycznych mają rdzeń i cewki zanurzone w oleju , który chłodzi i izoluje. Olej krąży kanałami w wężownicy oraz wokół zespołu wężownicy i rdzenia, poruszany konwekcyjnie. Olej jest chłodzony na zewnątrz zbiornika w małych wartościach i przez chłodnicę chłodzoną powietrzem w większych wartościach. Tam, gdzie wymagana jest wyższa wartość znamionowa lub gdy transformator znajduje się w budynku lub pod ziemią, pompy olejowe krążą w oleju i można również zastosować wymiennik ciepła olej-woda. Niektóre transformatory mogą zawierać PCB tam, gdzie lub kiedy ich użycie było dozwolone. Na przykład do 1979 r. w RPA. Obecnie stosuje się zastępcze płyny ognioodporne, takie jak oleje silikonowe .
Transformator z żywicy lanej
Transformatory mocy odlewane z żywicy zamykają uzwojenia w żywicy epoksydowej. Transformatory te upraszczają instalację, ponieważ są suche, nie zawierają oleju chłodzącego, a zatem nie wymagają sklepienia ognioodpornego w przypadku instalacji wewnętrznych. Żywica epoksydowa chroni uzwojenia przed kurzem i atmosferą korozyjną. Jednakże, ponieważ formy do odlewania cewek są dostępne tylko w stałych rozmiarach, konstrukcja transformatorów jest mniej elastyczna, co może być bardziej kosztowne, jeśli wymagane są niestandardowe cechy (napięcie, przekładnia, odczepy).
Transformator izolujący
Izolacji transformatora łączy dwa układy magnetycznie, ale nie zapewnia metaliczną przewodzącą ścieżkę między obwodami. Przykładowym zastosowaniem może być zasilanie sprzętu medycznego, gdy konieczne jest zapobieganie wyciekom z systemu zasilania prądem przemiennym do urządzeń podłączonych do pacjenta. Transformatory izolujące specjalnego przeznaczenia mogą zawierać ekranowanie, aby zapobiec sprzężeniu zakłóceń elektromagnetycznych między obwodami, lub mogą mieć wzmocnioną izolację, aby wytrzymać tysiące woltów różnicy potencjałów między obwodami pierwotnymi i wtórnymi.
Transformator półprzewodnikowy
Transformator półprzewodnikowy to w rzeczywistości konwerter mocy, który pełni tę samą funkcję, co konwencjonalny transformator, czasami z dodatkową funkcjonalnością. Większość zawiera mniejszy transformator wysokiej częstotliwości. Może składać się z konwertera AC-AC lub prostownika zasilającego falownik.
Transformator przyrządowy
Przekładniki przyrządowe są zwykle używane do obsługi przyrządów z linii wysokiego napięcia lub obwodów wysokoprądowych, bezpiecznie izolując obwody pomiarowe i sterujące od wysokich napięć lub prądów. Uzwojenie pierwotne transformatora jest podłączone do obwodu wysokiego napięcia lub wysokiego prądu, a miernik lub przekaźnik jest podłączony do obwodu wtórnego. Przekładniki przyrządowe mogą być również używane jako transformatory izolujące, dzięki czemu wielkości wtórne mogą być używane bez wpływu na obwody pierwotne.
Oznaczenia zacisków (alfanumeryczne, takie jak H 1 , X 1 , Y 1 , itp. lub kolorowa plamka lub kropka odciśnięta w obudowie) wskazują jeden koniec każdego uzwojenia, wskazując tę samą chwilową polaryzację i fazę między uzwojeniami. Dotyczy to obu typów przekładników. Prawidłowa identyfikacja zacisków i okablowania jest niezbędna do prawidłowego działania aparatury pomiarowej i przekaźników ochronnych.
Przekładnik prądowy
Przekładnik prądowy (CT) jest połączonym szeregowo urządzeniem pomiarowym zaprojektowanym w celu dostarczenia prądu w cewce wtórnej proporcjonalnego do prądu płynącego w uzwojeniu pierwotnym. Przekładniki prądowe są powszechnie stosowane w przekaźnikach pomiarowych i ochronnych w elektroenergetyce .
Przekładniki prądowe są często konstruowane przez przepuszczenie pojedynczego zwoju pierwotnego (albo izolowanego kabla lub nieizolowanej szyny zbiorczej) przez dobrze izolowany rdzeń toroidalny owinięty wieloma zwojami drutu. Przekładnik prądowy jest zwykle opisywany przez jego stosunek prądu od pierwotnego do wtórnego. Na przykład przekładnik prądowy 1000:1 zapewnia prąd wyjściowy 1 ampera, gdy przez uzwojenie pierwotne przepływa 1000 amperów. Standardowe wartości prądu wtórnego wynoszą 5 amperów lub 1 amper, kompatybilne ze standardowymi przyrządami pomiarowymi. Uzwojenie wtórne może być jednostopniowe lub mieć kilka punktów zaczepienia, aby zapewnić szeroki zakres przełożeń. Należy zadbać o to, aby uzwojenie wtórne nie było odłączone od obciążenia o niskiej impedancji, gdy prąd płynie w uzwojeniu pierwotnym, ponieważ może to wytwarzać niebezpiecznie wysokie napięcie na otwartym wtórnym i może trwale wpłynąć na dokładność transformatora.
Specjalnie skonstruowane szerokopasmowe przekładniki prądowe są również używane, zwykle z oscyloskopem , do pomiaru przebiegów wysokiej częstotliwości lub prądów pulsacyjnych w impulsowych systemach zasilania . Jeden typ zapewnia wyjście napięciowe proporcjonalne do mierzonego prądu. Inna, zwana cewką Rogowskiego , wymaga zewnętrznego integratora w celu zapewnienia proporcjonalnego wyjścia.
Cęgi prądowe wykorzystują przekładnik prądowy z dzielonym rdzeniem, który można łatwo owinąć wokół przewodnika w obwodzie. Jest to powszechna metoda stosowana w przenośnych przyrządach do pomiaru prądu, ale instalacje stałe wykorzystują bardziej ekonomiczne typy przekładników prądowych.
Przekładnik napięciowy lub transformator potencjalny
Przekładniki napięciowe (VT), zwane również transformatorami potencjałowymi (PT), są równolegle połączonym typem przekładnika, używanym do pomiaru i ochrony w obwodach wysokiego napięcia lub izolacji przesunięcia fazowego. Są one zaprojektowane tak, aby prezentować znikome obciążenie mierzonego zasilania i mieć dokładny stosunek napięcia, aby umożliwić dokładne pomiary. Transformator potencjału może mieć kilka uzwojeń wtórnych na tym samym rdzeniu co uzwojenie pierwotne, do użytku w różnych obwodach pomiarowych lub zabezpieczających. Pierwotny może być podłączony faza do ziemi lub faza do fazy. Wtórny jest zwykle uziemiony na jednym zacisku.
Istnieją trzy podstawowe typy przekładników napięciowych (VT): elektromagnetyczne, kondensatorowe i optyczne. Elektromagnetyczny transformator napięciowy jest transformatorem drutowym. Przekładnik napięciowy kondensatora wykorzystuje dzielnik potencjału pojemnościowego i jest używany przy wyższych napięciach ze względu na niższy koszt niż elektromagnetyczny VT. Optyczny transformator napięciowy wykorzystuje właściwości elektryczne materiałów optycznych. Pomiar wysokich napięć jest możliwy dzięki transformatorom potencjałowym. Optyczny transformator napięciowy nie jest ściśle transformatorem, ale czujnikiem podobnym do czujnika Halla .
Połączony transformator instrumentalny
Przekładnik kombinowany zawiera przekładnik prądowy i przekładnik napięciowy w tym samym przekładniku. Istnieją dwie główne kombinowane konstrukcje przekładników prądowych i napięciowych: z izolacją papierowo-olejową oraz z izolacją SF 6 . Jedną z zalet zastosowania tego rozwiązania jest zmniejszenie zajmowanego miejsca podstacji , ze względu na mniejszą liczbę transformatorów w polu, konstrukcje wsporcze i połączenia, a także niższe koszty prac budowlanych, transportu i instalacji.
Transformator impulsowy
Transformatora impulsowego jest transformator, który jest zoptymalizowany do nadawania impulsów prostokątnych elektrycznej (to znaczy impulsów z szybkiego wzrostu i spadku i stosunkowo stałej amplitudy ). Małe wersje zwane typami sygnałów są używane w cyfrowych układach logicznych i telekomunikacyjnych, takich jak Ethernet , często do dopasowywania sterowników logicznych do linii transmisyjnych . Są one również nazywane modułami transformatorów Ethernet.
Wersje o średniej mocy są używane w obwodach sterowania zasilaniem, takich jak kontrolery lamp błyskowych w aparacie . Wersje o większej mocy są stosowane w przemyśle dystrybucji energii elektrycznej do łączenia obwodów sterowania niskiego napięcia z bramkami wysokiego napięcia półprzewodników mocy . Specjalne transformatory impulsowe wysokiego napięcia są również wykorzystywane do generowania impulsów o dużej mocy dla radarów , akceleratorów cząstek lub innych zastosowań energii impulsowej o wysokiej energii .
Aby zminimalizować zniekształcenie kształtu impulsu, transformator impulsowy musi mieć niskie wartości indukcyjności rozproszenia i rozproszonej pojemności oraz wysoką indukcyjność obwodu otwartego. W transformatorach impulsowych typu mocy niska pojemność sprzężenia (pomiędzy pierwotną i wtórną) jest ważna, aby chronić obwody po stronie pierwotnej przed transjentami o dużej mocy wytwarzanymi przez obciążenie. Z tego samego powodu wymagana jest wysoka rezystancja izolacji i wysokie napięcie przebicia. Dobra odpowiedź przejściowa jest konieczna do utrzymania prostokątnego kształtu impulsu na wtórnym, ponieważ impuls o wolnych zboczach powodowałby straty przełączania w półprzewodnikach mocy.
Do scharakteryzowania transformatorów impulsowych często stosuje się iloczyn szczytowego napięcia impulsu i czasu trwania impulsu (a dokładniej całki napięcie-czas). Ogólnie rzecz biorąc, im większy produkt, tym większy i droższy transformator.
Transformatory impulsowe z definicji mają cykl pracy mniejszy niż 0,5; jakakolwiek energia zmagazynowana w cewce podczas impulsu musi zostać „wyrzucona” przed ponownym uruchomieniem impulsu.
Transformator RF
Istnieje kilka rodzajów transformatorów stosowanych w pracy z częstotliwościami radiowymi (RF). Stal laminowana nie nadaje się do RF.
Transformator powietrzny
Są one używane do pracy o wysokiej częstotliwości. Brak rdzenia oznacza bardzo niską indukcyjność . Cały prąd wzbudza prąd i indukuje napięcie wtórne, które jest proporcjonalne do wzajemnej indukcyjności. Takie transformatory mogą być niczym więcej niż kilkoma zwojami drutu przylutowanymi do płytki drukowanej .
Transformator z rdzeniem ferrytowym
Transformatory z rdzeniem ferrytowym są szeroko stosowane w transformatorach dopasowujących impedancję dla RF, szczególnie w balunach (patrz poniżej) do anten telewizyjnych i radiowych. Wielu ma tylko jedną lub dwie tury.
Transformator linii transmisyjnej
W przypadku zastosowania częstotliwości radiowych transformatory są czasami wykonane z konfiguracji linii transmisyjnej, czasami kabla bifilarnego lub koncentrycznego , owiniętego wokół ferrytu lub innego rodzaju rdzenia. Ten rodzaj transformatora zapewnia niezwykle szerokie pasmo przenoszenia, ale za pomocą tej techniki można osiągnąć tylko ograniczoną liczbę współczynników (takich jak 1:9, 1:4 lub 1:2).
Materiał rdzeniowy zwiększa indukcyjność gwałtownie, co powoduje podwyższenie współczynnika Q . Rdzenie takich transformatorów pomagają poprawić wydajność na końcu pasma o niższej częstotliwości. Transformatory RF czasami wykorzystywały trzecią cewkę (zwaną uzwojeniem łaskotania) do wprowadzania sprzężenia zwrotnego do wcześniejszego ( detektora ) stopnia w zabytkowych, regeneracyjnych odbiornikach radiowych .
W systemach RF i mikrofalowych transformator impedancji ćwierćfalowej zapewnia sposób dopasowania impedancji między obwodami w ograniczonym zakresie częstotliwości, wykorzystując tylko długość linii transmisyjnej. Linia może być kablem koncentrycznym, falowodem, linią paskową lub mikropaskiem .
Balun
Baluny to transformatory zaprojektowane specjalnie do łączenia obwodów zbalansowanych (nieuziemionych) i niesymetrycznych (uziemionych). Czasami są one wykonane z konfiguracji linii przesyłowej, a czasami kabla bifilarnego lub koncentrycznego i są podobne do transformatorów linii przesyłowych w budowie i działaniu. Baluny mogą być zaprojektowane tak, aby nie tylko łączyć obciążenia zbalansowane i niezbalansowane, ale dodatkowo zapewniać dopasowanie impedancji między tymi typami obciążeń.
JEŚLI transformator
Transformatory z rdzeniem ferrytowym są szeroko stosowane w stopniach (częstotliwości pośredniej) (IF) w superheterodynowych odbiornikach radiowych . Są to w większości strojone transformatory, zawierające gwintowany ferrytowy ślimak, który jest wkręcany lub wykręcany w celu regulacji strojenia IF. Transformatory są zwykle osłonięte (ekranowane) w celu zapewnienia stabilności i zmniejszenia zakłóceń.
Transformator audio
Transformatory audio to transformatory zaprojektowane specjalnie do stosowania w obwodach audio do przenoszenia sygnału audio . Mogą być używane do blokowania zakłóceń częstotliwości radiowych lub składowej prądu stałego sygnału audio, do dzielenia lub łączenia sygnałów audio lub do zapewnienia dopasowania impedancji między obwodami o wysokiej i niskiej impedancji, na przykład między wyjściem wzmacniacza lampowego (zaworowego) o wysokiej impedancji a głośnikiem o niskiej impedancji lub pomiędzy wyjściem instrumentalnym o wysokiej impedancji a wejściem niskoimpedancyjnym konsoli mikserskiej . Transformatory audio, które działają z napięciem i prądem głośników, są większe niż te, które działają na poziomie mikrofonu lub linii, które przenoszą znacznie mniej energii. Transformatory mostkowe łączą 2-przewodowe i 4-przewodowe obwody komunikacyjne.
Jako urządzenia magnetyczne, transformatory audio są podatne na zewnętrzne pola magnetyczne, takie jak te generowane przez przewodniki przewodzące prąd przemienny. „ Hum ” to termin powszechnie używany do opisania niepożądanych sygnałów pochodzących z „ sieci ” (zazwyczaj 50 lub 60 Hz). Transformatory audio używane do sygnałów o niskim poziomie, takich jak te z mikrofonów, często zawierają ekranowanie magnetyczne w celu ochrony przed obcymi sygnałami sprzężonymi magnetycznie.
Transformatory audio zostały pierwotnie zaprojektowane do łączenia ze sobą różnych systemów telefonicznych przy jednoczesnym utrzymaniu ich odpowiednich zasilaczy w izolacji i nadal są powszechnie używane do łączenia profesjonalnych systemów audio lub komponentów systemowych w celu wyeliminowania brzęczenia i przydźwięku. Takie transformatory zwykle mają stosunek 1:1 między pierwotnym a wtórnym. Mogą być również używane do dzielenia sygnałów, równoważenia sygnałów niesymetrycznych lub dostarczania sygnału zbalansowanego do sprzętu niesymetrycznego. Transformatory są również używane w DI-boxach do konwersji sygnałów instrumentów o wysokiej impedancji (np. gitary basowej ) na sygnały o niskiej impedancji, aby umożliwić ich podłączenie do wejścia mikrofonowego w konsoli mikserskiej .
Szczególnie krytycznym elementem jest transformator wyjściowy wzmacniacza lampowego . Obwody zaworowe do odtwarzania wysokiej jakości od dawna są produkowane bez innych (międzystopniowych) transformatorów audio, ale potrzebny jest transformator wyjściowy do sprzężenia stosunkowo wysokiej impedancji (do kilkuset omów w zależności od konfiguracji) zaworu wyjściowego (-ów) do niskiej impedancji głośnika . (Zawory mogą dostarczać niski prąd przy wysokim napięciu; głośniki wymagają dużego prądu przy niskim napięciu.) Większość półprzewodnikowych wzmacniaczy mocy w ogóle nie wymaga transformatora wyjściowego.
Transformatory audio wpływają na jakość dźwięku, ponieważ są nieliniowe. Dodają zniekształcenia harmoniczne do oryginalnego sygnału, zwłaszcza harmoniczne nieparzystego rzędu, z naciskiem na harmoniczne trzeciego rzędu. Gdy amplituda sygnału przychodzącego jest bardzo niska, poziom nie jest wystarczający do zasilenia rdzenia magnetycznego (patrz koercja i histereza magnetyczna ). Gdy amplituda przychodzącego sygnału jest bardzo wysoka, transformator nasyca się i dodaje harmoniczne z miękkiego przesterowania. Kolejna nieliniowość wynika z ograniczonego pasma przenoszenia. Dla dobrej odpowiedzi na niskie częstotliwości wymagany jest stosunkowo duży rdzeń magnetyczny ; obsługa dużej mocy zwiększa wymagany rozmiar rdzenia. Dobra odpowiedź wysokiej częstotliwości wymaga starannie zaprojektowanych i wykonanych uzwojeń bez nadmiernej indukcyjności rozproszenia lub rozproszonej pojemności . Wszystko to sprawia, że jest to kosztowny element.
Wczesne tranzystorowe wzmacniacze mocy audio często miały transformatory wyjściowe, ale zostały one wyeliminowane, ponieważ postęp w dziedzinie półprzewodników pozwolił na zaprojektowanie wzmacniaczy o wystarczająco niskiej impedancji wyjściowej do bezpośredniego zasilania głośnika.
Transformator głośnikowy
W ten sam sposób, w jaki transformatory tworzą obwody przesyłu mocy wysokiego napięcia, które minimalizują straty w transmisji, transformatory głośnikowe mogą zasilać wiele pojedynczych głośników z jednego obwodu audio działającego przy wyższym niż normalne napięcie głośnikowe. Ta aplikacja jest powszechna w aplikacjach rozgłaszania publicznego . Takie obwody są powszechnie określane jako systemy głośników stałonapięciowych . Takie systemy są również znane z nominalnego napięcia linii głośnikowej, na przykład 25- , 70- i 100-woltowe systemy głośnikowe (napięcie odpowiadające mocy znamionowej głośnika lub wzmacniacza). Transformator zwiększa moc wyjściową wzmacniacza systemu do napięcia dystrybucyjnego. W odległych lokalizacjach głośników transformator obniżający napięcie dopasowuje głośnik do napięcia znamionowego linii, dzięki czemu głośnik wytwarza znamionową moc wyjściową, gdy linia ma napięcie znamionowe. Transformatory głośnikowe zwykle mają wiele odczepów pierwotnych, aby stopniowo regulować głośność każdego głośnika.
Transformator wyjściowy
Wzmacniacze lampowe prawie zawsze używają transformatora wyjściowego, aby dopasować wymaganą impedancję zaworów o wysokiej impedancji (kilka kiloomów) do głośnika o niskiej impedancji
Transformator małosygnałowy
Wkładki gramofonowe z ruchomą cewką wytwarzają bardzo małe napięcie. Aby to zostało wzmocnione z rozsądnym stosunkiem sygnału do szumu, zwykle wymaga transformatora do konwersji napięcia do zakresu bardziej powszechnych wkładek z ruchomym magnesem.
Mikrofony mogą być również dopasowane do ich obciążenia za pomocą małego transformatora, który jest ekranowany mumetalem, aby zminimalizować przechwytywanie szumów. Transformatory te są obecnie rzadziej stosowane, ponieważ bufory tranzystorowe są teraz tańsze.
Transformator międzystopniowy i sprzęgający
We wzmacniaczu push-pull wymagany jest odwrócony sygnał, który można uzyskać z transformatora z uzwojeniem centralnym, służącego do napędzania dwóch aktywnych urządzeń w przeciwnej fazie. Te transformatory z rozdziałem faz nie są dziś często używane.
Inne rodzaje
Zleceniodawca
Transaktor to połączenie transformatora i dławika . Transactor ma żelazny rdzeń ze szczeliną powietrzną, która ogranicza sprzężenie między uzwojeniami.
Jeż
Transformatory typu Hedgehog są czasami spotykane w domowych radioodbiornikach z lat dwudziestych. Są to domowe transformatory sprzęgające międzystopniowe audio.
Drut miedziany emaliowany jest owinięty wokół środkowej połowy długości wiązki izolowanego drutu żelaznego (np. drutu kwiaciarni), aby wykonać uzwojenia. Końce żelaznych drutów są następnie zaginane wokół uzwojenia elektrycznego, aby uzupełnić obwód magnetyczny, a całość jest owinięta taśmą lub sznurkiem, aby utrzymać go razem.
Wariometr i wariometr
Wariometr to rodzaj bezstopniowej cewki indukcyjnej RF z rdzeniem powietrznym z dwoma uzwojeniami. Jedna popularna forma składała się z cewki nawiniętej na krótką, wydrążoną cylindryczną formę, z drugą mniejszą cewką wewnątrz, zamontowaną na wale, dzięki czemu jej oś magnetyczna może być obracana względem cewki zewnętrznej. Dwie cewki są połączone szeregowo. Kiedy dwie cewki są współliniowe, a ich pola magnetyczne są skierowane w tym samym kierunku, dwa pola magnetyczne sumują się, a indukcyjność jest maksymalna. Jeśli cewka wewnętrzna jest obrócona tak, że jej oś jest pod kątem do cewki zewnętrznej, pola magnetyczne nie sumują się, a indukcyjność jest mniejsza. Jeśli cewka wewnętrzna jest obrócona tak, że jest współliniowa z cewką zewnętrzną, ale ich pola magnetyczne są skierowane w przeciwnych kierunkach, pola znoszą się nawzajem, a indukcyjność jest bardzo mała lub zerowa. Zaletą wariometru jest możliwość płynnej regulacji indukcyjności w szerokim zakresie. Wariometry były szeroko stosowane w odbiornikach radiowych z lat 20. XX wieku. Jednym z ich głównych zastosowań jest obecnie jako cewki dopasowujące anteny do dopasowywania długofalowych nadajników radiowych do ich anten.
Vario łącznik był urządzeniem o podobnej konstrukcji, ale dwa zwoje nie były połączone, ale przymocowane do oddzielnych obwodów. Działał więc jako transformator RF z rdzeniem powietrznym ze zmiennym sprzężeniem. Cewka wewnętrzna może być obracana o kąt od 0° do 90° z zewnętrzną, zmniejszając indukcyjność wzajemną od maksimum do prawie zera.
Wariometr z cewką naleśnikową był kolejną powszechną konstrukcją stosowaną zarówno w odbiornikach, jak i nadajnikach z lat 20. XX wieku. Składa się z dwóch płaskich spiralnych cewek zawieszonych pionowo naprzeciw siebie, połączonych zawiasami z jednej strony, dzięki czemu jedna strona może odchylać się od drugiej pod kątem 90°, aby zmniejszyć sprzężenie. Płaska spiralna konstrukcja służyła do zmniejszenia pojemności pasożytniczej i strat na częstotliwościach radiowych.
Wario-sprzęgacze cewkowe typu Pancake lub „plaster miodu” były używane w latach 20. XX wieku w powszechnych odbiornikach radiowych Armstrong lub „tickler” regeneracyjnych . Jedna cewka była podłączona do obwodu siatki tuby detekcyjnej . Druga cewka, cewka „łaskoczka”, była podłączona do obwodu płytki (wyjściowej) lampy . Odprowadzał część sygnału z płytki z powrotem na wejście, a to dodatnie sprzężenie zwrotne zwiększało wzmocnienie i selektywność lampy .
Transformator obrotowy
Transformator obrotowy (obrotowy) to wyspecjalizowany transformator, który łączy sygnały elektryczne między dwiema częściami, które obracają się względem siebie – jako alternatywa dla pierścieni ślizgowych , które są podatne na zużycie i szumy kontaktowe. Są one powszechnie stosowane w aplikacjach z taśmą magnetyczną ze skanowaniem spiralnym .
Zmienny transformator różnicowy
Zmienny transformator różnicowy to wytrzymały bezdotykowy czujnik położenia. Ma dwie przeciwstawne fazy pierwotne, które nominalnie wytwarzają zerową moc wyjściową w wtórnym, ale każdy ruch rdzenia zmienia sprzężenie, aby wytworzyć sygnał.
Rozdzielcz i synchronizacja
Dwufazowy przelicznik i związana z nim trójfazowa synchronizacja to obrotowe czujniki położenia, które pracują w pełnym zakresie 360°. Pierwotny jest obracany w obrębie dwóch lub trzech wtórnych pod różnymi kątami, a amplitudy sygnałów wtórnych mogą być dekodowane pod kątem. W przeciwieństwie do zmiennych transformatorów różnicowych, cewki, a nie tylko rdzeń, poruszają się względem siebie, więc do połączenia uzwojenia pierwotnego wymagane są pierścienie ślizgowe.
Resolwery wytwarzają komponenty współfazowe i kwadraturowe, które są przydatne do obliczeń. Synchronizatory wytwarzają sygnały trójfazowe, które można łączyć z innymi synchronizatorami, aby obracać je w konfiguracji generator/silnik.
Transformator piezoelektryczny
Dwa przetworniki piezoelektryczne mogą być mechanicznie sprzężone lub zintegrowane w jednym kawałku materiału, tworząc transformator piezoelektryczny .
Flyback
Trafopowielacza jest transformator wysokiej częstotliwości wysokiego napięcia stosuje się w postaci kulek w osoczu i rur katodowych (CRT). Zapewnia wysokie (często kilka kV) napięcie anodowe prądu stałego wymagane do pracy kineskopów. Zmiany napięcia anodowego dostarczanego przez flyback mogą powodować zniekształcenia obrazu wyświetlanego przez CRT. Flybacki CRT mogą zawierać wiele uzwojeń wtórnych, aby zapewnić kilka innych, niższych napięć. Jego wyjście jest często pulsacyjne, ponieważ często jest używane z powielaczem napięcia, który można zintegrować z flybackiem.
Zobacz też
- Transformator buck-boost
- Wzmacniacz magnetyczny
- Silnik-generator
- Reaktor nasycony
- Zmieniacz kranu
- Energia elektryczna trójfazowa
- Trójfazowy
- Transformator