Ulike typer transformatorer og deres applikasjoner

En transformator er en mye brukt enhet innen elektrisk og elektronisk domene. Det er en elektromagnetisk enhet som følger det grunnleggende prinsippet om elektromagnetisme oppdaget av Michael Faraday. Vi har dekket detaljer om konstruksjon og drift av transformatorer i forrige opplæring. Her vil vi dekke forskjellige typer transformatorer som brukes i forskjellige typer applikasjoner. Imidlertid følger alle typer transformatorer de samme prinsippene, men de har forskjellige konstruksjonsmetoder. Og med liten innsats kan du også bygge din egen transformator, men mens du bygger transformatoren, bør du alltid følge transformatorbeskyttelsesteknikker.

Transformertyper basert på spenningsnivå

En transformator kan ha flere typer konstruksjoner. Transformator har ingen elektrisk tilkobling fra den ene siden til den andre; fremdeles kan de to elektrisk uavhengige spolene lede elektrisiteten ved elektromagnetisk strøm. En transformator kan ha flere spoler eller viklinger på både primærsiden og sekundærsiden. I flere tilfeller er det flere primære sider, hvor to spoler er koblet i serie, ofte kalt som et sentrum tappet. Denne senteravlyttede tilstanden kan også sees på sekundærsiden.

Transformatorer kan konstrueres slik at de kan konvertere spenningsnivået til primærsiden til sekundærsiden. Avhengig av spenningsnivået, har transformatoren tre kategorier. Step Down, Step Up og Isolation Transformer. For isolasjonstransformatoren er spenningsnivået det samme for begge sider.

1. Trinn-ned transformator

Step down Transformer brukes i både elektronikk og elektrisk domene. En trappetransformator konverterer primærspenningsnivået til en lavere spenning over sekundærutgangen. Dette oppnås ved forholdet mellom primære og sekundære viklinger. For nedtrappende transformatorer er antall viklinger høyere over primærsiden enn sekundærsiden. Derfor forblir det totale viklingsforholdet mellom primær og sekundær alltid mer enn 1.

I elektronikk kjører mange applikasjoner på 5V, 6V, 9V, 12V, 24V eller i noen tilfeller 48V. For å konvertere enfaset strømuttaksspenning 230V AC til ønsket lavspenningsnivå, kreves Step Down-transformatorer. I instrumentering så vel som i mange elektriske typer utstyr er Step-Down transformator det primære kravet til Power-delen. De brukes også i strømadaptere og mobiltelefonlader.

I det elektriske brukes trinnvise transformatorer i det elektriske distribusjonssystemet som fungerer på veldig høy spenning for å sikre lavt tap og kostnadseffektiv løsning for langdistanse strømforsyningskrav. For å konvertere høyspenningen til en lavspenningsforsyningsledning brukes Step down transformator.

2. Step-Up Transformer

Step Up transformator er nøyaktig motsatt av step-down transformatoren. Trappetransformator øker den lave primærspenningen til en høy sekundærspenning. Igjen oppnås det ved forholdet mellom primær og sekundær viklingsforhold. For Step Up-transformatoren forblir forholdet mellom primærviklingen og sekundærviklingen mindre enn 1. Det betyr at antall svinger i sekundærvikling er høyere enn primærviklingen.

I elektronikk brukes trappetransformatorer ofte i stabilisatorer, omformere osv. Der lavspenning blir konvertert til en mye høyere spenning.

En trappetransformator brukes også i elektrisk kraftfordeling. Høy spenning er nødvendig for strømfordelingsrelatert applikasjon. Step up transformator brukes i nettet for å trappe opp spenningsnivået før fordelingen.

3. Isolasjonstransformator

Isolasjonstransformator konverterer ikke spenningsnivåer. Primærspenningen og sekundærspenningen til en isolasjonstransformator forblir alltid den samme. Dette er fordi det primære og det sekundære viklingsforholdet alltid er lik 1. Det betyr at antall svinger i primær- og sekundærvikling er det samme i isolasjonstransformator.

Isolasjonstransformatoren brukes til å isolere primær og sekundær. Som diskutert tidligere, har ikke transformatoren noen elektriske forbindelser mellom primær og sekundær, den brukes også som en isolasjonsbarriere der ledningen bare skjer med magnetstrømmen. Den brukes for sikkerhetsformål og for å avbryte støyoverføring fra primær til sekundær eller omvendt.

Transformertyper basert på kjernemateriale

Transformatoren overfører energien ved å lede elektromagnetisk strømning gjennom et kjernemateriale. Ulike kjernematerialer produserer forskjellig flytdensitet. Avhengig av kjernematerialene brukes flere typer transformatorer i kraft- og elektronikkdomenet.

1. Iron Core Transformer

Jernekjerne transformator bruker flere myke jernplater som kjernemateriale. På grunn av jernens utmerkede magnetiske egenskaper er strømforbindelsen til jernkjernetransformatoren veldig høy. Dermed er effektiviteten til jernkjernetransformatoren også høy.

De myke jernkjerneplatene kan fås i flere former og størrelser. Spolene i det primære og sekundære såret eller pakket på en spiralformer. Etter det er spiralformeren montert i myke jernkjerneplater. Avhengig av kjernestørrelse og former, er en annen type kjerneplater tilgjengelig i markedet. Få vanlige former er E, I, U, L, etc. Jernplatene er tynne, og flere plater er samlet sammen for å danne selve kjernen. For eksempel er E-kjerner laget med tynne plater med et utseende av bokstav E.

Jernekjerne transformatorer er mye brukt og vanligvis tyngre i vekt og form.

2. Ferritkjerne-transformator

En ferrittkjerne-transformator bruker en ferrittkjerne på grunn av høy magnetisk permeabilitet. Denne typen transformator gir svært lave tap i høyfrekvensapplikasjonen. På grunn av dette brukes ferrittkjerne-transformatorer i høyfrekvent applikasjon som i switch mode power supply (SMPS), RF-relaterte applikasjoner, etc.

Ferritkjernetransformatorer tilbyr også en annen type former, størrelser avhengig av applikasjonskravet. Det brukes hovedsakelig i elektronikk i stedet for elektrisk bruk. Den vanligste formen i ferrittkjernetransformatoren er E-kjerne.

3. Toroidal kjernetransformator

Toroidal kjernetransformator bruker toroidformet kjernemateriale, som jernkjerne eller ferrittkjerne. Toroids er ring- eller doughnutformet kjernemateriale og brukes mye for overlegen elektrisk ytelse. På grunn av ringformen er lekkasjeinduktansen veldig lav og gir veldig høy induktans og Q-faktorer. Viklingene er relativt korte og vekten er mye mindre enn tradisjonelle, samme rangertransformatorer.

4. Luftkjerne-transformator

Air Core-transformator bruker ikke noen fysisk magnetisk kjerne som kjernematerialet. Luftkjernetransformatorens flukskobling er laget helt ved hjelp av luften.

I luftkjernetransformator forsynes primærspolen med vekselstrøm som produserer et elektromagnetisk felt rundt den. Når en sekundærspole er plassert inne i magnetfeltet, i henhold til Faradays induksjonslov, induseres sekundærspolen med et magnetfelt som videre brukes til å drive belastningen.

Imidlertid produserer luftkjerne-transformator lav gjensidig induktans sammenlignet med fysisk kjernemateriale som jern eller ferrittkjerne.

Den brukes i bærbar elektronikk så vel som radiofrekvensrelaterte applikasjoner. På grunn av fraværet av fysisk kjernemateriale er det veldig lett når det gjelder vekt. Riktig innstilt luftkjernetransformator brukes også i trådløse ladeløsninger, der primærviklingene er konstruert inne i laderen og sekundærviklingene er plassert inne i målapparatet.

Transformertyper basert på viklingsarrangement

Transformatoren kan klassifiseres ved hjelp av viklingsordrer. En av de populære typene er Auto Winding Transformers.

Automatisk viklingstransformator

Inntil nå er primær- og sekundærviklingen fast, men i tilfelle en automatisk viklingstransformator kan primær- og sekundærspolen kobles i serie, og den midtre tappede noden er bevegelig. Avhengig av senteravlyttet posisjon, kan sekundærspenningen varieres.

Auto er ikke den korte formen for Automatic; snarere er det å varsle selvet eller enkelt spolen. Denne spolen danner et forhold som består av to deler, primær og sekundær. Posisjonen til midtknappnoden bestemmer det primære og sekundære forholdet, og varierer dermed utgangsspenningen.

Den vanligste bruken er V ARIAC, et instrument for å produsere variabel AC fra en jevn AC-inngang. Den brukes også i kraftoverførings- og distribusjonsrelaterte applikasjoner der høyspentlinjene må byttes ofte.

Typer transformatorer basert på bruk

Det finnes også flere typer transformatorer som fungerer i et bestemt domene. Både elektronikk og elektriske sektorer, flere dedikerte transformatorer brukes som en nedtrapping eller opptrappingstransformator basert på applikasjonen. Så transformatorene kan klassifiseres som nedenfor basert på bruk:

1. Power Domain

Power Transformer
Målingstransformator
Distribusjonstransformator

2. Elektronikkdomene

Pulstransformator
Audio Output Transformer

1. Transformatorer brukt i Power-domene

I elektrisk håndterer Power-domenet kraftproduksjon, måling og distribusjon. Det er imidlertid et veldig stort felt der transformatorer er en viktig del for å imøtekomme sikker kraftkonvertering og vellykket strømforsyning til transformatorstasjonen og til sluttbrukerne.

Transformatorene som brukes i kraftdomenet kan være både utendørs og innendørs, men for det meste utendørs.

(a) Strømtransformator

Strømtransformatorer er større i størrelse og brukes til å overføre energien til transformatorstasjonen eller den offentlige strømforsyningen. Denne transformatoren fungerer som en bro mellom kraftgeneratoren og det primære distribusjonsnettet. Avhengig av effektklassifisering og spesifikasjon, kan krafttransformatorer videre klassifiseres i tre kategorier: liten krafttransformator, middels krafttransformator og store krafttransformatorer. Rangeringen kan være mer enn 30KVA til 500-700KVA, eller i noen tilfeller kan den være lik eller mer enn 7000KVA for liten nominell transformator. Den mellomstore effekttransformatoren kan være opptil 50-100 MVA, mens store transformatorer er i stand til å håndtere mer enn 100 MVA.

På grunn av veldig høy kraftproduksjon er også konstruksjonen av en transformator viktig. Konstruksjonen inkluderer solid isolerende periferiutstyr og et godt balansert kjølesystem. De vanligste krafttransformatorene er fylt med oljer.

Hovedprinsippet til strømtransformatoren er å konvertere lavspenning med høy strøm til en høy spenning med lav strøm. Dette er nødvendig for å minimere strømtapet i kraftfordelingssystemet.

En annen viktig parameter for Power transformatoren er fasetilgjengeligheten. Vanligvis fungerer transformatorer i trefasesystem, men i noen tilfeller brukes også enkeltfasede småstrømstransformatorer. Tre-fase krafttransformatorer er de mest kostbare og effektive enn enfasede strømtransformatorer.

(b) Målingstransformator

Målingstransformator blir ofte referert til som en instrumenttransformator. Dette er et annet ofte brukt måleinstrument i kraftdomenet. En målingstransformator brukes til å isolere hovedstrømmen og konvertere strøm og spenning i et mindre forhold til dens sekundære utgang. Ved å måle utgangen kan fase, strøm og spenning til den faktiske kraftledningen måles.

Ovenstående bilde viser konstruksjonen til den nåværende transformatoren.

(c) Distribusjonstransformator

Dette brukes i den siste fasen av kraftfordelingssystemet. Distribusjonstransformatorer er trappetransformatorer, som konverterer høysystemet til sluttkundens nødvendige spenning, 110 V eller 230 V. Det kan også være enfase eller tre faser.

Distribusjonstransformatorer kan ha mindre form og større, avhengig av konverteringskapasitet eller rangeringer.

Distribusjonstransformatorer kan videre kategoriseres i basert på typen isolasjon den bruker. Det kan være en tørr type eller kan være nedsenket i væske. Den er laget med laminerte stålplater, hovedsakelig konstruert i C-form som et kjernemateriale.

Distribusjonstransformator har også en annen type klassifisering basert på plasseringen den brukes. Transformatoren kan monteres på en stolpe, i så fall kalles den en polmontert distribusjonstransformator. Den kan plasseres inne i et underjordisk kammer, monteres på en betongpute (padmontert distribusjonstransformator) eller inne i en lukket stålboks.

Generelt har distribusjonstransformatorer en vurdering på mindre enn 200kVA.

2. Transformatoren som brukes i elektronikkdomenet

I elektronikk brukes forskjellige små miniatyrtransformatorer som kan monteres på PCB eller kan festes inne i det lille produktkabinettet.

(a) Pulstransformator

Pulstransformatorer er en av de mest brukte PCB-monterte transformatorene som produserer elektriske pulser i konstant amplitude. Den brukes i forskjellige digitale kretser der det er behov for pulsgenerering i et isolert miljø. Derfor isolerer pulstransformatorene primær og sekundær og distribuerer primære pulser til sekundærkretsen, ofte digitale logiske porter eller drivere.

Riktig konstruerte pulstransformatorer bør trenge riktig galvanisk isolasjon, samt liten lekkasje og svekkende kapasitans.

(b) Audio Output Transformer

Audio Transformer er en annen vanlig transformator innen elektronikkdomenet. Den brukes spesielt i lydrelatert applikasjon der det kreves impedanstilpasning. Audio transformator balanserer forsterkerkretsen og belastningen, vanligvis en høyttaler. Lydtransformatoren kan ha flere primære og sekundære spoler, atskilt eller sentrert.

Så vi har dekket forskjellige typer transformatorer, bortsett fra at det er noen andre spesielle transformatorer, men de er utenfor omfanget av denne artikkelen.