Olika typer av transformatorer och deras applikationer

En transformator är en mycket använd enhet inom el- och elektronikområdet. Det är en elektromagnetisk anordning som följer den grundläggande principen för elektromagnetism som Michael Faraday upptäckte. Vi har beskrivit om Transformers konstruktion och drift i detalj i tidigare handledning. Här kommer vi att täcka olika typer av transformatorer som används i olika typer av applikationer. Alla typer av transformatorer följer dock samma principer men de har olika konstruktionsmetoder. Och med lite ansträngning kan du också bygga din egen transformator, men när du bygger transformatorn bör man alltid följa transformatorskyddstekniker.

Transformatortyper baserat på spänningsnivå

En transformator kan ha flera typer av konstruktion. Transformatorn har ingen elektrisk anslutning från ena sidan till en annan; ändå kan de två elektriskt oberoende spolarna leda elen genom elektromagnetiskt flöde. En transformator kan ha flera spolar eller lindningar på den primära sidan såväl som på den sekundära sidan. I flera fall, flera primära sidor, där två spolar är anslutna i serie, ofta kallade som ett centrum avlyssnat. Detta centrumavlyftade tillstånd kan också ses på sekundärsidan.

Transformatorer kan konstrueras så att de kan omvandla spänningsnivån på primärsidan till sekundärsidan. Beroende på spänningsnivån har transformatorn tre kategorier. Step Down, Step Up och Isolation Transformer. För isolationstransformatorn är spänningsnivån densamma för båda sidor.

1. Steg ner transformator

Step down Transformer används i både elektronik och elektriskt område. En nedåtgående transformator omvandlar primärspänningsnivån till en lägre spänning över sekundärutgången. Detta uppnås genom förhållandet mellan primära och sekundära lindningar. För nedåtgående transformatorer är antalet lindningar högre över primärsidan än sekundärsidan. Därför förblir det totala lindningsförhållandet mellan primär och sekundär alltid mer än 1.

Inom elektronik går många applikationer på 5V, 6V, 9V, 12V, 24V eller i vissa fall 48V. För att konvertera enfasutgångsspänningen 230V AC till önskad lågspänningsnivå krävs Step Down-transformatorer. Inom instrumentering såväl som i många elektriska typer av utrustning är Step-Down-transformatorn det primära kravet för Power-sektionen. De används också i nätadaptrar och mobiltelefonladdarkretsar.

I elektriska system används avstängningstransformatorer i det elektriska distributionssystemet som arbetar på mycket hög spänning för att säkerställa låg förlust och kostnadseffektiv lösning för långdistansbehov för kraftleverans. För att omvandla högspänning till en lågspänningsförsörjningsledning används Step down transformator.

2. Step-Up Transformer

Step Up-transformatorn är precis motsatt av step-down-transformatorn. Steg upp transformatorn ökar den låga primärspänningen till en hög sekundärspänning. Återigen uppnås det genom förhållandet mellan primär och sekundär lindning. För Step Up-transformatorn förblir förhållandet mellan primärlindning och sekundärlindning mindre än 1. Det betyder att antalet varv i sekundärlindning är högre än primärlindningen.

Inom elektroniken används trapptransformatorer som ofta används i stabilisatorer, växelriktare etc där lågspänning omvandlas till en mycket högre spänning.

En step-up transformator används också i elektrisk kraftfördelning. Högspänning krävs för energifördelningsrelaterad applikation. Step up transformator används i nätet för att öka spänningsnivån före distributionen.

3. Isolationstransformator

Isolationstransformatorn omvandlar inga spänningsnivåer. Primärspänningen och sekundärspänningen för en isoleringstransformator förblir alltid densamma. Detta beror på att det primära och sekundära lindningsförhållandet alltid är lika med 1. Det betyder att antalet varv i primär- och sekundärlindning är densamma i isoleringstransformatorn.

Isoleringstransformatorn används för att isolera den primära och sekundära. Som diskuterats tidigare har transformatorn inga elektriska anslutningar mellan primär och sekundär, den används också som en isoleringsbarriär där ledningen endast sker med magnetflödet. Den används för säkerhetsändamål och för att avbryta brusöverföring från primär till sekundär eller vice versa.

Transformatortyper baserade på kärnmaterial

Transformatorn överför energin genom att leda elektromagnetiskt flöde genom ett kärnmaterial. Olika kärnmaterial ger olika flödestäthet. Beroende på kärnmaterialen används flera typer av transformatorer inom kraft- och elektronikområdet.

1. Iron Core Transformer

Järnkärntransformator använder flera mjuka järnplattor som kärnmaterial. På grund av järnens utmärkta magnetiska egenskaper är järnkärntransformatorns flöde mycket hög. Således är effektiviteten hos järnkärntransformatorn också hög.

De mjuka järnplattorna kan finnas i flera former och storlekar. Spolarna i det primära och sekundära såret eller lindade på en spolbildare. Därefter monteras spolformaren i mjuka järnkärnplattor. Beroende på kärnstorlek och former finns en annan typ av kärnplattor tillgänglig på marknaden. Få vanliga former är E, I, U, L, etc. Järnplattorna är tunna och flera plattor är hopbundna för att bilda den verkliga kärnan. Till exempel är kärnor av E-typ gjorda med tunna plattor med en bokstav E.

Järnkärntransformatorer används ofta och brukar tyngre i vikt och form.

2. Ferritkärntransformator

En ferritkärntransformator använder en ferritkärna på grund av hög magnetisk permeabilitet. Denna typ av transformator ger mycket låga förluster i högfrekvensapplikationen. På grund av detta används ferritkärntransformatorer i högfrekventa applikationer såsom i switch mode power supply (SMPS), RF-relaterade applikationer etc.

Ferritkärntransformatorer erbjuder också en annan typ av former, storlekar beroende på applikationskrav. Den används huvudsakligen inom elektronik snarare än i elektrisk applikation. Den vanligaste formen i ferritkärntransformatorn är E-kärnan.

3. Toroidal kärntransformator

Toroidkärntransformator använder toroidformat kärnmaterial, såsom järnkärna eller ferritkärna. Toroids är ring- eller munkformat kärnmaterial och används ofta för överlägsen elektrisk prestanda. På grund av ringformen är läckinduktansen mycket låg och erbjuder mycket hög induktans och Q-faktorer. Lindningarna är relativt korta och vikten är mycket mindre än traditionella transformatorer med samma betyg.

4. Luftkärnatransformator

Air Core-transformatorn använder ingen fysisk magnetisk kärna som kärnmaterial. Luftkärnatransformatorns flödeskoppling görs helt med hjälp av luften.

I luftkärntransformator förses den primära spolen med växelström som alstrar ett elektromagnetiskt fält runt den. När en sekundärspole placeras inuti magnetfältet, enligt Faradays induktionslag, induceras sekundärspolen med ett magnetfält som vidare används för att driva belastningen.

Emellertid producerar luftkärntransformator låg ömsesidig induktans jämfört med fysiskt kärnmaterial såsom järn eller ferritkärna.

Den används i bärbar elektronik samt radiofrekvensrelaterade applikationer. På grund av frånvaron av fysiskt kärnmaterial är det väldigt lätt vad gäller vikt. Korrekt avstämd luftkärntransformator används också i trådlösa laddningslösningar, där de primära lindningarna är konstruerade inuti laddaren och de sekundära lindningarna är placerade inuti den riktade enheten.

Transformatortyper baserade på lindningsarrangemang

Transformatorn kan klassificeras med hjälp av lindningsordrar. En av de populäraste typerna är Auto Winding Transformers.

Transformator för automatisk lindning

Hittills är den primära och sekundära lindningen fixerad men i fallet med en automatisk lindningstransformator kan den primära och sekundära lindningen kopplas i serie och den centrala knackade noden är rörlig. Beroende på mittuttaget läge kan sekundärspänningen varieras.

Auto är inte den korta formen av Automatic; snarare är det att meddela självet eller enkel spolen. Denna spole bildar ett förhållande som består av två delar, primär och sekundär. Positionen för mittknappnoden bestämmer det primära och sekundära förhållandet och därmed varierar utspänningen.

Den vanligaste användningen är V ARIAC, ett instrument för att producera variabel växelström från en stadig växelströmsingång. Den används också i kraftöverförings- och distributionsrelaterade applikationer där högspänningslinjer behövs för att bytas ofta.

Typer av transformatorer baserat på användning

Det finns också flera typer av transformatorer som fungerar i en viss domän. Både elektronik- och elsektorn, flera dedikerade transformatorer används som en nedstignings- eller steg-upp-transformator baserat på applikationens tillämpning. Så transformatorerna kan klassificeras som nedan baserat på användning:

1. Power Domain

• Krafttransformator
• Mätningstransformator
• Distributionstransformator

2. Elektronikdomän

• Pulstransformator
• Ljudutgångstransformator

1. Transformatorer som används i Power-domänen

I elektriskt handlar Power-domänen om kraftgenerering, mätning och distribution. Det är dock ett mycket stort fält där transformatorer är en viktig del för att tillgodose säker kraftomvandling och framgångsrik kraftleverans till transformatorstationen och till slutanvändarna.

Transformatorerna som används i effektdomänen kan vara både utomhus och inomhus men mest utomhus.

(a) Strömtransformator

Krafttransformatorer är större i storlek och används för att överföra energin till transformatorstationen eller den offentliga elförsörjningen. Denna transformator fungerar som en brygga mellan kraftgeneratorn och det primära distributionsnätet. Beroende på effektklassificering och specifikation kan effekttransformatorer vidare klassificeras i tre kategorier: Small power transformator, Medium Power transformers och Large power transformers. Betyget kan vara mer än 30KVA till 500-700KVA eller i vissa fall kan det vara lika med eller mer än 7000KVA för liten märktransformator. Den medellånga effekttransformatorn kan vara upp till 50-100 MVA medan stora märktransformatorer klarar mer än 100 MVA.

På grund av mycket hög kraftproduktion är konstruktionen av en transformator också kritisk. Konstruktionen inkluderar solida isolerande kringutrustning och välbalanserat kylsystem. De vanligaste krafttransformatorerna är fyllda med oljor.

Huvudprincipen för strömtransformatorn är att omvandla lågspänning högström till högspänning lågström. Detta krävs för att minimera strömförlusten i kraftdistributionssystemet.

En annan viktig parameter för krafttransformatorn är fastillgängligheten. Normalt fungerar transformatorer i trefassystem, men i vissa fall används enfasströmstransformatorer också. Tre fasströmstransformatorer är de mest kostsamma och effektiva än enfasströmstransformatorerna.

(b) Mätningstransformator

Mättransformator kallas ofta för en instrumenttransformator. Detta är ett annat vanligt mätinstrument inom kraftområdet. En mättransformator används för att isolera huvudeffekten och omvandla ström och spänning i ett mindre förhållande till dess sekundära utgång. Genom att mäta utgången kan fas, ström och spänning från den faktiska kraftledningen mätas.

Ovanstående bild visar konstruktionen av den nuvarande transformatorn.

(c) Distributionstransformator

Detta används i den sista fasen av kraftdistributionssystemet. Distributionstransformatorer är nedstegstransformatorer, som omvandlar högspänningsnät till slutkundens önskade spänning, 110V eller 230V. Det kan också vara enfas eller tre faser.

Distributionstransformatorer kan ha både mindre form och större, beroende på omvandlingskapacitet eller betyg.

Fördelningstransformatorer kan kategoriseras vidare i baserat på vilken typ av isolering de använder. Det kan vara av torr typ eller kan vara nedsänkt i vätska. Den är tillverkad med laminerade stålplattor som mestadels är konstruerade i C-form som ett kärnmaterial.

Distributionstransformator har också en annan typ av klassificering baserat på den plats den används. Transformatorn kan monteras på en verktygspol, i så fall kallas den en polmonterad distributionstransformator. Den kan placeras inuti en underjordisk kammare, monteras på en betongdyna (padmonterad distributionstransformator) eller inuti en sluten stålbox.

Generellt har distributionstransformatorer en klassificering på mindre än 200kVA.

2. Transformatorn som används inom elektronikdomänen

I elektroniken används olika små miniatyrtransformatorer som kan monteras på PCB eller kan fixeras inuti den lilla produkthöljet.

(a) Pulstransformator

Pulstransformatorer är en av de mest använda PCB-monterade transformatorerna som producerar elektriska pulser i konstant amplitud. Den används i olika digitala kretsar där pulsgenerering behövs i en isolerad miljö. Därför isolerar pulstransformatorerna de primära och sekundära och distribuerar primära pulser till den sekundära kretsen, ofta digitala logiska grindar eller drivrutiner.

Korrekt konstruerade pulstransformatorer bör behöva korrekt galvanisk isolering samt liten läckage och avvikande kapacitans.

(b) Ljudutgångstransformator

Audio Transformer är en annan vanlig transformator inom elektronikdomänen. Det används speciellt i ljudrelaterat program där impedansmatchning krävs. Ljudtransformator balanserar förstärkarkretsen och belastningar, vanligtvis en högtalare. Ljudtransformatorn kan ha flera primära och sekundära spolar, separerade eller centrerade.

Så vi har täckt över olika typer av transformatorer, förutom att det finns någon annan transformator för speciella ändamål, men de ligger utanför denna artikel.