Информация

Основи на трансформатора

Основи на трансформатора

Трансформаторите се използват широко във всички отрасли на електрониката. Едно от най-известните им приложения е в енергийните приложения, където те се използват за трансформиране на работното напрежение от една стойност в друга. Те също така служат за изолиране на веригата на изхода от директна връзка към първичната верига. По този начин те прехвърлят мощност от една верига в друга без пряка връзка.

Много големи трансформатори се използват в Националната мрежа за промяна на напреженията в линията между различните необходими стойности. Въпреки това за радиолюбителите или любителите на дома трансформаторите често се срещат в захранванията. Трансформаторите се използват широко и в други вериги от аудио до радиочестоти, където техните свойства са широко използвани за свързване на различни етапи в оборудването.

Какво е трансформатор?

Основният трансформатор се състои от две намотки. Те са известни като първични и вторични. По същество властта влиза върху първичното и излиза върху вторичното. Някои трансформатори имат повече намотки, но основата на работа е все същата.

Има два основни ефекта, които се използват в трансформатора и и двата са свързани с ток и магнитни полета. В първата е установено, че ток, протичащ в тел, създава магнитно поле около него. Величината на това поле е пропорционална на тока, протичащ в проводника. Установено е също, че ако проводникът е навит в намотка, тогава магнитното поле се увеличава. Ако това електрическо генерирано магнитно поле се постави в съществуващо поле, тогава върху проводника, носещ тока, ще се упражни сила по същия начин, по който два неподвижни магнита, поставени близо един до друг, или ще се привличат, или ще се отблъскват. Именно този феномен се използва в електрически двигатели, измервателни уреди и редица други електрически агрегати.

Вторият ефект е, че е установено, че ако се промени магнитно поле около проводник, тогава в проводника ще се индуцира електрически ток. Един пример за това може да се случи, ако магнитът се премести близо до проводник или намотка. При тези обстоятелства ще се предизвика електрически ток, но само когато магнитът се движи.

Комбинацията от двата ефекта възниква, когато два проводника или две намотки са поставени заедно. Когато токът промени своята величина в първия, това ще доведе до промяна в магнитния поток и това от своя страна ще доведе до индуциране на ток през втория. Това е основната концепция зад трансформатора и може да се види, че той ще работи само когато променлив или променлив ток преминава през входа или първичната верига.

Съотношение на оборотите на трансформатора

За да тече ток, трябва да присъства ЕМП (електромоторна сила). Тази потенциална разлика или напрежение на изхода зависи от съотношението на завоите в трансформатора. Установено е, че ако в първичния има повече обороти от вторичния, тогава напрежението на входа ще бъде по-голямо от изхода и обратно. Всъщност напрежението може лесно да се изчисли от познаването на съотношението на завоите:

Es = ns
Ep np

Където
Ep е основният EMF
Es е вторичната ЕМП
np е броят на завъртанията на основния
ns е броят на завъртанията на вторичния

Ако съотношението на завоите ns / np е по-голямо от единица, тогава трансформаторът ще издава по-високо напрежение на изхода от входа и се казва, че това е трансформатор с повишаване. По същия начин този със съотношение на оборотите, по-малък от един, е трансформатор със стъпка надолу.

Съотношения на напрежение и ток в трансформатора

Има редица други фактори, които могат лесно да бъдат изчислени. Първият е съотношението на входящите и изходните токове и напрежения. Тъй като входната мощност е равна на изходната мощност, е възможно да се изчисли напрежение или ток, ако другите три стойности се използват по простата формула, показана по-долу. Този факт не отчита загуби в трансформатора, които за щастие могат да бъдат пренебрегнати при повечето изчисления.

Vp x Ip = Vs x Is

Например вземете случая на мрежов трансформатор, който издава 25 волта при един усилвател. При входно напрежение от 250 волта това означава, че входният ток е само една десета от усилвателя.

За някои трансформатори броят на завъртанията на първичния ще бъде същият като този на вторичния, а токът и напрежението на входа ще бъдат същите като тези на изхода. Когато обаче съотношението на завоите не е 1: 1, съотношението на напрежението и тока ще бъде различно на входа и на изхода. От показаната по-горе проста връзка ще се види, че съотношението между напрежението и тока се променя между входа и изхода. Например трансформатор със съотношение на завоите 2: 1 може да има вход от 20 волта с ток от 1 ампер, докато на изхода напрежението ще бъде 10 волта при 2 ампера. Тъй като съотношението на напрежението и тока определя импеданса, може да се види, че трансформаторът може да се използва за промяна на импеданса между входа и изхода. Всъщност импедансът варира в зависимост от квадрата на съотношението на завоите, както се вижда от:

Zp = np2
Zs ns2

В употреба

Трансформаторите се използват широко в много приложения в радиото и електрониката. Едно от основните им приложения е в рамките на мрежовите захранвания. Тук трансформаторът се използва за промяна на входящото мрежово напрежение (около 240 V в много страни и 110 V в много други) до необходимото напрежение за захранване на оборудването. С повечето от съвременното оборудване, използващо полупроводникова технология, необходимите напрежения са много по-ниски от входящата мрежа. В допълнение към това трансформаторът изолира захранването на вторичната мрежа от мрежата и по този начин прави вторичното захранване много по-безопасно. Ако захранването се взема директно от електрическата мрежа, тогава ще има много по-голям риск от токов удар.

Силов трансформатор като този, използван в захранването, обикновено се навива върху желязна сърцевина. Това се използва за концентриране на магнитното поле и осигуряване на много тясно свързване между първичното и вторичното. По този начин ефективността се поддържа възможно най-висока. Въпреки това е много важно да се гарантира, че тази сърцевина не действа като намотка с едно завъртане. За да се предотврати това, секциите на сърцевината са изолирани една от друга. Всъщност сърцевината е изградена от няколко плочи, всяка с преплетени, но изолирани една от друга, както е показано.

Двете намотки на силов трансформатор са добре изолирани една от друга. Това предотвратява всяка вероятност вторичната намотка да се активира.

Въпреки че едно от основните приложения на трансформаторите, с които хобистът ще се сблъска, е за трансформиране на захранващо или мрежово напрежение на ново ниво, те имат и множество други приложения, за които могат да бъдат използвани. Когато се използват клапани, те се използват широко в аудио приложения, за да позволят високоговорителите с нисък импеданс да бъдат задвижвани от вериги на клапани, които имат относително висок импеданс на изхода. Те се използват и за радиочестотни приложения. Фактът, че те могат да изолират компонентите на постоянния ток на сигнала, да действат като импедансни трансформатори и като настроени вериги всичко в едно, означава, че те са жизненоважен елемент в много вериги. В много преносими приемници тези IF трансформатори осигуряват селективност за приемника. В показания пример може да се види, че първичната част на трансформатора е настроена с помощта на кондензатор, за да го доведе до резонанс. Регулирането на резонансната честота обикновено се извършва с помощта на сърцевина, която може да се завинтва и извива, за да се промени размерът на индуктивността на бобината. Трансформаторът също така съответства на по-високия импеданс на колекторната степен от предишния етап на по-ниския импеданс на следващия етап. Той също така служи за изолиране на различните стационарни напрежения на колектора от предишния етап от основата на следващия етап. Ако двете вериги не бяха изолирани една от друга, условията на DC пристрастия и за двата транзистора щяха да бъдат нарушени и нито един от етапите няма да работи правилно. Чрез използване на трансформатор етапите могат да бъдат свързани за променливотокови сигнали, като същевременно се поддържат условията на DC пристрастия.

Обобщение

Трансформаторът е безценен компонент в днешната електроника. Въпреки факта, че интегралните схеми и други полупроводникови устройства изглежда се използват във все по-големи количества, трансформаторът няма заместител. Фактът, че той е в състояние да изолира и прехвърли мощност от една верига в друга, като същевременно променя импеданса, гарантира, че тя е уникално поставена като инструмент за дизайнери на електроника.


Гледай видеото: Силовой трансформатор 100,4 кВ (Януари 2022).