Elektromagnetische statische Geräte werden verwendet, um ein Magnetfeld zu erzeugen und anzulegen. Es gibt viele Gründe, warum ein Transformator in elektronischen, elektrischen und Funkschaltungen benötigt wird. Das Gerät ist mit induktiven Wicklungen ausgestattet, die über einen Magnetkern miteinander verbunden sind. Das Netz trägt zum Wechselfeld bei, während der Transformator die elektromagnetische Induktion nutzt, um dem Strom einen konstanten Wert zu geben, ohne die Frequenz zu ändern.
Inhalt
Definition und Zweck
Zur Versorgung von Instrumenten sind Spannungen mit unterschiedlichen Eigenschaften erforderlich. Ein Transformator ist eine Konstruktion zur Ausnutzung der induktiven Wirkung eines Magnetfeldes. Band- oder Drahtspulen, die durch einen gemeinsamen Strom verbunden sind, verringern oder erhöhen die Spannung. Ein Fernseher benötigt 5 V für den Betrieb der Transistoren und Chips, die Stromversorgung eines Kineskops erfordert mehrere Kilovolt, wenn ein Kaskadenoszillator verwendet wird.
Die isolierten Wicklungen befinden sich auf einem Kern aus spontan magnetisiertem Material mit einem bestimmten Spannungswert. Ältere Geräte nutzten die bestehende Netzfrequenz, etwa 60 Hz. Moderne Stromversorgungsschaltungen für Haushaltsgeräte verwenden Hochfrequenz-Impulstransformatoren. Die Wechselspannung wird gleichgerichtet und mit Hilfe eines Oszillators in einen Wert mit bestimmten Parametern umgewandelt.
Die Spannung wird durch ein Steuergerät mit Pulsweitenmodulation stabilisiert. Die hochfrequenten Bursts werden an den Transformator übertragen, der Ausgang ist stabil. Die Massivität und Schwere früherer Geräte wird durch Leichtigkeit und geringe Größe ersetzt. Die lineare Leistung des Geräts ist proportional zur Leistung im Verhältnis von 1:4, die Stromfrequenz wird erhöht, um die Größe des Geräts zu verringern.
Massive Bauelemente werden in Stromversorgungsschaltungen eingesetzt, wenn ein Minimum an hochfrequenter Störung abgeleitet werden muss, z. B. bei der Bereitstellung einer hohen Klangqualität.
Aufbau und Funktionsweise
Der Hersteller legt die Grundregeln für den Betrieb des Geräts fest, was jedoch keinen Einfluss auf die Betriebssicherheit hat. Die Konzepte unterscheiden sich durch den Herstellungsprozess. Das Funktionsprinzip des Transformators beruht auf zwei Aussagen:
- Die wechselnde Bewegung der gerichteten Ladungsträger erzeugt ein wechselndes magnetisches Kraftfeld;
- Die Wirkung auf den über die Spule übertragenen Kraftfluss erzeugt eine elektromotorische Kraft und Induktion.
Das Gerät besteht aus den folgenden Teilen:
- Magnetdraht (Kern);
- Spule oder Wicklung;
- eine Unterlage für die Anordnung der Spulen;
- Isoliermaterial;
- Kühlsystem;
- andere Elemente der Befestigung, des Zugangs, des Schutzes.
Die Funktionsweise eines Transformators hängt von der Bauart und der Kombination von Kern und Wicklungen ab. Beim Kerntyp ist der Leiter von den Wicklungen umschlossen und nur schwer zu sehen. Die Spulen sind sichtbar, die Ober- und Unterseite des Kerns sind sichtbar, und die Achse ist vertikal. Das Material, aus dem die Spule gefertigt ist, muss den Strom gut leiten.
Bei gepanzerten Produkten verbirgt der Kern den größten Teil der Windungen und ist horizontal oder lotrecht angeordnet. Bei der Konstruktion eines Ringkerntransformators werden zwei unabhängige Wicklungen auf dem Magnetkern angebracht, ohne dass eine elektrische Verbindung zwischen ihnen besteht.
Magnetisches System
Hergestellt aus legiertem Transformatorenstahl, Ferrit, Permalloy, unter Beibehaltung der geometrischen Form zur Erzeugung des Magnetfeldes des Gerätes. Der Leiter ist aus Platten, Bändern und Hufeisen aufgebaut und wird auf einer Presse hergestellt. Der Teil, auf dem die Wicklung angebracht ist, wird als Joch bezeichnet. Das Joch ist das Element ohne Spulen, das die Schließung des Stromkreises herbeiführt.
Die Funktionsweise eines Transformators hängt von der Anordnung des Jochs ab, das wie folgt aussehen kann
- flach - die Achsen des Jochs und der Kerne liegen in der gleichen Ebene;
- räumlich - die Längselemente sind in verschiedenen Flächen angeordnet;
- symmetrisch - Leiter gleicher Form, Größe und Konstruktion sind an allen Jochen in ähnlicher Weise angeordnet wie an anderen;
- asymmetrisch - die einzelnen Streben unterscheiden sich im Aussehen, in den Abmessungen und sind an unterschiedlichen Stellen angebracht.
Wenn man davon ausgeht, dass ein Gleichstrom durch die Wicklung fließt, die als Primärwicklung bezeichnet wird, wird der Magnetdraht offen gemacht. In anderen Fällen ist der Kern geschlossen, er dient dazu, die Stromleitungen zu schließen.
Wicklungen .
Sie bestehen aus einer Reihe von Spulen, die auf Leitern mit quadratischem Querschnitt angeordnet sind. Die Form wird für einen effizienten Betrieb und zur Erhöhung des Füllfaktors im Fenster des Magnetkerns verwendet. Wenn ein größerer Kernquerschnitt erforderlich ist, wird er als zwei parallele Elemente ausgeführt, um das Auftreten von Wirbelströmen zu verringern. Jeder dieser Leiter wird als Kern bezeichnet.
Der Kern ist in Papier eingewickelt und mit Emaillelack überzogen. Manchmal werden zwei parallel angeordnete Adern von einer gemeinsamen Isolierung umhüllt, ein Satz, der als Kabel bezeichnet wird. Die Wicklungen werden je nach ihrem Zweck unterschieden:
- Haupt - sie werden mit Wechselstrom versorgt, der transformierte elektrische Strom kommt heraus;
- Steuerwicklungen - sie haben Biegungen, um die Spannung bei niedrigen Strömen zu transformieren;
- Hilfstransformatoren - sie dienen dazu, ihr Netz mit weniger als der Transformatorleistung zu versorgen und den Stromkreis mit Gleichstrom zu magnetisieren.
Methoden zum Verpacken:
- Reihenwicklung - die Windungen werden in Achsrichtung über die gesamte Länge des Leiters gewickelt, die nachfolgenden Windungen sind dicht und lückenlos gewickelt;
- Wendelwicklung - mehrlagige Wicklung mit Lücken zwischen den Ringen oder Überlappung benachbarter Elemente;
- Scheibenwicklung - die Spiralreihe wird in einer Reihe gewickelt, die Wicklung erfolgt radial in innerer und äußerer Richtung auf einem Kreis;
- Die Folienspule wird aus breiten Aluminium- und Kupferblechen mit einer Dicke von 0,1-2 mm hergestellt.
Symbole
Der Transformatorplan ist mit speziellen Zeichen versehen, damit er leicht zu lesen ist. Der Kern ist mit einer dicken Linie gezeichnet, die Nummer 1 bezeichnet die Primärwicklung und die Sekundärwicklungen sind mit den Nummern 2 und 3 gekennzeichnet.
In einigen Diagrammen ist die Kernlinie ähnlich dick wie die Halbkreiszeichnung. Die Bezeichnung des Kernmaterials ist unterschiedlich:
- Der Ferrit-Magnetkern ist mit einer dicken Linie gezeichnet;
- Der Stahlkern mit Magnetspalt wird mit einer dünnen Linie gezeichnet, die in der Mitte unterbrochen ist;
- die Achse des magnetisierten Dielektrikums ist mit einer dünnen gepunkteten Linie markiert;
- Der Kupferstab wird als schmale Linie mit einer Materialnotation nach der Mendelejew-Tabelle gezeichnet.
Die fettgedruckten Punkte heben die Spulenleistung hervor, die Bezeichnung der Momentaninduktion ist dieselbe. Wird zur Kennzeichnung von Zwischeneinheiten in Kaskadenoszillatoren verwendet, um eine Phasenumkehr anzuzeigen. Punkte werden gesetzt, wenn die Polarität bei der Montage und die Richtung der Wicklung festgelegt werden muss. Die Anzahl der Windungen in der Primärwicklung ist konventionell festgelegt, die Anzahl der Halbkreise ist nicht geregelt; die Proportionalität ist vorhanden, wird aber nicht streng eingehalten.
Die wichtigsten Merkmale sind wie folgt
Leerlaufbetrieb liegt vor, wenn die Sekundärseite des Transformators offen ist und keine Spannung an der Sekundärseite anliegt. Strom fließt durch die Primärseite und es kommt zu einer reaktiven Magnetisierung. Im Leerlaufbetrieb werden der Wirkungsgrad, das Übersetzungsverhältnis und die Kernverluste ermittelt.
Beim Lastbetrieb wird die Stromversorgung an den Primärkreis angeschlossen, in dem die Summe der Betriebs- und Leerlaufströme fließt. Die Last wird an die Sekundärseite des Transformators angeschlossen. Dieser Modus ist üblich.
Die Kurzschlussphase tritt auf, wenn der Widerstand der Sekundärspule die einzige Last ist. In diesem Modus werden die Wärmeverluste der Spule im Stromkreis ermittelt. Die Parameter der Transformatoren werden im System für den Ersatz von Instrumenten durch die Einstellung des Widerstands berücksichtigt.
Das Verhältnis von Eingangsleistung zu Ausgangsleistung bestimmt den Wirkungsgrad des Transformators.
Anwendungen
Haushaltsgeräte haben einen Erdungskontakt über den Nullleiter. Das gleichzeitige Berühren von Phase und Nullleiter durch einen Verbraucher führt zu einem Schleifenfehler und zu Personenschäden. Der Anschluss über einen Trenntransformator ermöglicht den Schutz von Personen, da die Sekundärwicklung keinen Kontakt zur Erde hat.
Gepulste Geräte werden für die Übertragung von Rechteckstößen und die Umwandlung kurzer Signale unter Last verwendet. Der Ausgang ändert die Polarität und die Amplitude des Stroms, aber die Spannung bleibt unverändert.
Ein Gleichstrommessgerät ist ein magnetischer Verstärker. Die Änderung der Wechselspannung wird durch die gerichtete Bewegung der kleinen Leistungselektronen unterstützt. Ein Gleichrichter liefert konstante Energie und hängt von den Werten des eingehenden Stroms ab.
Stromaggregate werden in großem Umfang in kleinen Stromgeneratoren, Leistungsgeneratoren und Mittelstromgeneratoren in Dieselmotoren eingesetzt. Transformatoren werden mit der Last in Reihe geschaltet, das Gerät wird mit der Primärwicklung an die Quelle angeschlossen, der Sekundärkreis liefert die transformierte Energie. Der Ausgangsstromwert ist direkt proportional zur Last. Geräte mit 3 Magnetstäben werden verwendet, wenn der Generator dreiphasig ist.
Invertierende Geräte haben Transistoren gleicher Leitfähigkeit und verstärken nur einen Teil des Signals am Ausgang. Zur vollständigen Spannungsumwandlung wird ein Impuls an beide Transistoren angelegt.
Anpassungsgeräte werden für den Anschluss an elektronische Geräte mit hohem Widerstand am Eingang und am Ausgang einer Last mit geringem Leistungsfluss verwendet. Die Geräte sind in Hochfrequenzleitungen nützlich, wo ein Größenunterschied zu einem Leistungsverlust führt.
Arten von Transformatoren
Die primären und sekundären Stromstärken bestimmen die Klassifizierung der Transformatoren. Bei gängigen Typen liegt der Wert im Bereich von 1-5 A.
Eine Trenneinheit stellt keine Verbindung zwischen den beiden Spulen her. Das Gerät bietet eine galvanische Isolierung, d. h. die Übertragung des Impulses erfolgt berührungslos. Ohne sie wird der zwischen den Stromkreisen fließende Strom nur durch den Widerstand begrenzt, der aufgrund seines geringen Wertes nicht berücksichtigt wird.
Der Anpassungsübertrager sorgt dafür, dass unterschiedliche Widerstandswerte aufeinander abgestimmt werden, um die Impulsformverzerrung am Ausgang zu minimieren. Sie dient der galvanischen Trennung.
Bevor wir erfahren, was Netztransformatoren sind, sei darauf hingewiesen, dass es sie für den Einsatz in Hochleistungsnetzen gibt. Wechselstromgeräte verändern die Energiewerte in Empfangsanlagen und arbeiten an Orten mit einer hohen Kapazität und Änderungsrate von Elektrizität.
Ein Drehtransformator ist nicht zu verwechseln mit einem rotierenden Gerät - einer Maschine zur Umwandlung des Drehwinkels in eine Stromkreisspannung, deren Wirkungsgrad von der Drehgeschwindigkeit abhängt. Das Gerät überträgt einen elektrischen Impuls auf bewegliche Teile des Geräts, z. B. auf den Kopf eines Videorekorders. Ein Doppelkern mit getrennten Wicklungen, von denen sich eine um die andere dreht.
Das ölgefüllte Gerät verwendet ein spezielles Transformatorenöl zur Kühlung der Spulen. Sie haben einen geschlossenen magnetischen Kreis. Im Gegensatz zu luftgestützten Typen können sie mit Hochspannungsnetzen interagieren.
Schweißtransformatoren zur Optimierung des Gerätebetriebs, zur Reduzierung der Spannung und zur Erzeugung von Hochfrequenzstrom. Dies wird durch Variation der Induktivität oder der Leerlaufeigenschaften erreicht. Die Stufenregelung erfolgt durch die Anordnung der elektrischen Wicklung auf den Leitern.
