Οι ηλεκτρομαγνητικές στατικές συσκευές χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία και την εφαρμογή μαγνητικού πεδίου. Υπάρχουν πολλοί λόγοι για τους οποίους ένας μετασχηματιστής είναι απαραίτητος στα ηλεκτρονικά, ηλεκτρικά και ραδιοφωνικά κυκλώματα. Η συσκευή είναι εξοπλισμένη με επαγωγικές περιελίξεις που συνδέονται αμοιβαία σε έναν μαγνητικό πυρήνα. Το δίκτυο συμβάλλει στο εναλλασσόμενο πεδίο, ενώ ο μετασχηματιστής χρησιμοποιεί την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή για να δώσει στο ρεύμα μια σταθερή τιμή χωρίς να αλλάζει η συχνότητα.
Περιεχόμενο
Ορισμός και σκοπός
Για την τροφοδοσία των οργάνων απαιτούνται τάσεις με διαφορετικά χαρακτηριστικά. Ο μετασχηματιστής είναι μια κατασκευή που εκμεταλλεύεται την επαγωγική λειτουργία ενός μαγνητικού πεδίου. Τα πηνία κορδέλας ή σύρματος που συνδέονται με κοινό ρεύμα μειώνουν ή αυξάνουν την τάση. Μια τηλεόραση χρησιμοποιεί 5V για τη λειτουργία των τρανζίστορ και των τσιπ, ενώ η τροφοδοσία ενός κινηματογράφου απαιτεί αρκετά kilovolt όταν χρησιμοποιείται ένας ταλαντωτής cascade.
Τα μονωμένα τυλίγματα τοποθετούνται σε πυρήνα από αυθόρμητα μαγνητισμένο υλικό με καθορισμένη τιμή τάσης. Οι παλαιότερες μονάδες χρησιμοποιούσαν την υπάρχουσα συχνότητα του δικτύου, περίπου 60 Hz. Τα σύγχρονα κυκλώματα τροφοδοσίας συσκευών χρησιμοποιούν παλμομετασχηματιστές υψηλής συχνότητας. Η εναλλασσόμενη τάση ανορθώνεται και μετατρέπεται μέσω ενός ταλαντωτή σε μια τιμή με καθορισμένες παραμέτρους.
Η τάση σταθεροποιείται από μια μονάδα ελέγχου με διαμόρφωση εύρους παλμών. Οι ριπές υψηλής συχνότητας μεταδίδονται στον μετασχηματιστή, η έξοδος είναι σταθερή. Η μαζικότητα και το βάρος των προηγούμενων συσκευών αντικαθίσταται από την ελαφρότητα και το μικρό μέγεθος. Η γραμμική απόδοση της μονάδας είναι ανάλογη της ισχύος σε αναλογία 1:4, η συχνότητα ρεύματος αυξάνεται για να μειωθεί το μέγεθος της μονάδας.
Οι μαζικές μονάδες χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα τροφοδοσίας, εάν υπάρχει ανάγκη για ελάχιστη διάχυση παρεμβολών υψηλής συχνότητας, π.χ. κατά την παροχή ήχου υψηλής ποιότητας.
Σχεδιασμός και αρχή λειτουργίας
Ο κατασκευαστής επιλέγει τους βασικούς κανόνες λειτουργίας της μονάδας, αλλά αυτό δεν επηρεάζει τη λειτουργική αξιοπιστία. Οι έννοιες διαφέρουν στη διαδικασία κατασκευής. Η αρχή λειτουργίας του μετασχηματιστή βασίζεται σε δύο δηλώσεις:
- η μεταβαλλόμενη κίνηση των κατευθυνόμενων φορέων φορτίου δημιουργεί ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό δυναμικό πεδίο,
- Η επίδραση στη ροή δύναμης που μεταδίδεται μέσω του πηνίου δημιουργεί ηλεκτροκινητική δύναμη και επαγωγή.
Η συσκευή αποτελείται από τα ακόλουθα μέρη:
- Σύρμα μαγνήτη (πυρήνας),
- πηνίο ή περιέλιξη,
- ένα υπόστρωμα για τη διάταξη των σπειρών,
- μονωτικό υλικό,
- σύστημα ψύξης,
- άλλα στοιχεία στερέωσης, πρόσβασης, προστασίας.
Η λειτουργία ενός μετασχηματιστή βασίζεται στον τύπο κατασκευής και στον συνδυασμό πυρήνα και περιελίξεων. Στον τύπο πυρήνα, ο αγωγός είναι κλεισμένος μέσα στις περιελίξεις και είναι δύσκολο να τον δει κανείς. Τα πηνία είναι ορατά, το πάνω και το κάτω μέρος του πυρήνα είναι ορατά και ο άξονας είναι κατακόρυφος. Το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένο το πηνίο πρέπει να άγει καλά τον ηλεκτρισμό.
Στα προϊόντα θωρακισμένου τύπου ο πυρήνας κρύβει τις περισσότερες στροφές και τοποθετείται οριζόντια ή κατακόρυφα. Ο σχεδιασμός του τοροειδούς μετασχηματιστή περιλαμβάνει την τοποθέτηση δύο ανεξάρτητων περιελίξεων στον μαγνητικό πυρήνα χωρίς καμία ηλεκτρική σύνδεση μεταξύ τους.
Μαγνητικό σύστημα
Κατασκευασμένο από κραματωμένο χάλυβα μετασχηματιστή, φερρίτη, περμαλλούχο κράμα, διατηρώντας το γεωμετρικό σχήμα για τη δημιουργία του μαγνητικού πεδίου της μονάδας. Ο αγωγός κατασκευάζεται από πλάκες, λωρίδες, πέταλα και κατασκευάζεται σε πρέσα. Το μέρος στο οποίο τοποθετείται η περιέλιξη ονομάζεται ζυγός. Ο ζυγός είναι το στοιχείο χωρίς πηνία που ολοκληρώνει το κλείσιμο του κυκλώματος.
Ο τρόπος λειτουργίας ενός μετασχηματιστή εξαρτάται από τη διάταξη του ζυγού, η οποία μπορεί να είναι
- επίπεδος - οι άξονες του ζυγού και των πυρήνων βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο,
- χωρική - τα διαμήκη στοιχεία είναι τοποθετημένα σε διαφορετικές επιφάνειες,
- συμμετρικοί - αγωγοί του ίδιου σχήματος, μεγέθους και κατασκευής είναι τοποθετημένοι σε όλους τους ζυγούς με παρόμοιο τρόπο με τους άλλους,
- ασύμμετρες - οι επιμέρους δοκοί διαφέρουν ως προς την εμφάνιση, τις διαστάσεις και τοποθετούνται σε διαφορετικές θέσεις.
Αν υποτεθεί ότι το τύλιγμα διαρρέεται από συνεχές ρεύμα, το οποίο ονομάζεται πρωτεύον τύλιγμα, το μαγνητικό σύρμα γίνεται ανοικτό. Σε άλλες περιπτώσεις, ο πυρήνας είναι κλειστός, χρησιμεύει για να κλείσει τις γραμμές τροφοδοσίας.
Περιελίξεις .
Κατασκευάζονται ως ένα σύνολο πηνίων τοποθετημένων σε αγωγούς με τετράγωνη διατομή. Το σχήμα χρησιμοποιείται για την αποτελεσματική λειτουργία και για την αύξηση του συντελεστή πλήρωσης στο παράθυρο του μαγνητικού πυρήνα. Εάν απαιτείται μεγαλύτερη διατομή πυρήνα, αυτός κατασκευάζεται ως δύο παράλληλα στοιχεία για να μειωθεί η εμφάνιση δινορευμάτων. Κάθε τέτοιος αγωγός ονομάζεται πυρήνας.
Ο πυρήνας τυλίγεται σε χαρτί και επικαλύπτεται με βερνίκι σμάλτου. Μερικές φορές δύο πυρήνες τοποθετημένοι παράλληλα περικλείονται σε μια κοινή μόνωση, ένα σύνολο που ονομάζεται καλώδιο. Οι περιελίξεις διαφοροποιούνται ανάλογα με το σκοπό τους:
- κύρια - τροφοδοτούνται με εναλλασσόμενο ρεύμα, βγαίνει το μετασχηματισμένο ηλεκτρικό ρεύμα,
- περιελίξεις ελέγχου - έχουν κάμψεις για να μετατρέπουν την τάση σε χαμηλά ρεύματα,
- βοηθητικά - χρησιμεύουν για να τροφοδοτούν το δίκτυό τους με λιγότερο από την ονομαστική ισχύ του μετασχηματιστή και να μαγνητίζουν το κύκλωμα με συνεχές ρεύμα.
Μέθοδοι περιτύλιξης:
- Σειρά περιέλιξης - οι στροφές γίνονται προς την κατεύθυνση του άξονα σε όλο το μήκος του αγωγού, οι επόμενες στροφές τυλίγονται σφιχτά, χωρίς κενά,
- ελικοειδής περιέλιξη - περιέλιξη πολλαπλών στρώσεων με κενά μεταξύ των δακτυλίων ή επικάλυψη γειτονικών στοιχείων,
- περιέλιξη δίσκου - η σπειροειδής σειρά τυλίγεται σε σειρά, η περιέλιξη είναι ακτινική προς την εσωτερική και την εξωτερική κατεύθυνση σε κύκλο,
- το πηνίο φύλλων αλουμινίου κατασκευάζεται από πλατιά φύλλα αλουμινίου και χαλκού με πάχος που κυμαίνεται μεταξύ 0,1-2 mm.
Σύμβολα
Υπάρχουν ειδικές πινακίδες για την εύκολη ανάγνωση του διαγράμματος του μετασχηματιστή. Ο πυρήνας σχεδιάζεται με μια παχιά γραμμή, ο αριθμός 1 υποδεικνύει το πρωτεύον τύλιγμα και τα δευτερεύοντα τυλίγματα υποδεικνύονται με τους αριθμούς 2 και 3.
Σε ορισμένα διαγράμματα η γραμμή πυρήνα έχει παρόμοιο πάχος με το σχέδιο ημικυκλίου. Η ονομασία του υλικού του πυρήνα είναι διαφορετική:
- ο μαγνητικός πυρήνας φερρίτη σχεδιάζεται με παχιά γραμμή,
- ο χαλύβδινος πυρήνας με μαγνητικό διάκενο σχεδιάζεται με μια λεπτή γραμμή με ένα διάλειμμα στη μέση,
- ο άξονας του μαγνητισμένου διηλεκτρικού σημειώνεται με λεπτή διακεκομμένη γραμμή,
- η ράβδος χαλκού σχεδιάζεται ως στενή γραμμή με σημειώσεις υλικών σύμφωνα με τον πίνακα του Μεντελέγιεφ.
Οι έντονες κουκκίδες χρησιμοποιούνται για να τονίσουν την έξοδο του πηνίου, ο χαρακτηρισμός της στιγμιαίας επαγωγής είναι ο ίδιος. Χρησιμοποιείται για την ένδειξη ενδιάμεσων μονάδων σε ταλαντωτές καταρράκτη για την ένδειξη αντιστροφής φάσης. Οι κουκκίδες τοποθετούνται εάν είναι απαραίτητο να καθοριστεί η πολικότητα κατά τη συναρμολόγηση και η κατεύθυνση της διάταξης των περιελίξεων. Ο αριθμός των στροφών του πρωτεύοντος τυλίγματος ορίζεται συμβατικά και ο αριθμός των ημικυκλίων δεν ρυθμίζεται- η αναλογικότητα υπάρχει, αλλά δεν τηρείται αυστηρά.
Τα κύρια χαρακτηριστικά έχουν ως εξής
Η λειτουργία ρελαντί ισχύει όταν το δευτερεύον του μετασχηματιστή είναι ανοικτό και δεν υπάρχει τάση στο δευτερεύον. Το ρεύμα διαρρέει το πρωτεύον και εμφανίζεται αντιδραστική μαγνήτιση. Με λειτουργία χωρίς φορτίο προσδιορίζονται η απόδοση, ο λόγος μετασχηματισμού και οι απώλειες πυρήνα.
Η λειτουργία φορτίου περιλαμβάνει τη σύνδεση του τροφοδοτικού στο πρωτεύον κύκλωμα, όπου ρέει το σύνολο των ρευμάτων λειτουργίας και μη φορτίου. Το φορτίο συνδέεται στο δευτερεύον του μετασχηματιστή. Αυτή η λειτουργία είναι κοινή.
Η φάση του βραχυκυκλώματος εμφανίζεται εάν η αντίσταση του δευτερεύοντος πηνίου είναι το μοναδικό φορτίο. Σε αυτή τη λειτουργία προσδιορίζονται οι απώλειες θέρμανσης του πηνίου στο κύκλωμα. Οι παράμετροι των μετασχηματιστών λαμβάνονται υπόψη στο σύστημα υποκατάστασης οργάνων μέσω της ρύθμισης της αντίστασης.
Ο λόγος της ισχύος εισόδου προς την ισχύ εξόδου καθορίζει την απόδοση του μετασχηματιστή.
Εφαρμογές
Οι οικιακές συσκευές έχουν επαφή γείωσης μέσω του ουδέτερου αγωγού. Το ταυτόχρονο άγγιγμα ενός κυκλώματος φάσης και ουδέτερου από έναν καταναλωτή προκαλεί σφάλμα βρόχου και τραυματισμό. Η σύνδεση μέσω μετασχηματιστή απομόνωσης επιτρέπει την ασφάλεια των ανθρώπων, καθώς το δευτερεύον τύλιγμα δεν έρχεται σε επαφή με τη γη.
Οι παλμικές μονάδες χρησιμοποιούνται κατά τη μετάδοση ορθογώνιων κραδασμών και τη μετατροπή σύντομων σημάτων στο φορτίο. Η έξοδος αλλάζει την πολικότητα και το πλάτος του ρεύματος, αλλά η τάση παραμένει αμετάβλητη.
Ο εξοπλισμός μέτρησης συνεχούς ρεύματος είναι ένας μαγνητικός ενισχυτής. Η αλλαγή της εναλλασσόμενης τάσης υποβοηθείται από την κατευθυνόμενη κίνηση των ηλεκτρονίων μικρής ισχύος. Ένας ανορθωτής παρέχει σταθερή ενέργεια και εξαρτάται από τις τιμές της εισερχόμενης ηλεκτρικής ενέργειας.
Οι μονάδες ισχύος χρησιμοποιούνται ευρέως σε γεννήτριες μικρού ρεύματος, γεννήτριες ισχύος και γεννήτριες μεσαίου ρεύματος σε κινητήρες ντίζελ. Οι μετασχηματιστές τοποθετούνται σε σειρά με το φορτίο, η συσκευή συνδέεται στην πηγή με το πρωτεύον τύλιγμα, το δευτερεύον κύκλωμα παρέχει τη μετασχηματισμένη ενέργεια. Η τιμή του ρεύματος εξόδου είναι ευθέως ανάλογη του φορτίου. Εξοπλισμός με 3 μαγνητικές ράβδους χρησιμοποιείται εάν η γεννήτρια είναι τριφασική.
Οι μονάδες αντιστροφής έχουν τρανζίστορ της ίδιας αγωγιμότητας και ενισχύουν μόνο ένα μέρος του σήματος στην έξοδο. Για πλήρη μετατροπή τάσης, ένας παλμός εφαρμόζεται και στα δύο τρανζίστορ.
Ο εξοπλισμός προσαρμογής χρησιμοποιείται για τη σύνδεση σε ηλεκτρονικές συσκευές με υψηλή αντίσταση στην είσοδο και την έξοδο ενός φορτίου με χαμηλό ρυθμό ροής ισχύος. Οι μονάδες είναι χρήσιμες σε γραμμές υψηλής συχνότητας όπου μια διαφορά στο μέγεθος οδηγεί σε απώλεια ισχύος.
Τύποι μετασχηματιστών
Οι ονομαστικές τιμές του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος ρεύματος καθορίζουν την ταξινόμηση των μετασχηματιστών. Στους κοινούς τύπους η τιμή κυμαίνεται μεταξύ 1-5 A.
Μια μονάδα διαχωρισμού δεν παρέχει καμία σύνδεση μεταξύ των δύο πηνίων. Ο εξοπλισμός παρέχει γαλβανική απομόνωση, δηλαδή μετάδοση του παλμού χωρίς επαφή. Χωρίς αυτήν, το ρεύμα που ρέει μεταξύ των κυκλωμάτων περιορίζεται μόνο από την αντίσταση, η οποία δεν λαμβάνεται υπόψη λόγω της μικρής της τιμής.
Ο μετασχηματιστής προσαρμογής εξασφαλίζει ότι οι διαφορετικές τιμές αντίστασης προσαρμόζονται ώστε να ελαχιστοποιείται η παραμόρφωση της μορφής παλμού στην έξοδο. Χρησιμοποιείται για την παροχή γαλβανικής απομόνωσης.
Πριν μάθετε τι είναι οι μετασχηματιστές γραμμής ισχύος, σημειώνεται ότι είναι διαθέσιμοι για χρήση σε δίκτυα υψηλής ισχύος. Οι συσκευές εναλλασσόμενου ρεύματος τροποποιούν τις τιμές ενέργειας στις εγκαταστάσεις λήψης και λειτουργούν σε χώρους με υψηλή χωρητικότητα και ρυθμό μεταβολής της ηλεκτρικής ενέργειας.
Ένας περιστροφικός μετασχηματιστής δεν πρέπει να συγχέεται με έναν περιστρεφόμενο εξοπλισμό - μια μηχανή για τη μετατροπή της γωνίας περιστροφής σε τάση κυκλώματος, όπου η απόδοση εξαρτάται από την ταχύτητα περιστροφής. Η συσκευή μεταδίδει ένα ηλεκτρικό παλμό σε κινούμενα μέρη του μηχανήματος, όπως η κεφαλή ενός βίντεο. Διπλός πυρήνας με ξεχωριστά τυλίγματα, εκ των οποίων το ένα περιστρέφεται γύρω από το άλλο.
Η μονάδα με λάδι χρησιμοποιεί ειδικό λάδι μετασχηματιστή για την ψύξη των πηνίων. Έχουν κλειστό μαγνητικό κύκλωμα. Σε αντίθεση με τους εναέριους τύπους, μπορούν να αλληλεπιδρούν με δίκτυα υψηλής ισχύος.
Μετασχηματιστές συγκόλλησης για τη βελτιστοποίηση της λειτουργίας του εξοπλισμού, τη μείωση της τάσης και την παραγωγή ρεύματος υψηλής συχνότητας. Αυτό επιτυγχάνεται με τη μεταβολή της αυτεπαγωγής ή των χαρακτηριστικών χωρίς φορτίο. Η βηματική ρύθμιση πραγματοποιείται με τη διευθέτηση της ηλεκτρικής περιέλιξης στους αγωγούς.
