Az elektromágneses statikus eszközök mágneses mező létrehozására és alkalmazására szolgálnak. Az elektronikus, elektromos és rádiós áramkörökben számos okból van szükség transzformátorra. A készülék induktív tekercsekkel van felszerelve, amelyek egy mágneses magon vannak egymással összekapcsolva. A hálózat hozzájárul a váltakozó mezőhöz, míg a transzformátor elektromágneses indukciót használ, hogy az áramnak állandó értéket adjon frekvenciaváltozás nélkül.
Tartalom
Meghatározás és cél
A műszerek ellátásához különböző jellemzőkkel rendelkező feszültségekre van szükség. A transzformátor a mágneses mező induktív működését kihasználó szerkezet. A közös árammal összekapcsolt szalag- vagy huzaltekercsek csökkentik vagy növelik a feszültséget. Egy televízió 5 V-ot használ a tranzisztorok és a chipek működtetéséhez, egy kinezoszkóp táplálása több kilovoltot igényel, ha kaszkád oszcillátort használnak.
A szigetelt tekercsek egy spontán mágnesezhető anyagból készült magra kerülnek, amely meghatározott feszültségértékkel rendelkezik. A régebbi készülékek a meglévő hálózati frekvenciát, körülbelül 60 Hz-et használták. A modern készülékek tápellátó áramkörei nagyfrekvenciás impulzus transzformátorokat használnak. A váltakozó feszültséget egyenirányítják és egy oszcillátor segítségével egy meghatározott paraméterekkel rendelkező értékké alakítják át.
A feszültséget egy impulzusszélesség-modulációval működő vezérlőegység stabilizálja. A nagyfrekvenciás kitöréseket a transzformátorra továbbítják, a kimenet stabil. A korábbi eszközök tömegességét és nehézkességét a könnyűség és a kis méret váltja fel. Az egység lineáris teljesítménye 1:4 arányban arányos a teljesítménnyel, az áramfrekvenciát növelik az egység méretének csökkentése érdekében.
A masszív egységeket a tápellátó áramkörökben akkor használják, ha minimális nagyfrekvenciás interferencia-elvezetésre van szükség, például kiváló minőségű hang biztosítása esetén.
Tervezés és működési elv
A gyártó választja meg a készülék működésének alapvető szabályait, de ez nem befolyásolja a működési megbízhatóságot. A fogalmak a gyártási folyamatban különböznek. A transzformátor működési elve két állításon alapul:
- az irányított töltéshordozók változó mozgása váltakozó mágneses erőteret hoz létre;
- A tekercsen keresztül továbbított erőáramra gyakorolt hatás elektromotoros erőt és indukciót hoz létre.
A készülék a következő részekből áll:
- Mágneshuzal (mag);
- tekercs vagy tekercselés;
- a tekercsek elrendezésének alátámasztása;
- szigetelőanyag;
- hűtőrendszer;
- a rögzítés, a hozzáférés és a védelem egyéb elemei.
A transzformátor működése a konstrukció típusán, valamint a mag és a tekercsek kombinációján alapul. A magos típusnál a vezető a tekercsekbe van zárva, és nehezen látható. A tekercsek láthatóak, a mag teteje és alja látható, a tengely pedig függőleges. Az anyagnak, amelyből a tekercs készül, jól kell vezetnie az elektromosságot.
A páncélozott típusú termékeknél a mag elrejti a fordulatok nagy részét, és vízszintesen vagy függőlegesen helyezkedik el. A toroidális transzformátor kialakításánál két független tekercset helyeznek a mágneses magra, amelyek között nincs elektromos kapcsolat.
Mágneses rendszer
Ötvözött transzformátoracélból, ferritből, permalloy-ból készült, a geometriai forma megtartásával az egység mágneses mezejének létrehozásához. A vezető lemezekből, szalagokból, patkókból készül, és présgépen állítják elő. Azt a részt, amelyre a tekercset helyezik, igának nevezik. A járom az a tekercsek nélküli elem, amely az áramkör zárását végzi.
A transzformátor működésének módja az igekötő elrendezésétől függ, amely lehet
- lapos - a járom és a magok tengelye ugyanabban a síkban van;
- térbeli - a hosszanti elemek különböző felületeken helyezkednek el;
- szimmetrikus - az azonos alakú, méretű és felépítésű vezetők minden igavonóhoz hasonlóan vannak elhelyezve;
- aszimmetrikus - az egyes merevítők megjelenésükben, méreteikben és elhelyezésükben különböznek egymástól.
Ha feltételezzük, hogy egyenáram folyik a tekercsben, amelyet primer tekercsnek nevezünk, akkor a mágneses huzal nyitottá válik. Más esetekben a mag zárt, ez a távvezetékek lezárására szolgál.
Tekercsek .
Négyzetes keresztmetszetű vezetőkön elhelyezett tekercsekből állnak. Az alakot a hatékony működés és a mágneses mag ablakának kitöltési tényezőjének növelése érdekében használják. Ha nagyobb magkeresztmetszetre van szükség, akkor azt két párhuzamos elemként készítik el az örvényáramok előfordulásának csökkentése érdekében. Minden ilyen vezetőt magnak nevezünk.
A magot papírba csomagolják és zománclakkal bevonják. Néha két párhuzamosan elhelyezett magot közös szigetelésbe burkolnak, a készletet kábelnek nevezik. A tekercseket rendeltetésük szerint különböztetik meg:
- fő - váltakozó árammal táplálják őket, az átalakított elektromos áram jön ki;
- vezérlő tekercsek - kanyarokkal rendelkeznek, hogy alacsony áramoknál átalakítsák a feszültséget;
- segéd - arra szolgálnak, hogy hálózatukat a transzformátor névleges teljesítményénél kevesebbel lássák el, és egyenárammal mágnesezzék az áramkört.
Csomagolási módszerek:
- Soros tekercselés - a fordulatokat a tengely irányában, a vezető teljes hosszán végigvezetik, a későbbi fordulatok szorosan, hézagmentesen vannak tekerve;
- spirális tekercselés - többrétegű tekercselés a gyűrűk közötti hézagokkal vagy a szomszédos elemek átfedésével;
- tárcsás tekercselés - a spirálsor sorban van tekerve, a tekercselés sugárirányban a belső és a külső irányban egy körbe;
- a fóliatekercs 0,1-2 mm vastagságú alumínium- és rézlemezekből készül.
Szimbólumok
A transzformátor diagramjának könnyű olvashatósága érdekében speciális jelek vannak. A magot vastag vonallal rajzoltuk meg, az 1-es szám a primer tekercset jelzi, a szekunder tekercseket pedig a 2-es és 3-as számmal.
Egyes ábrákon a magvonal vastagsága hasonló a félkör rajzolathoz. A maganyag megnevezése eltérő:
- a ferrit mágneses magot vastag vonallal rajzoljuk;
- a mágneses réssel ellátott acélmagot vékony vonallal rajzoljuk, amelynek közepén egy törés van;
- a mágnesezett dielektromos tengelyt vékony szaggatott vonal jelöli;
- A rézrudat keskeny vonalként rajzoljuk meg, a Mendelejev-táblázat szerinti anyagjelöléssel.
A vastag pontok a tekercs kimenetének kiemelésére szolgálnak, a pillanatnyi indukció jelölése ugyanaz. Kaszkádos oszcillátorok köztes egységeinek jelölésére szolgál a fázisfordulás jelzésére. A pontok akkor kerülnek elhelyezésre, ha az összeszereléskor a polaritás és a tekercselési elrendezés irányának megállapítására van szükség. A primer tekercs fordulatszámát konvencionálisan határozzák meg, és a félkörök számát nem szabályozzák; az arányosság megvan, de nem tartják be szigorúan.
A főbb jellemzők a következők
Az üresjárat akkor érvényes, amikor a transzformátor szekundere nyitott, és a szekunderen nincs feszültség. Az áram átfolyik a primeren, és reaktív mágnesezés következik be. Terheletlen üzemmódban meghatározzák a hatásfokot, az átalakítási arányt és a magveszteségeket.
A terheléses működés során a tápegységet a primer áramkörhöz kell csatlakoztatni, ahol az üzemi és a terheletlen áram összege folyik. A terhelés a transzformátor szekunderéhez van csatlakoztatva. Ez az üzemmód gyakori.
A rövidzárlati fázis akkor következik be, ha a szekunder tekercs ellenállása az egyetlen terhelés. Ebben az üzemmódban a tekercs fűtési veszteségeit határozzák meg az áramkörben. A transzformátorok paramétereit a műszerpótló rendszerben az ellenállás beállításával veszik figyelembe.
A bemeneti teljesítmény és a kimeneti teljesítmény aránya határozza meg a transzformátor hatásfokát.
Alkalmazások
A háztartási készülékek a semleges vezetőn keresztül földelnek. Ha egy fogyasztó egyszerre érinti a fázis- és a nullavezető áramkört, az hurokhibát és személyi sérülést okoz. A leválasztó transzformátoron keresztül történő csatlakoztatás lehetővé teszi az emberek biztonságát, mivel a szekunder tekercs nem érintkezik a földdel.
Az impulzusüzemű egységeket egyenszögű lökések továbbításakor és rövid jelek terhelésre történő átalakításakor használják. A kimenet megváltoztatja az áram polaritását és amplitúdóját, de a feszültség változatlan marad.
Az egyenáramú mérőberendezés egy mágneses erősítő. A váltakozó feszültség megváltoztatását a kis teljesítményű elektronok irányított mozgása segíti. Az egyenirányító állandó energiát szolgáltat, és a bejövő villamos energia értékeitől függ.
A teljesítményegységeket széles körben használják a kisáramú generátorokban, a teljesítménygenerátorokban és a dízelmotorok közepes áramú generátoraiban. A transzformátorok sorba vannak szerelve a terheléssel, a készüléket a primer tekercseléssel csatlakoztatják a forráshoz, a szekunder áramkör szolgáltatja az átalakított energiát. A kimeneti áram értéke közvetlenül arányos a terheléssel. A 3 mágneses rúddal ellátott berendezéseket akkor kell használni, ha a generátor háromfázisú.
Az invertáló egységek azonos vezetőképességű tranzisztorokkal rendelkeznek, és a jelnek csak egy részét erősítik a kimeneten. A teljes feszültségátalakításhoz mindkét tranzisztorra impulzus kerül.
Az illesztőberendezéseket a kis teljesítményáramú terhelés bemenetén és kimenetén nagy ellenállású elektronikus eszközökhöz való csatlakoztatásra használják. Az egységek hasznosak a nagyfrekvenciás vonalakon, ahol a nagyságrendi különbség teljesítményveszteséghez vezet.
Transzformátorok típusai
A transzformátorok névleges teljesítménye az elsődleges és a másodlagos áramkörben mért áramértéktől függ. Az általános típusoknál az érték 1-5 A között van.
A szétválasztó egység nem biztosít semmilyen kapcsolatot a két tekercs között. A berendezés galvanikus leválasztást, azaz az impulzus érintésmentes átvitelét biztosítja. Enélkül az áramkörök között folyó áramot csak az ellenállás korlátozza, amelyet kis értéke miatt nem veszünk figyelembe.
Az illesztőtranszformátor biztosítja a különböző ellenállásértékek illesztését a kimeneti impulzus alakú torzítás minimalizálása érdekében. Galvanikus szigetelés biztosítására szolgál.
Mielőtt megtudnánk, hogy mik azok a hálózati transzformátorok, meg kell jegyezni, hogy ezek nagy teljesítményű hálózatokhoz állnak rendelkezésre. A váltóáramú készülékek módosítják az energiaértékeket a fogadó berendezésekben, és olyan helyeken működnek, ahol nagy a villamos energia kapacitása és változási sebessége.
A forgótranszformátor nem tévesztendő össze a forgó berendezéssel - a forgási szöget áramköri feszültséggé alakító géppel, ahol a hatásfok a forgási sebességtől függ. A készülék elektromos impulzust továbbít a gép mozgó részeire, például a videomagnó fejére. Különálló tekercselésű kettős mag, amelyek közül az egyik a másik körül forog.
Az olajjal töltött egység speciális transzformátorolajat használ a tekercsek hűtésére. Zárt mágneses körrel rendelkeznek. A légi típusokkal ellentétben ezek képesek nagy teljesítményű hálózatokkal együttműködni.
Hegesztő transzformátorok a berendezések működésének optimalizálására, a feszültség csökkentésére és a nagyfrekvenciás áram előállítására. Ez az induktivitás vagy a terheletlen karakterisztika változtatásával érhető el. A fokozatszabályozás a vezetőkön lévő elektromos tekercselés elrendezésével történik.
