Dispozitivele electromagnetice statice sunt utilizate pentru a crea și aplica un câmp magnetic. Există multe motive pentru care un transformator este necesar în circuitele electronice, electrice și radio. Dispozitivul este echipat cu înfășurări inductive care sunt interconectate reciproc pe un miez magnetic. Rețeaua electrică contribuie la câmpul alternativ, în timp ce transformatorul utilizează inducția electromagnetică pentru a da curentului o valoare constantă fără a schimba frecvența.
Conținut
Definiție și scop
Pentru a alimenta instrumentele, sunt necesare tensiuni cu caracteristici diferite. Un transformator este o construcție care exploatează mecanismele inductive ale unui câmp magnetic. Bobinele de panglică sau de sârmă conectate printr-un curent comun scad sau cresc tensiunea. Un televizor folosește 5 V pentru a face să funcționeze tranzistorii și cipurile, iar alimentarea unui kinescop necesită mai mulți kilovolți atunci când se folosește un oscilator în cascadă.
Înfășurările izolate sunt plasate pe un miez de material magnetizat spontan cu o valoare de tensiune definită. Unitățile mai vechi foloseau frecvența de rețea existentă, de aproximativ 60 Hz. Circuitele moderne de alimentare a aparatelor electrocasnice utilizează transformatoare de impulsuri de înaltă frecvență. Tensiunea alternativă este redresată și transformată cu ajutorul unui oscilator într-o valoare cu parametrii specificați.
Tensiunea este stabilizată de o unitate de control cu modulare a lățimii impulsurilor. Rafalele de înaltă frecvență sunt transmise la transformator, ieșirea este stabilă. Masivitatea și greutatea dispozitivelor din trecut sunt înlocuite de lejeritate și dimensiuni reduse. Performanța liniară a unității este proporțională cu puterea în raport de 1:4, frecvența curentului este crescută pentru a reduce dimensiunea unității.
Unitățile masive sunt utilizate în circuitele de alimentare dacă este nevoie de o disipare minimă a interferențelor de înaltă frecvență, de exemplu, atunci când se furnizează un sunet de înaltă calitate.
Proiectare și principiu de funcționare
Producătorul alege regulile de bază pentru funcționarea unității, dar acest lucru nu afectează fiabilitatea operațională. Conceptele diferă în ceea ce privește procesul de fabricație. Principiul de funcționare al transformatorului se bazează pe două afirmații:
- mișcarea schimbătoare a purtătorilor de sarcină direcționali creează un câmp de forță magnetică alternativ;
- Efectul asupra fluxului de forță transmis prin intermediul bobinei generează o forță electromotoare și inducție.
Dispozitivul este format din următoarele părți:
- Firul magnetic (miez);
- bobină sau înfășurare;
- un suport pentru aranjarea bobinelor;
- material izolator;
- sistemul de răcire;
- alte elemente de fixare, acces, protecție.
Funcționarea unui transformator se bazează pe tipul de construcție și pe combinația dintre miez și înfășurări. În cazul tipului cu miez, conductorul este închis în înfășurări și este greu de văzut. Bobinele sunt vizibile, partea superioară și inferioară a miezului sunt vizibile, iar axa este verticală. Materialul din care este confecționată bobina trebuie să conducă bine electricitatea.
În cazul produselor de tip blindat, miezul ascunde majoritatea curbelor și este plasat orizontal sau cu plumb. Proiectarea transformatorului toroidal implică plasarea a două înfășurări independente pe miezul magnetic fără nicio conexiune electrică între ele.
Sistem magnetic
Fabricat din oțel aliat de transformator, ferită, permalloy, menținând forma geometrică pentru a genera câmpul magnetic al unității. Conductorul este construit din plăci, benzi, potcoave și este fabricat pe o presă. Partea pe care este așezată înfășurarea se numește jug. Jugul este elementul fără bobine care completează închiderea circuitului.
Modul în care funcționează un transformator depinde de dispunerea jugului, care poate fi
- plat - axele jugului și ale miezurilor sunt în același plan;
- spațială - elementele longitudinale sunt dispuse pe suprafețe diferite;
- simetrice - conductoare de aceeași formă, dimensiune și construcție sunt dispuse la toate jugurile într-un mod similar cu celelalte;
- asimetrice - fiecare dintre lonjeroane diferă în ceea ce privește aspectul, dimensiunile și sunt plasate în poziții diferite.
Dacă se presupune că prin înfășurarea, numită înfășurare primară, circulă curent continuu, firul magnetic este deschis. În alte cazuri, miezul este închis, servește la închiderea liniilor electrice.
Înfășurări .
Acestea sunt realizate sub forma unui set de bobine dispuse pe conductori cu secțiune transversală pătrată. Forma este utilizată pentru o funcționare eficientă și pentru a crește factorul de umplere în fereastra miezului magnetic. În cazul în care este necesară o secțiune transversală mai mare a miezului, acesta se realizează sub forma a două elemente paralele pentru a reduce apariția curenților turbionari. Fiecare astfel de conductor se numește miez.
Miezul este învelit în hârtie și acoperit cu lac emailat. Uneori, două miezuri dispuse în paralel sunt învelite într-o izolație comună, un ansamblu numit cablu. Înfășurările sunt diferențiate în funcție de scopul lor:
- principale - sunt alimentate cu curent alternativ, iese curentul electric transformat;
- înfășurări de control - au curbe pentru a transforma tensiunea la curenți mici;
- auxiliare - ele servesc la alimentarea rețelei lor cu mai puțin decât puterea nominală a transformatorului și la magnetizarea circuitului cu curent continuu.
Metode de înfășurare:
- Înfășurarea în rând - spirele sunt făcute în direcția axei pe toată lungimea conductorului, spirele ulterioare sunt înfășurate strâns, fără goluri;
- înfășurare elicoidală - înfășurare în mai multe straturi cu spații între inele sau suprapunerea elementelor adiacente;
- înfășurarea discurilor - rândul spiralat este înfășurat în serie, înfășurarea se face radial în direcția interioară și exterioară, în cerc;
- bobina de folie este fabricată din foi late de aluminiu și cupru cu o grosime cuprinsă între 0,1-2 mm.
Simboluri
Există semne speciale pentru a face diagrama transformatorului ușor de citit. Miezul este desenat cu o linie groasă, numărul 1 indică înfășurarea primară, iar înfășurările secundare sunt indicate cu numerele 2 și 3.
În unele diagrame, linia centrală are o grosime similară cu cea a desenului semicercului. Denumirea materialului de bază este diferită:
- miezul magnetic din ferită este desenat cu o linie groasă;
- miezul de oțel cu întrefier magnetic este desenat cu o linie subțire cu o pauză în mijloc;
- axa dielectricului magnetizat este marcată cu o linie punctată subțire;
- tija de cupru este desenată ca o linie îngustă cu notarea materialului conform tabelului lui Mendeleev.
Punctele negre sunt folosite pentru a evidenția ieșirea bobinei, desemnarea inducției instantanee este aceeași. Utilizat pentru a indica unitățile intermediare în oscilatoarele în cascadă pentru a indica inversarea de fază. Punctele sunt plasate în cazul în care este necesar să se stabilească polaritatea la asamblare și direcția de aranjare a înfășurării. Numărul de spire ale înfășurării primare este definit în mod convențional, iar numărul de semicercuri nu este reglementat; proporționalitatea există, dar nu este respectată cu strictețe.
Principalele caracteristici sunt următoarele
Funcționarea în gol se aplică atunci când secundarul transformatorului este deschis și nu există tensiune în secundar. Curentul trece prin primar și are loc o magnetizare reactivă. La funcționarea în gol se determină randamentul, raportul de transformare și pierderile în miez.
Funcționarea în sarcină implică conectarea sursei de alimentare la circuitul primar, unde curge totalul curenților de funcționare și de gol. Sarcina este conectată la secundarul transformatorului. Acest mod este obișnuit.
Faza de scurtcircuit apare dacă rezistența bobinei secundare este singura sarcină. În acest mod se determină pierderile de încălzire ale bobinei din circuit. Parametrii transformatoarelor sunt luați în considerare în sistemul de înlocuire a instrumentelor prin intermediul setării rezistenței.
Raportul dintre puterea de intrare și puterea de ieșire determină eficiența transformatorului.
Aplicații
Aparatele electrocasnice au contact de împământare prin intermediul conductorului neutru. Un circuit de fază și neutru atins simultan de un consumator provoacă un defect de buclă și vătămări corporale. Conectarea prin intermediul unui transformator de izolare face posibilă menținerea siguranței persoanelor, deoarece înfășurarea secundară nu are contact cu pământul.
Unitățile cu impulsuri sunt utilizate la transmiterea șocurilor rectangulare și la transformarea semnalelor scurte pe sarcină. Ieșirea modifică polaritatea și amplitudinea curentului, dar tensiunea rămâne neschimbată.
Echipamentul de măsurare în curent continuu este un amplificator magnetic. Schimbarea tensiunii alternative este ajutată de mișcarea direcțională a electronilor de putere mică. Un redresor furnizează energie constantă și depinde de valorile energiei electrice primite.
Unitățile de putere sunt utilizate pe scară largă în generatoare de curent mic, generatoare de putere și generatoare de curent mediu în motoare diesel. Transformatoarele sunt montate în serie cu sarcina, dispozitivul este conectat la sursă cu înfășurarea primară, iar circuitul secundar furnizează energia transformată. Valoarea curentului de ieșire este direct proporțională cu sarcina. Echipamentul cu 3 tije magnetice se utilizează dacă generatorul este trifazat.
Unitățile de inversare au tranzistoare de aceeași conductivitate și amplifică doar o parte din semnal la ieșire. Pentru conversia completă a tensiunii, se aplică un impuls la ambele tranzistoare.
Echipamentul de potrivire este utilizat pentru a se conecta la dispozitive electronice cu rezistență ridicată la intrarea și ieșirea unei sarcini cu un debit de putere scăzut. Unitățile sunt utile în liniile de înaltă frecvență, unde o diferență de magnitudine duce la o pierdere de putere.
Tipuri de transformatoare
Valorile nominale ale curentului primar și secundar determină clasificarea transformatoarelor. În tipurile obișnuite, valoarea este cuprinsă între 1-5 A.
O unitate de separare nu asigură nicio conexiune între cele două bobine. Echipamentul asigură o izolare galvanică, adică transmiterea impulsului fără contact. Fără aceasta, curentul care circulă între circuite este limitat doar de rezistență, care nu este luată în considerare din cauza valorii sale mici.
Transformatorul de adaptare asigură adaptarea diferitelor valori de rezistență pentru a minimiza distorsiunea formei impulsurilor la ieșire. Se utilizează pentru a asigura izolarea galvanică.
Înainte de a afla ce sunt transformatoarele de linii electrice, trebuie remarcat faptul că acestea sunt disponibile pentru a fi utilizate în rețelele de mare putere. Dispozitivele de curent alternativ modifică valorile energetice în instalațiile de recepție și funcționează în locuri cu o capacitate și o rată de schimbare ridicată a energiei electrice.
Un transformator rotativ nu trebuie confundat cu un echipament rotativ - o mașină de conversie a unghiului de rotație în tensiune de circuit, unde eficiența depinde de viteza de rotație. Dispozitivul transmite un impuls electric către piesele mobile ale echipamentului, cum ar fi capul unui videorecorder. Un miez dublu cu înfășurări separate, dintre care una se rotește în jurul celeilalte.
Unitatea umplută cu ulei utilizează un ulei special de transformator pentru a răci bobinele. Acestea au un circuit magnetic închis. Spre deosebire de tipurile aeropurtate, acestea pot interacționa cu rețelele de mare putere.
Transformatoare de sudură pentru optimizarea funcționării echipamentelor, reducerea tensiunii și generarea de curent de înaltă frecvență. Acest lucru se realizează prin variația inductanței sau a caracteristicilor fără sarcină. Reglarea în trepte se realizează prin aranjarea înfășurării electrice pe conductori.
