Verschillende soorten transformatoren en hun toepassingen

Een transformator is een veelgebruikt apparaat in het elektrische en elektronische domein. Het is een elektromagnetisch apparaat dat het basisprincipe van elektromagnetisme volgt, ontdekt door Michael Faraday. We hebben de constructie en werking van Transformers in detail besproken in de vorige tutorial. Hier behandelen we verschillende soorten transformatoren die in verschillende soorten toepassingen worden gebruikt. Alle soorten transformatoren volgen echter dezelfde principes, maar ze hebben een verschillende constructiemethode. En met weinig moeite kun je ook je eigen transformator bouwen, maar bij het bouwen van de transformator moet je altijd de transformatorbeveiligingstechnieken volgen.

Transformatortypen op basis van spanningsniveau

Een transformator kan meerdere soorten constructie hebben. Transformator heeft geen elektrische verbinding van de ene naar de andere kant; toch kunnen de twee elektrisch onafhankelijke spoelen de elektriciteit geleiden door middel van elektromagnetische flux. Een transformator kan zowel aan de primaire zijde als aan de secundaire zijde meerdere spoelen of wikkelingen hebben. In verschillende gevallen worden meerdere primaire zijden, waar twee spoelen in serie zijn verbonden, vaak aangeduid als een middenaftakking. Deze toestand van het midden van de aftakking is ook te zien aan de secundaire zijde.

Transformatoren kunnen zo worden geconstrueerd dat ze het spanningsniveau van de primaire zijde naar de secundaire zijde kunnen omzetten. Afhankelijk van het spanningsniveau kent de transformator drie categorieën. Stap omlaag, stap omhoog en isolatietransformator. Voor de scheidingstransformator is het spanningsniveau voor beide zijden hetzelfde.

1. Step-Down Transformer

Step-down Transformer wordt gebruikt in zowel elektronica als elektrisch domein. Een step-down transformator converteert het primaire spanningsniveau naar een lagere spanning over de secundaire uitgang. Dit wordt bereikt door de verhouding tussen primaire en secundaire wikkelingen. Voor step-down transformatoren is het aantal wikkelingen over de primaire zijde hoger dan over de secundaire zijde. Daarom blijft de totale wikkelverhouding van primair en secundair altijd meer dan 1.

In de elektronica draaien veel toepassingen op 5V, 6V, 9V, 12V, 24V of in sommige gevallen 48V. Om de spanning van het enkelfasige stopcontact 230V AC om te zetten naar het gewenste laagspanningsniveau, zijn Step Down-transformatoren nodig. Zowel in instrumentatie als in veel elektrische soorten apparatuur is de step-down-transformator de primaire vereiste voor de vermogenssectie. Ze worden ook gebruikt in stroomadapters en laadcircuits voor mobiele telefoons.

In elektrische, worden step-down transformatoren gebruikt in een elektrisch distributiesysteem dat werkt op zeer hoge spanning om een ​​laag verlies en een kosteneffectieve oplossing te garanderen voor stroomtoevoer over lange afstanden. Om de hoogspanning om te zetten naar een laagspanningsvoedingslijn, wordt een step-down transformator gebruikt.

2. Step-Up Transformer

Step Up-transformator is precies het tegenovergestelde van de step-down-transformator. Step-up transformator verhoogt de lage primaire spanning naar een hoge secundaire spanning. Nogmaals, het wordt bereikt door de verhouding tussen de primaire en secundaire wikkelingsverhouding. Voor de Step Up-transformator blijft de verhouding van de primaire wikkeling en de secundaire wikkeling kleiner dan 1. Dat betekent dat het aantal omwentelingen in secundaire wikkeling hoger is dan in de primaire wikkeling.

In de elektronica worden step-up transformatoren vaak gebruikt in stabilisatoren, omvormers enz. Waar lage spanning wordt omgezet in een veel hogere spanning.

Een step-up transformator wordt ook gebruikt in elektrische stroomverdeling. Hoogspanning is vereist voor toepassingen in verband met stroomverdeling. Step-up transformator wordt in het net gebruikt om het spanningsniveau vóór de distributie te verhogen.

3. Isolatietransformator

Scheidingstransformator converteert geen spanningsniveaus. De primaire spanning en de secundaire spanning van een scheidingstransformator blijven altijd hetzelfde. Dit komt doordat de primaire en secundaire wikkelingsverhouding altijd gelijk is aan de 1. Dat betekent dat het aantal windingen in primaire en secundaire wikkeling hetzelfde is in scheidingstransformator.

De scheidingstransformator wordt gebruikt om de primaire en secundaire te isoleren. Zoals eerder besproken, heeft de transformator geen elektrische verbindingen tussen primair en secundair, hij wordt ook gebruikt als een isolatiebarrière waarbij de geleiding alleen plaatsvindt met de magnetische flux. Het wordt gebruikt voor veiligheidsdoeleinden en om geluidsoverdracht van primair naar secundair of vice versa te annuleren.

Transformatortypen op basis van kernmateriaal

De transformator draagt ​​de energie over door elektromagnetische flux door een kernmateriaal te geleiden. Verschillende kernmaterialen produceren verschillende fluxdichtheden. Afhankelijk van de kernmaterialen worden verschillende soorten transformatoren gebruikt in het domein van kracht en elektronica.

1. Transformator met ijzeren kern

De ijzerkerntransformator gebruikt meerdere zachte ijzeren platen als kernmateriaal. Vanwege de uitstekende magnetische eigenschappen van ijzer is de fluxkoppeling van de ijzerkerntransformator erg hoog. Het rendement van de ijzerkerntransformator is dus ook hoog.

De weekijzeren kernplaten zijn leverbaar in meerdere soorten en maten. De spoelen van de primaire en secundaire wikkeling of gewikkeld op een spoelvormer. Daarna wordt de spoelvormer in zachtijzeren kernplaten gemonteerd. Afhankelijk van de kernmaat en vorm is er een ander type kernplaten op de markt verkrijgbaar. Weinig gangbare vormen zijn E, I, U, L, enz. De ijzeren platen zijn dun en meerdere platen zijn samengebundeld om de eigenlijke kern te vormen. Kernen van het type E zijn bijvoorbeeld gemaakt met dunne platen met de uitstraling van de letter E.

IJzerkerntransformatoren worden veel gebruikt en zijn meestal zwaarder van gewicht en vorm.

2. Ferrietkerntransformator

Een ferrietkerntransformator gebruikt een ferrietkern vanwege de hoge magnetische permeabiliteit. Dit type transformator biedt zeer lage verliezen in de hoogfrequente toepassing. Hierdoor worden ferrietkerntransformatoren gebruikt in hoogfrequente toepassingen zoals in schakelende voeding (SMPS), RF-gerelateerde toepassingen, enz.

Ferrietkerntransformatoren bieden ook verschillende soorten vormen, maten afhankelijk van de toepassingsvereisten. Het wordt voornamelijk gebruikt in elektronica in plaats van elektrische toepassingen. De meest voorkomende vorm in de ferrietkerntransformator is de E-kern.

3. Ringkerntransformator

Ringkerntransformator maakt gebruik van ringkernvormig kernmateriaal, zoals ijzeren kern of ferrietkern. Toroïden zijn ring- of donutvormig kernmateriaal en worden veel gebruikt voor superieure elektrische prestaties. Door de ringvorm is de lekinductie erg laag en biedt deze een zeer hoge inductantie en Q-factoren. De wikkelingen zijn relatief kort en het gewicht is veel minder dan bij traditionele transformatoren met dezelfde classificatie.

4. Luchtkerntransformator

Air Core-transformator gebruikt geen fysieke magnetische kern als kernmateriaal. De fluxkoppeling van de lucht-kerntransformator wordt volledig met lucht gemaakt.

In een luchtkerntransformator wordt de primaire spoel voorzien van wisselstroom die er een elektromagnetisch veld omheen produceert. Wanneer een secundaire spoel in het magnetische veld wordt geplaatst, volgens de Faraday-inductiewet, wordt de secundaire spoel geïnduceerd met een magnetisch veld dat verder wordt gebruikt om de belasting van stroom te voorzien.

Een luchtkerntransformator produceert echter een lage wederzijdse inductie in vergelijking met fysiek kernmateriaal zoals ijzer of ferrietkern.

Het wordt zowel gebruikt in draagbare elektronica als in radiofrequentie-gerelateerde toepassingen. Door het ontbreken van fysiek kernmateriaal is het erg licht qua gewicht. Goed afgestelde luchtkerntransformator wordt ook gebruikt in draadloze oplaadoplossingen, waarbij de primaire wikkelingen in de oplader zijn geconstrueerd en de secundaire wikkelingen zich in het beoogde apparaat bevinden.

Transformatortypen gebaseerd op wikkelingsarrangement

De transformator kan worden geclassificeerd met behulp van wikkelopdrachten. Een van de populaire typen is Auto Winding Transformers.

Automatisch opwindende transformator

Tot nu toe zijn de primaire en secundaire wikkeling gefixeerd, maar in het geval van een auto-wikkelingstransformator kunnen de primaire en secundaire spoel in serie worden geschakeld en is het middelste getapte knooppunt beweegbaar. Afhankelijk van de positie van de aftakking in het midden, kan de secundaire spanning worden gevarieerd.

De auto is niet de korte vorm van automatisch; het is eerder om de self of enkele spoel te melden. Deze spoel vormt een verhouding die uit twee delen bestaat, primair en secundair. De positie van het middelste aftakknooppunt bepaalt de primaire en secundaire verhouding, waardoor de uitgangsspanning varieert.

Het meest voorkomende gebruik is de V ARIAC, een instrument om variabele wisselstroom te produceren vanaf een constante wisselstroomingang. Het wordt ook gebruikt in toepassingen met betrekking tot krachtoverbrenging en distributie, waarbij de hoogspanningslijnen vaak moeten worden vervangen.

Typen transformatoren op basis van gebruik

Er zijn ook verschillende soorten transformatoren beschikbaar die in een specifiek domein werken. Zowel in de elektronica als in de elektrische sector, worden verschillende speciale transformatoren gebruikt als een step-down of step-up transformator op basis van de toepassing van de toepassing. De transformatoren kunnen dus worden geclassificeerd zoals hieronder op basis van gebruik:

1. Machtsdomein

• Voedingstransformator
• Meettransformator
• Distributietransformator

2. Elektronicadomein

• Pulse-transformator
• Audio-uitgangstransformator

1. Transformatoren gebruikt in Power-domein

In Electrical behandelt het domein Power de opwekking, meting en distributie van energie. Het is echter een zeer groot gebied waar transformatoren een essentieel onderdeel zijn om veilige stroomconversie en succesvolle stroomlevering aan het onderstation en aan de eindgebruikers mogelijk te maken.

De transformatoren die worden gebruikt in het stroomdomein kunnen zowel binnen als buiten zijn, maar meestal ook buiten.

(a) Stroomtransformator

Stroomtransformatoren zijn groter van formaat en worden gebruikt om de energie over te brengen naar het onderstation of de openbare elektriciteitsvoorziening. Deze transformator fungeert als een brug tussen de stroomgenerator en het primaire distributienet. Afhankelijk van het vermogen en de specificaties kunnen vermogenstransformatoren verder worden ingedeeld in drie categorieën: kleine vermogenstransformatoren, middelgrote vermogenstransformatoren en de grote vermogenstransformatoren. De classificatie kan meer zijn dan 30KVA tot de 500-700KVA of in sommige gevallen gelijk aan of meer dan 7000KVA voor een kleine nominale vermogenstransformator. De middelhoge vermogenstransformator kan maximaal 50-100 MVA bedragen, terwijl grote vermogenstransformatoren meer dan 100 MVA kunnen verwerken.

Vanwege de zeer hoge stroomopwekking is de constructie van een vermogenstransformator ook van cruciaal belang. De constructie omvat solide isolerende randapparatuur en een goed uitgebalanceerd koelsysteem. De meest voorkomende vermogenstransformatoren zijn gevuld met olie.

Het belangrijkste principe van de vermogenstransformator is om de laagspanning hoge stroom om te zetten in een hoge spanning lage stroom. Dit is nodig om het vermogensverlies in het stroomverdeelsysteem te minimaliseren.

Een andere belangrijke parameter voor de Power transformator is de fasebeschikbaarheid. Typisch werken vermogenstransformatoren in een driefasensysteem, maar in sommige gevallen worden ook enkelfasige kleine vermogenstransformatoren gebruikt. Driefasige vermogenstransformatoren zijn de duurste en meest efficiënte dan de enkelfasige vermogenstransformatoren.

(b) Meettransformator

Meettransformator wordt vaak een instrumenttransformator genoemd. Dit is een ander veelgebruikt meetinstrument in het vermogensdomein. Een meettransformator wordt gebruikt om de hoofdstroom te isoleren en de stroom en spanning in een kleinere verhouding om te zetten naar de secundaire uitgang. Door de output te meten, kunnen de fase, stroom en spanning van de werkelijke voedingslijn worden gemeten.

De bovenstaande afbeelding toont de constructie van de stroomtransformator.

(c) Distributietransformator

Dit wordt gebruikt in de laatste fase van het stroomverdeelsysteem. Distributietransformatoren zijn een trapsgewijze transformator, die de hoge netspanning omzet naar de door de eindklant gewenste spanning, 110V of 230V. Het kan ook eenfase of drie fasen zijn.

Distributietransformatoren kunnen zowel kleiner van vorm als groter zijn, afhankelijk van de conversiecapaciteit of beoordelingen.

Distributietransformatoren kunnen verder worden onderverdeeld in op basis van het type isolatie dat het gebruikt. Het kan van een droog type zijn of kan in vloeistof worden ondergedompeld. Het is gemaakt van gelamineerde staalplaten, meestal geconstrueerd in C-vorm als kernmateriaal.

Distributietransformator heeft ook een ander type classificatie op basis van de locatie waarop deze wordt gebruikt. De transformator kan op een elektriciteitspaal worden gemonteerd, als dat het geval is, wordt dit een op een paal gemonteerde distributietransformator genoemd. Het kan in een ondergrondse kamer worden geplaatst, op een betonnen pad (op een pad gemonteerde distributietransformator) of in een gesloten stalen doos.

Over het algemeen hebben distributietransformatoren een beoordeling van minder dan 200 kVA.

2. De transformator die wordt gebruikt in het domein van de elektronica

In de elektronica worden verschillende kleine miniatuurtransformatoren gebruikt die op een printplaat kunnen worden gemonteerd of die in de kleine productbehuizing kunnen worden bevestigd.

(a) Pulstransformator

Pulstransformatoren zijn een van de meest gebruikte op PCB gemonteerde transformatoren die elektrische pulsen met een constante amplitude produceren. Het wordt gebruikt in verschillende digitale circuits waar pulsgeneratie nodig is in een geïsoleerde omgeving. Daarom isoleren de pulstransformatoren de primaire en secundaire en distribueren ze primaire pulsen naar het secundaire circuit, vaak digitale logische poorten of drivers.

Correct geconstrueerde pulstransformatoren moeten een goede galvanische isolatie hebben, evenals een kleine lek- en strooicapaciteit.

(b) Audio-uitgangstransformator

Audio Transformer is een andere veelgebruikte transformator op het gebied van elektronica. Het wordt speciaal gebruikt in audiogerelateerde toepassingen waar impedantie-aanpassing vereist is. De audiotransformator brengt het versterkercircuit en de belastingen in evenwicht, meestal een luidspreker. De audiotransformator kan meerdere primaire en secundaire spoelen hebben, gescheiden of gecentreerd.

We hebben dus verschillende soorten transformatoren behandeld, behalve dat er een andere transformator voor speciale doeleinden is, maar deze vallen buiten het bestek van dit artikel.