Informacije

Osnove transformatorja

Osnove transformatorja

Transformatorji se pogosto uporabljajo v vseh vejah elektronike. Ena izmed najbolj znanih načinov uporabe je v energetskih aplikacijah, kjer se uporabljajo za pretvorbo delovne napetosti iz ene vrednosti v drugo. Služijo tudi za izolacijo vezja na izhodu iz neposredne povezave s primarnim vezjem. Na ta način prenašajo moč iz enega vezja v drugega brez neposredne povezave.

Zelo veliki transformatorji se uporabljajo na nacionalnem omrežju za spreminjanje napetosti med različnimi zahtevanimi vrednostmi. Vendar pa so za radioamaterje ali domače navdušence transformatorji pogosti v napajalnikih. Transformatorji se pogosto uporabljajo tudi v drugih vezjih od zvoka do radijskih frekvenc, kjer se njihove lastnosti pogosto uporabljajo za povezovanje različnih stopenj v opremi.

Kaj je transformator?

Osnovni transformator je sestavljen iz dveh navitij. Ti so znani kot primarni in sekundarni. V bistvu moč vstopi v primarno in zapusti v sekundarno. Nekateri transformatorji imajo več navitij, vendar je osnova delovanja še vedno enaka.

V transformatorju se uporabljata dva glavna učinka, ki se nanašata na tokovna in magnetna polja. V prvem je ugotovljeno, da tok, ki teče v žici, postavlja magnetno polje okoli nje. Velikost tega polja je sorazmerna s tokom, ki teče v žici. Ugotovljeno je tudi, da če je žica navita v tuljavo, se magnetno polje poveča. Če je to električno generirano magnetno polje postavljeno v obstoječe polje, bo na žico, ki prenaša tok, delovala sila na enak način, kot da se dva pritrjena magneta, nameščena blizu drug drugega, bodisi privlačita bodisi odbijata. Ta pojav se uporablja v elektromotorjih, števcih in številnih drugih električnih enotah.

Drugi učinek je, da je ugotovljeno, da če se magnetno polje okoli vodnika spremeni, bo v vodniku induciran električni tok. Primer tega se lahko zgodi, če se magnet premakne blizu žice ali tuljave. V teh okoliščinah bo induciran električni tok, vendar le, ko se magnet premika.

Kombinacija obeh učinkov se pojavi, ko sta dve žici ali dve tuljavi nameščeni skupaj. Ko tok spremeni svojo velikost v prvem, bo to povzročilo spremembo magnetnega pretoka, to pa bo povzročilo tok, ki bo induciran v drugem. To je osnovni koncept transformatorja in lahko vidimo, da bo deloval le, če skozi vhod ali primarni krog prehaja spremenljiv ali izmeničen tok.

Razmerje obratov transformatorja

Za pretok toka mora biti prisoten EMF (elektromotorna sila). Ta potencialna razlika ali napetost na izhodu je odvisna od razmerja obratov v transformatorju. Ugotovljeno je, da če je v primarnem prisotno več zavojev kot v sekundarnem, bo napetost na vhodu večja od izhodne in obratno. Dejansko lahko napetost enostavno izračunamo iz poznavanja razmerja zavojev:

Es = ns
Ep np

Kje
Ep je primarni EMF
Es je sekundarni EMF
np je število obratov na primarnem
ns je število obratov na sekundaru

Če je razmerje obratov ns / np večje od ena, potem transformator oddaja na izhodu višjo napetost kot vhod in gre za povišani transformator. Podobno je tisti z razmerjem zavojev, ki je manjši od enega, nižji transformator.

Razmerja napetosti in toka na transformatorju

Obstajajo številni drugi dejavniki, ki jih je mogoče enostavno izračunati. Prva je razmerje med vhodnimi in izhodnimi tokovi in ​​napetostmi. Ker je vhodna moč enaka izhodni moči, je mogoče izračunati napetost ali tok, če so ostale tri vrednosti uporabljene s preprosto spodnjo formulo. To dejstvo ne upošteva izgub v transformatorju, ki jih je pri večini izračunov na srečo mogoče prezreti.

Vp x Ip = Vs x Is

Za primer vzemimo primer omrežnega transformatorja, ki oddaja 25 voltov pri enem ojačevalniku. Z vhodno napetostjo 250 voltov to pomeni, da je vhodni tok le desetina ampera.

Pri nekaterih transformatorjih bo število obratov na primarnem enako kot na sekundarnem, tok in napetost na vhodu pa enaki kot na izhodu. Kadar pa razmerje zavojev ni 1: 1, se razmerje napetosti in toka razlikuje na vhodu in izhodu. Iz zgoraj prikazanega preprostega razmerja je razvidno, da se razmerje med napetostjo in tokom spreminja med vhodom in izhodom. Na primer, transformator z razmerjem obratov 2: 1 ima lahko 20-voltni vhod s tokom 1 amp, medtem ko bo na izhodu napetost 10 voltov pri 2 amperih. Ker razmerje med napetostjo in tokom določa impedanco, je razvidno, da lahko transformator uporabljamo za spreminjanje impedance med vhodom in izhodom. Dejansko se impedanca spreminja glede na kvadrat razmerja obratov, kot jo vidi:

Zp = np2
Zs ns2

V uporabi

Transformatorji se pogosto uporabljajo v številnih aplikacijah v radiu in elektroniki. Ena njihovih glavnih aplikacij je v omrežju. Tu se transformator uporablja za spreminjanje dohodne omrežne napetosti (približno 240 V v mnogih državah in 110 V v mnogih drugih) na potrebno napetost za napajanje opreme. Pri večini današnje opreme, ki uporablja polprevodniško tehnologijo, so potrebne napetosti veliko nižje od dohodnega omrežja. Poleg tega transformator izolira dovod sekundarne energije od omrežja in s tem naredi sekundarno oskrbo veliko varnejšo. Če bi napajanje vzeli neposredno iz omrežja, bi bilo veliko večje tveganje električnega udara.

Močnostni transformator, kakršen se uporablja v napajalniku, je običajno navit na železno jedro. To se uporablja za koncentracijo magnetnega polja in zagotavljanje tesne povezave med primarnim in sekundarnim. Na ta način je učinkovitost čim višja. Vendar je zelo pomembno zagotoviti, da to jedro ne deluje kot navijanje v enem obratu. Da se to ne bi zgodilo, so odseki jedra med seboj izolirani. V bistvu je jedro sestavljeno iz več plošč, od katerih je vsaka prepletena, a med seboj izolirana, kot je prikazano.

Oba navitja močnostnega transformatorja sta dobro izolirana drug od drugega. To preprečuje, da bi sekundarno navitje postalo pod napetostjo.

Čeprav je eden od glavnih načinov uporabe transformatorjev, s katerimi se bo srečal hobi, preoblikovanje napajalnih ali omrežnih napetosti na novo raven, pa imajo tudi vrsto drugih aplikacij, za katere jih je mogoče uporabiti. Ko so bili ventili uporabljeni, so jih pogosto uporabljali v avdio aplikacijah, da so zvočnike z nizko impedanco lahko poganjali ventilski tokokrogi, ki so imeli relativno visoko izhodno impedanco. Uporabljajo se tudi za radijske frekvence. Dejstvo, da lahko izolirajo enosmerne komponente signala, delujejo kot impedančni transformatorji in kot uglašena vezja vse v enem, pomeni, da so bistveni element v mnogih vezjih. V mnogih prenosnih sprejemnikih ti IF transformatorji zagotavljajo selektivnost sprejemnika. V prikazanem primeru je razvidno, da je primarni transformator nastavljen s pomočjo kondenzatorja, da ga pripelje v resonanco. Prilagoditev resonančne frekvence se običajno izvede z jedrom, ki ga je mogoče priviti in odviti, da se spreminja količina induktivnosti tuljave. Transformator se ujema tudi z višjo impedanco stopnje kolektorja prejšnje stopnje z nižjo impedanco naslednje stopnje. Služi tudi za izolacijo različnih stabilnih napetosti na kolektorju prejšnje stopnje od dna naslednje stopnje. Če obe vezji ne bi bili ločeni drug od drugega, bi bili moteni enosmerni pristranskosti za oba tranzistorja in nobena stopnja ne bi delovala pravilno. Z uporabo transformatorja je mogoče stopnje povezati za izmenične signale, hkrati pa še vedno ohranjati pogoje prednapetosti enosmernega toka.

Povzetek

Transformator je neprecenljiva komponenta današnje elektronske scene. Kljub temu, da se zdi, da se integrirana vezja in druge polprevodniške naprave uporabljajo v vedno večjih količinah, transformatorja ne more nadomestiti. Dejstvo, da je sposoben med spreminjanjem impedance izolirati in prenašati moč iz enega vezja v drugega, zagotavlja, da je ta enolično nameščen kot orodje za oblikovalce elektronike.


Poglej si posnetek: Zadnji vzlet letal JNA iz letaliča Cerklje - junij 1991 (Januar 2022).