- Transformatortypen basierend auf dem Spannungspegel
- 1. Abwärtstransformator
- 2. Aufwärtstransformator
- 3. Trenntransformator
- Transformatortypen basierend auf Kernmaterial
- 1. Eisenkerntransformator
- 2. Ferritkerntransformator
- 3. Ringkerntransformator
- 4. Luftkerntransformator
- Transformatortypen basierend auf der Wicklungsanordnung
- Arten von Transformatoren basierend auf der Verwendung
- 1. Im Leistungsbereich verwendete Transformatoren
- 2. Der im Bereich Elektronik verwendete Transformator
Ein Transformator ist ein weit verbreitetes Gerät im Bereich Elektrik und Elektronik. Es ist ein elektromagnetisches Gerät, das dem von Michael Faraday entdeckten Grundprinzip des Elektromagnetismus folgt. Wir haben uns im vorherigen Tutorial ausführlich mit dem Aufbau und Betrieb von Transformatoren befasst. Hier werden verschiedene Arten von Transformatoren behandelt, die in verschiedenen Arten von Anwendungen verwendet werden. Alle Arten von Transformatoren folgen jedoch den gleichen Prinzipien, haben jedoch unterschiedliche Konstruktionsmethoden. Und mit ein wenig Aufwand können Sie auch Ihren eigenen Transformator bauen, aber beim Bau des Transformators sollten Sie immer die Transformatorschutztechniken befolgen.
Transformatortypen basierend auf dem Spannungspegel
Ein Transformator kann mehrere Arten von Konstruktionen haben. Der Transformator hat keine elektrische Verbindung von einer Seite zur anderen. Dennoch können die beiden elektrisch unabhängigen Spulen die Elektrizität durch elektromagnetischen Fluss leiten. Ein Transformator kann sowohl auf der Primärseite als auch auf der Sekundärseite mehrere Spulen oder Wicklungen aufweisen. In mehreren Fällen werden mehrere Primärseiten, bei denen zwei Spulen in Reihe geschaltet sind, häufig als Mittenabgriff bezeichnet. Dieser Zustand mit Mittenabgriff ist auch auf der Sekundärseite zu sehen.
Transformatoren können so konstruiert sein, dass sie den Spannungspegel der Primärseite in die Sekundärseite umwandeln können. Je nach Spannungspegel hat der Transformator drei Kategorien. Step Down, Step Up und Isolationstransformator. Für den Trenntransformator ist der Spannungspegel für beide Seiten gleich.
1. Abwärtstransformator
Der Abwärtstransformator wird sowohl im elektronischen als auch im elektrischen Bereich eingesetzt. Ein Abwärtstransformator wandelt den Primärspannungspegel am Sekundärausgang in eine niedrigere Spannung um. Dies wird durch das Verhältnis von Primär- und Sekundärwicklung erreicht. Bei Abwärtstransformatoren ist die Anzahl der Wicklungen auf der Primärseite höher als auf der Sekundärseite. Daher bleibt das Gesamtwicklungsverhältnis von Primär- und Sekundärwicklung immer größer als 1.
In der Elektronik werden viele Anwendungen mit 5 V, 6 V, 9 V, 12 V, 24 V oder in einigen Fällen mit 48 V betrieben. Um die einphasige Ausgangsspannung 230V AC in den gewünschten Niederspannungspegel umzuwandeln, sind Abwärtstransformatoren erforderlich. Sowohl in der Instrumentierung als auch in vielen elektrischen Geräten ist der Abwärtstransformator die Hauptanforderung für den Leistungsteil. Sie werden auch in Netzteilen und Ladegeräten für Mobiltelefone verwendet.
In der Elektrik werden Abwärtstransformatoren in elektrischen Verteilungssystemen verwendet, die mit sehr hoher Spannung arbeiten, um eine verlustarme und kostengünstige Lösung für die Anforderungen an die Stromversorgung über große Entfernungen zu gewährleisten. Um die Hochspannung in eine Niederspannungsversorgungsleitung umzuwandeln, wird ein Abwärtstransformator verwendet.
2. Aufwärtstransformator
Der Aufwärtstransformator ist genau gegenüber dem Abwärtstransformator. Der Aufwärtstransformator erhöht die niedrige Primärspannung auf eine hohe Sekundärspannung. Dies wird wiederum durch das Verhältnis von Primär- und Sekundärwicklungsverhältnis erreicht. Für den Aufwärtstransformator bleibt das Verhältnis der Primärwicklung und der Sekundärwicklung kleiner als 1. Das heißt, die Anzahl der Windungen in der Sekundärwicklung ist höher als in der Primärwicklung.
In der Elektronik werden Aufwärtstransformatoren häufig in Stabilisatoren, Wechselrichtern usw. verwendet, bei denen Niederspannung in eine viel höhere Spannung umgewandelt wird.
Ein Aufwärtstransformator wird auch in der elektrischen Energieverteilung verwendet. Für Anwendungen im Zusammenhang mit der Stromverteilung ist eine hohe Spannung erforderlich. Der Aufwärtstransformator wird im Netz verwendet, um den Spannungspegel vor der Verteilung zu erhöhen.
3. Trenntransformator
Der Trenntransformator wandelt keine Spannungspegel um. Die Primärspannung und die Sekundärspannung eines Trenntransformators bleiben immer gleich. Dies liegt daran, dass das Primär- und das Sekundärwicklungsverhältnis immer gleich 1 sind. Dies bedeutet, dass die Anzahl der Windungen in der Primär- und Sekundärwicklung im Trenntransformator gleich ist.
Der Trenntransformator dient zur Trennung von Primär und Sekundär. Wie bereits erwähnt, hat der Transformator keine elektrischen Verbindungen zwischen Primär- und Sekundärteil, sondern wird auch als Isolationsbarriere verwendet, bei der die Leitung nur mit dem Magnetfluss erfolgt. Es wird aus Sicherheitsgründen und zum Aufheben der Geräuschübertragung von primär zu sekundär oder umgekehrt verwendet.
Transformatortypen basierend auf Kernmaterial
Der Transformator überträgt die Energie, indem er den elektromagnetischen Fluss durch ein Kernmaterial leitet. Unterschiedliche Kernmaterialien erzeugen unterschiedliche Flussdichten. Abhängig von den Kernmaterialien werden im Bereich Leistung und Elektronik verschiedene Arten von Transformatoren verwendet.
1. Eisenkerntransformator
Der Eisenkerntransformator verwendet mehrere Weicheisenplatten als Kernmaterial. Aufgrund der hervorragenden magnetischen Eigenschaften von Eisen ist die Flussverknüpfung des Eisenkerntransformators sehr hoch. Somit ist auch der Wirkungsgrad des Eisenkerntransformators hoch.
Die Weicheisenkernplatten sind in verschiedenen Formen und Größen erhältlich. Die Spulen der Primär- und Sekundärwicklung sind auf einen Spulenkörper gewickelt oder gewickelt. Danach wird der Spulenkörper in Weicheisenkernplatten montiert. Abhängig von der Kerngröße und -form ist auf dem Markt eine andere Art von Kernplatten erhältlich. Nur wenige gebräuchliche Formen sind E, I, U, L usw. Die Eisenplatten sind dünn, und mehrere Platten sind gebündelt, um den eigentlichen Kern zu bilden. Zum Beispiel werden E-Typ-Kerne mit dünnen Platten mit dem Aussehen des Buchstabens E hergestellt.
Eisenkerntransformatoren sind weit verbreitet und in der Regel schwerer in Gewicht und Form.
2. Ferritkerntransformator
Ein Ferritkerntransformator verwendet aufgrund der hohen magnetischen Permeabilität einen Ferritkern. Dieser Transformatortyp bietet in der Hochfrequenzanwendung sehr geringe Verluste. Aus diesem Grund werden Ferritkerntransformatoren in Hochfrequenzanwendungen wie Schaltnetzteilen (SMPS), HF-bezogenen Anwendungen usw. verwendet.
Ferritkerntransformatoren bieten auch unterschiedliche Formen und Größen, abhängig von den Anwendungsanforderungen. Es wird hauptsächlich in der Elektronik und nicht in elektrischen Anwendungen verwendet. Die häufigste Form im Ferritkerntransformator ist der E-Kern.
3. Ringkerntransformator
Der Ringkerntransformator verwendet ein torusförmiges Kernmaterial wie einen Eisenkern oder einen Ferritkern. Toroide sind ring- oder donutförmige Kernmaterialien und werden häufig für überlegene elektrische Leistung verwendet. Aufgrund der Ringform ist die Streuinduktivität sehr gering und bietet sehr hohe Induktivitäts- und Q-Faktoren. Die Wicklungen sind relativ kurz und das Gewicht ist viel geringer als bei herkömmlichen Transformatoren gleicher Leistung.
4. Luftkerntransformator
Der Luftkerntransformator verwendet keinen physikalischen Magnetkern als Kernmaterial. Die Flussverknüpfung des Luftkerntransformators erfolgt vollständig unter Verwendung der Luft.
Beim Luftkerntransformator wird die Primärspule mit Wechselstrom versorgt, der ein elektromagnetisches Feld um sie herum erzeugt. Wenn eine Sekundärspule gemäß dem Faradayschen Induktionsgesetz innerhalb des Magnetfelds platziert wird, wird die Sekundärspule mit einem Magnetfeld induziert, das weiter zur Stromversorgung der Last verwendet wird.
Der Luftkerntransformator erzeugt jedoch eine geringe gegenseitige Induktivität im Vergleich zu physikalischem Kernmaterial wie Eisen- oder Ferritkern.
Es wird sowohl in tragbaren elektronischen als auch in hochfrequenzbezogenen Anwendungen verwendet. Aufgrund des Fehlens von physikalischem Kernmaterial ist es in Bezug auf das Gewicht sehr leicht. Richtig abgestimmter Luftkerntransformator wird auch in drahtlosen Ladelösungen verwendet, bei denen die Primärwicklungen im Ladegerät und die Sekundärwicklungen im Zielgerät angeordnet sind.
Transformatortypen basierend auf der Wicklungsanordnung
Der Transformator kann anhand von Wicklungsaufträgen klassifiziert werden. Einer der beliebtesten Typen sind Auto-Wicklungstransformatoren.
Transformator mit automatischer Wicklung
Bisher ist die Primär- und Sekundärwicklung fest, aber im Falle eines Transformators mit automatischer Wicklung können die Primär- und die Sekundärspule in Reihe geschaltet werden und der Knoten mit Mittelabgriff ist beweglich. Abhängig von der mittleren Abgriffsposition kann die Sekundärspannung variiert werden.
Das Auto ist nicht die Kurzform von Automatic. Vielmehr geht es darum, das Selbst oder die einzelne Spule zu benachrichtigen. Diese Spule bildet ein Verhältnis, das aus zwei Teilen besteht, dem primären und dem sekundären. Die Position des mittleren Abgriffsknotens bestimmt das Primär- und Sekundärverhältnis, wodurch die Ausgangsspannung variiert wird.
Die häufigste Verwendung ist der V ARIAC, ein Instrument zur Erzeugung von variablem Wechselstrom aus einem stetigen Wechselstromeingang. Es wird auch in Anwendungen zur Energieübertragung und -verteilung verwendet, bei denen die Hochspannungsleitungen häufig gewechselt werden müssen.
Arten von Transformatoren basierend auf der Verwendung
Es gibt auch verschiedene Arten von Transformatoren, die in einer bestimmten Domäne funktionieren. Sowohl in der Elektronik als auch in der Elektrik werden je nach Anwendungsfall mehrere dedizierte Transformatoren als Abwärtstransformator oder Aufwärtstransformator verwendet. Daher können die Transformatoren je nach Verwendung wie folgt klassifiziert werden:
1. Power Domain
- Leistungstransformator
- Messtransformator
- Verteilungstransformator
2. Elektronikbereich
- Impulstransformator
- Audioausgangstransformator
1. Im Leistungsbereich verwendete Transformatoren
In der Elektrotechnik befasst sich die Power-Domäne mit der Stromerzeugung, -messung und -verteilung. Es ist jedoch ein sehr großes Gebiet, in dem Transformatoren ein wesentlicher Bestandteil für eine sichere Stromumwandlung und eine erfolgreiche Stromversorgung des Umspannwerks und der Endbenutzer sind.
Die Transformatoren, die im Leistungsbereich verwendet werden, können sowohl im Freien als auch im Innenbereich sein, meistens jedoch im Freien.
(a) Leistungstransformator
Leistungstransformatoren sind größer und werden zur Übertragung der Energie an das Umspannwerk oder die öffentliche Stromversorgung verwendet. Dieser Transformator fungiert als Brücke zwischen dem Stromerzeuger und dem Primärverteilungsnetz. Abhängig von der Nennleistung und Spezifikation können Leistungstransformatoren weiter in drei Kategorien eingeteilt werden: Transformator mit kleiner Leistung, Transformator mit mittlerer Leistung und Transformator mit großer Leistung. Die Nennleistung kann mehr als 30 kVA bis 500-700 kVA betragen oder in einigen Fällen kann sie für kleine Leistungstransformatoren gleich oder größer als 7000 kVA sein. Der Leistungstransformator mit mittlerer Nennleistung kann bis zu 50-100 MVA betragen, während Leistungstransformatoren mit großer Nennleistung mehr als 100 MVA verarbeiten können.
Aufgrund der sehr hohen Stromerzeugung ist auch der Aufbau eines Leistungstransformators von entscheidender Bedeutung. Die Konstruktion umfasst solide isolierende Peripheriegeräte und ein ausgewogenes Kühlsystem. Die gängigsten Leistungstransformatoren sind mit Ölen gefüllt.
Das Hauptprinzip des Leistungstransformators besteht darin, den Niederspannungshochstrom in einen Hochspannungsniedrigstrom umzuwandeln. Dies ist erforderlich, um den Stromverlust im Stromverteilungssystem zu minimieren.
Ein weiterer wichtiger Parameter für den Leistungstransformator ist die Phasenverfügbarkeit. Typischerweise arbeiten Leistungstransformatoren in einem Dreiphasensystem, in einigen Fällen werden jedoch auch einphasige kleine Leistungstransformatoren verwendet. Dreiphasen-Leistungstransformatoren sind die teuersten und effizientesten als einphasige Leistungstransformatoren.
(b) Messtransformator
Messtransformator wird oft als Instrumententransformator bezeichnet. Dies ist ein weiteres häufig verwendetes Messinstrument im Leistungsbereich. Ein Messtransformator wird verwendet, um die Hauptleistung zu isolieren und den Strom und die Spannung in einem kleineren Verhältnis in ihren Sekundärausgang umzuwandeln. Durch Messen des Ausgangs können Phase, Strom und Spannung der tatsächlichen Stromleitung gemessen werden.
Das obige Bild zeigt den Aufbau des Stromwandlers.
(c) Verteilungstransformator
Dies wird in der letzten Phase des Stromverteilungssystems verwendet. Verteilungstransformatoren sind Abwärtstransformatoren, die eine hohe Netzspannung in die vom Endkunden benötigte Spannung von 110 V oder 230 V umwandeln. Es kann auch einphasig oder dreiphasig sein.
Verteiltransformatoren können je nach Umwandlungskapazität oder Nennleistung sowohl kleiner als auch größer sein.
Verteiltransformatoren können basierend auf der Art der verwendeten Isolierung weiter kategorisiert werden. Es kann ein trockener Typ sein oder in Flüssigkeit eingetaucht sein. Es besteht aus laminierten Stahlplatten, die meist in C-Form als Kernmaterial hergestellt sind.
Der Verteilungstransformator hat auch eine andere Art der Klassifizierung, basierend auf dem Ort, an dem er verwendet wird. Der Transformator kann an einem Strommast montiert werden. In diesem Fall wird er als polmontierter Verteilungstransformator bezeichnet. Es kann in einer unterirdischen Kammer, auf einer Betonplatte (auf einer Platte montierter Verteilungstransformator) oder in einem geschlossenen Stahlkasten platziert werden.
Im Allgemeinen haben Verteiltransformatoren eine Leistung von weniger als 200 kVA.
2. Der im Bereich Elektronik verwendete Transformator
In der Elektronik werden verschiedene kleine Miniaturtransformatoren verwendet, die auf Leiterplatten montiert oder im kleinen Produktgehäuse befestigt werden können.
(a) Impulstransformator
Impulstransformatoren sind einer der am häufigsten verwendeten Leiterplatten-Transformatoren, die elektrische Impulse mit konstanter Amplitude erzeugen. Es wird in verschiedenen digitalen Schaltkreisen verwendet, in denen eine Impulserzeugung in einer isolierten Umgebung erforderlich ist. Daher isolieren die Impulstransformatoren die Primär- und Sekundärimpulse und verteilen Primärimpulse an die Sekundärschaltung, häufig digitale Logikgatter oder Treiber.
Ordnungsgemäß konstruierte Impulstransformatoren sollten eine ordnungsgemäße galvanische Trennung sowie eine geringe Leckage und Streukapazität erfordern.
(b) Audioausgangstransformator
Audio Transformer ist ein weiterer häufig verwendeter Transformator im Bereich der Elektronik. Es wird speziell in Audio-Anwendungen verwendet, bei denen eine Impedanzanpassung erforderlich ist. Der Audiotransformator gleicht die Verstärkerschaltung und die Lasten aus, normalerweise einen Lautsprecher. Der Audiotransformator kann mehrere getrennte oder mittig abgegriffene Primär- und Sekundärspulen aufweisen.
Wir haben also verschiedene Arten von Transformatoren behandelt, außer dass es einige andere Spezialtransformatoren gibt, die jedoch nicht in den Geltungsbereich dieses Artikels fallen.