Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Bestandteil des Monats: Transformer

November ist der Transformer-Monat, und wir werden Blogbeiträge zu den praktischen Komponenten für die Spannungsumwandlung veröffentlichen. Das Folgende ist ein Auszug aus Charles Platt's endgültiger Encyclopedia of Electronic Components, Vol. 1:

Was es macht

Ein Transformator benötigt einen Wechselstromeingang (AC). Sie wandelt die Eingangsspannung in eine oder mehrere Ausgangsspannungen um, die höher oder niedriger sein können.

Die Größe der Transformatoren reicht von kleinen Impedanzanpassungseinheiten in Audiogeräten wie Mikrofonen bis hin zu Multitonnen-Giganten, die über die nationalen Stromnetze Hochspannung bereitstellen. Nahezu alle elektronischen Geräte, die für die Stromversorgung von Kommunen in Wohnräumen oder Unternehmen bestimmt sind, erfordern die Einbeziehung eines Transformators.

Das Bild auf der Rückseite des obigen Bildes liefert 36 V Wechselspannung bei 0,8 A, wenn es an eine 125 V Wechselspannungsquelle angeschlossen wird. Bei dem Miniatur-Transformator handelt es sich um ein Radio-Shack-Produkt, das für etwa 12 V Wechselspannung bei 300 mA ausgelegt ist, obwohl seine Spannung mehr als 16 V Wechselspannung beträgt, wenn kein Strom durch eine Last fließt.

Die schematischen Symbole des Transformators werden unten gezeigt:

Die verschiedenen Spulenarten links und rechts sind funktional identisch. Oben: Ein Transformator mit einem Magnetkern - ein Kern, der magnetisiert werden kann. Unten: Ein Transformator mit Luftkern. (Diese Art von Transformator ist selten, da er tendenziell weniger effizient ist.) Es wird fast immer angenommen, dass der Eingang des Transformators durch die Primärspule links ist, während der Ausgang durch die Sekundärspule rechts liegt. Häufig zeigen die beiden Spulen unterschiedliche Windungszahlen, um anzuzeigen, ob der Transformator eine reduzierte Spannung liefert (in diesem Fall werden weniger Windungen in der Sekundärspule ausgeführt) oder eine erhöhte Spannung (in diesem Fall werden weniger Windungen in der Primärwicklung) Spule).

Wie es funktioniert

Eine vereinfachte Ansicht eines Transformators ist unten dargestellt:

Durch die Primärwicklung fließender Wechselstrom (orange) induziert einen magnetischen Fluss in einem aus mehreren Stahlplatten gebildeten Blechpaket. Der sich ändernde Fluss induziert einen Strom in der Sekundärwicklung (grün), der den Ausgang des Transformators liefert. (In der Realität bestehen die Wicklungen normalerweise aus Tausenden von Windungen aus dünnem Magnetdraht, auch bekannt als Lackdraht; es werden verschiedene Kernkonfigurationen verwendet.)

Der Prozess wird als gegenseitige Induktion bezeichnet. Wenn eine Last über die Sekundärwicklung angelegt wird, zieht sie Strom aus der Primärwicklung, auch wenn zwischen ihnen keine elektrische Verbindung besteht.

Bei einem idealen verlustfreien Transformator bestimmt das Verhältnis der Windungen zwischen den beiden Wicklungen, ob die Ausgangsspannung höher, niedriger oder gleich der Eingangsspannung ist. Wenn Vp und Vs die Spannungen über den Primär- bzw. Sekundärwicklungen sind und Np und Ns die Anzahl der Drahtwindungen in den Primär- und Sekundärwicklungen sind, ergibt sich deren Beziehung durch folgende Formel:

Vp / Vs = Np / Ns

Eine einfache Regel ist, dass weniger Windungen = niedrigere Spannung und mehr Windungen = höhere Spannung sind.

Ein Aufwärtstransformator hat an seinem Ausgang eine höhere Spannung als an seinem Eingang, während ein Abwärtstransformator an seinem Eingang eine höhere Spannung aufweist als an seinem Ausgang.

Der Kern Der ferromagnetische Kern wird oft als aus Eisen hergestellt beschrieben, wird jedoch in der Realität häufiger aus hochpermeablen Siliziumstahl hergestellt. Um die durch Wirbelströme verursachten Verluste zu reduzieren, wird der Kern normalerweise laminiert - aus einem Stapel von Platten zusammengesetzt, die durch dünne Lackschichten oder einen ähnlichen Isolator voneinander getrennt sind. Wirbelströme neigen dazu, innerhalb der Dicke jeder Platte festgehalten zu werden.

Da eine Gleichspannung zu einer magnetischen Sättigung des Kerns führen würde, müssen alle Transformatoren mit Wechselstrom oder Stromimpulsen arbeiten. Die Wicklungen und die Geometrie eines Transformators sind für den Frequenzbereich, die Spannung und den Strom, für den er ausgelegt ist, optimiert. Abweichungen von diesen Werten können den Transformator beschädigen.

Varianten

Im Folgenden sind einige häufig anzutreffende Arten von Transformatoren aufgeführt:

Leistungstransformator Üblicherweise für das Verschrauben mit einem Chassis oder Befestigen im Inneren eines Gehäuses oder Gehäuses vorgesehen, in dem ein elektrisches Gerät mit Lötzungen oder Anschlüssen untergebracht ist, über die der Transformator mit Drähten an einer Seite mit dem Netzkabel und mit einer Leiterplatte auf der Seite verbunden werden kann Andere Seite.

Stecktransformator Normalerweise in einem Kunststoffgehäuse abgedichtet, das direkt an eine Steckdose angeschlossen werden kann. Sie sind optisch identisch mit AC-Adaptern, haben jedoch einen AC-Ausgang anstelle eines DC-Ausgangs.

Trenntransformator Wird auch als 1: 1-Transformator bezeichnet, da er ein Verhältnis von 1: 1 zwischen Primär- und Sekundärwicklung hat, so dass die Ausgangsspannung der Eingangsspannung entspricht. Wenn elektrische Geräte an den Trenntransformator angeschlossen werden, ist dieser von der elektrischen Masse der Wechselstromverkabelung getrennt. Dies verringert das Risiko bei Arbeiten an "aktiven" Geräten, da zwischen ihm und der Erde ein vernachlässigbares elektrisches Potential besteht. Wenn Sie ein geerdetes Objekt berühren und gleichzeitig ein stromführendes Kabel im Gerät berühren, darf dies nicht dazu führen, dass möglicherweise tödlicher Strom durch den Körper fließt.

Spartransformator Diese Variante verwendet nur eine Spule, die zur Bereitstellung der Ausgangsspannung abgegriffen wird. Eine gegenseitige Induktion tritt zwischen den Spulenabschnitten auf. Ein Autotransformator hat im Gegensatz zu einem Transformator mit zwei Spulen eine gemeinsame Verbindung zwischen Eingang und Ausgang, wodurch der Ausgang vom Eingang galvanisch getrennt werden kann. Autotransformatoren werden häufig zur Impedanzanpassung in Audioschaltungen verwendet und um Ausgangsspannungen bereitzustellen, die sich nur geringfügig von den Eingangsspannungen unterscheiden.

Audiotransformator Wenn ein Signal zwischen zwei Stufen einer Schaltung mit unterschiedlicher Impedanz übertragen wird, kann das Signal teilweise reflektiert oder gedämpft werden. (Die Impedanz wird in Ohm gemessen, unterscheidet sich jedoch vom elektrischen Gleichstromwiderstand, da sie die Reaktanz und die Kapazität berücksichtigt. Sie variiert daher mit der Frequenz.)

Ein Gerät mit niedriger Eingangsimpedanz wird versuchen, einen signifikanten Strom aus einer Quelle zu ziehen, und wenn die Quelle eine hohe Ausgangsimpedanz aufweist, fällt ihre Spannung als Ergebnis erheblich ab. Im Allgemeinen sollte die Eingangsimpedanz eines Geräts mindestens das Zehnfache der Ausgangsimpedanz des Geräts betragen, das versucht, es anzusteuern. Passive Komponenten (Widerstände und / oder Kondensatoren und / oder Spulen) können zur Impedanzanpassung verwendet werden, in einigen Situationen ist jedoch ein kleiner Transformator vorzuziehen.

Split-Bobbin-Transformator Bei dieser Variante sind Primär- und Sekundärspulen nebeneinander montiert, um die kapazitive Kopplung zu minimieren.

Transformator für die Oberflächenmontage Kann weniger als 0,2 Zoll (quadratisch) betragen und wird für Impedanzanpassung, Leitungskopplung und Filterung verwendet.

Werte

Bei der Auswahl eines Leistungstransformators ist dessen Belastbarkeit von primärem Wert. Sie wird durch den Begriff „VA“ ausgedrückt, der sich aus „Volt-Zeit-Ampere“ ergibt. VA sollte nicht mit Watt verwechselt werden, da Watt in einem Gleichstromkreis sofort gemessen wird, während in einem Wechselstromkreis Spannung und Strom konstant schwanken. VA ist eigentlich die Scheinleistung unter Berücksichtigung der Reaktanz.

Die Beziehung zwischen VA und Watt variiert je nach Gerät. Im schlimmsten Fall:

W = 0,65 VA (ungefähr)

Mit anderen Worten, die gemittelte Leistung, die Sie aus einem Transformator ziehen können, sollte mindestens zwei Drittel des VA-Werts betragen.

Die Transformator-Spezifikationen umfassen häufig Eingangsspannung, Ausgangsspannung und Gewicht der Komponente, die alle selbsterklärend sind. Kopplungstransformatoren können auch Eingangs- und Ausgangsimpedanzen vorgeben.

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