Всем доброго времени суток! В прошлой статье я рассказывал о расчёте дросселей переменного тока, особенностью которых является отсутствие постоянного тока подмагничивания. Такие дроссели широко применяются в преобразователях напряжения. Ещё одним электромагнитным устройством, применяемым в преобразовательной технике, является трансформатор, представляющий собой несколько дросселей объединённых общей магнитной цепью.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Кроме преобразовательной техники трансформаторы находят широкое применение в импульсной, усилительной и силовой электронике. Поэтому в зависимости от назначения и конструктивных особенностей трансформаторы разделяют не несколько категорий и типов.

В данной статье я расскажу о типах трансформаторов и об особенностях их конструкций.

Классификация трансформаторов по схемным параметрам

Среди множества особенностей трансформаторов можно выделить параметры, характеризующие их применение и назначение в электрической схеме или схему самого трансформатора. Поэтому выделим несколько характеризующих трансформаторы факторы: схемное назначение и схема трансформатора.

1. Классификация трансформаторов по схемному назначению позволяет определить функции, которые он выполняет в конкретной схеме, и соответственно можно выделить три группы:

— силовые трансформаторы предназначены для питания переменным током различные звенья и узлы аппаратуры, поэтому силовые трансформаторы иногда называют трансформаторами питания ТП. Данная группа является наиболее распространённой и составляет до 70 % всех трансформаторов. Они находят широкое применение для питания самых различных нагрузок: электродвигатели, бытовые приборы, различные усилители, выпрямители, осветительные и нагревательные приборы.

Силовой трансформатор ТП-60.

— согласующие трансформаторы служат для согласования входных и выходных сопротивлений различных узлов электронной схемы и находят широкое применение в радиоприёмной, радиопередающей и усилительной технике. Их можно разделить на несколько типов в зависимости от места расположения в схеме: входные, промежуточные и выходные.

Трансформатор согласующий RCF TD507.

— импульсные трансформаторы используют для передачи импульсов напряжения и тока между отдельными участками электрической схемы. Особенностью данных трансформаторов является то, что они позволяют пропускать через себя импульсы различной длительности – от микросекундных до наносекундных. Форма импульса чаще всего прямоугольная, но возможно и любая другая: треугольная, пилообразная, колоколообразная и другие.

Трансформатор импульсный.

2. Кроме схемного назначения трансформаторы классифицируются по схеме трансформатора и позволяет выделить следующие типы:

— однообмоточный трансформатор, называемый автотрансформатором. Он характеризуется тем, что между первичной (входной) и вторичной (выходной) обмотками существует магнитная и электрическая связь. Первичная и вторичная обмотки определяются отводами от общей обмотки.

Обозначение автотрансформатора.

— двухобмоточный трансворматор, в отличие от однообмоточного имеет две электрически не связанных обмотки. Данный тип трансформатора является базовым и ри теоретическом анализе является базовым и электрические параметры первичной обмотки связаны однозначными соотношениями с электрическими парамтерами вторичной обмотки.

Обозначение двухобмоточного трансформатора.

— многообмоточные трансформаторы имеют несколько электрически не связанных вторичных обмоток, число которых доходит до десяти, но чаще всего четыре-пять. В данном типе трансформатора ток первичной обмотки определяется множеством соотношений с током вторичных обмоток. Данный тип трансформатора является наиболее распространённым.

Обозначение многообмоточного трансформатора (две вторичные обмотки).

Классификация трансформаторов по электрическим параметрам

Классификация по данным особенностям трансформаторов позволяют оценить способность применения того или иного типа трансформатора в конкретном случае. В соответствии с этим трансформаторы по электрическим параметрам разделяются на следующие группы:

1. По рабочей частоте. Так как от частоты тока переменного напряжения зависят используемые материалы, из которых изготавливаются сердечник, обмотки и изоляция. В соответствие с этим различают трансформаторы следующих типов:

— пониженной частоты – рабочая частота ниже 50 Гц;

— промышленной частоты – рабочая частота 50 Гц;

— повышенной частоты – рабочая частота 100 – 10000 Гц;

— ультразвуковой частоты – рабочая частота более 10 кГц;

— высокой частоты – рабочая частота свыше 100 кГц.

В отношении импульсных трансформаторов чаше используется длительность импульса. В настоящее время мощные трансформаторы в большинстве случаев питаются от сетей промышленной частоты, но в современной электронике в подавляющем случае используют трансформаторы, рассчитанные на высокую и ультразвуковую частоту. Это позволяет снизить габариты трансформатора.

2. По системе тока. Данная особенность трансформатора позволяет разделить трансформаторы на:

— однофазные;

— многофазные (например, трёхфазные, шестифазные и т.д.).

3. По величине электрического напряжения. Данный параметр характеризует величину напряжения, на которую рассчитана изоляция кокой-либо обмотки или обмоток трансформатора. По данному параметру трансформаторы делятся:

— низковольтные трансформаторы, у которых рабочее напряжение обмотки (или обмоток) не превышает 1000 – 1500 В;

— высоковольтные трансформаторы, у которых рабочее напряжение обмотки выше 1000 — 1500 В.

В настоящее время в бытовой радиоэлектронике в большинстве случаев используются низковольтные трансформаторы.

4. По величине мощности. Данный параметр достаточно условен и прежде всего вводится для удобства описания конкретного трансформатора:

— малой мощности, имеющие мощность порядка десятка Вт;

— средней мощности, имеющих мощность сотни Вт;

— большой мощности, имеющие мощность нескольких кВт.

Классификация трансформаторов по конструктивным параметрам

Конструктивные параметры трансформаторы определяют особенности его сердечника и обмоток. Можно выделить несколько признаков, которые характеризуют различные конструктивные особенности.

1. Тип конструкции. Один из важнейших конструктивных признаков, определяющий тип конструкции трансформатора. Определяющим фактором здесь является тип сердечника, который можно определить, как:

— броневой сердечник, имеет три стержня, причём центральный стержень шире крайних и на нём располагаются обмотки трансформатора, а боковые служат только для протекания магнитного потока;

— стержневой сердечник, имеет два стержня одинаковой ширины и обмотки располагают на них равномерно;

— тороидальный сердечник, выполнен в виде тороида прямоугольного или (реже) круглого сечения и обмотки распределены равномерно по всему сердечнику.

В соответствии с типом сердечника трансформаторы также имеют следующие наименования: броневой, стержневой и тороидальный трансформаторы соответственно. Каждый тип имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при конструировании трансформатора.

Типы сердечников трансформаторов: броневой, стержневой и тороидальный.

2. Вид сердечника. Данный признак характеризует технологию изготовления сердечников трансформаторов. Можно выделить следующие категории:

— шихтованные сердечники или наборные. Шихтованием называется сборка сердечника трансформатора из штампованных пластин той или иной конфигурации. Конфигурация штампованных пластин соответственно бывает: Ш-образная, П-образная, Е-образная и О-образная. Однако вследствие не технологичности штамповки пластин для трансформаторов больших мощностей используют другой тип сердечника;

Шихтованные (штампованные) сердечники.

— ленточные сердечники. Сердечники такого типа формируются из гнутых отрезков ленты, либо навиваются на станках. В зависимости от принципа сборки трансформатора бывают замкнутые, разъёмные и разрезные. Конструктивно ленточные сердечники отличаются от шихтованных только наличием скруглённых углов;

Ленточные сердечники.

— прессованные сердечники. В соответствии с названием, такие сердечники изготавливают прессованием из порошковых материалов, причем, как половинок сердечника, так и его цельный вариант. Необходимость в прессованных сердечниках возникла в связи с необходимостью использования ферритовых порошковых материалов в качестве магнитопроводов соответствующих конструкций. Так как прессование возможно задать практически любую форму, то и формы сердечников выпускаются очень многих конфигураций.

Прессованные ферритовые сердечники.

3. Способы охлаждения. Данные признаки определяют способ отвода тепла от работающего трансформатора:

— трансформаторы с естественным охлаждением;

— трансформаторы с принудительным обдувом потоком воздуха;

— трансформаторы с жидкостным охлаждением;

— трансформаторы с парожидкостным охлаждением;

4. Способы изоляции и защиты. Данные признаки определяют способы защиты трансформаторов от внешних воздействий и окружающих факторов:

— сухие открытые трансформаторы. Защищены от внешних воздействий только изоляцией обмоточных проводов, межслойной изоляцией и каркасом обмотки;

Трансформатор сухой открытый серии EI.

— закрытые герметизированные трансформаторы. Такие трансформаторы характеризуются повышенными эксплуатационными характеристиками, устойчивыми к тяжёлым условиям эксплуатации (грязь, пыль, механические воздействия и т.д.);

Герметизированный трансформатор ТПК-2.

— трансформаторы тропикоустойчивого исполнения. Защита данного вида трансформатора характеризуется особой устойчивостью к тяжёлым условиям эксплуатации в районах с тропическим климатом.

Трансформатор тропикоустойчивого исполнения Т0,5-27.

Классификация по тактико-техническим параметрам

Так как трансформаторы находят самое широкое применение в радиоэлектронных устройствах, работающих в различных условиях, то соответственно необходимо выделить трансформаторы пригодные по техническим условиям работы.

1. Область применения трансформаторов. Данным признаком определяется область применения и требования, предъявляемые к трансформаторам в данной области:

— бытового назначения. Характеризуются незначительными требованиями к условиям эксплуатации в бытовых (домашних) условиях и применяются в широковещательной аппаратуре;

— общепромышленного назначения. Трансформаторы данного типа работают, как правило, в измерительной аппаратуре, аппаратуре управления различных станков и т.д.;

— специального назначения. Трансформаторы данного типа используются, как правило, в технике военного и специального назначения. Требования, предъявляемые к ним, зависят от конкретной области использования, поэтому трансформаторы специального назначения разделяются на следующие категории по их использованию в аппаратуре: бортовой аппаратуре (авиационно и ракетной), корабельной аппаратуре (для надводных и подводных кораблей), наземной стационарной аппаратуре (различных станций), наземной транспортируемой (передвижная наземная техника) и наземная переносная аппаратура (аппаратура связи).

2. Срок службы. Этот фактор связан с предыдущими параметрами, так как область применения определяет различные требования. Под сроком службы понимается суммарное время использования трансформатора во включенном состоянии. Можно выделить следующие категории:

— длительного срока службы, длительность работы составляет от 10000 часов. Можно отнести трансформаторы бытовой техники, общепромышленного назначения и некоторые типы специального назначения;

— короткого срока службы, срок службы составляет 300 – 500 часов. К данной группе относятся трансформаторы авиационной аппаратуры, а в отдельных случаях корабельной и наземной аппаратуры;

— кратковременного использования, продолжительность эксплуатации без потери характеристик составляет порядка нескольких минут. Данную категорию составляют трансформаторы ракетной аппаратуры.

3. Температурные условия, работы трансформаторов также зависят от условий их применения. Эти условия определяют следующие величины: температура окружающей среды, рабочая температура обмоток и перегрев обмоток. Таким образом, выделяют следующие категории трансформаторов по температурным условиям:

— обычные трансформаторы, имеющие рабочую температуру не более 100-130 °С;

— высокотемпературные трансформаторы, имеющие рабочую температуру выше 130 °С.

Следует отметить, что температура окружающей среды трансформатора определяется областью его применения, а перегрев и рабочая температура определяется классом изоляции используемой в трансформаторе.