Различные типы электрических трансформаторов изготавливаются для различных целей. Несмотря на различия в конструкции, различные типы используют один и тот же базовый принцип, открытый в 1831 году Майклом Фарадеем , и имеют несколько общих ключевых функциональных частей.
Это наиболее распространенный тип трансформатора, широко используемый в передаче электроэнергии и в бытовых приборах для преобразования напряжения сети в низкое напряжение для питания электронных устройств. Они доступны в диапазоне мощностей от мВт до МВт. Изолированные пластины минимизируют потери вихревых токов в железном сердечнике.
В небольших бытовых и электронных трансформаторах может использоваться разделенная катушка, обеспечивающая высокий уровень изоляции между обмотками. Прямоугольные сердечники изготавливаются из штамповок, часто в форме пар EI, но иногда используются и другие формы. Для снижения электромагнитных помех между первичной и вторичной обмотками могут быть установлены экраны, или иногда используется экранная обмотка.
Трансформаторы для небольших бытовых приборов и электроники могут иметь встроенный в обмотку тепловой выключатель , который отключает питание при высоких температурах и предотвращает дальнейший перегрев.
Тороидальные трансформаторы в форме пончика экономят место по сравнению с сердечниками EI и могут уменьшить внешнее магнитное поле. Они используют кольцевой сердечник, медные обмотки, обернутые вокруг этого кольца (и, таким образом, продетые через кольцо во время намотки), и ленту для изоляции.
Тороидальные трансформаторы имеют меньшее внешнее магнитное поле по сравнению с прямоугольными трансформаторами и могут быть меньше для данной мощности. Однако их изготовление обходится дороже, поскольку для намотки требуется более сложное и медленное оборудование.
Их можно крепить болтом через центр, используя шайбы и резиновые прокладки или заливкой смолой. Необходимо следить за тем, чтобы болт не стал частью короткозамкнутого витка.
Автотрансформатор состоит только из одной обмотки, которая имеет ответвление в некоторой точке вдоль обмотки. Напряжение подается на клемму обмотки, а более высокое (или более низкое) напряжение создается на другой части той же обмотки. Эквивалентная номинальная мощность автотрансформатора ниже фактической номинальной мощности нагрузки. Она рассчитывается по формуле: нагрузка ВА × (|Vin – Vout|)/Vin. [2] Например, автотрансформатор, который адаптирует нагрузку 1000 ВА, рассчитанную на 120 вольт, к источнику питания 240 вольт, имеет эквивалентную номинальную мощность не менее: 1000 ВА (240 В – 120 В) / 240 В = 500 ВА. Однако фактическая номинальная мощность (указанная на табличке) должна быть не менее 1000 ВА.
Для коэффициентов напряжения, не превышающих 3:1, автотрансформатор дешевле, легче, меньше и эффективнее, чем изолирующий (двухобмоточный) трансформатор того же номинала. [3] Большие трехфазные автотрансформаторы используются в системах распределения электроэнергии, например, для соединения сетей субпередачи 220 кВ и 33 кВ или других уровней высокого напряжения. [ требуется ссылка ]
Обнажив часть обмоток автотрансформатора и выполнив вторичное соединение через скользящую угольную щетку , можно получить автотрансформатор с практически плавно изменяемым коэффициентом трансформации, что позволяет регулировать напряжение в широких пределах с очень малым шагом.
Индукционный регулятор по конструкции похож на асинхронный двигатель с фазным ротором , но по сути является трансформатором, выходное напряжение которого изменяется путем вращения его вторичной обмотки относительно первичной, т. е. вращения углового положения ротора. Его можно рассматривать как силовой трансформатор, использующий вращающиеся магнитные поля . Главное преимущество индукционного регулятора заключается в том, что в отличие от вариаторов, они практичны для трансформаторов мощностью более 5 кВА. Поэтому такие регуляторы широко используются в лабораториях высокого напряжения. [4]
Для многофазных систем можно использовать несколько однофазных трансформаторов или все фазы можно подключить к одному многофазному трансформатору. Для трехфазного трансформатора три первичные обмотки соединены вместе, а три вторичные обмотки соединены вместе. [5] Примерами соединений являются звезда-треугольник, треугольник-звезда, треугольник-треугольник и звезда-звезда. Векторная группа указывает конфигурацию обмоток и разницу фазового угла между ними. Если обмотка соединена с землей ( заземлена ), точка соединения с землей обычно является центральной точкой обмотки звезды. Если вторичная обмотка представляет собой треугольник, земля может быть подключена к центральному отводу на одной обмотке ( высокая дельта ) или одна фаза может быть заземлена (заземленная в углу дельта). Специальным многофазным трансформатором является зигзагообразный трансформатор . Существует множество возможных конфигураций, которые могут включать больше или меньше шести обмоток и различные соединения отводов.
Заземляющие или заземляющие трансформаторы позволяют трехпроводным (дельта) полифазным системам питания размещать нагрузки фазы к нейтрали, обеспечивая обратный путь для тока к нейтрали. Заземляющие трансформаторы чаще всего включают в себя однообмоточный трансформатор с зигзагообразной конфигурацией обмотки, но также могут быть созданы с изолированным соединением обмотки трансформатора звезда-треугольник.
Это специализированный тип трансформатора, который можно настроить для регулировки фазового соотношения между входом и выходом. Это позволяет контролировать поток мощности в электросети , например, направлять потоки мощности от более короткого (но перегруженного) соединения к более длинному пути с избыточной мощностью.
Частотно-регулируемый трансформатор — это специализированный трехфазный силовой трансформатор, позволяющий плавно регулировать фазовое соотношение между входной и выходной обмотками путем вращения одной половины. Они используются для соединения электрических сетей с одинаковой номинальной частотой, но без синхронной координации фаз.
Трансформатор рассеяния, также называемый трансформатором рассеянного поля, имеет значительно более высокую индуктивность рассеяния , чем другие трансформаторы, иногда увеличенную магнитным шунтированием или шунтом в его сердечнике между первичной и вторичной обмотками, который иногда регулируется установочным винтом. Это обеспечивает трансформатору неотъемлемое ограничение тока из-за слабой связи между его первичной и вторичной обмотками. Регулируемая индуктивность короткого замыкания действует как параметр ограничения тока.
Выходные и входные токи поддерживаются на достаточно низком уровне, чтобы исключить тепловую перегрузку при любых условиях нагрузки — даже если вторичная обмотка закорочена.
Трансформаторы утечки используются для дуговой сварки и высоковольтных разрядных ламп ( неоновые лампы и люминесцентные лампы с холодным катодом , которые соединены последовательно до 7,5 кВ переменного тока). Он действует как трансформатор напряжения и как магнитный балласт .
Другие области применения — защищенные от короткого замыкания трансформаторы сверхнизкого напряжения для игрушек или дверных звонков .
Резонансный трансформатор — это трансформатор, в котором одна или обе обмотки имеют конденсатор и работают как настроенный контур . Применяемые на радиочастотах , резонансные трансформаторы могут работать как полосовые фильтры с высоким коэффициентом добротности . Обмотки трансформатора имеют либо воздушные, либо ферритовые сердечники, а полосу пропускания можно регулировать, изменяя связь ( взаимную индуктивность ). Одной из распространенных форм является трансформатор ПЧ ( промежуточной частоты ), используемый в супергетеродинных радиоприемниках . Они также используются в радиопередатчиках.
Резонансные трансформаторы также используются в электронных балластах для газоразрядных ламп и высоковольтных источников питания. Они также используются в некоторых типах импульсных источников питания . [6] Здесь значение индуктивности короткого замыкания является важным параметром, который определяет резонансную частоту резонансного трансформатора. Часто только вторичная обмотка имеет резонансный конденсатор (или паразитную емкость) и действует как последовательный резонансный контур. Когда индуктивность короткого замыкания вторичной стороны трансформатора равна L sc , а резонансный конденсатор (или паразитная емкость) вторичной стороны равна C r , резонансная частота ω s для 1' следующая
Трансформатор приводится в действие импульсом или квадратной волной для эффективности, генерируемой электронной схемой осциллятора . Каждый импульс служит для возбуждения резонансных синусоидальных колебаний в настроенной обмотке, и благодаря резонансу может быть создано высокое напряжение на вторичной обмотке.
Приложения:
Путем настройки определенных магнитных свойств сердечника трансформатора и установки феррорезонансного контура (конденсатора и дополнительной обмотки) трансформатор может быть настроен на автоматическое поддержание напряжения вторичной обмотки относительно постоянным для изменения первичного питания без дополнительных схем или ручной регулировки. Феррорезонансные трансформаторы работают горячее, чем стандартные силовые трансформаторы, поскольку регулирующее действие зависит от насыщения сердечника, что снижает эффективность. Выходная форма волны сильно искажается, если не принять тщательных мер для предотвращения этого. Насыщающие трансформаторы обеспечивают простой надежный метод стабилизации источника питания переменного тока.
Силовые трансформаторы с ферритовым сердечником широко используются в импульсных источниках питания (ИБП). Порошковый сердечник обеспечивает работу на высоких частотах, [7] и, следовательно, гораздо меньшее отношение размера к мощности, чем у трансформаторов с пластинчатым железом.
Ферритовые трансформаторы не используются в качестве силовых трансформаторов на частоте сети, поскольку сердечники из шихтованного железа стоят дешевле эквивалентного ферритового сердечника.
Производители либо используют плоские медные листы, либо вытравливают спиральные узоры на печатной плате для формирования «обмоток» планарного трансформатора , заменяя витки провода, используемые для изготовления других типов. Некоторые планарные трансформаторы продаются в продаже как дискретные компоненты, другие планарные трансформаторы вытравливаются непосредственно на основной печатной плате и требуют только ферритового сердечника, который крепится поверх печатной платы. Планарный трансформатор может быть тоньше других трансформаторов, что полезно для низкопрофильных приложений или при установке нескольких печатных плат друг на друга. [8] Почти все планарные трансформаторы используют ферритовый планарный сердечник .
Большие трансформаторы, используемые в распределении электроэнергии или электрических подстанциях, имеют сердечник и катушки, погруженные в масло , которое охлаждает и изолирует. Масло циркулирует по каналам в катушке и вокруг узла катушки и сердечника, перемещаясь конвекцией. Масло охлаждается снаружи бака в малых номиналах и радиатором с воздушным охлаждением в больших номиналах. Там, где требуется более высокий номинал или где трансформатор находится в здании или под землей, масляные насосы циркулируют масло, вентиляторы могут нагнетать воздух через радиаторы, или также может использоваться теплообменник масло-вода. [9]
Трансформаторное масло легко воспламеняется, поэтому масляные трансформаторы внутри здания устанавливаются в хранилищах, чтобы предотвратить распространение огня и дыма от горящего трансформатора. Некоторые трансформаторы были построены с использованием огнестойких ПХБ , но поскольку эти соединения сохраняются в окружающей среде и оказывают неблагоприятное воздействие на организмы, их использование было прекращено в большинстве областей; например, после 1979 года в Южной Африке. [10] [11] Вместо них теперь используются заменяющие огнестойкие жидкости, такие как силиконовые масла.
Силовые трансформаторы с литой смолой заключают обмотки в эпоксидную смолу. Эти трансформаторы упрощают установку, поскольку они сухие, без охлаждающего масла, и поэтому не требуют огнестойкого хранилища для внутренних установок. Эпоксидная смола защищает обмотки от пыли и коррозионной атмосферы. Однако, поскольку формы для литья катушек доступны только в фиксированных размерах, конструкция трансформаторов менее гибкая, что может сделать их более дорогими, если требуются индивидуальные характеристики (напряжение, коэффициент трансформации, отводы). [12] [13]
Изолирующий трансформатор связывает две цепи магнитно, но не обеспечивает металлического проводящего пути между цепями. Примером применения может служить источник питания для медицинского оборудования, когда необходимо предотвратить утечку из системы питания переменного тока в устройства, подключенные к пациенту. Изолирующие трансформаторы специального назначения могут включать экранирование для предотвращения связи электромагнитных помех между цепями или могут иметь усиленную изоляцию, чтобы выдерживать тысячи вольт разности потенциалов между первичными и вторичными цепями.
Твердотельный трансформатор на самом деле является преобразователем мощности, который выполняет ту же функцию, что и обычный трансформатор, иногда с дополнительной функциональностью. Большинство содержат меньший высокочастотный трансформатор. Он может состоять из преобразователя переменного тока в переменный или выпрямителя, питающего инвертор.
Инструментальные трансформаторы обычно используются для работы приборов от высоковольтных линий или цепей высокого тока, безопасно изолируя измерительные и управляющие схемы от высокого напряжения или тока. Первичная обмотка трансформатора подключается к высоковольтной или сильноточной цепи, а счетчик или реле подключаются к вторичной цепи. Инструментальные трансформаторы также могут использоваться в качестве изолирующего трансформатора, так что вторичные величины могут использоваться без влияния на первичную цепь. [14]
Идентификация клемм (буквенно-цифровая, например H 1 , X 1 , Y 1 и т. д., или цветное пятно или точка, отпечатанная на корпусе) указывает на один конец каждой обмотки, указывая на ту же мгновенную полярность и фазу между обмотками. Это относится к обоим типам измерительных трансформаторов. Правильная идентификация клемм и проводки имеет важное значение для правильной работы измерительных и релейных приборов.
Трансформатор тока (ТТ) — это последовательно соединенное измерительное устройство, предназначенное для обеспечения тока во вторичной обмотке, пропорционального току, протекающему в первичной обмотке. Трансформаторы тока обычно используются в измерительных и защитных реле в электроэнергетической промышленности .
Трансформаторы тока часто изготавливаются путем пропускания одного первичного витка ( изолированного кабеля или неизолированной шины) через хорошо изолированный тороидальный сердечник, обернутый множеством витков провода. Трансформатор тока обычно описывается его отношением тока от первичной к вторичной обмотке. Например, трансформатор тока 1000:1 обеспечивает выходной ток 1 ампер, когда через первичную обмотку протекает 1000 ампер. Стандартные номинальные значения вторичного тока составляют 5 ампер или 1 ампер, что совместимо со стандартными измерительными приборами. Вторичная обмотка может быть односоставной или иметь несколько точек ответвления для обеспечения диапазона соотношений. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы убедиться, что вторичная обмотка не отключена от своей низкоомной нагрузки, пока ток течет в первичной обмотке, так как это может привести к возникновению опасно высокого напряжения на открытой вторичной обмотке и может навсегда повлиять на точность трансформатора.
Специально сконструированные широкополосные трансформаторы тока также используются, обычно с осциллографом , для измерения высокочастотных сигналов или импульсных токов в импульсных системах питания. Один тип обеспечивает выходное напряжение, пропорциональное измеряемому току. Другой, называемый катушкой Роговского , требует внешнего интегратора для обеспечения пропорционального выхода.
Токовый зажим использует трансформатор тока с разъемным сердечником, который можно легко обернуть вокруг проводника в цепи. Это распространенный метод, используемый в портативных приборах для измерения тока, но в стационарных установках используются более экономичные типы трансформаторов тока.
Трансформаторы напряжения (VT), также называемые трансформаторами напряжения (PT), представляют собой параллельно соединенный тип измерительного трансформатора, используемый для измерения и защиты в высоковольтных цепях или фазовой изоляции фазового сдвига. Они предназначены для подачи незначительной нагрузки на измеряемый источник питания и имеют точное отношение напряжений для обеспечения точного измерения. Трансформатор напряжения может иметь несколько вторичных обмоток на том же сердечнике, что и первичная обмотка, для использования в различных измерительных или защитных цепях. Первичная обмотка может быть подключена фаза к земле или фаза к фазе. Вторичная обмотка обычно заземляется на одной клемме.
Существует три основных типа трансформаторов напряжения (ТН): электромагнитные, конденсаторные и оптические. Электромагнитный трансформатор напряжения представляет собой проволочный трансформатор. Емкостный трансформатор напряжения использует емкостный делитель напряжения и используется при более высоких напряжениях из-за более низкой стоимости, чем электромагнитный ТН. Оптический трансформатор напряжения использует электрические свойства оптических материалов. [15] Измерение высоких напряжений возможно с помощью трансформаторов напряжения. Оптический трансформатор напряжения — это не совсем трансформатор, а датчик, похожий на датчик Холла .
Комбинированный измерительный трансформатор включает в себя трансформатор тока и трансформатор напряжения в одном трансформаторе. Существует две основные конструкции комбинированных трансформаторов тока и напряжения: с бумажно-масляной изоляцией и с изоляцией SF 6. [16] Одним из преимуществ применения этого решения является уменьшение площади подстанции из-за уменьшения количества трансформаторов в отсеке, опорных конструкций и соединений, а также снижение затрат на строительные работы, транспортировку и установку. [17]
Импульсный трансформатор — это трансформатор, оптимизированный для передачи прямоугольных электрических импульсов (то есть импульсов с быстрым временем нарастания и спада и относительно постоянной амплитудой ). Небольшие версии, называемые сигнальными типами, используются в цифровых логических и телекоммуникационных схемах, таких как Ethernet , часто для согласования логических драйверов с линиями передачи . Их также называют модулями трансформатора Ethernet.
Среднемощные версии используются в цепях управления питанием, таких как контроллеры вспышек камер . Более мощные версии используются в электроэнергетической распределительной промышленности для сопряжения низковольтных цепей управления с высоковольтными затворами силовых полупроводников . Специальные высоковольтные импульсные трансформаторы также используются для генерации мощных импульсов для радаров , ускорителей частиц или других высокоэнергетических импульсных приложений. [18]
Чтобы минимизировать искажение формы импульса, импульсный трансформатор должен иметь низкие значения индуктивности рассеяния и распределенной емкости , а также высокую индуктивность холостого хода. В импульсных трансформаторах силового типа низкая емкость связи (между первичной и вторичной обмотками) важна для защиты схемы на первичной стороне от мощных переходных процессов, создаваемых нагрузкой. По той же причине требуются высокое сопротивление изоляции и высокое пробивное напряжение. Хорошая переходная характеристика необходима для поддержания прямоугольной формы импульса на вторичной обмотке, поскольку импульс с медленными фронтами создаст потери переключения в силовых полупроводниках.
Для характеристики импульсных трансформаторов часто используется произведение пикового импульсного напряжения и длительности импульса (точнее, интеграл напряжения по времени). В общем, чем больше это произведение, тем больше и дороже трансформатор.
Импульсные трансформаторы по определению имеют рабочий цикл менее 1 ⁄ 2 ; любая энергия, накопленная в катушке во время импульса, должна быть «сброшена» до того, как импульс будет подан снова.
В радиочастотной (РЧ) работе используются несколько типов трансформаторов , различающихся по способу соединения обмоток и типу сердечников (если таковые имеются), на которые намотаны витки катушки.
Ламинированная сталь, используемая для сердечников силовых трансформаторов, очень неэффективна на радиочастотах, тратя много радиочастотной мощности в виде тепла, поэтому трансформаторы для использования на радиочастотах, как правило, используют магнитную керамику для намоточных сердечников, например, порошкообразное железо (для средних и нижних коротковолновых частот) или феррит (для верхних коротких волн ). Материал сердечника, вокруг которого намотана катушка, может значительно увеличить ее индуктивность — в сотни или тысячи раз больше, чем «воздух», — тем самым повышая добротность трансформатора . Сердечники таких трансформаторов, как правило, больше всего улучшают производительность на нижнем конце диапазона частот, для которого был разработан трансформатор.
Старые радиочастотные трансформаторы иногда включали в себя дополнительную третью катушку (называемую щекотливой обмоткой) для подачи обратной связи на более раннюю ( детекторную ) стадию в старинных регенеративных радиоприемниках .
Так называемые «воздушные» трансформаторы на самом деле вообще не имеют сердечника — они намотаны на немагнитные формы или каркасы или просто удерживаются в форме за счет жесткости намотанного провода. Они используются для работы на очень высоких частотах и верхних коротких волнах .
Отсутствие магнитореактивного сердечника означает очень низкую индуктивность на виток, требующую много витков провода на катушке трансформатора. Весь прямой ток возбуждает обратный ток и индуцирует вторичное напряжение, которое пропорционально взаимной индуктивности. [19] На УКВ такие трансформаторы могут быть не более чем несколькими витками провода, припаянными к печатной плате .
Трансформаторы с ферритовым сердечником широко используются в ВЧ-трансформаторах, особенно для балансировки тока (см. ниже) и согласования импеданса для телевизионных и радиоантенн. Из-за огромного улучшения индуктивности, которое дает феррит, многие трансформаторы с ферритовым сердечником хорошо работают всего с одним или двумя витками.
Феррит — это сильно магнитно-реактивный керамический материал, изготовленный из оксида железа (ржавчины), смешанного с небольшими долями других металлов или их оксидов , таких как магний , цинк и никель . Различные смеси лучше всего реагируют на разных частотах. Поскольку ферриты являются керамикой, они (почти) непроводящие, поэтому они реагируют только на магнитные поля, создаваемые близлежащими токами, а не на электрические поля, создаваемые сопутствующими напряжениями.
Для использования на радиочастотах " дроссельные " трансформаторы иногда изготавливаются из обмоток линии передачи, соединенных параллельно. Иногда обмотки представляют собой коаксиальный кабель, иногда бифилярные (парные параллельные провода); либо намотаны вокруг ферритового , порошкообразного железа или "воздушного" сердечника. Этот тип трансформатора обеспечивает чрезвычайно широкую полосу пропускания , но с помощью этой техники можно достичь лишь ограниченного числа соотношений импеданса (например, 1:1, 1:4 или 1:9).
Дроссельные трансформаторы иногда называют трансформаторами линии передачи (хотя ниже см. другой тип трансформатора с тем же названием), или трансформаторами Гуанелла , или токовыпрямителями , или линейными изоляторами . Хотя их называют трансформаторами "линии передачи", они отличаются от трансформаторов, изготовленных из сегментов линии передачи.
На радиочастотах и микроволновых частотах четвертьволновый трансформатор импеданса может обеспечить согласование импеданса между цепями в ограниченном диапазоне частот, используя только участок линии передачи не более 1 /4 длиной волны . Линия может быть коаксиальным кабелем, волноводом, полосковой линией или микрополосковой линией . Для верхних частот VHF и UHF , где собственный резонанс катушки мешает правильной работе, это обычно единственный возможный метод преобразования импедансов линии.
Одночастотные трансформаторы изготавливаются с использованием секций линии передачи, часто называемых «согласующей секцией» или «согласующим шлейфом». Как и дроссельный трансформатор выше, его также называют «трансформатором линии передачи», хотя они сильно отличаются по форме и принципу действия.
Если только она не будет остановлена в своем характеристическом импедансе , любая линия передачи будет производить стоячие волны импеданса по всей своей длине, повторяя точно каждую полную длину волны и охватывая весь свой диапазон абсолютных значений всего за четверть волны . Можно использовать это поведение для преобразования токов и напряжений, соединяя секции линии передачи с несогласованными импедансами, чтобы намеренно создать стоячую волну на линии, а также разрезать и снова подключить к линии в месте, где достигается желаемый импеданс — никогда не требуя больше, чем 1 /4 волна несовпадающих линий.
Этот тип трансформатора очень эффективен (очень малые потери), но существенно ограничен в диапазоне частот, в котором он может работать: в то время как дроссельный трансформатор, представленный выше, имеет очень широкую полосу пропускания , линейный трансформатор имеет очень узкую полосу пропускания.
«Балуны» — это общее название для любого трансформатора, специально сконфигурированного для соединения между сбалансированными (незаземленными) и несбалансированными (заземленными) цепями. Они могут быть изготовлены с использованием любого типа трансформатора, но фактический достигаемый баланс зависит от типа; например, «дроссельные» балуны производят сбалансированный ток, а балуны автотрансформаторного типа производят сбалансированное напряжение. Балуны также могут быть изготовлены из конфигураций линии передачи, используя бифилярный или коаксиальный кабель, аналогичный трансформаторам линии передачи по конструкции и эксплуатации.
Помимо взаимодействия между сбалансированными и несбалансированными нагрузками путем создания сбалансированного тока или сбалансированного напряжения (или того и другого), симметрирующие трансформаторы могут также отдельно преобразовывать (согласовывать) импеданс между нагрузками.
Трансформаторы с ферритовым сердечником широко используются в каскадах (промежуточной частоты) (ПЧ) в супергетеродинных радиоприемниках . В основном это настроенные трансформаторы, содержащие резьбовой ферритовый стержень, который вкручивается или выкручивается для регулировки настройки ПЧ. Трансформаторы обычно экранированы для стабильности и уменьшения помех.
Аудиотрансформаторы — это трансформаторы, специально разработанные для использования в аудиоцепях для передачи аудиосигнала . Их можно использовать для блокировки радиочастотных помех или постоянного тока аудиосигнала, для разделения или объединения аудиосигналов или для обеспечения согласования импеданса между высокоомными и низкоомными цепями, например, между выходом усилителя с высоким импедансом (лампой) и низкоомным громкоговорителем или между высокоомным инструментальным выходом и низкоомным входом микшерного пульта . Аудиотрансформаторы, работающие с напряжением и током громкоговорителя, больше тех, которые работают на уровне микрофона или линии, которые переносят гораздо меньшую мощность. Мостовые трансформаторы соединяют 2-проводные и 4-проводные коммуникационные цепи.
Будучи магнитными устройствами, аудиотрансформаторы восприимчивы к внешним магнитным полям, таким как поля, создаваемые проводниками переменного тока. « Гул » — это термин, обычно используемый для описания нежелательных сигналов, исходящих от « сетевого » источника питания (обычно 50 или 60 Гц). [20] Аудиотрансформаторы, используемые для сигналов низкого уровня, таких как сигналы от микрофонов, часто включают магнитное экранирование для защиты от посторонних магнитно-связанных сигналов.
Аудиотрансформаторы изначально были разработаны для соединения различных телефонных систем друг с другом, сохраняя при этом их соответствующие источники питания изолированными, и до сих пор широко используются для соединения профессиональных аудиосистем или компонентов системы, чтобы устранить гудение и гул. Такие трансформаторы обычно имеют соотношение 1:1 между первичной и вторичной обмотками. Их также можно использовать для разделения сигналов, балансировки несимметричных сигналов или подачи сбалансированного сигнала на несбалансированное оборудование. Трансформаторы также используются в DI-боксах для преобразования сигналов инструментов с высоким импедансом (например, бас-гитары ) в сигналы с низким импедансом, чтобы позволить им подключаться к микрофонному входу на микшерном пульте .
Особенно важным компонентом является выходной трансформатор лампового усилителя . Ламповые схемы для качественного воспроизведения уже давно производятся без других (межкаскадных) аудиотрансформаторов, но выходной трансформатор необходим для соединения относительно высокого импеданса (до нескольких сотен Ом в зависимости от конфигурации) выходной лампы(ок) с низким импедансом громкоговорителя . (Лампы могут выдавать низкий ток при высоком напряжении; громкоговорители требуют высокого тока при низком напряжении.) Большинству твердотельных усилителей мощности выходной трансформатор вообще не нужен.
Аудиотрансформаторы влияют на качество звука, поскольку они нелинейны. Они добавляют гармонические искажения к исходному сигналу, особенно гармоники нечетного порядка, с акцентом на гармоники третьего порядка. Когда амплитуда входящего сигнала очень мала, недостаточно уровня для возбуждения магнитного сердечника (см. коэрцитивность и магнитный гистерезис ). Когда амплитуда входящего сигнала очень велика, трансформатор насыщается и добавляет гармоники из-за мягкого ограничения. [21] Другая нелинейность возникает из-за ограниченной частотной характеристики. Для хорошей низкочастотной характеристики требуется относительно большой магнитный сердечник ; высокая мощность увеличивает требуемый размер сердечника. Хорошая высокочастотная характеристика требует тщательно спроектированных и реализованных обмоток без чрезмерной индуктивности рассеяния или паразитной емкости . Все это делает компонент дорогим.
Ранние транзисторные усилители мощности звука часто имели выходные трансформаторы, но они были исключены, поскольку достижения в области полупроводников позволили разработать усилители с достаточно низким выходным сопротивлением для непосредственного управления громкоговорителем.
Точно так же, как трансформаторы создают высоковольтные цепи передачи мощности, которые минимизируют потери при передаче, трансформаторы громкоговорителей могут питать множество отдельных громкоговорителей от одной аудиоцепи, работающей при более высоких, чем обычно, напряжениях громкоговорителей. Это применение распространено в приложениях для публичных выступов . Такие схемы обычно называют акустическими системами постоянного напряжения . Такие системы также известны по номинальному напряжению линии громкоговорителей, например, акустические системы на 25 , 70 и 100 вольт (напряжение, соответствующее номинальной мощности громкоговорителя или усилителя). Трансформатор повышает выход усилителя системы до распределительного напряжения. В удаленных местах расположения громкоговорителей понижающий трансформатор согласует громкоговоритель с номинальным напряжением линии, поэтому громкоговоритель выдает номинальную номинальную мощность, когда линия находится под номинальным напряжением. Трансформаторы громкоговорителей обычно имеют несколько первичных отводов для регулировки громкости на каждом громкоговорителе пошагово.
Ламповые усилители почти всегда используют выходной трансформатор для согласования высокого сопротивления нагрузки ламп (несколько килоом) с динамиком с низким сопротивлением.
Картриджи с подвижной катушкой для фонографов вырабатывают очень маленькое напряжение. Для его усиления с приемлемым отношением сигнал/шум обычно требуется трансформатор для преобразования напряжения в диапазон более распространенных картриджей с подвижным магнитом.
Микрофоны также могут быть согласованы с их нагрузкой с помощью небольшого трансформатора, который экранирован мю-металлом для минимизации шумоподавления. Эти трансформаторы сегодня используются реже, поскольку транзисторные буферы теперь дешевле.
В двухтактном усилителе требуется инвертированный сигнал, который можно получить от трансформатора с обмоткой с отводом от средней точки, используемого для управления двумя активными устройствами в противофазе. Эти фазоразделительные трансформаторы сегодня используются нечасто.
Трансактор представляет собой комбинацию трансформатора и реактора . Трансактор имеет железный сердечник с воздушным зазором, который ограничивает связь между обмотками. [22]
Трансформаторы Hedgehog иногда встречаются в самодельных радиоприемниках 1920-х годов. Это самодельные аудиотрансформаторы межкаскадной связи.
Эмалированная медная проволока наматывается вокруг центральной половины длины пучка изолированной железной проволоки (например, проволоки для флористов), чтобы сделать обмотки. Концы железных проволок затем сгибаются вокруг электрической обмотки, чтобы завершить магнитную цепь, и все это обматывается лентой или веревкой, чтобы скрепить.
Вариометр — это тип непрерывно изменяемого СВЧ- индуктора с воздушным сердечником и двумя обмотками. [23] Одна из распространенных форм состояла из катушки, намотанной на короткий полый цилиндр, со второй меньшей катушкой внутри, установленной на валу так, чтобы ее магнитная ось могла вращаться относительно внешней катушки. Две катушки соединены последовательно. Когда две катушки коллинеарны, а их магнитные поля направлены в одном направлении, два магнитных поля складываются, и индуктивность максимальна. Если внутренняя катушка повернута так, что ее ось находится под углом к внешней катушке, магнитные поля не складываются, и индуктивность меньше. Если внутренняя катушка повернута так, что она коллинеарна с внешней катушкой, но их магнитные поля направлены в противоположных направлениях, поля компенсируют друг друга, и индуктивность очень мала или равна нулю. Преимущество вариометра заключается в том, что индуктивность можно регулировать непрерывно в широком диапазоне. Вариометры широко использовались в радиоприемниках 1920-х годов. Сегодня одним из основных направлений их применения является использование в качестве согласующих катушек для согласования длинноволновых радиопередатчиков с их антеннами.
Варио -каплер был устройством с похожей конструкцией, но две катушки не были соединены, а присоединены к отдельным цепям. Таким образом, он функционировал как воздушный сердечник ВЧ- трансформатора с переменной связью. Внутренняя катушка могла поворачиваться от 0° до 90° относительно внешней, уменьшая взаимную индуктивность от максимума до почти нуля.
Вариометр с блинчатой катушкой был еще одной распространенной конструкцией, использовавшейся как в приемниках, так и в передатчиках 1920-х годов. Он состоит из двух плоских спиральных катушек, подвешенных вертикально друг напротив друга, шарнирно закрепленных с одной стороны так, чтобы одна могла отклониться от другой на угол 90° для уменьшения связи. Конструкция с плоской спиралью служила для уменьшения паразитной емкости и потерь на радиочастотах.
Блинные или «сотовые» катушки вариокаплеров использовались в 1920-х годах в обычных регенеративных радиоприемниках Армстронга или «тиклера» . Одна катушка была подключена к сетке детекторной трубки . Другая катушка, «тиклер», была подключена к анодной (выходной) цепи трубки. Она возвращала часть сигнала из анодной цепи обратно на вход, и эта положительная обратная связь увеличивала усиление и селективность трубки .
Ротационный (вращающийся) трансформатор — это специализированный трансформатор, который соединяет электрические сигналы между двумя частями, вращающимися относительно друг друга, — как альтернатива контактным кольцам , которые подвержены износу и контактному шуму. Они обычно используются в приложениях с магнитной лентой со спиральным сканированием .
Переменный дифференциальный трансформатор — это прочный бесконтактный датчик положения. Он имеет две противофазные первичные обмотки, которые номинально производят нулевой выход во вторичной обмотке, но любое движение сердечника изменяет связь, создавая сигнал.
Двухфазный резольвер и связанный с ним трехфазный синхронизатор являются вращающимися датчиками положения, которые работают на полных 360°. Первичная обмотка вращается в пределах двух или трех вторичных обмоток под разными углами, а амплитуды вторичных сигналов могут быть декодированы в угол. В отличие от переменных дифференциальных трансформаторов, катушки, а не только сердечник, движутся относительно друг друга, поэтому для соединения первичной обмотки требуются контактные кольца.
Резольверы производят синфазные и квадратурные компоненты , которые полезны для вычислений. Синхронизаторы производят трехфазные сигналы, которые могут быть подключены к другим синхронизаторам для их вращения в конфигурации генератор/двигатель.
Два пьезоэлектрических преобразователя могут быть механически соединены или интегрированы в один кусок материала, создавая пьезоэлектрический трансформатор .
Трансформатор обратного хода — это высоковольтный, высокочастотный трансформатор, используемый в плазменных шарах и электронно-лучевых трубках (ЭЛТ). Он обеспечивает высокое (часто несколько кВ) анодное постоянное напряжение, необходимое для работы ЭЛТ. Изменения анодного напряжения, подаваемого обратным ходом, могут привести к искажениям изображения, отображаемого ЭЛТ. Обратные ходы ЭЛТ могут содержать несколько вторичных обмоток для обеспечения нескольких других, более низких напряжений. Его выход часто является импульсным, поскольку он часто используется с умножителем напряжения, который может быть интегрирован с обратным ходом.
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )