Для разных целей изготавливаются различные типы электрических трансформаторов . Несмотря на различия в конструкции, различные типы используют один и тот же основной 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 бытовой технике для преобразования сетевого напряжения в низкое напряжение для питания электронных устройств. Они доступны с номинальной мощностью от мВт до МВт. Изолированные пластины минимизируют потери на вихревые токи в железном сердечнике.
В трансформаторах для небольших приборов и электронных устройств может использоваться разъемная катушка, обеспечивающая высокий уровень изоляции между обмотками. Прямоугольные сердечники состоят из штампованных деталей, часто парной формы EI, но иногда используются и другие формы. Для уменьшения электромагнитных помех между первичной и вторичной обмотками могут быть установлены экраны, или иногда используется экранирующая обмотка.
Трансформаторы для небольших приборов и электроники могут иметь термовыключатель, встроенный в обмотку, для отключения питания при высоких температурах и предотвращения дальнейшего перегрева.
Тороидальные трансформаторы в форме пончика экономят место по сравнению с сердечниками EI и могут уменьшить внешнее магнитное поле. В них используется кольцеобразный сердечник, медная обмотка, обернутая вокруг этого кольца (и, таким образом, продетая через кольцо во время намотки), и изоляционная лента.
Тороидальные трансформаторы имеют меньшее внешнее магнитное поле по сравнению с прямоугольными трансформаторами и могут быть меньше при заданной номинальной мощности. Однако их изготовление обходится дороже, поскольку для намотки требуется более сложное и медленное оборудование.
Их можно закрепить болтом через центр, используя шайбы и резиновые прокладки или залить смолой. Необходимо следить за тем, чтобы болт не образовывал часть витка короткого замыкания.
Автотрансформатор состоит только из одной обмотки , которая имеет ответвление в некоторой точке обмотки. Напряжение прикладывается к выводу обмотки, а более высокое (или более низкое) напряжение создается на другой части той же обмотки. Эквивалентная номинальная мощность автотрансформатора ниже фактической номинальной мощности нагрузки. Оно рассчитывается по формуле: нагрузка ВА × (|Vin – Vout|)/Vin. [2] Например, автотрансформатор, который адаптирует нагрузку 1000 ВА с номиналом 120 В к источнику питания 240 В, имеет эквивалентную мощность не менее: 1000 ВА (240–120 В) / 240 В = 500 ВА. Однако фактическая мощность (указанная на табличке) должна составлять не менее 1000 ВА.
Для коэффициентов напряжения, которые не превышают примерно 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 подсетей 220 кВ и 33 кВ или других уровней высокого напряжения. [ нужна цитата ]
Обнажая часть обмоток автотрансформатора и выполняя вторичное соединение через скользящую угольную щетку , можно получить автотрансформатор с почти постоянно изменяемым коэффициентом трансформации, что позволяет осуществлять широкую регулировку напряжения с очень небольшими приращениями.
Асинхронный регулятор по конструкции аналогичен асинхронному двигателю с фазным ротором , но по сути представляет собой трансформатор, выходное напряжение которого изменяется путем вращения его вторичной обмотки относительно первичной обмотки, то есть путем вращения углового положения ротора. Его можно рассматривать как силовой трансформатор , использующий вращающиеся магнитные поля . Основное преимущество индукционных регуляторов заключается в том, что в отличие от вариаков они подходят для трансформаторов мощностью более 5 кВА. Следовательно, такие регуляторы находят широкое применение в лабораториях высокого напряжения. [4]
Для многофазных систем можно использовать несколько однофазных трансформаторов или все фазы можно подключить к одному многофазному трансформатору. В трехфазном трансформаторе три первичные обмотки соединены вместе, а три вторичные обмотки соединены вместе. [5] Примеры соединений: звезда-треугольник, треугольник-звезда, треугольник-треугольник и звезда-звезда. Группа векторов указывает на конфигурацию обмоток и разность фаз между ними. Если обмотка подключена к земле ( заземлена ), то точкой соединения с землей обычно является центральная точка обмотки звезды. Если вторичная обмотка представляет собой обмотку треугольника, заземление может быть подключено к центральному отводу одной обмотки ( треугольник с высоким плечом ) или одна фаза может быть заземлена (треугольник с заземлением угла). Многофазный трансформатор специального назначения — зигзагообразный трансформатор . Существует множество возможных конфигураций, которые могут включать более или менее шести обмоток и различные соединения ответвлений.
Заземляющие или заземляющие трансформаторы позволяют трехпроводной (треугольник) многофазной системе питать нагрузку фаза-нейтраль, обеспечивая обратный путь тока к нейтрали. Заземляющие трансформаторы чаще всего включают в себя однообмоточный трансформатор с зигзагообразной конфигурацией обмотки, но также могут быть выполнены 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 потоки энергии в электрической сети , например, направлять потоки энергии от более короткого (но перегруженного) звена к более длинному пути с избыточной мощностью.
Трансформатор переменной частоты — это специализированный трехфазный силовой трансформатор, который позволяет 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 синхронного согласования фаз.
Трансформатор рассеяния, также называемый трансформатором рассеянного поля, имеет значительно более высокую индуктивность рассеяния, чем другие трансформаторы, иногда увеличиваемую за счет магнитного байпаса или шунта в его сердечнике между первичной и вторичной обмотками, который иногда регулируется с помощью установочного винта. Это обеспечивает трансформатору внутреннее ограничение тока из-за слабой связи между его первичной и вторичной обмотками. Регулируемая индуктивность короткого замыкания действует как параметр ограничения тока.
Выходной и входной токи поддерживаются на достаточно низком уровне, чтобы исключить тепловую перегрузку при любых условиях нагрузки, даже если вторичная обмотка закорочена.
Трансформаторы утечки применяются для дуговой сварки и газоразрядных ламп высокого напряжения ( неоновых ламп и люминесцентных ламп с холодным катодом , последовательно соединенных до напряжения переменного тока до 7,5 кВ). Он действует как трансформатор напряжения и как магнитный балласт .
Другие области применения — трансформаторы сверхнизкого напряжения с защитой от короткого замыкания для игрушек или дверных звонков .
Резонансный трансформатор — это трансформатор, в котором одна или обе обмотки имеют конденсатор и функционируют как настроенная цепь . При использовании на радиочастотах резонансные трансформаторы могут работать как полосовые фильтры с высокой добротностью . Обмотки трансформатора имеют либо воздушные, либо ферритовые сердечники, а полосу пропускания можно регулировать путем изменения связи ( взаимной индуктивности ). 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 газоразрядных ламп , источниках питания высокого напряжения. Они также используются в некоторых типах импульсных источников питания . [6] Здесь значение индуктивности короткого замыкания является важным параметром, определяющим 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 обмотки трансформатора равна L sc , а резонансный конденсатор (или паразитная емкость) вторичной обмотки равен C r , резонансная частота ω s, равная 1', выглядит следующим образом:
Трансформатор для повышения эффективности приводится в движение импульсом или прямоугольной волной, генерируемой электронной генераторной схемой. Каждый импульс служит для возбуждения резонансных синусоидальных колебаний в настроенной обмотке, и за счет резонанса на вторичной обмотке может возникнуть высокое напряжение.
Приложения:
Задавая особые магнитные свойства сердечнику трансформатора и устанавливая феррорезонансный контур (конденсатор и дополнительную обмотку), можно настроить трансформатор на автоматическое поддержание относительно постоянного напряжения вторичной обмотки при изменении первичного питания без дополнительных схем или ручного управления. корректирование. Ферро-резонансные трансформаторы нагреваются сильнее, чем стандартные силовые трансформаторы, поскольку регулирующее действие зависит от насыщения сердечника, что снижает эффективность. Форма выходного сигнала сильно искажается, если не принять осторожные меры для предотвращения этого. Насыщающие трансформаторы представляют собой простой и надежный метод стабилизации источника питания переменного тока.
Силовые трансформаторы с ферритовым сердечником широко используются в импульсных источниках питания (ИМП). Порошковый сердечник обеспечивает работу на высоких частотах [7] и, следовательно, имеет гораздо меньшее соотношение размеров и мощности, чем трансформаторы из ламинированного железа.
Ферритовые трансформаторы не используются в качестве силовых трансформаторов сетевой частоты, поскольку сердечники из ламинированного железа стоят дешевле, чем эквивалентный ферритовый сердечник.
Производители либо используют плоские медные листы, либо вытравливают спиральные узоры на печатной плате для формирования «обмоток» планарного трансформатора , заменяя витки проводов, используемых для изготовления других типов. Некоторые планарные трансформаторы коммерчески продаются как отдельные компоненты, другие планарные трансформаторы выгравированы непосредственно на основной печатной плате, и для их крепления к печатной плате требуется только ферритовый сердечник. Планарный трансформатор может быть тоньше других трансформаторов, что полезно для скромных приложений или когда несколько печатных плат уложены друг на друга. [8] Почти во всех планарных трансформаторах используется планарный ферритовый сердечник .
Сердечник и катушки больших трансформаторов, используемых в распределительных электростанциях или на электрических подстанциях, погружены в масло , которое охлаждает и изолирует. Масло циркулирует по каналам в змеевике и вокруг узла змеевика и сердечника, перемещаясь за счет конвекции. Масло охлаждается снаружи бака при малых мощностях и с помощью радиатора с воздушным охлаждением при больших мощностях. Если требуется более высокая мощность или если трансформатор находится в здании или под землей, масляные насосы циркулируют масло, вентиляторы могут нагнетать воздух над радиаторами или также можно использовать масло-водяной теплообменник. [9]
Трансформаторное масло легко воспламеняется, поэтому маслонаполненные трансформаторы внутри здания устанавливают 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 в большинстве областей прекращено; например, после 1979 года в Южной Африке. [10] [11] Вместо них теперь используются огнестойкие жидкости-заменители, такие как силиконовые масла.
Силовые трансформаторы с литой изоляцией покрывают обмотки эпоксидной смолой. Эти трансформаторы упрощают установку, поскольку они сухие, не требуют охлаждающего масла и поэтому не требуют огнестойкого хранилища для установки внутри помещений. Эпоксидная смола защищает обмотки от пыли и агрессивных сред. Однако, поскольку формы для отливки катушек доступны только фиксированных размеров, конструкция трансформаторов менее гибкая, что может сделать их более дорогостоящими, если потребуются 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 медицинского оборудования, когда необходимо предотвратить любую утечку из системы питания переменного тока в устройства, подключенные к пациенту. Изолирующие трансформаторы специального назначения могут включать экранирование для предотвращения возникновения электромагнитных помех между цепями или могут иметь усиленную изоляцию, чтобы выдерживать разность потенциалов в тысячи вольт между первичной и вторичной цепями.
Твердотельный трансформатор на самом деле представляет собой преобразователь мощности, который выполняет ту же функцию, что и обычный трансформатор, иногда с дополнительными функциями. Большинство из них содержат высокочастотный трансформатор меньшего размера. Он может состоять из преобразователя переменного тока в переменный или выпрямителя, питающего инвертор.
Измерительные трансформаторы обычно используются для питания приборов от линий высокого напряжения или сильноточных цепей, надежно изолируя схемы измерения и управления от высоких напряжений или токов. Первичная обмотка трансформатора подключается к цепи высокого напряжения или сильного тока, а счетчик или реле – ко вторичной цепи. Измерительные трансформаторы также можно использовать в качестве изолирующих трансформаторов , чтобы можно было использовать вторичные величины, не затрагивая первичную схему. [14]
Идентификация клемм (либо буквенно-цифровая, например H 1 , X 1 , Y 1 и т. д., либо цветное пятно или точка, напечатанная на корпусе) указывает на один конец каждой обмотки, указывая одинаковую мгновенную полярность и фазу между обмотками. Это относится к обоим типам измерительных трансформаторов. Правильная идентификация клемм и проводки необходима для правильной работы приборов учета и релейной защиты.
Трансформатор тока (ТТ) — это последовательно соединенное измерительное устройство, предназначенное для обеспечения тока во вторичной обмотке, пропорционального току, протекающему в его первичной обмотке. Трансформаторы тока широко используются в измерительных и защитных реле в электроэнергетике .
Трансформаторы тока часто конструируются путем пропускания одного витка первичной обмотки (либо изолированного кабеля, либо неизолированной шины) через хорошо изолированный тороидальный сердечник, обернутый множеством витков провода. Трансформатор трансформатора тока обычно описывается соотношением его тока от первичного к вторичному. Например, трансформатор тока 1000:1 обеспечивает выходной ток 1 ампер, когда через первичную обмотку протекает 1000 ампер. Стандартные значения вторичного тока составляют 5 ампер или 1 ампер, совместимые со стандартными измерительными приборами. Вторичная обмотка может иметь одно передаточное отношение или иметь несколько точек отвода для обеспечения диапазона передаточных чисел. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы убедиться, что вторичная обмотка не отсоединена от нагрузки с низким сопротивлением, пока ток течет в первичной, поскольку это может создать опасно высокое напряжение на открытой вторичной обмотке и может необратимо повлиять на точность работы трансформатора.
Специально сконструированные широкополосные трансформаторы тока также используются, обычно с осциллографом , для измерения высокочастотных сигналов или импульсных токов в импульсных энергосистемах . Один тип обеспечивает выходное напряжение, пропорциональное измеряемому току. Другая, называемая катушкой Роговского , требует внешнего интегратора для обеспечения пропорционального выходного сигнала.
В токовых клещах используется 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 (ТН), также называемые трансформаторами потенциала (ПТ), представляют собой измерительные трансформаторы параллельного подключения, используемые для измерения и защиты в цепях высокого напряжения или фазовой развязки. Они спроектированы таким образом, чтобы обеспечивать незначительную нагрузку на измеряемый источник питания и иметь точный коэффициент трансформации для обеспечения точного измерения. Трансформатор потенциала может иметь несколько вторичных обмоток на том же сердечнике, что и первичная обмотка, для использования в различных цепях измерения или защиты. Первичная обмотка может быть подключена фаза к земле или фаза к фазе. Вторичная обмотка обычно заземляется на одну клемму.
Существует три основных типа трансформаторов напряжения (ТН): электромагнитные, конденсаторные и оптические. Электромагнитный трансформатор напряжения представляет собой трансформатор с проволочной обмоткой. Конденсаторный трансформатор напряжения использует емкостной делитель потенциала и применяется 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 просто трансформатор, а датчик, аналогичный датчику 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 масляно-бумажной изоляцией и с элегазовой изоляцией . [16] Одним из преимуществ применения этого решения является уменьшение занимаемой площади подстанции за счет уменьшения количества трансформаторов в ячейке, опорных конструкций и соединений, а также снижения затрат на строительные работы, транспортировку и монтаж. [17]
Импульсный трансформатор — это трансформатор, оптимизированный для передачи прямоугольных электрических импульсов (то есть импульсов с быстрым нарастанием и спадом и относительно постоянной амплитудой ). Небольшие версии, называемые типами сигналов , используются в цифровых логических и телекоммуникационных схемах, таких как Ethernet , часто для согласования логических драйверов с линиями передачи . Их также называют модулями трансформаторов Ethernet.
Версии среднего размера используются в схемах управления питанием, таких как контроллеры вспышек фотоаппаратов . Версии большей мощности используются в отрасли распределения электроэнергии для сопряжения низковольтных схем управления с высоковольтными затворами силовых полупроводников . Специальные импульсные трансформаторы высокого напряжения также используются для генерации импульсов высокой мощности для радаров , ускорителей частиц или других приложений с импульсной мощностью высокой энергии . [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 напряжение пробоя. Хорошая переходная характеристика необходима для поддержания прямоугольной формы импульса во вторичной обмотке, поскольку импульс с медленными фронтами создаст потери переключения в силовых полупроводниках.
Произведение пикового импульсного напряжения и длительности импульса (или, точнее, интеграл напряжение-время) часто используется для характеристики импульсных трансформаторов. Вообще говоря, чем больше это изделие, тем больше и дороже трансформатор.
Импульсные трансформаторы по определению имеют рабочий цикл менее 1 ⁄ 2 ; Вся энергия, накопленная в катушке во время импульса, должна быть «выброшена» перед повторным запуском импульса.
Существует несколько типов трансформаторов, используемых в радиочастотной (ВЧ) работе, отличающихся способом соединения их обмоток и типом сердечников (если таковые имеются), на которые намотаны витки катушки.
Ламинированная сталь, используемая для сердечников силовых трансформаторов, очень неэффективна в радиочастотном режиме, тратя много радиочастотной мощности в виде тепла, поэтому в трансформаторах для использования на радиочастотах для намотки сердечников обычно используется магнитная керамика, такая как порошковое железо (для средневолновых и более низких коротковолновых частот). или феррит (для верхних коротковолн ). Материал сердечника, которым обернута катушка, может значительно увеличить ее индуктивность – в сотни и тысячи раз больше, чем «воздух», тем самым повышая добротность трансформатора . Сердечники таких трансформаторов, как правило, обеспечивают максимальную производительность в нижней части диапазона частот, для которого был разработан трансформатор.
Старые радиочастотные трансформаторы иногда включали дополнительную третью катушку (так называемую обмотку тикера) для подачи обратной связи на более раннюю ( детекторную ) ступень в старинных регенеративных радиоприемниках .
Так называемые трансформаторы с «воздушным сердечником» на самом деле вообще не имеют сердечника — они наматываются 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 магнитно-реактивного сердечника означает очень низкую индуктивность на виток, что требует большого количества витков провода на катушке трансформатора. Весь прямой ток возбуждает обратный ток и индуцирует вторичное напряжение, пропорциональное взаимной индуктивности. [19] На УКВ такие трансформаторы могут представлять собой не что иное, как несколько витков провода, припаянных к печатной плате .
Трансформаторы с ферритовым сердечником широко используются в ВЧ трансформаторах, особенно для балансировки тока (см. ниже) и согласования импеданса теле- и радиоантенн. Из-за огромного улучшения индуктивности, которую обеспечивает феррит, многие трансформаторы с ферритовым сердечником хорошо работают только с одним или двумя витками.
Феррит — это сильно магнитоактивный керамический материал, изготовленный из оксида железа (ржавчины), смешанного с небольшими фракциями других металлов или их оксидов , таких как магний , цинк и никель . Различные смеси лучше всего реагируют на разные частоты. Поскольку ферриты представляют собой керамику, они (почти) непроводящие, поэтому они реагируют только на магнитные поля , создаваемые близлежащими токами, а не на электрические поля , создаваемые сопутствующими напряжениями.
Для использования радиочастот « дроссельные » трансформаторы иногда изготавливаются из обмоток линии передачи, соединенных параллельно. Иногда обмотки коаксиальные , иногда бифилярные (парные параллельные провода); либо наматывается на ферритовый , порошковый или «воздушный» сердечник. Этот тип трансформатора обеспечивает чрезвычайно широкую полосу пропускания , но с помощью этого метода можно достичь только ограниченного числа соотношений импеданса (например, 1:1, 1:4 или 1:9).
Дроссельные трансформаторы иногда называют трансформаторами линии передачи (хотя см. ниже другой тип трансформатора с тем же названием), или трансформаторами Гуанеллы , или токовыми балунами , или линейными изоляторами . Хотя его называют трансформатором «линии передачи», он отличается от трансформаторов, сделанных из сегментов линии передачи.
На радиочастотах и частотах СВЧ четвертьволновой трансформатор импеданса может обеспечить согласование импедансов между цепями в ограниченном диапазоне частот, используя только участок линии передачи не более 1 /4 волна длинная. Линия может быть коаксиальным кабелем, волноводом, полосковой линией или микрополосковой линией . Для верхних частот ОВЧ и УВЧ , где собственный резонанс катушки мешает правильной работе, обычно это единственный возможный метод преобразования импеданса линии.
Одночастотные трансформаторы изготавливаются с использованием участков линии передачи, часто называемых «согласующим участком» или «согласующим шлейфом». Как и вышеописанный дроссельный трансформатор, его также называют «трансформатором линии передачи», хотя они сильно различаются по форме и принципу работы.
Если она не ограничена своим характеристическим сопротивлением , любая линия передачи будет создавать стоячие волны импеданса по всей своей длине, повторяя в точности каждую полную длину волны и охватывая весь диапазон абсолютных значений только в течение четверти волны . Это поведение можно использовать для преобразования токов и напряжений, соединяя участки линии передачи с несовпадающими импедансами, чтобы намеренно создать стоячую волну в линии, а затем разрезать и снова подключиться к линии в том месте, где достигается желаемый импеданс - никогда не требуя большего. чем 1 /4 волна несовпадающей линии.
Трансформатор этого типа очень эффективен (с очень небольшими потерями), но сильно ограничен в диапазоне частот, на котором он будет работать: в то время как дроссельный трансформатор, показанный выше, является очень широкополосным , линейный трансформатор очень узкополосный.
«Балун» — это общее название любого трансформатора, специально сконфигурированного для соединения между симметричными (незаземленными) и несимметричными (заземленными) цепями. Их можно изготовить с использованием трансформатора любого типа, но фактический достигнутый баланс зависит от типа; например, «дроссельные» балуны производят сбалансированный ток, а симметрирующие устройства автотрансформаторного типа производят сбалансированное напряжение. Балуны также могут быть изготовлены из конфигураций линии передачи с использованием бифилярного или коаксиального кабеля, аналогичного трансформаторам линии передачи по конструкции и эксплуатации.
Помимо взаимодействия между симметричными и несимметричными нагрузками путем создания симметричного тока или симметричного напряжения (или того и другого), симметрирующие устройства могут дополнительно преобразовывать (согласовывать) по отдельности импедансы между нагрузками.
Трансформаторы с ферритовым сердечником широко используются в каскадах (промежуточной частоты) (ПЧ) в супергетеродинных радиоприемниках . В основном это настроенные трансформаторы, содержащие ферритовый наконечник с резьбой, который ввинчивается или выкручивается для регулировки настройки ПЧ. Трансформаторы обычно герметичные (экранированные) для обеспечения стабильности и уменьшения помех.
Аудиотрансформаторы специально разработаны для использования в аудиосхемах для передачи аудиосигнала . Их можно использовать для блокировки радиочастотных помех или постоянной составляющей аудиосигнала, для разделения или объединения аудиосигналов или для обеспечения согласования импедансов между цепями с высоким и низким импедансом, например, между выходом лампового (лампового) усилителя с высоким импедансом. и громкоговорителем с низким импедансом или между выходом инструмента с высоким импедансом и входом с низким импедансом микшерного пульта . Аудиотрансформаторы, которые работают с напряжением и током громкоговорителя, больше, чем те, которые работают на микрофонном или линейном уровне, которые несут гораздо меньшую мощность. Мостовые трансформаторы соединяют 2-проводные и 4-проводные цепи связи.
Будучи магнитными устройствами, аудиотрансформаторы чувствительны к внешним магнитным полям, например, создаваемым проводниками с током переменного тока. « Гуд » — 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, например сигналов от микрофонов, часто включают в себя 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 системных компонентов, чтобы устранить шум и гул. Такие трансформаторы обычно имеют соотношение между первичной и вторичной обмотками 1:1. Их также можно использовать для разделения сигналов, балансировки несимметричных сигналов или подачи балансного сигнала на несимметричное оборудование. Трансформаторы также используются в DI-боксах для преобразования сигналов инструментов с высоким импедансом (например, бас-гитары ) в сигналы с низким импедансом, чтобы обеспечить их подключение к микрофонному входу на микшерном пульте .
Особенно важным компонентом является выходной трансформатор лампового усилителя . Ламповые схемы для качественного воспроизведения уже давно производятся без каких-либо других (межкаскадных) аудиотрансформаторов, но необходим выходной трансформатор для соединения относительно высокого импеданса (до нескольких сотен Ом в зависимости от конфигурации) выходного клапана(ов). низкому сопротивлению громкоговорителя . (Лампы могут выдавать малый ток при высоком напряжении; динамикам требуется большой ток при низком напряжении.) Большинству полупроводниковых усилителей мощности вообще не требуется выходной трансформатор.
Аудиотрансформаторы влияют на качество звука, поскольку они нелинейны. Они добавляют к исходному сигналу гармонические искажения , особенно гармоники нечетного порядка, с акцентом на гармоники третьего порядка. Когда амплитуда входящего сигнала очень мала, его уровня недостаточно для подачи питания на магнитный сердечник (см. Коэрцитивная сила и магнитный гистерезис ). Когда амплитуда входящего сигнала очень высока, трансформатор насыщается и добавляет гармоники за счет мягкого ограничения. [21] Другая нелинейность связана с ограниченной частотной характеристикой. Для хорошего низкочастотного отклика требуется относительно большой магнитный сердечник ; высокая мощность увеличивает требуемый размер ядра. Хороший отклик на высоких частотах требует тщательно спроектированных и реализованных обмоток без чрезмерной индуктивности рассеяния или паразитной емкости . Все это приводит к дорогостоящему компоненту.
Ранние транзисторные усилители мощности звука часто имели выходные трансформаторы, но от них отказались, поскольку достижения в области полупроводников позволили разработать усилители с достаточно низким выходным сопротивлением для прямого управления громкоговорителем.
Точно так же, как трансформаторы создают схемы передачи энергии высокого напряжения, которые минимизируют потери при передаче, трансформаторы громкоговорителей могут питать множество отдельных громкоговорителей от одной аудиосхемы, работающей при более высоких, чем обычно, напряжениях громкоговорителей. Это приложение часто используется в приложениях громкой связи . 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 В (напряжение, соответствующее номинальной мощности громкоговорителя или усилителя). Трансформатор повышает выходной сигнал усилителя системы до напряжения распределения. В удаленных местах расположения громкоговорителей понижающий трансформатор согласовывает громкоговоритель с номинальным напряжением линии, поэтому громкоговоритель выдает номинальную номинальную выходную мощность, когда линия находится под номинальным напряжением. Трансформаторы громкоговорителей обычно имеют несколько основных отводов для ступенчатой регулировки громкости каждого динамика.
В ламповых усилителях почти всегда используется выходной трансформатор, чтобы согласовать высокое сопротивление нагрузки ламп (несколько кОм) с динамиком с низким импедансом.
Фонографические картриджи с подвижной катушкой производят очень небольшое напряжение. Чтобы усилить его с разумным соотношением сигнал/шум, обычно требуется трансформатор для преобразования напряжения в диапазон более распространенных картриджей с подвижным магнитом.
Микрофоны также можно согласовать с нагрузкой с помощью небольшого трансформатора, экранированного мю-металлом для минимизации помех. Сегодня эти трансформаторы используются менее широко, поскольку транзисторные буферы сейчас дешевле.
В двухтактном усилителе требуется инвертированный сигнал, который можно получить от трансформатора с обмоткой с центральным отводом, используемого для управления двумя активными устройствами в противоположной фазе. Эти фазоделительные трансформаторы сегодня мало используются.
Транзактор представляет собой комбинацию трансформатора и реактора . Транзктор имеет железный сердечник с воздушным зазором, ограничивающим связь между обмотками. [22]
Трансформаторы-ежи изредка встречаются в самодельных радиоприемниках 1920-х годов. Это самодельные трансформаторы межкаскадной связи аудио.
Эмалированная медная проволока наматывается на центральную половину длины пучка изолированной железной проволоки (например, проволоки для флористов), образуя обмотки. Концы железных проводов затем огибаются вокруг электрической обмотки, образуя магнитную цепь, и все это обматывается лентой или веревкой, чтобы скрепить ее.
Вариометр — это тип бесступенчатого ВЧ- индуктора с воздушным сердечником и двумя обмотками. [23] Одна распространенная форма состояла из катушки, намотанной на короткую полую цилиндрическую форму со второй катушкой меньшего размера внутри, установленной на валу так, чтобы ее магнитная ось могла вращаться относительно внешней катушки. Две катушки соединены последовательно. Когда две катушки расположены на одной прямой, а их магнитные поля направлены в одном направлении, два магнитных поля складываются, и индуктивность становится максимальной. Если внутренняя катушка повернута так, что ее ось находится под углом к внешней катушке, магнитные поля не складываются и индуктивность становится меньше. Если внутренняя катушка повернута так, что она коллинеарна внешней катушке, но их магнитные поля направлены в противоположных направлениях, поля уравновешивают друг друга, и индуктивность становится очень маленькой или равна нулю. Преимущество вариометра в том, что индуктивность можно регулировать плавно, в широком диапазоне. Вариометры широко использовались в радиоприемниках 1920-х годов. Одно из их основных применений сегодня — использование катушек согласования антенн для согласования длинноволновых радиопередатчиков с их антеннами.
Вариопара представляла собой устройство аналогичной конструкции, но две катушки не были соединены между собой, а были подключены к отдельным цепям . Таким образом, он функционировал как ВЧ- трансформатор с воздушным сердечником и регулируемой связью. Внутреннюю катушку можно было поворачивать на угол от 0° до 90° по отношению к внешней, уменьшая взаимную индуктивность от максимальной до почти нулевой.
Вариометр с блинной 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 к другу и шарнирно закрепленных с одной стороны, так что одна может отклоняться от другой на угол 90 ° для уменьшения сцепления. Плоская спиральная конструкция позволила уменьшить паразитную емкость и потери на радиочастотах.
Варио-развязки с блинной или «сотовой» катушкой использовались в 1920-х годах в обычных регенеративных радиоприемниках Армстронга или «щекочущих» устройствах . Одна катушка была подключена к сетке детекторной трубки . Другая катушка, катушка «тиклера», была подключена к пластинчатой (выходной) цепи трубки . Он снова возвращал часть сигнала из схемы пластины на вход, и эта положительная обратная связь увеличивала усиление и селективность лампы .
Вращающийся (вращающийся) трансформатор — это специализированный трансформатор, который передает электрические сигналы между двумя частями, вращающимися относительно друг друга, — в качестве альтернативы контактным кольцам , которые склонны к износу и контактному шуму. Они обычно используются в приложениях с магнитной лентой со спиральным сканированием .
Трансформатор переменного дифференциала представляет собой прочный бесконтактный датчик положения. Он имеет две противофазные первичные обмотки, которые номинально выдают нулевой выходной сигнал во вторичной обмотке, но любое движение сердечника изменяет связь, создавая сигнал.
Двухфазный резольвер и связанный с ним трехфазный синхронизатор представляют собой датчики поворотного положения, которые работают на полные 360°. Первичная обмотка вращается внутри двух или трех вторичных под разными углами, а амплитуды вторичных сигналов могут быть декодированы в угол. В отличие от трансформаторов с регулируемым дифференциальным сопротивлением, катушки, а не только сердечник, перемещаются относительно друг друга, поэтому для подключения первичной обмотки необходимы контактные кольца.
Резольверы создают синфазные и квадратурные компоненты , которые полезны для вычислений. Синхронизаторы производят трехфазные сигналы, которые можно подключить к другим синхронизаторам для их вращения в конфигурации генератор/двигатель.
Два пьезоэлектрических преобразователя могут быть механически соединены или интегрированы в один кусок материала, образуя пьезоэлектрический преобразователь .
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 обратноходовым преобразователем, могут привести к искажениям изображения, отображаемого на ЭЛТ. Обратноходовые устройства с ЭЛТ могут содержать несколько вторичных обмоток для обеспечения нескольких других, более низких напряжений. Его выходной сигнал часто является импульсным, поскольку он часто используется с умножителем напряжения, который может быть интегрирован с обратноходовым преобразователем.
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )