Erilaiset muuntajat ja niiden sovellukset

Muuntaja on laajalti käytetty laite sähkö- ja elektroniikkateollisuudessa. Se on sähkömagneettinen laite, joka noudattaa Michael Faradayn löytämää sähkömagneettisuuden perusperiaatetta. Olemme käsitelleet muuntajien rakentamista ja käyttöä yksityiskohtaisesti edellisessä opetusohjelmassa. Tässä käsitellään erityyppisiä muuntajia, joita käytetään erityyppisissä sovelluksissa. Kuitenkin kaikki tyypit muuntajien noudattaa samoja periaatteita, mutta niillä on eri rakennusmenetelmän. Ja pienellä vaivalla voit myös rakentaa oman muuntajan, mutta muuntajan rakentamisen yhteydessä on aina noudatettava muuntajan suojaustekniikoita.

Muuntajatyypit perustuen jännitetasoon

Muuntajalla voi olla monen tyyppinen rakenne. Muuntajalla ei ole sähköliitäntää puolelta toiselle; silti kaksi sähköisesti itsenäistä kelaa voivat johtaa sähköä sähkömagneettisen vuon avulla. Muuntajalla voi olla useita keloja tai käämiä ensiöpuolella ja toissijaisella puolella. Useissa tapauksissa useita ensiöpuolia, joissa kaksi kelaa on kytketty sarjaan, kutsutaan usein keskitetyksi. Tämä keskellä napautettu tila näkyy myös toissijaisella puolella.

Muuntajat voidaan rakentaa siten, että ne voivat muuntaa ensiöpuolen jännitetason toissijaiseksi puoleksi. Jännitetasosta riippuen muuntajalla on kolme luokkaa. Astu alas, astu ylös ja eristysmuuntaja. Eristysmuuntajan jännitetaso on sama molemmille puolille.

1. Vaihda muuntaja

Vaihdemuuntajaa käytetään sekä elektroniikassa että sähköalalla. Pienennetty muuntaja muuntaa ensiöjännitteen tason alemmaksi jännitteeksi toissijaisen lähdön yli. Tämä saavutetaan ensiö- ja toisiokäämien suhteella. Alasuuntaisissa muuntajissa käämien määrä on suurempi ensiöpuolella kuin toissijainen puoli. Siksi primäärisen ja sekundäärisen käämityssuhde on aina yli 1.

Elektroniikassa monet sovellukset toimivat 5 V, 6 V, 9 V, 12 V, 24 V tai joissakin tapauksissa 48 V. Yksivaiheisen pistorasian 230 V AC muuntamiseksi halutulle matalalle jännitetasolle tarvitaan Step Down -muuntajia. Instrumentoinnissa samoin kuin monissa sähkölaitteissa, Step-Down-muuntaja on Power-osan ensisijainen vaatimus. Niitä käytetään myös virtalähteissä ja matkapuhelimen laturipiireissä.

Sähkökäyttöisissä taajuusmuuttajissa käytetään sähkönjakelujärjestelmää, joka toimii erittäin suurella jännitteellä varmistaakseen pienet häviöt ja kustannustehokkaan ratkaisun pitkän matkan virransyöttövaatimuksiin. Korkean jännitteen muuntamiseksi matalajännitteiseksi syöttöjohdoksi käytetään Step down -muuntajaa.

2. Askelmuuntaja

Step Up -muuntaja on täsmälleen päinvastainen kuin down-muuntaja. Muuntaja tehostaa matalaa ensiöjännitettä suureksi toissijaiseksi jännitteeksi. Jälleen se saavutetaan primääri- ja sekundäärikäämityssuhteella. Step Up -muuntajan ensiökäämin ja toissijaisen käämityksen suhde on alle 1. Tämä tarkoittaa, että sekundäärikäämityksen lukumäärä on suurempi kuin ensiökäämi.

Elektroniikassa tehostavat muuntajat, joita käytetään usein stabilointiaineissa, inverttereissä jne., Joissa matala jännite muunnetaan paljon korkeammaksi.

Porrastusmuuntajaa käytetään myös sähkönjakelussa. Suurjännitettä tarvitaan virranjakeluun liittyvässä sovelluksessa. Verkossa käytetään tehostavaa muuntajaa jännitetason nostamiseksi ennen jakelua.

3. Eristysmuuntaja

Eristysmuuntaja ei muunna mitään jännitetasoja. Eristysmuuntajan ensiöjännite ja toissijainen jännite pysyvät aina samana. Tämä johtuu siitä, että ensiö- ja toisiokäämityssuhde on aina yhtä suuri kuin 1. Tämä tarkoittaa, että ensiö- ja toisiokäämien kierrosten määrä on sama eristysmuuntajassa.

Eristysmuuntajaa käytetään primäärisen ja sekundäärisen eristämiseen. Kuten aikaisemmin keskusteltiin, muuntajalla ei ole sähköliitäntöjä primäärisen ja sekundäärisen välillä, sitä käytetään myös eristysesteenä, jossa johtuminen tapahtuu vain magneettivuon kanssa. Sitä käytetään turvallisuustarkoituksiin ja melunsiirron poistamiseksi ensisijaisesta toissijaiseen tai päinvastoin.

Muuntajatyypit perustuvat ydinmateriaaliin

Muuntaja siirtää energian johtamalla sähkömagneettista virtausta ydinmateriaalin läpi. Eri ydinmateriaalit tuottavat erilaisen vuon tiheyden. Ydinmateriaaleista riippuen teho- ja elektroniikka-alalla käytetään useita muuntajatyyppejä.

1. Rautasydämuuntaja

Rautasydämuuntaja käyttää useita pehmeitä rautalevyjä ydinmateriaalina. Raudan erinomaisista magneettisista ominaisuuksista johtuen rautaydinmuuntajan virtaussidos on erittäin korkea. Siten myös rautaydinmuuntajan hyötysuhde on korkea.

Pehmeää rautasydänlevyä voi olla saatavana useita muotoja ja kokoja. Ensisijaisen ja toissijaisen haavan kelat tai kääritään kelanmuodostajaan. Tämän jälkeen kelanmuodostaja asennetaan pehmeisiin rautasydänlevyihin. Ytimen koosta ja muodosta riippuen markkinoilla on erityyppisiä ytimen levyjä. Harvat yleiset muodot ovat E, I, U, L jne. Rautalevyt ovat ohuita ja useita levyjä niputetaan yhteen muodostaen varsinaisen ytimen. Esimerkiksi E-tyyppiset ytimet tehdään ohuilla levyillä, joissa on E-kirjain.

Rautasydämuuntajia käytetään laajalti ja ne ovat yleensä painoltaan ja muodoltaan raskaampia.

2. Ferriittisydämuuntaja

Ferriittisydämen muuntaja käyttää ferriittisydämettä korkean magneettisen läpäisevyyden vuoksi. Tämän tyyppinen muuntaja tarjoaa erittäin pienet häviöt suurtaajuussovelluksessa. Tästä johtuen ferriittisydämuuntajia käytetään suurtaajuussovelluksissa, kuten kytkinmoodin virtalähteessä (SMPS), radiotaajuuteen liittyvissä sovelluksissa jne.

Ferriittisydämuuntajat tarjoavat myös erityyppisiä muotoja, kokoja käyttötarpeesta riippuen. Sitä käytetään pääasiassa elektroniikassa eikä sähköisessä käytössä. Ferriittisydämenmuuntajan yleisin muoto on E-ydin.

3. Toroidinen ytimen muuntaja

Toroidisydämen muuntaja käyttää toroidin muotoista ydinmateriaalia, kuten rauta- tai ferriittiytintä. Toroidit ovat renkaan tai munkin muotoisia ydinmateriaaleja ja niitä käytetään laajalti erinomaisen sähköisen suorituskyvyn saavuttamiseksi. Renkaan muodon takia vuotoinduktanssi on hyvin pieni ja tarjoaa erittäin korkean induktanssin ja Q-tekijät. Käämit ovat suhteellisen lyhyitä ja paino on paljon pienempi kuin perinteiset, saman luokituksen muuntajat.

4. Ilmasydämuuntaja

Ilmasydämuuntaja ei käytä mitään fyysistä magneettista ydintä ydinmateriaalina. Ilmasydämuuntajan vuokaavio tehdään kokonaan ilmalla.

Ilmasydämuuntajassa primäärikäämi syötetään vaihtovirralla, joka tuottaa sähkömagneettisen kentän sen ympärille. Kun sekundaarikäämi asetetaan magneettikentän sisään Faradayn induktiolakien mukaisesti, sekundäärikäämi indusoidaan magneettikentällä, jota käytetään edelleen kuorman virtana.

Ilmasydämuuntaja tuottaa kuitenkin alhaisen keskinäisen induktanssin verrattuna fyysiseen ydinmateriaaliin, kuten rautaan tai ferriittisydämeen.

Sitä käytetään kannettavassa elektroniikassa sekä radiotaajuuteen liittyvissä sovelluksissa. Fyysisen ydinmateriaalin puuttuessa se on painoltaan erittäin kevyt. Oikealla viritetyllä ilmansydämuuntajalla, jota käytetään myös langattomissa latausratkaisuissa, joissa ensiökäämit on rakennettu laturin sisään ja toissijaiset käämit ovat kohdennetun laitteen sisällä.

Käämitysjärjestelyyn perustuvat muuntajatyypit

Muuntaja voidaan luokitella käämitystilauksilla. Yksi suosituimmista tyypeistä on automaattiset käämimuuntajat.

Automaattinen käämimuuntaja

Tähän asti ensiö- ja toisiokäämi ovat kiinteät, mutta automaattikäämityksen muuntajan tapauksessa ensiö- ja toisiokäämi voidaan liittää sarjaan ja keskellä napautettu solmu on liikuteltava. Keskijohdetun asennon mukaan toissijaista jännitettä voidaan muuttaa.

Auto ei ole lyhyt Automaattinen; pikemminkin sen on ilmoitettava itsestään tai yksittäisestä kelasta. Tämä kela muodostaa suhteen, joka koostuu kahdesta osasta, ensisijaisesta ja toissijaisesta. Keskihana solmun sijainti määrittää ensiö- ja toisiosuhteen muuttamalla siten lähtöjännitettä.

Yleisin käyttö on V ARIAC, instrumentti vaihtelevan vaihtovirran tuottamiseksi tasaisesta vaihtovirrasta. Sitä käytetään myös voimansiirtoon ja jakeluun liittyvissä sovelluksissa, joissa suurjännitelinjoja on vaihdettava usein.

Muuntajatyypit käytön perusteella

Saatavilla on myös useita muuntajatyyppejä, jotka toimivat tietyllä toimialueella. Sekä elektroniikka- että sähköalalla useita erillisiä muuntajia käytetään porrastusmuuntajina sovelluksen perusteella. Joten muuntajat voidaan luokitella alla oleviksi käytön perusteella:

1. Virta-alue

• Tehomuuntaja
• Mittausmuuntaja
• Jakelumuuntaja

2. Elektroniikka-alue

• Pulssimuuntaja
• Äänilähdön muuntaja

1. Muuntajat, joita käytetään Power-toimialueella

Sähkötekniikassa Power-alue käsittelee sähköntuotantoa, mittausta ja jakelua. Se on kuitenkin erittäin suuri kenttä, jossa muuntajat ovat olennainen osa turvallisen virranmuunnoksen ja onnistuneen energiantoimituksen mahdollistamiseksi sähköasemalle ja loppukäyttäjille.

Muuntajat, joita käytetään tehoalueella, voivat olla sekä ulkona että sisällä, mutta enimmäkseen ulkona.

(a) Muuntaja

Tehomuuntajat ovat kooltaan suurempia ja niitä käytetään energian siirtämiseen sähköasemalle tai julkiseen sähkönsyöttöön. Tämä muuntaja toimii siltana generaattorin ja ensisijaisen jakeluverkon välillä. Teholuokituksesta ja spesifikaatiosta riippuen tehomuuntajat voidaan edelleen luokitella kolmeen luokkaan: pienet tehomuuntajat, keskitehomuuntajat ja suuret tehomuuntajat. Nimellisarvo voi olla yli 30 - 500-700 kW, tai joissakin tapauksissa se voi olla yhtä suuri tai suurempi kuin 7000 KVA pienelle nimellistehomuuntajalle. Keskiluokan tehomuuntaja voi olla jopa 50-100 MVA, kun taas suuret nimellistehomuuntajat pystyvät käsittelemään yli 100MVA.

Erittäin suuren sähköntuotannon takia myös tehomuuntajan rakentaminen on kriittistä. Rakenne sisältää kiinteät eristävät oheislaitteet ja tasapainoisen jäähdytysjärjestelmän. Yleisimmät tehomuuntajat ovat täynnä öljyjä.

Tehomuuntajan pääperiaate on muuntaa matalajännitteinen korkea virta suurjännitteiseksi matalavirraksi. Tätä tarvitaan virranjakojärjestelmän tehohäviön minimoimiseksi.

Toinen tärkeä tehomuuntajan parametri on vaiheen saatavuus. Tehomuuntajat toimivat tyypillisesti kolmivaiheisessa järjestelmässä, mutta joissakin tapauksissa käytetään myös yksivaiheisia pieniä muuntajia. Kolmivaiheiset muuntajat ovat kallein ja tehokkain kuin yksivaiheiset muuntajat.

(b) Muuntaja

Mittausmuuntajaa kutsutaan usein instrumenttimuuntajaksi. Tämä on toinen yleisesti käytetty mittauslaite tehoalueella. Mittausmuuntajaa käytetään päätehon eristämiseen ja virran ja jännitteen muuntamiseen pienemmässä suhteessa sen toissijaiseen lähtöön. Mittaamalla lähtö voidaan mitata todellisen voimajohdon vaihe, virta ja jännite.

Yllä oleva kuva esittää virtamuuntajan rakennetta.

(c) Jakelumuuntaja

Tätä käytetään sähkönjakelujärjestelmän viimeisessä vaiheessa. Jakelumuuntajat ovat alamuuntaja, joka muuntaa korkean verkkojännitteen loppuasiakkaan tarvitsemaan jännitteeksi 110 V tai 230 V. Se voi olla myös yksi- tai kolmivaiheinen.

Jakelumuuntajat voivat olla muodoltaan pienempiä ja isompia muuntokapasiteetin tai luokitusten mukaan.

Jakelumuuntajat voidaan edelleen luokitella käyttämänsä eristystyypin perusteella. Se voi olla kuiva tyyppi tai se voidaan upottaa nesteeseen. Se on valmistettu käyttämällä pääosin C-muotoisia laminoituja teräslevyjä ydinmateriaalina.

Jakelumuuntajalla on myös erityyppinen luokittelu sen sijainnin perusteella. Muuntaja voidaan asentaa käyttöpylvääseen, jos on, sitä kutsutaan napaan asennetuiksi jakelumuuntajiksi. Se voidaan sijoittaa maanalaisen kammion sisään, asentaa betonityynyyn (tyynyyn asennettu jakelumuuntaja) tai suljetun teräsrasian sisään.

Yleensä jakelumuuntajien luokitus on alle 200 kVA.

2. Muuntaja, jota käytetään elektroniikassa

Elektroniikassa käytetään erilaisia ​​pieniä pienoismuuntajia, jotka voidaan asentaa piirilevylle tai kiinnittää pienen tuotekotelon sisään.

(a) Pulssimuuntaja

Pulssimuuntajat ovat yksi eniten käytetyistä piirilevyasennetuista muuntajista, jotka tuottavat sähköisiä pulsseja vakiona. Sitä käytetään erilaisissa digitaalisissa piireissä, joissa tarvitaan pulssin tuottamista eristetyssä ympäristössä. Siksi pulssimuuntajat eristävät primäärisen ja sekundäärisen ja jakavat primaaripulssit toissijaiseen piiriin, usein digitaalisiin logiikkaportteihin tai ohjaimiin.

Oikein rakennettujen pulssimuuntajien tulisi tarvita asianmukainen galvaaninen eristys sekä pieni vuoto ja hajakapasitanssi.

(b) Äänilähdön muuntaja

Audio Transformer on toinen yleisesti käytetty muuntaja elektroniikan alalla. Sitä käytetään erityisesti ääniin liittyvissä sovelluksissa, joissa vaaditaan impedanssin sovittamista. Äänimuuntaja tasapainottaa vahvistinpiirin ja kuormat, tyypillisesti kaiutin. Äänimuuntajassa voi olla useita ensisijaisia ​​ja toissijaisia ​​keloja, erotettuina tai keskellä.

Joten olemme käsitelleet erilaisia ​​muuntajia, lukuun ottamatta sitä, että on olemassa muita erityiskäyttöisiä muuntajia, mutta ne eivät kuulu tämän artikkelin piiriin.