Transformatori I Induktori

 

Induktori koncentriraju magnetsko polje pomoću namota vodiča unutar zavojnice sa (najčešće) magnetskom jezgrom od ferita ili laminiranog željeza. Osnovno svojstvo induktora je njegova sposobnost da preokrene električnu energiju u magnetsku i obrnuto. Primjeri su elektromagneti, releji, glave za snimanje i zvučnici u jednom slučaju, te glave za reproduciranje, feritne štapne antene, gramofoski pick-up i VCR-motor PG/FG generatori u drugom slučaju. Transformator pretvara izmjeničnu struju u jako, «usko» magnetsko polje koje inducira struju u sekundarni namot, obično pod različitim naponom: transformacijski omjer je proporcionalan omjeru broja namotaja na primaru i sekundaru.

Veličina induktora za praktičnu upotrebu je općenito proporcionalna struji koju vodi, i obrnuto proporcionalna frekvenciji na kojoj radi. Djelujući zajedno sa kondenzatorima, induktori mogu stvarati rezonantne krugove.Jedinica induktivnosti je Henri, i prevelika je za većinu primjena: milihenri (mH) i mikrohenri (mH) su najuobičajeniji termini. Zbog relativne cijene, veličine i složenosti induktora, izbjegavaju se u modernom projektiranju gdje god je to moguće; u aplikacijama male snage uvelike ih nadomještaju sa, naprimjer, keramičkim filterima i «elektronskim» zamjenama.

 

Vrste transformatora

Transformator pretvara izmjeničnu struju u jako, «usko» magnetsko polje koje inducira struju u sekundarni namot, obično pod različitim naponom: transformacijski omjer je proporcionalan omjeru broja namotaja na primaru i sekundaru.

Transformatori za napajanje

Transformatori snage su dostupni u različitim konfiguracijama zavisno od tipa jezgre, a to su uglavnom EI limovi i toroidalna jezgra. Svi transformatori moraju proći test izolacije jer transformator s neodgovarajućom izolacijom može izazvati požar. Transformator može imati zaštitu od kratkog spoja u vidu osigurača koji štiti od preopterećenja, također mogu biti opremljeni i s termo osiguračem koji se nalazi ispod izolacije. Tipični transformatori za napajanje imaju iskoristivost od 90%. Maksimalna radna temperatura se kreće od 90 ˚C do 250 ˚C što je temperatura koju može izdržati izolacija.

Tape wound transformator uglavnom koristi feritnu jezgru koja omogućava perfektni magnetski krug i minimalne gubitke, curenje, distorziju i minimalno brujanje i omogućuju dobro magnetsko oklapanje. Efikasniji je od transformatora sa EI limovima, ali je dvostruko skuplji pošto namote treba napraviti na samoj jezgri. Imaju prednost nad klasičnim transformatorima od EI limova.

Popularni su u HI-Fi pojačalima zbog toga jer imaju malo vanjsko magnetsko polje i zbog malih fizičkih dimenzija te lakše disipacije topline. Nedostatci su im viša cijena zbog sporije i kompleksnije tehnike namatanja, pogotovo kod većih snaga i kod transformatora koji imaju više izlaza. Visoke snage od 1500 W i više mogu imati veliku struju uklapanja zbog niskog zračnog raspora u transformatoru.

EI limovi nude svojstvenu nižu struju uklapanja i taj problem se može dalje reducirati uvođenjem zračnog raspora u konstrukciji. To je puno teže i skuplje učiniti kod toroida. Ponekad je neophodno dodati otpornik u seriju s primarom kako bi se spriječilo uništenje osigurača koji štite od preopterećena.

Toroidni transformatori teže oko 0,45 kg za 30 W izlazne snage, što će za transformator od 600W iznositi oko 9 kg.

Glavni problem kod uređaja koji se napajaju preko transformatora je pregrijavanje zbog prevelike struje. Glavni uzrok je preopterećenje i to može uzrokovati dim, vatru izgorjelu žicu i konektore ukoliko transformator nije zaštićen. Tipična zaštita je osigurač na primaru i moguće na sekundaru i termo osigurač. Primarni osigurač štiti od kratkog spoja u transformatoru (osigurač mora biti nekoliko puta veće amperaže nego što bi trafo trebao imati, pogotovo kod toroidnih transformatora koji imaju veliku struju uklapanja).

Kratki spoj na sekundaru je ograničen impedancijom zavojnice transformatora. Zasićenje jezgre se neće dogoditi u kratkom spoju koji traje kratko vrijeme. Previsoki napon na primaru uzrokovati će magnetski tok u jezgri veći od normalnog što će izazvati prekid u primaru. Frekvencija napona niža od normalne će izazvati isti efekt.

 

Tipični transformator za napajanje neonskih cijevi

Transformator za napajanje neonskih cijevi izlaznog napona 9kV, 12 kV i 15 kV i struje 30 mA, 60 mA. Izvodi od dva sekundarna namotaja su uzemljeni na jezgru limova koji su prevučeni emajlom.

 

Odvojni transformator ili izolacijski transformator

 

Odvojni ili izolacijski transformator se često koristi za zaštitu osjetljive i skupe opreme od smetnji uzemljenja u električnim sustavima, petlji uzemljenja, naponskih šiljaka i drugih mrežnih smetnji.

Odvojni regulacioni transformator je jednofazni podesivi torusni transformator odvojenim primarom i sekundarom. Regulacija izlaznog izmjeničnog napona moguća je od 0 V do 240 V, a dozvoljeno trajno opterećenje sekundara je 3.5 A. Upotrebljava se za ispitivanje i popravak elektronskih uređaja.

 

Rf transformatori – visokofrekventni transformatori

RF transformatori imaju široku primjenu u sklopovima za maksimalnu transformaciju napona, prilagođavanje impedancije, prilagođavanje napona signala, za izolaciju od istosmjerne struje i simetrično/nesimetrično povezivanje između sklopova.

U osnovi RF transformator se sastoji od namotaja povezanih zajedničkim magnetskim poljem. Određivanjem brojeva zavoja u primaru i sekundaru možemo dobiti transformator za povećanje ili sniženje napona. za povezivanje se može upotrijebiti zračna jezgra ili za efikasnije povezivanje jezgra od željeza ili ferita koji imaju veću permeabilnost nego zrak. Osnovni fazni odnos između RF signala između ulaza i izlaza mogu biti u fazi, 0 stupnjeva ili izvan faze 180 stupnjeva. Mogu se upotrebljavati za međufrekventnu frekvenciju(455 khz) za ugađanje u tranzistorskim prijemnicima ili za oscilatorni krug. Oklop ih štiti od magnetskog toka i sprječava interferenciju s drugim sklopovima i potrebno ga je uzemljiti. Kod tih transformatora moguće je mijenjati vrijednost induktiviteta.

 

Telekomunikacijski transformatori

Ovi se transformatori koriste za telekomunikacijske uređaje, za galvansko odjeljivanje između gotovo svih uređaja koji su povezani s telefonskom linijom (modemi, fax uređaji, ISDN kartice, ADSL kartice). najčešće korišteni transformator u telefonskoj liniji su 600:600 Ohma telekom transformatori. Također se koriste za balansiranje signala (balun), konverziju impedancije, prilagođavanje impedancije linija, obično u starijim telefonima.

 

Pulsni transformatori

Najčešća upotreba je u sklopovima za okidanje tiristora i triaka.

 

Transformatori za switching napajanja

Transformatori u prekidačkim napajanjima rade na visokim frekvencijama, tipično u rasponu od 20kHz do 1MHz. Obično se zovu još i buck, boost, converter i inverter. Malih su dimenzija i težine u odnosu na snagu koju daje sklop za napajanje. Služe za pretvaranje napona izmjeničnog i istosmjernog i za posebne namjene kao što je visokonaponski transformator za horizontalni sklop u televizorima i monitorima, za napajanje raznih elektronskih uređaja kao što je TV, VCR, monitori, kompjuteri itd. Ulazni napon može biti baterija, istosmjerni napon ili ispravljeni izmjenični napon. Istosmjerni napon se pomoću switching sklopa se prekida i regulira pomoću tranzistora i pulsno širinske ili pulsno frekvencijske modulacije tako da na transformatoru dobivamo pravokutni niz impulsa, koji se zatim ispravlja pomoću brze diode i filtrira pomoću elektrolitskog kondenzatora.

Visokonaponski transformator u horizontalnom sklopu je zapravo kombinacija odvojnog transformatora, izlaznog induktora i diode. Oni koriste jezgru s zračnim rasporom i imaju snagu do 100W. spremanjem energije u raspor kad je transformator uključen i isporučivanjem energije na teret kad je isključen, oni se ne ponašaju kao klasičan transformator.

Audio transformatori

 

Audio transformatori se koriste u mnogim audio aplikacijama gdje je signal potrebno konvertirati. Transformatori se mogu upotrijebiti za:

· Povećanje ili snižavanje napona signala.
· Povećanje ili snižavanje impedancije sklopa
· Blokiranje istosmjerne komponente dok se istovremeno dopušta protok izmjenične komponente.
· Pretvaranje simetričnog u nesimetrični sklop i obratno.
· Elekrično izoliranje jednog audio uređaja od drugog.

· Pretvaranje nesimetričnog signala u simetrični i obratno.

· Blokiranje radio frekventnih smetnji u nekim aplikacijama.

        

Audio tansformatori imaju nekoliko ograničenja. Prva je ograničenje frekventnog raspona. Transformator će blokirati sve što prelazi raspon od20 – 20.000 Hz. drugo ograničenje je da transformator ima maksimalni ulazni nivo koji se ne može prijeći bez distorzije signala. Kad se maksimalni nivo prijeđe, transformator će prijeći u zasićenje. traća je da audi transformator ne može povećati signal više od 25 dB.

Impedancija transformatora zavisi od opterećenja na sekundaru, jedna je impedancija pogonskog sklopa, koja se gleda sa sekundara, a druga je impedancija terete koja se vidi sa primara. tos e zove reflektirani teret. Teret od 10 Ohma reflektira 1000 Ohma impedancije, dok 5 Ohma reflektira 500 Ohma impedancije. reflektirana impedancija je kvadrat omjera zavoja na transformatoru. omjer primarne impedancije prema sekundarnoj je kvadrat omjera zavoja, ili 100:1. drugim riječima omjer 10:1 će dati omjer impedancije 100:1.

 

Provjeravanje nepoznatog izlaznog transformatora