Что такое тороидальный трансформатор: Тороидальный трансформатор: отличия и особенности конструкции

Содержание

Тороидальный трансформатор: отличия и особенности конструкции

Тороидальный трансформатор – электротехнический преобразователь напряжения или тока, сердечник которого изогнут кольцом и замкнут. Профиль сечения отличается от круглого, название все равно применяют за неимением лучшего.

Отличия тороидальных трансформаторов

Автором тороидальных трансформаторов признан Майкл Фарадей. Возможно встретить в отечественной литературе (особенно, коммунистических времен) утопичную идею: первым собрал подобное Яблочков, сравнив указываемую дату – обычно, 1876 год – с ранними опытами по электромагнитной индукции (1830). Просится вывод: Англия опередила Россию на полвека. Интересующихся подробностями отошлем к обзору Закон электромагнитной индукции. Приводятся детальные сведения о конструкции первого в мире тороидального трансформатора. Изделие отличает форма сердечника. Помимо тороидальных принято по форме различать:

  1. Броневые. Отличаются избыточностью ферромагнитного сплава. Для замыкания линий поля (чтобы проходили внутри материала) ярма охватывают обмотки с внешней стороны. В результате входная и выходная наматываются вокруг общей оси. Одна поверх другой или рядом.
  2. Стержневые. Сердечник трансформатора проходит внутри витков обмотки. Пространственно входная и выходная разнесены. Ярма вбирают малую часть линий напряженности магнитного поля, проходящих за пределами витков. Фактически нужны, чтобы соединить стержни.

Тороидальный трансформатор

Новичку приходится туго, нелишне пояснить подробнее. Стержнем называется часть сердечника, проходящая внутри витков. На остов наматывается проволока. Ярмом называется часть сердечника, соединяющая стержни. Нужны передавать линии магнитного поля. Ярма замыкают сердечник, формируя цельную конструкцию. Замкнутость требуется для свободного распространения внутри материала магнитного поля.

Тема Магнитная индукция показывает – внутри ферромагнетика поле значительно усиливается. Эффект образует базис функционирования трансформаторов.

В состав стержневого сердечника ярмо входит минимальным составом. В броневом охватывает дополнительно обмотки снаружи вдоль длины, как бы защищая. От аналогии произошло название. Майкла Фарадея выбрал тор скорее интуитивно. Формально можно назвать стержневым сердечником, хотя направляющая оси симметрии обмоток идет дугой.

Опорой первому магниту (1824 год) стала лошадиная подкова. Возможно, факт придал направлению полета творческой мысли ученого верный азимут. Используй Фарадей иной материал, опыт окончится неудачей.

Тор навивают единой лентой. Подобные сердечники называют спиральными в отличие от броневых и стержневых, которые фигурируют в литературе за термином пластинчатые. Это введет в заблуждение. Лишний раз следует сказать: тороидальный сердечник, будучи намотанным отдельными пластинами, называется спиральным. Разбивать частями приходится, когда отсутствует лента. Это вызвано чисто экономическими причинами.

Подытожим: в исходном виде тороидальный трансформатор Фарадея имел сердечник круглого сечения. Сегодня форма невыгодна, невозможно обеспечить массовое производство соответствующей технологией. Хотя деформация проволоки по углам сгиба приводит однозначно к ухудшению характеристик изделия. Механические напряжения повышают омическое сопротивление обмотки.

Сердечники тороидальных трансформаторов

Тороидальный трансформатор назван за форму сердечника. Майкл Фарадей изготовил  бублик, использовав цельный кусок мягкой стали круглого сечения. Конструкция нецелесообразна на современном этапе по нескольким причинам. Главное внимание уделяется минимизации потерь. Сплошной сердечник невыгоден, наводятся вихревые токи, сильно разогревающие материал. Получается плавильная индукционная печь, легко превращающая в жидкость сталь.

Чтобы избежать ненужных трат энергии и нагревания трансформатора, сердечник нарезают полосами. Каждая изолируется от соседней, например, лаком. В случае тороидальных сердечников наматывают единой спиралью, либо полосами. Сталь обычно на одной стороне имеет изолирующее покрытие толщиной единицы микрометра.

Упомянутые стали используются для конструирования трансформаторов тока, довольно часто по исполнению являющихся тороидальными. Интересующимся можно ознакомиться с ГОСТ 21427.2 и 21427.1. Для сердечников (как следует из названия документов) сегодня чаще используется анизотропная холоднокатаная листовая сталь. В название заложено: магнитные свойства материала неодинаковы по разным осям координат. Вектор потока поля должен совпадать с направлением проката (в нашем случае движется по кругу). Ранее применялся другой металл. Сердечники высокочастотных трансформаторов могут изготавливаться из стали 1521. В рамках сайта особенности применяемых материалов обсуждались (см. коэффициент трансформации). Сталь маркируется по-разному, в состав обозначения включаются сведения:

  • Первое место отводится цифре, характеризующей структуру. Для анизотропных сталей применяется 3.
  • Вторая цифра указывает процентное содержание кремния:
  1. менее 0,8%.
  2. 0,8 – 1,8%.
  3. 1,8 – 2,8%.
  4. 2,8 – 3,8%.
  5. 3,8 – 4,8%.
  • Третья цифра указывает основную характеристику. Могут быть удельные потери, величина магнитной индукции при фиксированной напряженности поля.
  • Тип стали. С ростом числа удельные потери ниже. Зависит от технологии производства металла.

При транспортировке структура стали неизбежно повреждается. Дефекты устраним специальным отжигом на месте сборки. Делается в обязательном порядке для измерительных трансформаторов тока, где важна точность показаний. Сердечник наматывается цельным куском или отрезными полосами на оправку цилиндрической или овальной формы. При необходимости ленты можно нарезать из цельного листа (экономически чаще нецелесообразно). Длина каждой должна составлять не менее шести с половиной радиусов намотки. Для достижения нужной длины допускается соединять отдельные полосы точечной сваркой. Шихтование (разбивка тонкими слоями) устраняет явление вихревых токов. Потери перемагничивания мало меняются, составляя малую долю упомянутого ранее паразитного эффекта.

Теряет значение взаимное расположение конца и начала ленты. Чтобы спираль не размоталась, последний виток приваривают к предыдущему точечной сваркой. Намотка ведется с натяжением, собранные из нескольких полос ленты обычно не удаётся подогнать плотно, сварной шов выполняется внахлест. Иногда тор режется на две части (разрезной сердечник), на практике требуется сравнительно редко. Половинки при сборке стягиваются бандажом. В процессе изготовления готовый тороидальный сердечник режется инструментом, торцы шлифуются. Витки спирали скрепляются связующим веществом, чтобы не размоталась.

Трансформатор с замкнутым сердечником

Намотка тороидальных трансформаторов

Стандартно производится дополнительная изоляция тороидального сердечника от обмоток, даже если используется лакированная проволока. Широко применяется электротехнический картон (ГОСТ 2824) толщиной до 0,8 мм (возможным другие варианты). Распространенные случаи:

  1. Картон наматывается с захватом предыдущего витка на тороидальный сердечник. Способ характеризуется, как вполнахлеста (половина ширины). Конец приклеивается или закрепляется киперной лентой.
  2. По торцам сердечник защищают картонные шайбы с надрезами глубиной 10 – 20 мм, шагом 20-35 мм, перекрывающие толщину тора. Наружная, внутренняя грань закрываются полосами. Технологически шайбы идут в сбор последними, прорезанные зубцы загибаются. Поверх спирально наматывается киперная лента.
  3. Надрезы могут производиться на полосах, тогда берутся с запасом, чтобы больше высоты тора, кольца – строго по ширине, накладываются поверх загибов.
  4. Тонкие полосы, кольца текстолита закрепляются на тороидальном сердечнике лентами стеклоткани вполнахлеста.
  5. Иногда кольца выполняются из электротехнической фанеры, гетинакса, толстого (до 8 мм) текстолита с запасом наружного диаметра 1-2 мм. Внешнюю и внутреннюю грань защищают картонными полосами с загибом по краям. Меж первыми витками обмотки, сердечником остается воздушный зазор. Промежуток под картоном нужен на случай, если края под проволокой протрутся. Тогда токонесущая часть никогда не коснется тороидального сердечника. Поверх наматывается киперная лента. Иногда внешнее ребро колец сглаживается, чтобы намотка углами шла плавно.
  6. Имеется разновидность изоляции, сходная с предыдущей, с внутренней стороны по кольцам на внешних ребрах имеются проточки до сердечника, куда ложатся полосы. Элементы выполняются из текстолита. Поверх наматывается киперная лента.

Обмотки обычно выполняются концентрическими (одна над другой), либо чередующимися (как в первом опыте Майкла Фарадея 1831 года), называют иногда дисковыми. В последнем случае через одну может наматываться достаточно большое их число, попеременно: то высокое напряжение, то низкое. Применяется чистая электротехническая медь (99,95%) удельным сопротивлением 17,24 – 17,54 нОм м. Ввиду дороговизны металла для изготовления тороидальных трансформаторов малой и средней мощности берется рафинированный алюминий. Для прочих случаев сказываются ограничения по проводимости и пластичности.

В мощных трансформаторах медный провод бывает прямоугольного сечения. Делается для экономии места. Жила должна быть толстой, пропуская значительный ток, дабы не расплавиться, круглое сечение приведет к излишнему росту габаритов. Выигрыш равномерности распределения поля по материалу свелся бы к нулю. Толстый прямоугольный провод достаточно удобно укладывать, чего нельзя сказать касательно тонкого. В остальном (по конструктивным признакам) намотка производится в точности теми же путями, как в случае обычного трансформатора. Катушки делаются цилиндрическими, винтовыми, однослойными, многослойными.

Определение конструкции тороидального трансформатора

Интересующимся вопросом рекомендуем изучить книгу С. В. Котенева, А. Н. Евсеева по расчету оптимизации тороидальных трансформаторов (издание Горячая линия – Телеком, 2011 год). Напоминаем: издание защищено законом об авторских правах. Профессионалы найдут силы (средства) приобрести при необходимости книгу. Согласно главам, расчет начинается определением параметров режима холостого хода. Подробно описывается, как найти активный и реактивный токи, высчитать ключевые параметры.

Печатное издание, несмотря на некоторую спорность изложения, попутно дает понять, почему включенный в цепь трансформатор, лишенный нагрузки, не сгорает (энергия тока расходуется намагничиванием). Хотя, казалось бы, предсказан очевидный исход мероприятия.

Число витков первичной обмотки выбирается из условия не превышения магнитной индукцией максимального значения (до входа в режим насыщения, где значение не меняется ростом напряженности поля). Если конструирование ведется для бытовой сети 230 вольт, берется допуск согласно ГОСТ 13109. В нашем случае, имеется в виду отклонение амплитуды в пределах 10%. Помним: вся промышленность перешла в XXI веке на 230 вольт (220 не используется, приводится в литературе, «наследием тяжелого прошлого»).

Тороидальные трансформаторы: устройство, применение, характеристики

По форме магнитопровода трансформаторы подразделяются на стержневые, броневые и тороидальные. Казалось бы, разницы нет, ведь главное — мощность, которую способен преобразовать трансформатор. Но если взять три трансформатора с магнитопроводами разной формы на одну и ту же габаритную мощность, то выяснится, что тороидальный трансформатор покажет лучшие рабочие характеристики из всех. Именно по этой причине чаще всего для питания различных устройств во многих промышленных сферах выбор останавливают, конечно, на тороидальных трансформаторах в силу их высокой эффективности.

Сегодня тороидальные трансформаторы применяют в различных сферах промышленности, и наиболее часто тороидальные трансформаторы устанавливают в источники бесперебойного питания, в стабилизаторы напряжения, применяют для питания осветительной техники и радиотехники, часто тороидальные трансформаторы можно увидеть в медицинском и диагностическом оборудовании, в сварочном оборудовании и т.д.

Как вы понимаете, говоря «тороидальный трансформатор», подразумевают обычно сетевой однофазный трансформатор, силовой или измерительный, повышающий или понижающий, у которого тороидальный сердечник оснащен двумя или несколькими обмотками. Работает тороидальный трансформатор принципиально так же как и трансформаторы с другими формами сердечников: он понижает или повышает напряжение, повышает или понижает ток — преобразует электроэнергию. Но тороидальный трансформатор отличается при той же передаваемой мощности меньшими размерами и меньшим весом, то есть лучшими экономическими показателями. Главная особенность тороидального трансформатора — небольшой общий объем устройства, доходящий до половины в сравнении с другими типами магнитопроводов. Шихтованный сердечник вдвое больше по объему чем тороидальный ленточный сердечник при той же габаритной мощности. Поэтому тороидальные трансформаторы удобнее устанавливать и подключать, и уже не так важно, идет ли речь о внутреннем или о наружном монтаже.

Любой специалист скажет, что тороидальная форма сердечника является идеальной для трансформатора по нескольким причинам: во-первых, экономия материалов на производстве, во-вторых, обмотки равномерно заполняют весь сердечник, распределяясь по всей его поверхности, не оставляя неиспользованных мест, в-третьих, поскольку обмотки имеют меньшую длину, КПД тороидальных трансформаторов получается выше в силу меньшего сопротивления провода обмоток.

Охлаждение обмоток — еще один важный фактор. Обмотки эффективно охлаждаются будучи расположены в форме тороида, следовательно плотность тока может быть более высокой. Потери в железе при этом минимальны и ток намагничивания сильно меньше. В итоге тепловая нагрузочная способность тороидального трансформатора оказывается очень высокой.

Экономия электроэнергии — еще один плюс в пользу тороидального трансформатора. Примерно на 30% больше энергии сохраняется при полной нагрузке, и примерно 80% на холостом ходу, в сравнении с шихтованными магнитопроводами иных форм. Показатель рассеяния у тороидальных трансформаторов в 5 раз меньше чем у броневых и стержневых трансформаторов, поэтому их можно безопасно использовать с чувствительным электронным оборудованием. При мощности тороидального трансформатора до киловатта, он настолько легок и компактен, что для монтажа достаточно применить прижимную металлическую шайбу и болт. Потребителю всего то и нужно выбрать подходящий трансформатор по току нагрузки и по первичному и вторичному напряжениям. При изготовлении трансформатора на заводе рассчитывают площадь сечения сердечника, площадь окна, диаметры проводов обмоток, — и выбирают оптимальные габариты магнитопровода с учетом допустимой индукции в нем.

Материал подготовлен: http://electricalschool.info

Преимущества тороидальных трансформаторов перед обычными трансформаторами с шихтованными сердечниками

Компания TALEMA была основана в 1975г. в городе Мюнхен (Германия), имеет производство в Индии, офисы продаж в Ирландии и США.

В начале 1992 года TALEMA Group основала производство в Чешской республике, что привело к созданию в 2002 году компании NT Magnetics, которая стала основным заводом-изготовителем компонентов торговой марки TALEMA для всей Европы.

В настоящее время в NT Magnetics работает 140 человек (всего в Talema Group занято более 1000 работников). Компания специализируется на изготовлении тороидальных трансформаторов и компонентов на тороидальном сердечнике торговой марки TALEMA.

 

Преимущества тороидальных трансформаторов перед обычными трансформаторами с шихтованными сердечниками:

1. Качество

Продукция соответствует самым высоким стандартам и имеет много международных сертификатов и свидетельств, включая UL, EN, VDE , IEC, в том числе и ГОСТ-Р.

Контроль качества производится на протяжении всего процесса производства трансформаторов «Talema».

2. Меньший объём
Использование тороидальных трансформаторов с монтажными креплениями и клеммниками экономит до 50 % объёма, а применение тороидальных трансформаторов с простыми проволочными выводами экономит до 64 % занимаемого объёма по сравнению с традиционными трансформаторами.
При мощности до 1000 ВА можно использовать для крепления центральный клеммник или болт с гайкой, что обычно бывает достаточным и не требует применения дополнительного крепежа.

3. Меньший вес
Экономия до 50 % и более.

 

Таблица 1. Типовые весовые параметры

Весовые параметры
Размер, ВА Вес (кг)
Шихтованные Тороидальные Экономия % Шихтованные Тороидальные Экономия %
Горизонтальный монтаж Вертикальный монтаж
200 3,5 2.0 1,5 43.7 3,5 1,9 1,6 42.5
250 4,1 2,6 1,5 36.6 4,1 2,5
1,6
37.9
320 5,3 3,1 2,2 40.7 5,3 3,0 2,3 42.5
400 6,7 3,8 2,9 43.8 6,7 3,7 3,0 45.2
500 8,6 4,4 4,2 48.9 8,6 4,3 4,3 50.2
630 10,1 5,4 4,7 47.0 10,1 5,2 4,9 48.1
800 13,1 6,4 6,7 51.0 13,1 6,3 6,8 51.9
1000 14,7 7,6 7,1 48.3 14,7 7,4 7,3 49.7
1500 18.0 10,8 7,2 40.0 18.0 10,7 7,3 40.6
2000 24.0 14,5 9,5 39.6 24.0 14,3 9,7 40.4
2500 27.0 17,1 9,9 37.7 27.0 16,9 10,1 37.3
3000 31.0 20,3 10,7 34.6 31.0 20,1 10,9 35.0
4000 40.0 26.0 14.0 35.0 40.0 25,9 14,1 35.3

 

Тороидальный (кольцевой) сердечник имеет идеальную форму, позволяющую изготовить трансформатор с использованием минимального количества материалов. Все обмотки равномерно распределены по всей окружности сердечника, благодаря чему значительно уменьшается длина обмотки. Это ведёт к уменьшению сопротивления обмотки и повышению КПД.
В тороидальных трансформаторах возможно использование более высокой магнитной индукции, так как магнитный поток проходит в том же направлении, в каком ориентированы домены стали сердечника. Можно использовать более высокую плотность тока в проводах, так как вся поверхность сердечника позволяет эффективно охлаждать обмотки тороидального трансформатора. Потери в сердечнике весьма низки — типовое значение составляет 1,1 Вт при индукции 1,7 Тл и частоте 50/60 Гц. Низкий ток намагничивания обеспечивает отличные температурные характеристики тороидального трансформатора.

4. Более высокий коэффициент полезного действия
Тороидальные трансформаторы «Talema» изготавливаются из высококачественных материалов, что позволяет достичь более высокой магнитной индукции при низких потерях в сердечнике.

5. Экономия энергии
Достигает 86 % на холостом ходу и 36 % при работе под нагрузкой. Применение тороидальных трансформаторов «Talema» вместо обычных броневых трансформаторов обеспечивает существенную экономию энергии, как показано в таблице 2.

Таблица 2. Типовые потери в тороидальных трансформаторах

Размер, ВА Экономия энергии , Вт
Шихтованные Тороидальные Экономия % Шихтованные Тороидальные Экономия %
Потери без нагрузки Потери при нагрузке (Uвх=230 В)
63
100
4.8
6.0
0.8
1.0
4.0
5.0
86.3
83.3
9,5
13.0
6.4
10.7
3.1
2.3
32.6
17.7
160
250
7.5
11.0
1,6
2.6
5.9
6.5
78.7
80.0
17.6
25.0
14.1
19.3
3.5
5.7
19.7
22.8
400
630
18.0
24.0
5,1
6.9
12.9
17.1
71.7
71.3
32.0
37.8
25.7
34.0
6.3
3.8
19.7
10.1
1000
1600
27.0
38.0
10.6
16.3
16.4
21.7
60.7
57.1
53.0
76.8
39.1
55.1
13.9
21.7
26.2
28.3
2500
4000
49.0
70.0
26.0
39.5
23.0
30,5
46.9
43.6
100.0
140.0
70.7
90.0
29,3
50,0
29.3
35.7

Окупаемость применения тороидальных трансформаторов в составе различных приборов за счёт высокого КПД составляет 2-3 года. В современном мире, где учитывается каждый потребляемый Ватт мощности, применение тороидальных трансформаторов может быть преимуществом перед конкурентами.

6. Гибкость размеров
Тороидальные трансформаторы «Talema» предлагают высокую степень гибкости размеров в сравнении с обычными броневыми трансформаторами. Поскольку сердечники тороидальных трансформаторов изготавливаются на собственных заводах «Talema», это позволяет изготовить сердечник практически любого диаметра и высоты. Конструкторы «Talema» тесно сотрудничают с группой клиентских проектов и могут «на заказ» спроектировать тороидальный трансформатор так, чтобы он точно входил в ограниченное пространство, что, как правило, невозможно при использовании обычных трансформаторов.

7. Простой монтаж
Стандартный монтаж трансформаторов мощностью до 1 кВА осуществляется посредством одной центрирующей металлической шайбы и монтажного болта или клеммника, проходящего сквозь центральное отверстие тороидального трансформатора, что обеспечивает быстрый и простой монтаж. Другие способы монтажа:
— заливка компаундом центрального отверстия с латунными втулками
— помещение в пластмассовый или металлический корпус с последующей заливкой компаундом
— монтажные рейки (мощность от 200 ВА до 7,5 кВА)
— исполнение для монтажа на печатные платы
Для облегчения замены обычных трансформаторов тороидальными, группа «Talema» разработала серию монтажных креплений, позволяющих устанавливать тороидальный трансформатор на место, которое ранее занимал обычный трансформатор. Возможно изготовление специальных креплений трансформатора, либо смещение отверстий в стандартных креплениях.

8. Более низкий уровень шума
Cердечники «Talema» изготавливаются из сплошной стальной ленты, концы которой приварены с обеих сторон, что исключает саму возможность вибрации. Медная обмотка, плотно облегающая всю окружность сердечника, обеспечивает дополнительную прочность. Качество стали обеспечивает низкую магнитострикцию и низкие потери на рассеяние. Эта комбинация качеств почти полностью устраняет шум, наблюдаемый при эксплуатации обычных трансформаторов.

9. Небольшое рассеяние
Приблизительно на 85 — 95 % меньшее рассеяние по сравнению с обычными трансформаторами. Низкое значение рассеяния является важным аспектом для разработчиков оборудования, так как это явление может создавать нежелательные влияния на чувствительные электронные цепи. Тороидальный трансформатор обеспечивает общее снижение уровня магнитных помех в соотношении 8:1 по сравнению с традиционными трансформаторами рамочной формы.

10. Цена и ценность
Передовые производственные технологии и экономия материалов делают современные тороидальные трансформаторы выгодными в ценовом отношении по сравнению с обычными трансформаторами аналогичной мощности. Если учесть прочие скрытые преимущества, такие как низкое рассеяние, экономия энергии во время эксплуатации, меньшие габариты и вес, выгода от применения тороидальных трансформаторов существенно возрастает. В общем и целом, чем больше мощность тороидальных трансформаторов, тем ниже их цена по сравнению с традиционными трансформаторами.

11. Группа «Talema»
Специалисты «Talema» по проектированию тороидальных трансформаторов помогут найти решение, удовлетворяющее всем требованиям наших клиентов: от проекта до выпуска готовой продукции. Собственный опыт позволяет компании добиваться максимальной мощности трансформатора при минимальных размерах. Благодаря наличию заводов в разных странах, группа «Talema» широко развивает международную деятельность по производству тороидальных трансформаторов.

 

Дополнительную информацию о материалах статьи можно получить, обратившись по электронной почте Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..

 

TALEMA — мировой лидер в производстве тороидальных трансформаторов и индуктивных компонентов на тороидальном сердечнике.

Тороидальный трансформатор: устройство и область применения

Трансформаторы применяются для изменения выходного напряжения в большую или меньшую сторону. Без них невозможно представить себе современную электротехнику. Одним из самых высокоэффективных является тороидальный трансформатор. Он представляет собою изогнутый кольцом сердечник, обвитый проволокой, а внутри него находятся свернутые стальные полоски.

Электричество проходит сквозь обмотку сердечника, создавая магнитные поля. Для получения выходного напряжения магнитное поле проходит через первую обмотку в катушке. В статье читатель найдет видео c наглядным разбором устройства и книгу Котенева Е.С., Евсеева А.Н. «Расчет и оптимизация тороидальных трансформаторов».

Простая конструкция тороидального трансформатора.

Как устроен

Тороидальный трансформатор имеет идеальный дизайн, в отличие от трансформаторов другой конструкции. Фактически, первый трансформатор, разработанный Фарадеем, представлял собой трансформатор на тороидальном ядре.

Тороидальные сердечники сделаны из магнитной рулонной трансформаторной стали с очень низкими уровнями потерь и высокой индукцией насыщения. Это достигается путем нагрева тороидального каркаса до высокой температуры, а потом его охлаждения по специальной программе.

Это позволяет достичь высоких степеней насыщения до 16 000 Гаусс. В тороидальном трансформаторе магнитный поток равномерно распределен в сердечнике и, из-за отсутствия промежуточных металлических деталей и технологических зазоров.

Точно так же, поскольку все обмоточные катушки равномерно распределены по поверхности сердечника шум, вызванный магнитострикцией фактически, исчезает. Также тороидальный трансформатор имеет наилучшие тепловые характеристики, это способствует хорошему охлаждению трансформатора. Нет необходимости применять кулеры и вентиляторы.

Основные преимущества и недостатки

При использовании тороидальных трансформаторов, поставляемых со свободными витыми выводами, можно добиться экономии до 64 % занимаемого объёма по сравнению с обычными трансформаторами с шихтованными сердечниками (очень часто легче подключить оборудование именно с помощью выводов из трансформатора, а не клеммников).

Тороидальный (кольцевой) сердечник имеет идеальную форму, позволяющую изготовить трансформатор, используя минимальное количество материала. Все обмотки симметрично распределены по всей окружности сердечника, благодаря чему значительно уменьшается длина обмотки.

Главные плюсы и минусы тороидальных трансформаторов.

Это ведёт к уменьшению сопротивления обмотки и повышению коэффициента полезного действия. Возможна более высокая магнитная индукция, так как магнитный ток проходит в том же направлении, в каком ориентирована кремнистая сталь ядра во время прокатки. Также можно отметить плюсы:

  • низкие показатели рассеивания;
  • меньший нагрев;
  • низкий вес и размер;
  • компактен, удобен в установке в электроаппаратуре.

Можно использовать более высокую плотность тока в проводах, так как вся поверхность тороидального сердечника позволяет эффективно охлаждать медные провода. Потери в железе очень низки – типическое значение составляет 1,1 Вт при индукции 1,7 Тл и частоте 50/60 Гц. Это обеспечивает очень низкий ток намагничивания, способствующий изумительной тепловой нагрузочной способности тороидального трансформатора.

Тороидальный трансформатор

Почему это самый популярный вид трансформаторов

Любой специалист скажет, что тороидальная форма сердечника является идеальной для трансформатора по нескольким причинам: во-первых, экономия материалов на производстве, во-вторых, обмотки равномерно заполняют весь сердечник, распределяясь по всей его поверхности, не оставляя неиспользованных мест, в-третьих, поскольку обмотки имеют меньшую длину, КПД тороидальных трансформаторов получается выше в силу меньшего сопротивления провода обмоток.

Экономия электроэнергии — еще один плюс в пользу тороидального трансформатора. Примерно на 30% больше энергии сохраняется при полной нагрузке, и примерно 80% на холостом ходу, в сравнении с шихтованными магнитопроводами иных форм. Показатель рассеяния у тороидальных трансформаторов в 5 раз меньше, чем у броневых и стержневых трансформаторов, поэтому их можно безопасно использовать с чувствительным электронным оборудованием.

Обмотка тороидального трансформатора.

Охлаждение обмоток — еще один важный фактор. Обмотки эффективно охлаждаются, будучи расположены в форме тороида, следовательно плотность тока может быть более высокой. Потери в железе при этом минимальны и ток намагничивания сильно меньше. В итоге тепловая нагрузочная способность тороидального трансформатора оказывается очень высокой.

При мощности тороидального трансформатора до киловатта, он настолько легок и компактен, что для монтажа достаточно применить прижимную металлическую шайбу и болт. Потребителю всего то и нужно выбрать подходящий трансформатор по току нагрузки и по первичному и вторичному напряжениям. При изготовлении трансформатора на заводе рассчитывают площадь сечения сердечника, площадь окна, диаметры проводов обмоток, – и выбирают оптимальные габариты магнитопровода с учетом допустимой индукции в нем.

Область применения

У тороидальных трансформаторов есть многочисленные области применения, и среди них мы можем подчеркнуть, как наиболее распространенные следующие:

  1. Бытовая электроника.
  2. Медицинская электроника.
  3. Конвертеры.
  4. Системы электропитания.
  5. Аудиосистемы.
  6. Системы безопасности.
  7. Телекоммуникации.
  8. Низковольтное освещение.

Сегодня тороидальные трансформаторы применяют в различных сферах промышленности, и наиболее часто тороидальные трансформаторы устанавливают в источники бесперебойного питания, в стабилизаторы напряжения, применяют для питания осветительной техники и радиотехники, часто тороидальные трансформаторы можно увидеть в медицинском и диагностическом оборудовании, в сварочном оборудовании.

Что нужно для намотки устройства

Работает тороидальный трансформатор принципиально так же, как и трансформаторы с другими формами сердечников: он понижает или повышает напряжение, повышает или понижает ток — преобразует электроэнергию.

Но тороидальный трансформатор отличается при той же передаваемой мощности меньшими размерами и меньшим весом, то есть лучшими экономическими показателями. Основное, что должен знать и главное понимать человек, который мотает трансформатор:

  • длина провода (количество витков) это напряжение;
  • сечение проводника – это ток, которым можно нагружать его;
  • если число витков в первичной цепи малое, то это лишний нагрев провода;
  • если габаритная мощность недостаточная (потребляется больше возможного), это опять-таки тепло;
  • перегрев трансформатора приводит к снижению надёжности.

Для намотки понадобится трансформаторное железо в форме тора, лакопровод (на обмотку трансформатора нужен обмоточный провод). Также пригодится скотч малярный (бумажный), клей ПВА, тканевая изолента или киперка и кусочки провода в изоляции.

Схема расчета конструкции трансформатора.

Перед намоткой необходимо подготовить железо к намотке. Если посмотрите на углы трансформатора, то уведите что они под углом 90 градусов, в этих точках будет изгибаться провод и будет облущиваться лак, что б этого не было необходимо обработать углы напильником скруглив их максимально. Минимальный радиус окружности 3мм.

Небольшая хитрость, при обработке углов напильником необходимо избегать зализывания стали, дабы слои между собой оставались не замкнутыми! Для этого следует производить движения напильником вдоль направления трансформаторной ленты. После обработки рекомендую просмотреть углы на замыкание слоев и доработать их мелким напильником.

Чтобы изолировать сердечник от обмотки необходимо его изолировать ТКАНЕВОЙ изолентой (или киперкой пропитанной парафином-воском). Лучше использовать изоленту шириной около 25мм, тогда будет максимальное покрытие металла в один слой, что позволяет экономить место в окне. Конец намотки не заклеиваем.

Лакопровод

Лакопроводом называют электрический проводник изоляция которого сделана из лака (намоточный или обмоточный провод). Бывает разных марок ПЭВ, ПЭВ-2, ПЭТ-155 и другие. Рекомендую использовать ПЭВ-2, насыщенный оранжевый цвет. Также очень хорошо себя показал провод очень тёмный с виду (ПЭЛ), цвета гнилой вишни, такой имеет толстый слой изоляции, что позволяет его использовать для трансформаторов высоковольтников (более 500В).

Выводы обмоток необходимо «усилить» при помощи дополнительной изоляции. Для этих вещей очень хорошо подходит ПВХ-изоляция (советская белая), но ещё лучше подходит изоляция из провода необходимого сечения.

Интересный материал для ознакомления: что нужно знать об устройстве силового трансформатора.

Готовая намотка с лакопроводом.

Применять термоусадку можно, но лучше использовать ПВХ или изоляцию потому как первая имеет свойство изгибаться в одном месте что нам очень ненужно мы от этого пытаемся защитится дабы провод не отломался.

Для того, чтобы стянуть изоляцию рекомендую взять провод, который имеет дополнительную изоляцию в виде нитки, обмотанную вокруг проводника. В этом случае нить не дает сильной связи между ПВХ и медью и позволяет стянуть изоляцию. Чтоб было проще стягивать провод нужно немного перегибать (под 45 градусов).

Для того чтоб легче было считать витки их лучше группировать по 5 или 10 витков. Натягивать провод необходимо не чётко перпендикулярно к касательной, а слегка наклонено в сторону намотки, как будто внутренняя часть намотки идёт впереди наружной. Таким образом намотки провод при натяжке будет сам прижимается к другим уже уложенным виткам.

Очень хорошо будет если в ходе намотки будете использовать бумагу для выпечки (пергамент) нарезанную на такие же полосочки и после обмотанной. В итоге транс необходимо будет пропитать, а реально сварить на паровой бане смеси 50:50 соответственно парафин/воск.

Главная особенность тороидального трансформатора — небольшой общий объем устройства, доходящий до половины в сравнении с другими типами магнитопроводов. Шихтованный сердечник вдвое больше по объему чем тороидальный ленточный сердечник при той же габаритной мощности. Поэтому тороидальные трансформаторы удобнее устанавливать и подключать, и уже не так важно, идет ли речь о внутреннем или о наружном монтаже.

Как проверить устройство

Необходимые материалы для тестирования тороидального трансформатора: схема цепи с указанием того, как подсоединен трансформатор и (цифровой электронный мультиметр тестер или аналоговый мультиметр тестер).

Первый шаг заключается в том, что трансформатор необходимо визуально осмотреть и проверить, нет ли от него запаха. Перегрев может привести к неисправности трансформатора, если есть следы ожогов или внешняя часть обмотки видна снаружи, трансформатор должен быть заменен и нет никакой необходимости для дальнейших испытаний, которые будут проводиться.

Проверка тороидального трансформатора.

Точно так же, запах гари является свидетельством того, что трансформатор перегревается. Если никаких дополнительных повреждений не видно за исключением запаха, дальнейшие испытания могут быть проведены, чтобы определить, является ли трансформатор в рабочем состоянии или нет.

Информация о входном и выходном напряжении, как правило, четко обозначена на трансформаторе, но самым безопасным вариантом является получение схемы цепи от производителя продукта.

Инструкция пошаговой проверки

Напряжение, которое подается на первичную обмотку, должно быть четко указано на схеме цепи и корпуса трансформатора. Аналогичным образом, выходное напряжение, подаваемое на вторичной обмотке должно быть четко указано на схеме цепи и корпуса трансформатора. Вы должны знать входное и выходное напряжения для того, чтобы проверить, правильно ли работает трансформатор.

Трансформатор не способен преобразовывать переменное напряжение, в напряжение постоянного тока. Для преобразования напряжения переменного тока используются диоды и конденсаторы.

Для тех, кому понравилось, материал в тему: что такое трансформаторы тока.

Схема цепи покажет, как выходное напряжение трансформатора преобразуется из переменного тока, в напряжение постоянного тока. Вам потребуется эта информация, чтобы определить, следует ли завершить измерения, проводимые с помощью мультиметра тестера в режиме переменного тока или в режиме постоянного тока. Начните проведение теста путем подключения питания и коммутации к изделию. Далее следуйте инструкции:

  1. Переключите цифровой мультиметр тестер (с экраном) или аналоговый мультиметр тестер в режиме напряжения переменного тока.
  2. Для того, чтобы подтвердить правильность входного напряжения для трансформатора, проверьте напряжение, прикоснувшись красный щуп к положительному полюсу, а черный зонда к отрицательной клемме трансформатора основного входа.
  3. Если значения напряжений слишком низкие, значит это может быть из-за проблем с трансформатором или схемами.
  4. Необходимо удалить трансформатор от входной цепи и проверить входную мощность, представленную схемой. Если показания находятся в линии, то трансформатор неисправен и если показания остаются неизменными, то схема неисправна.
  5. Чтобы проверить выходное напряжение сначала нужно определить, является ли выходное напряжение в сети переменного или постоянного тока.
  6. Установите цифровой или аналоговый мультиметр тестер в нужный режим для проверки.

Если конденсаторы и диоды используются для преобразования выходного напряжения от сети переменного тока в напряжении постоянного тока, то слишком низкое чтение может быть вызвано неисправным трансформатором или неисправными конденсаторами и диодами. В видеоролике об устройстве будет рассказано подробнее.

Извлеките тороидальный трансформатор с выходной схемой и проверьте выходное напряжение трансформатора. Не забудьте изменить режим мультиметра тестера к напряжению сети переменного тока. Если выходное напряжение в линии, трансформатор работает правильно, то проблема будет тогда с конденсаторами и диодами.

Тороидальные трансформаторы, которые излучают постоянный жужжащий звук скоро выйдут из строя и должны быть заменены. Всегда помните об осторожности, не касайтесь схемы при выполнении тестов. Случайный контакт со схемой, которая находится под напряжением может привести к травмам.

Заключение

В данной статье были рассмотрены основные преимущества и недостатки тороидальных трансформаторов, которые нужно принять во внимание. Больше информации о современных тороидальных трансформаторах, их основных разновидностях, типах конструкции и новейших разработках в этой сфере можно узнать в книге Котенева Е.С., Евсеева А.Н. «Расчет и оптимизация тороидальных трансформаторов».

В нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессиональных электронщиков. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vk.com/electroinfonet. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.yudzhen.ru

www.tor-trans.com.ua

www.energytik.net

www.norma-stab.ru

Предыдущая

ТрансформаторыКак устроен силовой трансформатор и где его применяют?

Следующая

ТрансформаторыУстройство и схема трехфазного трансформатора

Тороидальный трансформатор: принцип работы

Основные виды магнитопроводов, использующихся в трансформаторах, имеют стержневую, броневую и тороидальную конструкцию. По своим функциональным характеристикам, определяющим область их применения, явными преимуществами обладает тороидальный трансформатор. Он широко применяется в самых различных отраслях промышленного производства. Тороидальные трансформаторы успешно используются в стабилизаторах напряжения и радиотехнике, в источниках бесперебойного питания и в осветительной технике, а также, в медицинском и диагностическом оборудовании.

Функциональные характеристики устройства

Стандартная конструкция тороидального устройства изготовлена в виде однофазного силового трансформатора, обладающего понижающими или повышающими свойствами. В тороидальном сердечнике имеется более двух обмоток.

Принцип работы такого трансформатора ничем не отличается от стержневых или броневых конструкций. Его основной функцией также является преобразование одного значения напряжения электроэнергии в другое. Однако, особенности конструкции сердечника позволяют выпускать приборы со значительно меньшим весом и габаритами. Это способствует росту технико-экономических характеристик и других показателей тороидального трансформатора.

Большое значение для данного вида электрических машин, имеет форма сердечников. Их кольцевая конфигурация считается наиболее оптимальной, дающей значительную экономию при намотке такого трансформатора. Это связано с тем, что намотка симметрично и равномерно распределяется на поверхности сердечника. За счет этого, уменьшается ее длина, что приводит к снижению сопротивления обмотки и одновременному росту коэффициента полезного действия.

Положительные качества тороидальных трансформаторов

Конструкция тороидального трансформатора позволяет использовать токи с более высокой плотностью. Это стало возможным из-за охлаждения обмотки по всему периметру сердечника. Ток намагничивания отличается низкими показателями в связи с минимальными потерями в железе. Это способствует и повышению тепловых нагрузочных характеристик.

Любой тороидальный трансформатор отличается хорошими энергосберегающими показателями. Его использование, позволяет существенно снизить конечную цену оборудования, в котором он установлен. Работающий трансформатор создает практически незаметный звуковой фон.

Тороидальная конструкция является очень удобной для монтажа и крепления. Процесс производства этих приборов, позволяет выпускать трансформаторы высокого качества с длительными сроками эксплуатации.

Как намотать тороидальную катушку

Тороидальный трансформатор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Тороидальный трансформатор

Cтраница 1

Тороидальные трансформаторы отличаются от броневых значительно меньшим магнитным рассеянием. Это является результатом того, что магнитопровод полностью замкнут ( не имеет зазоров) и создается удачное взаимное расположение обмотки и магнитопровода.  [1]

Тороидальные трансформаторы почти нечувствительны к внешним магнитным полям и почти не имеют внешнего магнитного потока рассеяния; однако вследствие сложности и дороговизны изготовления тороидальную конструкцию применяют для сигнальных трансформаторов лишь в особых случаях.  [3]

Тороидальный трансформатор целесообразно применять также в тех случаях, когда речь идет о повышенных частотах, требования технологичности отступают на второй план, а веса и габариты должны быть выдержаны минимально возможными.  [4]

Тороидальные трансформаторы имеют значительно более сложную конструкцию обмоток, чем трансформаторы со стержневыми и броневыми магнитопроводами. Это обстоятельство, значительно усложняющее конструктивный расчет обмоток тороидальных трансформаторов, является основной особенностью их расчета.  [5]

Расчет тороидального трансформатора во многом сходен с расчетом броневого трансформатора. В зависимости от методики расчета в его основу могут быть положены те или иные исходные данные и сделаны соответствующие упрощения. В частности, если задаться исходной расчетной величиной 5CTS0, то, как это было сделано в варианте А, может — быть принят следующий порядок расчета.  [6]

Намотка тороидальных трансформаторов и катушек, как правило, осуществляется при помощи челнока и является весьма трудоемким процессом.  [7]

Намотка тороидальных трансформаторов и катушек, как правило, осуществляется при помощи челнока и является весьма трудоемким процессом. Значительно облегчить его можно приведенными ниже способами.  [9]

Недостатком тороидальных трансформаторов является плохое охлаждение сердечника и трудность намотки проводом большого сечения. Это ограничивает мощность тороидальных трансформаторов на частотах 400 гц не свыше 500 вд, а на 1000 гц — — до 1 ква.  [10]

Конструкции тороидальных трансформаторов образуются кольцевым сердечником с обмотками. Тороидальные сердечники изготовляются путем навивки стальной ленты на цилиндрическую оправку или сборкой выштам-пованных кольцевых пластин.  [11]

Крепление тороидальных трансформаторов на шасси производится при помощи болта, пропущенного через отверстие трансформатора, гайки и специальных фасонных шайб и накладок.  [12]

В тороидальных трансформаторах ( рп 0) средне-объемный перегрев Аек не зависит от величины теплового сопротивления.  [13]

В тороидальных трансформаторах ( рис. 115, г) обмотки 2 и 3 располагают по всей длине магнитопровода, причем на внутренней поверхности укладывают большее число слоев, чем на внешней.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

Особенности тороидальных трансформаторов

Чтобы снизить или увеличить значение тока для питания сварочного аппарата и других подобных устройств, можно самостоятельно собрать тороидальный трансформатор.

Конструктивные элементы

Первое устройство двухполярного типа было изобретено Фарадеем – это и был тороидальный трансформатор. Данное устройство используется для преобразования переменного напряжения в приемлемое для эксплуатации. Приборы незаменимы в линейных подстанциях КТПН.

Перечислим основные конструктивные элементы:

  • диск из качественной магнитной стали;
  • сальники и прокладки из каучука;
  • первичная и вторичная обмотки;
  • выводы на обмотках;
  • изоляционные материалы;
  • экранирующая защита;
  • тороидальный сердечник с изоляционным покрытием;
  • предохранители;
  • крепежи.

Магнитопровод – главный элемент конструкции, предназначенный для соединения нескольких обмоток.

Классификация

Устройства данного вида классифицируются по разным критериям – от предназначения и используемой системы охлаждения до типа сердечника и обмоток. В зависимости от предназначения тороидальные трансформаторы бывают импульсными, силовыми или частотными. Существуют комбинированные варианты.

Что касается систем охлаждения, то здесь могут задействоваться как воздушные, так и масляные. Число обмоток бывает самым разнообразным.

Области применения

Электрическое оборудование применяется практически везде – аудио и видео системы, стабилизаторы тока, осветительные сети. Основным отличием приборов данного типа от остальных преобразователей тока является число обмоток и форма используемого сердечника. Сердечники в виде кольца являются идеальным решением для изготовления якоря.

Требуется равномерная и качественная намотка, а также надежная система отвода тепла. Подобное размещение катушек обеспечивает быстрое остывание преобразователя в целом. Даже при интенсивной эксплуатации нет необходимости в применении кулеров.

Преимущества тороидальных трансформаторов

  • компактные размеры;
  • высокий уровень выходного сигнала;
  • малая длина обмоток, что позволило снизить сопротивление и повысить коэффициент полезного действия;
  • экономия на энергоснабжении;
  • простота конструкции;

Как работают тороидальные трансформаторы?

Тороидальные трансформаторы используются в электронных устройствах для повышения или понижения напряжения или для изоляции электронного оборудования от источника напряжения. Для разных целей используются разные трансформаторы. Важно быть внимательным при выборе трансформаторного блока, соответствующего вашим требованиям. В Midwest Current Transformer мы предлагаем тороидальные трансформаторы (CT) для широкого спектра силовых приложений.

 Электричество переменного тока (AC) движется в разных направлениях по синусоидальной схеме. Стандартное напряжение переменного тока начинается с 0 В. Затем повышается до положительного пикового значения, а затем падает до 0 В в течение первой половины цикла. Затем он снова поднимается до пика в противоположном направлении и снова опускается до нуля. Это происходит 60 раз в течение одной секунды, что приводит к 60 циклам, что также относится к 60 Гц.

Изменение напряжения переменного тока

Тороидальный трансформатор тока используется на крупных электростанциях и в мельчайших зарядных устройствах.Он изменяет напряжение переменного тока с одного уровня на другой. Вход трансформатора подключается к первичной обмотке. Эта катушка проволоки наматывается на ферромагнитный сердечник трансформатора, который имеет форму пончика. Положительное магнитное поле создается электричеством, проходящим через эту катушку. Поле достигает пика, который впоследствии спадает, когда напряжение падает до 0 В, в течение первой половины цикла. Когда электричество движется в противоположном направлении, проходя через катушку, создается отрицательное магнитное поле, которое также падает, когда напряжение снова падает до нуля.

Вторичная катушка

Когда эти растущие магнитные поля разрушаются, они проходят через вторичную катушку трансформатора тока. Вторичная катушка представляет собой катушку из проволоки, намотанную на такой же сердечник, что и первичная катушка. Выходное напряжение создается, когда магнитные поля проходят через вторичную катушку. Количество производимого напряжения коррелирует с количеством катушек во вторичной обмотке по сравнению с первичной. Например, если соотношение равно 1:2, напряжение удваивается.Соотношение 2:1, напряжение уменьшается вдвое.

Сердечник трансформатора

Сердечник этого трансформатора, состоящий из плотно намотанной полоски стали, усиливает усиление и сжатие магнитных полей и позволяет им стимулировать напряжение во вторичной обмотке.

Чтобы узнать об исключительных тороидальных трансформаторах, которые мы предлагаем в Midwest Current Transformer, позвоните в нашу команду сегодня по телефону 800.893.4047 или напишите по электронной почте. Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов.У вас должен быть включен JavaScript для просмотра..

Как работает тороидальный трансформатор?

Обновлено 12 ноября 2018 г.

Автор Chris Deziel

Трансформатор — одно из самых простых электрических устройств, которое находит применение в электротехнической и электронной промышленности. Трансформатор «преобразует» напряжение в цепи, повышая или понижая его. Практически каждое электронное устройство, которое вы используете каждый день, нуждается в трансформаторе для понижения выходного напряжения до еще одного, полезного для чувствительных схем.

Тор — это форма, образованная, когда твердое тело изгибается само по себе и образует замкнутый контур с отверстием посередине. Чтобы определить тороидальный, подумайте о пончике: тороидальный трансформатор представляет собой трансформатор в форме пончика. Это не единственная форма, которую может принимать трансформатор, но она предпочтительна для большинства производителей электроники и производителей звукового оборудования. Тороидальный трансформатор может быть очень маленьким без потери эффективности, и он создает меньше магнитных помех, чем другой распространенный тип трансформатора, E-I или многослойный трансформатор.

Трансформаторы полагаются на электромагнитную индукцию

Физик Майкл Фарадей открыл индукцию в 1831 году, когда он заметил, что движение магнита через проводящий провод, намотанный вокруг соленоида, индуцирует электрический ток в проводнике. Он обнаружил, что сила тока пропорциональна скорости движения магнита и числу витков катушки.

Трансформатор использует эту пропорциональность. Оберните одну катушку — первичную катушку — вокруг ферромагнитного сердечника, а второй провод — вторичную катушку — вокруг того же или другого сердечника.Когда ток через первичную катушку постоянно меняет направление, как и при переменном токе, он индуцирует магнитное поле в сердечнике, которое, в свою очередь, индуцирует электрический ток во второй катушке.

Пока пиковое значение тока остается неизменным, пиковое значение индуцированного магнитного поля также не меняется. Это означает, что индуцированный ток во вторичной обмотке увеличивается с увеличением числа витков. Таким образом, трансформатор позволяет усилить электрический сигнал, что очень важно в аудиоиндустрии.Вы также можете использовать трансформатор для понижения напряжения, сделав количество витков во вторичной обмотке меньше числа витков в первичной обмотке. Это принцип трансформаторов, которые вы подключаете к стене для питания вашего электронного оборудования.

Тороидальный трансформатор производит меньше шума

E-I или многослойный трансформатор состоит из пары катушек, намотанных на отдельные сердечники, расположенных близко друг к другу и запечатанных в корпусе. С другой стороны, тороидальный трансформатор имеет один ферромагнитный тороидальный сердечник, вокруг которого намотаны как первичная, так и вторичная катушки.Не имеет значения, соприкасаются ли провода, и они часто накладываются друг на друга.

Переменный ток, проходящий через первичную катушку, возбуждает сердечник, который, в свою очередь, возбуждает вторичную катушку. Тороидальные поля более компактны, чем поля в многослойном трансформаторе, поэтому магнитная энергия меньше влияет на чувствительные компоненты схемы. При использовании в звуковом оборудовании тороидальные трансформаторы производят меньше шума и искажений, чем ламинатные, и производители предпочитают их.

Другие преимущества тороидального трансформатора

Поскольку тороидальный индуктор более эффективен, производители могут делать тороидальные трансформаторы меньше и легче, чем трансформаторы E-I. Это важно для производителей электроники и аудиооборудования, поскольку трансформатор обычно является самым крупным компонентом в большинстве схем. Более высокий КПД создает еще одно преимущество тороидального трансформатора. Он работает при более низких температурах, чем трансформатор E-I, что снижает потребность в вентиляторах и других стратегиях охлаждения в чувствительном оборудовании.

Основы тороидальной технологии | Амгис

Тороидальный трансформатор представляет собой электрический трансформатор особого типа, имеющий форму пончика. Это идеальное решение для устройств и оборудования с низким номиналом кВА (до 15 кВА), используемых в медицине, промышленности, возобновляемых источниках энергии и аудиосистемах. По сравнению с традиционным ламинированным трансформатором тороидальный трансформатор обеспечивает более высокий КПД, более компактные размеры и менее слышимые вибрации и шум.

Преимущества тороидального трансформатора по сравнению сСтандартный трансформатор
  • Повышение эффективности
  • Меньшие паразитные потери (поток рассеяния)
  • Уменьшить слышимую вибрацию
  • Более компактный размер
  • Упрощенный монтаж
Повышение эффективности
Стандартные тороидальные трансформаторы

обычно имеют рейтинг эффективности от 90 до 95 процентов, в то время как стандартные многослойные трансформаторы обычно имеют рейтинг менее 90 процентов. При необходимости Amgis даже может спроектировать и изготовить трансформаторы по индивидуальному заказу с КПД от 95 до 97 процентов.КПД трансформатора выражается как:

Эффективность = Pout / Pin

Pout — выходная мощность, подаваемая на нагрузку, а Pin — необходимая мощность, подводимая к трансформатору. Разница между Pin и Pout считается потерями мощности трансформатора. Потери включают, помимо прочего, потери в сердечнике, потери в обмотке (в меди), паразитные потери (поток рассеяния) и механические потери (вибрации). Как правило, более крупный трансформатор с той же номинальной выходной мощностью будет иметь меньшие потери и более высокий КПД.

Показатели эффективности также являются хорошим индикатором рабочих температур трансформатора. Как правило, более низкий рейтинг эффективности приводит к более горячему рабочему трансформатору. Потери, которые испытывает трансформатор, отводятся в виде тепла. (Это тепло, которое вы чувствуете, когда старый ноутбук остается включенным в течение нескольких часов.) Тороидальный трансформатор более эффективен и, следовательно, работает при более низкой температуре. Это снижает потребность в охлаждающих вентиляторах или компонентах рассеивания тепла, таких как радиаторы.

Отраслевые стандарты эффективности изменились за последние годы. Страны во всем мире требуют, чтобы компании проектировали и производили продукты с более высоким рейтингом эффективности, чтобы помочь сократить материальные затраты и уменьшить потребление ресурсов. Тороидальные трансформаторы служат методом достижения соответствия этим новым стандартам энергоэффективности.

Низкие паразитные потери (поток рассеяния)

Одним из наиболее важных отличий тороидального трансформатора от традиционного пластинчатого трансформатора является отсутствие зазоров.В многослойном трансформаторе типа EI (см. рисунок ниже) существуют три зазора, где «ножки» Es соединяются с Is. Поток утечки высвобождается, когда линии потока (или узоры) пытаются пересечь эти промежутки. Поток рассеяния способствует блуждающим потерям в виде вихревых токов (которые также выделяются в виде тепла).

Тороидальный сердечник не имеет воздушного зазора. Сердечник плотно намотан на оправку, как часовая пружина, из сплошной полосы электротехнической стали с ориентированным зерном.В результате получается стабильный, предсказуемый тороидальный сердечник, свободный от разрывов и отверстий.

Направление зерна основного типа также важно. В тороидальном трансформаторе все зерна движутся в одном направлении. После возбуждения сердечника линии потока образуют замкнутую или идеальную цепь. В ядре EI линии потока движутся в нескольких разных направлениях; это позволяет флюсу выходить из углов и других неиспользуемых областей.

Еще одним фактором, способствующим паразитным потерям, является загрузка активной зоны.В тороидальном трансформаторе обмотки полностью покрывают сердечник. В многослойном трансформаторе типа EI обмотки покрывают только около 33 процентов сердечника. Концентрация обмоток в этой небольшой области сердечника оставляет открытыми большие участки пути потока. Этот резкий переход от обмоток к оголенным ламинатам создает возможность для потока выйти из-под ограничения сердечника ЭУ и сформировать пути связи вне трансформатора.

Низкий уровень вибрации

Слышимая вибрация или гул в трансформаторах вызваны вибрацией обмоток и слоев сердечника от сил между витками катушки и пластинами сердечника.Хомуты и сварные швы не могут скрепить всю конструкцию, а пластины со временем часто расшатываются, вызывая усиление шума.

Конструкция тороидального трансформатора помогает уменьшить этот шум. Его сердцевина плотно намотана, сварена точечной сваркой, отожжена, а затем при необходимости покрыта эпоксидной смолой.

Кратковременный слышимый гул может быть заметен сразу при включении из-за пускового тока трансформатора, но быстро стабилизируется до нормального уровня (стабилизация может происходить до двух-трех секунд после включения).

В приложениях для аудио или передачи сигналов нежелательный шум будет влиять на качество звука, поэтому идеально подходит трансформатор с низкой слышимой вибрацией. По этой причине многие инженеры звуковых систем решают использовать тороидальный трансформатор вместо традиционного ламинированного трансформатора.

Компактный размер

По сравнению с традиционным ламинированным сердечником использование тороидального сердечника позволит уменьшить размер и вес трансформатора на 20–50 %, не влияя на общие характеристики.

Из-за уменьшенного размера и веса тороидальный трансформатор является идеальным выбором для приложений со строгими требованиями к размеру. Кроме того, мы можем разработать трансформатор специально для помещения заказчика.

Упрощенный монтаж
Тороидальные трансформаторы

легко монтируются. В большинстве случаев для крепления тороидального трансформатора требуется всего один болт. Для традиционного ламинированного трансформатора потребуется целых четыре винта/болта.

Если необходима дополнительная опора или если один болт не подходит, мы также предлагаем следующие конфигурации монтажа: вертикально установленный трансформатор между металлическими фланцами, трансформатор, заключенный в пластиковый или металлический корпус, или трансформатор, установленный внутри индивидуальный пластиковый или металлический корпус.

Посмотреть варианты монтажа

Монтажное оборудование для тороидального трансформатора

Благодаря своим компактным размерам наши тороидальные изделия легко монтируются, встраиваются в ваше оборудование или крепятся болтами к стене. Мы предлагаем несколько вариантов монтажа, каждый из которых зависит от размера тороида и номинальной мощности.

Металлический диск с изолирующими прокладками
  • Доступно до 1500 ВА
  • Содержимое поставляется отдельно
  • Резиновые прокладки, приклеенные к тороиду, опционально
  • Размеры пропорциональны размеру VA
  • Обеспечивает более эффективную защиту от ударов и вибрации
Герметичный с просверленным центральным отверстием
  • Доступно для всех размеров
  • Диаметр отверстия определяется заказчиком
  • Вогнутое днище, опционально
  • Удлинитель зенкерного отверстия, опционально
  • Резьбовая вставка, опционально
  • Доступны специальные варианты заливки
В круглом или квадратном корпусе
  • До 1000 ВА
  • Доступны пластиковые или металлические корпуса
  • Герметичный корпус из термопласта с резьбовой вставкой
  • Доступен теплопроводный эпоксидный материал, если указано
  • Обеспечивает превосходную защиту корпуса от ударов и вибрации
  • Различные размеры чашек и нестандартные размеры (требуются инструменты)
Специальная установка тороидального трансформатора

Наш инженерный персонал может разработать индивидуальный корпус, корпус или кронштейн в соответствии с вашими монтажными требованиями.Свяжитесь с нами, чтобы запросить нестандартное оборудование для монтажа тороидального трансформатора.

О тороидальных трансформаторах

Специализированные типы электрических трансформаторов, тороидальные трансформаторы являются относительно дорогими, но эффективными решениями для различных применений с низкой мощностью кВА. Их можно использовать для операций с более высокими номиналами кВА, но стоимость их конструкции, как правило, ограничивает их ценность для таких применений.Основная стоимость тороидального трансформатора — это обмотки из медного провода, намотанные на сердечник в форме пончика, состав материала которого варьируется от кремнистой стали, феррита и железа.

Трансформаторы используются для передачи электроэнергии от одной или нескольких цепей к одной или нескольким другим цепям без использования движущихся частей. Передача этой энергии осуществляется общим магнитным полем, что позволяет индуцировать изменения в токе от одной цепи к другой. Одним из наиболее важных применений трансформатора является возможность передачи энергии на чрезвычайно большие расстояния.Трансформаторы также можно использовать для изменения напряжения и тока в цепи постоянного тока, а также для преобразования мощности переменного или постоянного тока в другую.

В частности, тороидальные трансформаторы обладают исключительной эффективностью, минимальным избыточным шумом и малой избыточной индуктивностью рассеяния. Поскольку используется весь сердечник, тороидальные трансформаторы могут весить всего в два раза меньше, чем традиционный трансформатор, и при этом обеспечивать КПД более 90 процентов. Они классифицируются по вольт-амперам, а размер определяется рабочей частотой приложения.Для более высоких частот обычно требуются трансформаторы меньшего размера.

Новое оборудование для намотки и производства снизило стоимость тороидальных трансформаторов и позволило производить такие трансформаторы для более высоких мощностей. Тороидальные трансформаторы также используются в некоторых аудиоприложениях, а также во множестве электронных устройств. Производители обычно предлагают различные стандартные и нестандартные варианты монтажа, такие как болтовое крепление и литые резьбовые вставки, а также различные типы экранирования.

Больше от Electric & Power Generation

5 преимуществ использования тороидального трансформатора

Тороидальные трансформаторы

предпочтительнее использовать в качестве долгосрочного решения по многим причинам благодаря их высокой эффективности. Небольшие размеры и малый вес являются основными факторами, которые способствуют их высокому качеству работы. Они вдвое меньше по размеру и весу, чем более традиционные тороиды, что делает их идеальными для компактных источников питания.

Ключевой причиной их эффективности является то, что обмотки равномерно распределены по сердечнику, что способствует отсутствию механического шума.Еще одна причина, по которой тороидальные трансформаторы предпочтительнее в широком спектре оборудования, заключается в том, что они потребляют часть энергии, потребляемой в E-1 и других обычных трансформаторах.

Вот еще пять причин, по которым тороидальные трансформаторы используются во многих промышленных приложениях:

  1. Низкий уровень шума и низкое поле рассеяния — Поле, создаваемое намагничиванием, также известное как поле рассеяния, меньше в тороидальном трансформаторе из-за однородных обмоток сердечника.Меньшие магнитные помехи в тороидах приводят к более высокой производительности.

  2. Простота монтажа — С помощью всего одного винта тороидальные трансформаторы можно легко установить за короткое время. Это удобство помогает сократить время обслуживания и простоя.

  3. Низкая рабочая температура — Тороидальные трансформаторы работают при более низких температурах, чем трансформаторы с аналогичными характеристиками.

  4. Легкий сердечник — Сердечник тороидального трансформатора весит меньше, чем обычные трансформаторы, поскольку он состоит из меньшего количества сырья.

  5. Более экономичный — Поскольку тороидальные сердечники трансформаторов изготавливаются из меньшего количества материалов, они весят меньше, чем обычные трансформаторы, и потребляют меньше энергии, обеспечивая большую экономию средств и более высокую окупаемость инвестиций.

Связанный пост: Изготовленные на заказ тороидальные трансформаторы: должна ли стоимость быть помехой?

Вывод: Эффективность тороидальных трансформаторов делает их полезными для широкого спектра машин, таких как аудио- и видеооборудование, системы безопасности, телекоммуникационные системы, промышленное контрольное оборудование и оборудование для распределения электроэнергии.Экономическая эффективность является важным ключом к широкому использованию тороидальных трансформаторов, а также к тому, что их можно настроить под любой диаметр и высоту.

Allied Components International

Allied Components International специализируется на разработке и производстве широкого спектра магнитных компонентов и модулей, соответствующих отраслевым стандартам, таких как микросхемы индуктивности, нестандартные магнитные катушки индуктивности и нестандартные трансформаторы.Мы стремимся предоставлять нашим клиентам высококачественную продукцию, обеспечивать своевременные поставки и предлагать конкурентоспособные цены.

Мы являемся растущим предприятием в магнитной промышленности с более чем 20-летним опытом.

Что такое тороидальный силовой трансформатор?

Трансформаторы представляют собой электрические устройства, использующие электромагнитную индукцию для передачи энергии от одной цепи к другой. К наиболее распространенным типам трансформаторов относятся силовые трансформаторы, которые обычно используются в электрических системах для повышения мощности (т.т. е. увеличить) или понизить (т. е. уменьшить) уровни напряжения между цепями. Эти трансформаторы доступны в нескольких вариантах, каждый из которых предлагает различные рабочие характеристики.

В следующей статье основное внимание уделяется тороидальным силовым трансформаторам, включая описание того, что они из себя представляют, какие преимущества они предлагают, в каких промышленных областях они используются и чем они отличаются от стандартных трансформаторов.

Что такое тороидальный трансформатор?

Как и другие трансформаторы, тороидальный трансформатор работает по принципу электромагнитной индукции.Он имеет тороидальный сердечник, окруженный первичной и вторичной обмотками. Когда ток протекает через первичные обмотки, он создает электромагнитную силу (ЭДС), которая генерирует ток во вторичных обмотках; этот процесс позволяет передавать мощность от первичной катушки к вторичной катушке.

Преимущества тороидальных силовых трансформаторов

По сравнению с другими типами силовых трансформаторов тороидальные силовые трансформаторы имеют ряд преимуществ, таких как:

  • Более высокий КПД. Уникальная форма этих трансформаторов позволяет использовать более короткие катушки, что позволяет снизить уровень потерь и, следовательно, повысить эффективность системы.
  • Более низкая рабочая температура. Поскольку тороидальные трансформаторы более эффективны, чем другие силовые трансформаторы, они выделяют меньше тепла во время работы, что приводит к более низким рабочим температурам. Это качество, в свою очередь, снижает потребность в охлаждающих устройствах.
  • Меньшая занимаемая площадь. Катушки в тороидальных трансформаторах могут соприкасаться и перекрываться без ущерба для производительности, что позволяет этим трансформаторам быть более компактными, чем обычные силовые трансформаторы.
  • Более тихая работа. Эти трансформаторы производят меньше механического шума, чем трансформаторы EI.
  • Улучшенная защита от электромагнитных помех. Первичная и вторичная обмотки, покрывающие сердечник, действуют как экран от создаваемого магнитного поля, который защищает расположенное рядом чувствительное электронное оборудование от воздействия трансформатора во время работы.

Применение тороидальных силовых трансформаторов

6

(Щелкните для расширения)

Тороидальные силовые трансформаторы Найти применение в широком ассортименте отраслей, в том числе:

  • Aerospace
  • Аудио / визуальное оборудование
  • Automotive
  • Потребительские товары
  • Lighting
  • Медицинские
  • Медицинская и оборона
  • Генерация электроэнергии
  • Генерация электроэнергии
  • Возобновляемая энергия
  • Безопасность
  • Безопасность
  • Телекоммуникации

Из-за их компактного размера они часто используются в электронных устройствах и системах таких как компьютеры.Благодаря бесшумной работе они хорошо подходят для использования в усилителях, звуковом оборудовании, телевизорах и других аудио/видеосистемах. Эти качества в сочетании с высокой эффективностью и надежностью являются одной из причин, по которым они регулярно используются в медицинском оборудовании.

Тороидальные трансформаторы и обычные трансформаторы

Основное различие между тороидальными трансформаторами и обычными трансформаторами заключается в сердечнике.

  • Тороидальные трансформаторы имеют кольцевой сердечник, окруженный первичной и вторичной обмотками.Такая конструкция обеспечивает более эффективную передачу мощности и более компактную конструкцию. Некоторые из других преимуществ этих трансформаторов по сравнению с обычными трансформаторами включают более тихую работу и большую гибкость конструкции.
  • Обычные трансформаторы , также известные как трансформаторы EI, имеют сердечник, состоящий из стальных листов Е-образной формы и крышек I-образной формы. По сравнению с тороидальными трансформаторами они имеют гораздо более низкую цену.

Свяжитесь с экспертами по трансформаторам в MPS Industries сегодня

MPS Industries является производителем стандартных и нестандартных трансформаторов, сертифицированным по стандарту ISO 9001:2015.Мы предлагаем тороидальные трансформаторы, рассчитанные на напряжение от 50 до 30 000 В переменного тока и рабочие температуры до 70° C. Наша продукция производится в США и соответствует следующим стандартам: RoHS, REACH, CE, CSA, UL и ETL. Чтобы узнать больше о наших тороидальных трансформаторах или других электронных продуктах, свяжитесь с нами сегодня.

 

Тороидальный трансформатор | Electrical4U

Небольшие трансформаторы, используемые в коммерческих электрических устройствах, таких как телевизоры, компьютеры, аудиосистемы, могут быть изготовлены из двух различных форм сердечника: EI или квадратной формы и тороидальной формы.В прошлом форма сердечника EI была более популярной. В настоящее время, благодаря своим важным преимуществам, тороидальные трансформаторы стали очень популярными в приложениях, где требуется меньшая мощность.
Сердечник ЭИ перед сборкой имеет форму букв Е и I. Обмотка наматывается на центральную ветвь. Два внешних плеча создают дополнительный путь для магнитного потока. Поскольку идеально собрать его невозможно, после сборки остается воздушный зазор между E и I частями сердечника.Этот воздушный зазор увеличивает сопротивление трансформатора и, следовательно, потери в сердечнике. Поток магнитного потока дает электромагнитный вывод в среде, которая мешает другим компонентам, вызывая искажение звука. Преимуществом данного типа трансформатора является цена.

Сердечник тороидального трансформатора имеет круглую или кольцевую форму. Провода намотаны вокруг этой формы. Сердечник состоит из некоторых ферромагнитных материалов, таких как многослойное железо, железный порошок или феррит.В небольших трансформаторах с более высокой рабочей частотой от десятков кГц до сотен МГц обычно используется ферритовый сердечник. Сечение тороидального сердечника может быть квадратным, прямоугольным или круглым. Круглое сечение дороже.

Из-за симметричной тороидальной формы сердечника может выйти только небольшое количество магнитного потока. Этот тип трансформатора имеет потери в сердечнике от 10 до 20 % от общих потерь трансформатора. Другие типы трансформаторов имеют потери в сердечнике, составляющие 50% от общих потерь трансформатора.Из-за этих малых потерь в сердечнике тороидальные трансформаторы меньше и имеют меньший вес на 20-50% по сравнению с другими обычными трансформаторами.

Тороидальная конструкция обеспечивает работу трансформатора без акустического шума, в то время как вибрация металлических пластин может создавать акустический шум. Но цена тороидального трансформатора выше, чем у трансформаторов с пластинчатым сердечником. Конструкция тороидального трансформатора делает их производство намного дороже. Намотка проволоки требует более сложного и медленного оборудования.
Низкие потери очень важны для измерительных трансформаторов и потому, что этот тип трансформатора обычно используется для этой цели. Эти трансформаторы являются хорошим выбором для аудиоустройств из-за их низкого уровня шума и электромагнитных помех. Из-за высокой эффективности они имеют важное преимущество в применении усилителя. Они могли бы обеспечить гораздо большую мощность на выходе. Галогенная лампа использует тороидальные трансформаторы. Эти трансформаторы производятся с номинальной мощностью от 20 ВА до 500 ВА.Термовыключатель обычно встроен на случай перегрева.

Они применяются в промышленной электронике в качестве усилителей, зарядных устройств, выпрямителей, источников бесперебойного питания. Трансформатор доступен в диапазоне мощностей от 20 ВА до 7000 ВА. Они могут быть снабжены разным количеством выходов. Из-за дороговизны и сложности изготовления практически изготавливаются на диапазон мощностей до 10 кВА (очень редко до 20 кВА).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *