Что делает тороидальные трансформаторы более эффективными, чем обычные модели. Почему они меньше по размеру и весу. Какие у них есть ограничения. Где они лучше всего применяются.
Конструкция и принцип работы тороидального трансформатора
Тороидальный трансформатор получил свое название благодаря характерной форме сердечника в виде тора (кольца). Конструктивно он представляет собой кольцевой сердечник, на который намотаны первичная и вторичная обмотки.
Сердечник изготавливается из ленточной трансформаторной стали или магнитомягких ферритов. Обмотки равномерно распределены по всей поверхности сердечника.
Такая конструкция обеспечивает ряд существенных преимуществ по сравнению с классическими трансформаторами стержневого или броневого типа.
Основные преимущества тороидальных трансформаторов
Компактность и малый вес
За счет оптимальной формы сердечника и равномерного распределения обмоток тороидальные трансформаторы имеют существенно меньшие габариты и вес по сравнению с аналогами той же мощности:
- Размеры меньше на 40-50%
- Вес меньше на 30-40%
Это делает их незаменимыми в портативной технике и устройствах, где критичны массогабаритные параметры.
Высокий КПД
КПД тороидальных трансформаторов достигает 90-95%, что на 5-10% выше, чем у обычных моделей. Это обусловлено следующими факторами:
- Минимальные потери в сердечнике за счет отсутствия стыков
- Малая длина витков обмоток
- Равномерное распределение магнитного потока
Высокий КПД особенно важен для мощных трансформаторов, работающих с большими токами.
Низкий уровень электромагнитных помех
Благодаря замкнутой кольцевой форме сердечника тороидальные трансформаторы имеют минимальное внешнее магнитное поле рассеяния. Оно в 8-10 раз меньше, чем у обычных трансформаторов.
Это позволяет использовать их без дополнительного экранирования в чувствительной электронной аппаратуре:
- Аудиотехника
- Медицинское оборудование
- Измерительные приборы
Области применения тороидальных трансформаторов
Благодаря своим уникальным характеристикам тороидальные трансформаторы нашли широкое применение в различных отраслях:
Бытовая электроника
В бытовой технике тороидальные трансформаторы используются в:
- Аудио усилителях
- Источниках бесперебойного питания
- Зарядных устройствах
- Блоках питания компьютеров и ноутбуков
Малые габариты и вес позволяют создавать компактные устройства с высокими характеристиками.
Промышленная электроника
В промышленности тороидальные трансформаторы применяются в:
- Сварочных аппаратах
- Источниках питания для гальванических производств
- Системах электропитания станков с ЧПУ
- Преобразователях частоты
Высокий КПД и надежность обеспечивают экономичность и долговечность промышленного оборудования.
Недостатки тороидальных трансформаторов
Несмотря на множество достоинств, тороидальные трансформаторы имеют и некоторые недостатки:
Сложность изготовления
Намотка обмоток на кольцевой сердечник — более трудоемкий процесс, чем изготовление обычных трансформаторов. Это приводит к удорожанию производства.
Проблема пускового тока
При включении тороидальные трансформаторы могут потреблять повышенный пусковой ток из-за отсутствия воздушного зазора в магнитопроводе. Это может вызывать срабатывание защиты.
Сложность экранирования
Установка электростатического экрана между обмотками в тороидальном трансформаторе технологически сложна. Это ограничивает возможности по снижению емкостной связи между обмотками.
Сравнение тороидальных и классических трансформаторов
Для наглядного сравнения характеристик тороидальных и обычных трансформаторов приведем основные параметры в виде таблицы:
| Параметр | Тороидальный | Классический |
|---|---|---|
| Габариты | Меньше на 40-50% | Больше |
| Вес | Меньше на 30-40% | Больше |
| КПД | 90-95% | 80-85% |
| Внешнее магнитное поле | Минимальное | Значительное |
| Уровень шума | Низкий | Средний |
| Стоимость | Выше | Ниже |
Особенности выбора тороидального трансформатора
При выборе тороидального трансформатора следует учитывать ряд важных факторов:
Мощность
Мощность трансформатора должна соответствовать нагрузке с запасом 20-30%. Недогруженный трансформатор будет работать неэффективно, а перегруженный — перегреваться.
Напряжение
Первичное напряжение выбирается в соответствии с питающей сетью. Вторичное — в зависимости от требований нагрузки.
Габариты
Необходимо учитывать место для установки трансформатора в конечном устройстве. Тороидальные модели позволяют сэкономить пространство.
Электромагнитная совместимость
Для чувствительной аппаратуры важно выбирать трансформаторы с минимальным внешним магнитным полем.
Перспективы развития тороидальных трансформаторов
Технология производства тороидальных трансформаторов постоянно совершенствуется. Основные направления развития:
- Применение новых магнитомягких материалов для сердечников
- Оптимизация геометрии обмоток
- Улучшение теплоотвода
- Снижение себестоимости производства
Это позволит еще больше улучшить характеристики и расширить области применения тороидальных трансформаторов.
Заключение
Тороидальные трансформаторы обладают рядом существенных преимуществ перед классическими моделями:
- Компактность и малый вес
- Высокий КПД
- Низкий уровень электромагнитных помех
- Минимальный уровень шума
Это делает их незаменимыми во многих областях современной электроники и электротехники. Несмотря на более высокую стоимость, тороидальные трансформаторы часто оказываются оптимальным выбором, особенно для портативных устройств и чувствительной аппаратуры.
При правильном выборе с учетом особенностей конкретного применения, тороидальные трансформаторы способны обеспечить наилучшие технические характеристики конечных изделий.
Какие преимущества использования тороидальных трансформаторов?
Тороидальный трансформатор получил свое название благодаря внешнему виду-фигуре тор. Напоминает форму пончика.Конструктивно представляет собой кольцо, намотанное из рулонной ламинированной трансформаторной стали,либо из прессованного порошка (феррит, альцифер…) вокруг которого намотана кольцевая обмотка. Эти трансформаторы используются в различных приложениях, таких как -усилители, источники питания и инверторы и многих других. Существует множество причин, по которым
1.Малый размер и легкий вес. Тороидальный трансформатор — это почти половина размера и веса других стандартных трансформаторов такой же мощности! Потому что идеальная форма трансформатора требует наименьшего расхода материала. Кроме того, обмотки симметрично распределены по всему сердечнику, что делает длину провода очень короткой. Компактный размер делает его полезным для использования в небольших компактных электрических изделиях.
2.Гибкие размеры. В то время как поперечное сечение тороидального трансформатора остается постоянным, высоту и диаметр можно изменять в зависимости от мощности . Это означает, что тороидальные трансформаторы могут использоваться в устройствах, где другие трансформаторы не подходят.
3.Легкость в монтаже Тороидальные трансформаторы требуют только одного центрального болта для монтажа. Это приводит к более быстрому и простому монтажу трансформаторов, что сокращает время сборки при производстве оборудования. С другой стороны, для других стандартных трансформаторов требуется четыре винта. Тороидальные трансформаторы можно монтировать с помощью монтажных пластин без давления, заливки в центр смолы с латунными вставками, монтажа на печатной плате или полной герметизации в пластиковых или металлических корпусах.
4.Высокая эффективность КПД трансформатора может быть опред елен как полезная выходная мощность, подаваемая на нагрузку, деленная на мощность, подводимую к трансформатору.
5.Низкий механический шум Когда обмотки и слои сердечника вибрируют из-за сил между витками катушки и расслоением сердечника, в трансформаторах возникает слышимый гул. Кроме того, гул увеличивается со временем, когда ламинирующий слой начинает ослабевать. Конструкция затянута резьбовой шпилькой,которая также со временем ослабевает. Но конструкция тороидальных трансформаторов помогает ослабить акустический шум! Сердечник плотно, с предварительным натяжением намотан, точечно сварен и отожжен. Равномерная намотка сердечника не оставляет воздушных зазоров, таким образом не остается незакрепленных вибрирующих листов, что в конечном итоге приводит к снижению шума.
6.Слабое магнитное поле Из-за уникальной конструкции тороидальных трансформаторов они излучают около 1/10 магнитного поля трансформаторов других конструкций. Это магнитное поле преобразует энергию от первичной к вторичной обмоткам. Тем самым нет необходимости в каком-либо специальном экранировании, что делает эти трансформаторы подходящими для применения в чувствительном электронном оборудовании, таком как медицинское оборудование, ЭЛТ и усилители низкого уровня.
Все вышеперечисленные преимущества ясно показывают, почему тороидальные трансформаторы намного лучше по сравнению с другими стандартными трансформаторами. Вы можете
Тороидальный сварочный трансформатор
индустрия »
Электротехника »
Сварочные аппараты »
Сварочный трансформатор
Чем в первую очередь привлекает тороидальный сварочный трансформатор для бытовых потребностей, так это своей компактностью, весом и хорошей экономичностью.
Классический вариант сердечника изготавливается из ленты трансформаторного железа методом обычной намотки до необходимого сечения. Умельцы используют готовый статор от сгоревшего электродвигателя подходящего размера или кропотливо собирают из длинных пластин от старого трансформатора, что дает низкое качество будущему магнитопроводу сварочного трансформатора. Воздушные зазоры между пластинами дают сильное магнитное рассеивание, снижая КПД и вызывая нагрев обмоток.
Тороидальный сварочный трансформатор по схеме управления не отличается от устройств с понижающими трансформаторами другой конструкции.
Регулирующее устройство обеспечивает регулировку тока и создание падающей вольтамперной характеристики тока. В качестве регулятора используются известные дросселя и намагниченные шунты, работающие по принципу изменения воздушного зазора. Кольцевая форма сердечника облегчает естественное охлаждение трансформатора, что естественно повышает его эффективность. Сварочные трансформаторы небольшой мощности не требуют принудительного охлаждения с помощью вентилятора, что упрощает его конструкцию и габариты.
Сложность изготовления (намотки обмоток) при изготовлении трансформатора своими руками выше, чем для стержневых систем, даже с применением кольцевого челнока, но в промышленном производстве процесс механизирован и не представляет трудностей. А преимущества готового изделия окупаются при использовании. Экономические данные тороидального трансформатора превосходят стержневые при рабочем напряжении на 25-30%, а в холостом ходу свыше 50%. Диапазон мощностей тороидальных устройств достигает 1000Вт.
В магазинах можно встретить тороидальный сварочный трансформатор постоянного тока, но это будет сварочный выпрямитель на базе тороидального трансформатора. Термин трансформатор для сварочных устройств используется только для переменного тока, так принято в технике.
Читайте также
- Трансформатор сварочный 380 вольт
В чем достоинства и недостатки сварочных трансформаторов работающих на 380 вольтах вы узнаете из этой статьи. …
- Сварочные трансформаторы переменного тока
Что такое трансформаторы сварочные, работающие на переменном токе, для чего они используются, в чем их достоинства и недостатки. …
- Сварочный аппарат трансформатор
Где и в каких случаях необходимо использовать трансформаторный сварочный аппарат, а так-же в чем достоинства и недостатки этой техники вы узнаете из …
US Magnetics » Почему тороид? Примечания к тороидальным трансформаторам
Почему тороид? Примечания по тороидальным трансформаторам
Ralph Livingstone
Тороидальные («бубликовые») трансформаторы являются популярным выбором для самых требовательных приложений, где размер и вес имеют большое значение в системе конечного использования.
Форма тороидального сердечника трансформатора дает несколько преимуществ конструкции трансформатора, а также несколько недостатков. В интересах проектировщика системы учитывать, как каждый фактор может повлиять на его применение при выборе трансформатора.
Размер и вес
Перемещение мертвого груза дорого обходится. Исследования экономии топлива коммерческих и военных самолетов показывают разные результаты, но общепризнано, что один фунт веса самолета будет стоить десятки тысяч долларов в виде затрат на топливо в течение срока службы самолета. Таким образом, главной задачей конструкторов авиационных систем или компонентов стало максимально возможное снижение веса. В трансформаторе это означает минимизацию массы используемых материалов сердечника и обмотки. Хотя оптимальная конструкция трансформатора всегда является балансом между поперечным сечением сердечника и площадью медной обмотки, можно утверждать, что потери в меди являются единственной переменной, определяющей окончательный размер и вес трансформатора.
Для того чтобы обычный трансформатор мог эффективно передавать энергию от первичной обмотки к вторичной, необходимо, чтобы магнитопровод работал в области значительно ниже точки плотности потока насыщения. Эксплуатация выше этого предела приведет к высоким пиковым входным токам, гармоническим токам, наложенным на входной источник, а также к искажению или падению формы волны вторичного напряжения. В уравнении для расчета максимальной магнитной индукции площадь поперечного сечения сердечника трансформатора и количество первичных витков находятся в знаменателе. Это означает, что размер сердечника может быть уменьшен в той же пропорции, в какой увеличивается число первичных витков, без влияния на плотность потока.
На практике, чтобы разместить больше первичных витков на заданной площади обмотки сердечника, необходимо уменьшить диаметр провода. Одновременное уменьшение диаметра провода и увеличение длины проводника обмотки (с увеличением витков) приведет к увеличению резистивных потерь обмотки.
Увеличение доступной площади обмотки и уменьшение длины провода, необходимого для завершения каждого витка, являются двумя эффективными способами снижения повышенных потерь в меди, вызванных увеличением числа витков.
Увеличение площади обмотки может быть достигнуто за счет увеличения либо глубины, либо ширины обмотки, но само по себе увеличение глубины может привести к большим трудностям отвода избыточного тепла от конструкции обмотки. Таким образом, становится очевидным, что сердечник, который позволяет разместить провод по всей длине его конструкции, обеспечит оптимальное использование доступной площади обмотки. Сердечник в форме стержня соответствует этому критерию, но его открытая магнитная структура привела бы к высокому току намагничивания и нежелательному влиянию магнитного поля рассеяния. Если соединить концы стержнеобразного сердечника, чтобы закрыть магнитный путь, получится сердечник тороидальной формы. Теоретически круглое сечение сердечника представляет собой оптимальную форму для уменьшения длины витка обмотки на единицу объема, поскольку круг — это форма, которая охватывает наибольшую площадь на единицу длины периметра.
Однако на практике часто можно лучше использовать фактически доступный объем, используя тороидальный сердечник с квадратным или прямоугольным поперечным сечением.
Обмотки тороидального трансформатора открыты по всей поверхности трансформатора, что обеспечивает оптимальную передачу тепла от медных обмоток. Это часто позволяет разработчику использовать провод несколько меньшего калибра, чем было бы целесообразно в противном случае, без превышения указанного предела повышения температуры, если позволяют соображения регулирования нагрузки и эффективности.
Уменьшение объемов сердечника и меди, следовательно, работает вместе, чтобы сделать тороидальную конфигурацию идеальным выбором, когда первостепенными соображениями являются уменьшение размера и веса.
Самоэкранирующий
Закрытая конструкция тороидального сердечника без естественного воздушного зазора на его магнитном пути значительно снижает утечку рассеянного магнитного поля по сравнению с обычными формами сердечника.
Размещение обмоток трансформатора по всей поверхности сердечника приводит к оптимизированной связи потока магнитного сердечника с обмотками. Такое размещение ограничивает влияние утечки магнитного поля H из сердечника на внешнюю схему; тороидальные трансформаторы в большинстве приложений не требуют дополнительного магнитного экранирования. Добавление внешнего магнитного экрана, конечно, все еще может быть использовано, если необходимо ограничить влияние внешнего излучения Н-поля на обмотки трансформатора. Форма тороидальной катушки упрощает добавление внешнего электростатического экрана, что ограничивает влияние излучения электромагнитного поля на внешние обмотки трансформатора или от них.
Другой башмак – недостатки тороидальных трансформаторов
Несмотря на все преимущества, которые они предлагают, тороидальные трансформаторы имеют несколько недостатков по сравнению с обычными трансформаторами с сердечником или оболочкой. Первым из них и наиболее очевидным является трудозатраты, связанные с намоткой катушки тороидального трансформатора.
В обычной катушке с катушкой или трубчатой обмоткой каждая обмотка может непрерывно подаваться с высокой скоростью на форму катушки непосредственно с рулона магнитной проволоки. Структура сердечника — будь то пакет пластин, разрезанный сердечник, прессованная ферритовая форма и т. д. — затем добавляется на подготовленную структуру катушки. При использовании тороидального сердечника вся оставшаяся длина провода для полной обмотки должна проходить через отверстие сердечника каждый раз, когда к катушке добавляется один виток провода. Это означает, что в катушечном трансформаторе с 3300 витками на первичной обмотке каждый виток наматывается на катушку один раз. В подобном трансформаторе, намотанном на тороидальном сердечнике, всю длину провода для катушки необходимо предварительно нагрузить через отверстие сердечника на челнок. Затем каждый виток провода должен снова проходить через отверстие от 1 до 3300 раз — в зависимости от того, где он находится в обмотке. Увеличение рабочего времени, необходимого для выполнения этого повторяющегося движения, несколько снижается, поскольку в тороидальной конструкции не требуется штабелирования или сборки сердечника.
Однако конечным эффектом обычно является чистое увеличение общего рабочего времени.
Другим недостатком тороидального сердечника является то, что иногда возникают проблемы либо во время испытаний, либо в полевых условиях во время реальной эксплуатации. Это проблема пускового тока. Когда трансформатор работает, его сердечник намагничивается попеременно от +B MAX до – B MAX в соответствии с наведенным первичным током намагничивания. Если напряжение, подаваемое на первичную обмотку, мгновенно прервется, как при размыкании выключателя, сердечник останется до некоторой степени намагниченным в той же полярности, что и в момент отключения ввода. Это состояние называют остаточным магнетизмом. Когда питание повторно подается на первичную обмотку, если полярность приложенного синусоидального напряжения такова, что его увеличивающаяся амплитуда усиливает поток в уже намагниченном сердечнике трансформатора, нередко поток сердечника приближается или даже превышает предел насыщения сердечника.
в течение нескольких циклов, что приводит к скачку входного тока, который может значительно превышать нормальный входной ток при полной нагрузке. Это раздражающее явление, называемое пусковым током, практически не зависит от выходной нагрузки. Если это не контролировать, это может привести к ложному срабатыванию системных предохранителей или автоматических выключателей. В обычном сердечнике трансформатора сборка пакета ламинирования или набора сердечников приводит к естественному воздушному зазору порядка нескольких десятитысячных дюйма на пути магнитного поля. Низкая проницаемость этого воздушного зазора последовательно с проницаемостью сердечника способствует ограничению пускового тока. Однако в тороидальном сердечнике этого воздушного зазора нет. Поэтому конечный пользователь должен знать об этой проблеме и указать максимальный пусковой ток, если это может стать проблемой на системном уровне. Разработчик должен контролировать и тестировать пусковой ток каждой новой конструкции трансформатора, особенно при использовании тороидального сердечника.
Еще одна трудность, о которой следует упомянуть при обсуждении тороидов, связана с добавлением электростатического экрана между обмотками. В обычной конструкции трансформатора добавление экрана — это довольно простой вопрос добавления слоя (или нескольких слоев) изолированной проводящей фольги между обмотками, при этом необходимо следить за правильным подключением и, конечно же, избегать короткого замыкания концов экрана. В тороидальной катушке форма делает установку этого типа экрана очень трудоемкой. По этой причине многие производители трансформаторов конструируют экраны для тороидальных трансформаторов, обертывая между слоями обмотки перекрывающиеся витки изолированной ленты из медной или алюминиевой фольги. Чтобы точно соответствовать тороидальной катушке, это часто означает использование множества витков узкой ленты. К сожалению, витки фольгированной ленты, проходящие через апертуру сердечника, могут иметь значительную самоиндукцию, которая будет последовательно с каналом стока, что сильно ограничивает эффективность экрана.
Таким образом, добавление эффективного электростатического экрана к тороидальному трансформатору является своего рода компромиссом между экономией труда и производительностью экрана.
Пожалуйста, позвоните нам, чтобы обсудить ваши технические проблемы — Toroid может быть правильным решением!
Каковы преимущества тороидальных трансформаторов?
Возможно, вы знаете, что тороидальные трансформаторы меньше, легче и эффективнее других обычных трансформаторов. Почему и чем они лучше подробно рассмотрено ниже. Если вы хотите приобрести лучший в своем классе тороидальный трансформатор в Индии , вы можете связаться с Miracle Electronics, известным производителем трансформаторов в Индии на протяжении последних 21 года, который производит трансформаторы, соответствующие требованиям RoHS, Reach Compliant. , маркировка CE и UL. Тороидальные трансформаторы производства Miracle Electronics также гарантируют качество и безопасность.
Маленькие и легкие Тороидальные трансформаторы имеют идеальную форму, для которой требуется минимум материалов.
Он экономит до 50% веса и размера по сравнению с другими трансформаторами! Обмотки симметрично распределены по всему сердечнику, что делает длину провода очень короткой. Конструкция шкафов и их механическая геометрия упрощены по сравнению с другими трансформаторами. Его небольшой и компактный размер соответствует потребностям современных электрических и электронных продуктов.
Тороидальные трансформаторы излучают очень слабые электромагнитные поля по сравнению с другими трансформаторами. Как правило, в 8 раз ниже, чем у других типов трансформаторов, что означает 1/8 th их уровня. Тороидальные трансформаторы демонстрируют примерно на 85-95% более низкое магнитное поле рассеяния, чем другие. Фактически, для большинства применений не требуется специального экранирования. Таким образом, тороидальные трансформаторы являются лучшим выбором для чувствительных электронных систем, таких как усилители низкого уровня или используемые в медицинском оборудовании.
Равномерные витки, охватывающие сердечник, не оставляют воздушных зазоров и, следовательно, свободных листов, которые могут вибрировать. Из-за очень низкой магнитострикции в тороидальных трансформаторах отсутствует мешающий гул, в отличие от других обычных трансформаторов. Таким образом, бесшумные тороидальные трансформаторы идеально подходят для мест, где недопустимы шумы, например, в медицинских учреждениях.
Электрический КПД Высококачественная текстурированная сталь, которая используется во всех областях сердечника, и обмотки, распределенные симметрично по всей окружности сердечника, являются двумя причинами, которые приводят к лучшему электрическому КПД тороидальных трансформаторов. Используемая сталь приводит к тому, что сердечник работает при 15-16 кГ, а обмотки уменьшают длину медного провода на виток. Таким образом, меньшее потребление стали и меди с меньшими потерями в сердечнике и меди приводит к экономии энергии.
