Transformatory

Zasilanie zdecydowanej większości urządzeń elektronicznych wymaga obniżenia napięcia sieciowego w celu dostosowania go do poziomu odpowiedniego dla danego odbiornika energii. Niemal zawsze stosowany jest w tym celu odpowiedni transformator – wyjątkiem są jedynie najprostsze konstrukcje, np. żarówki LED.

Transformator - zasada działania

Klasyczny transformator działa w oparciu o sprzężenie magnetyczne pomiędzy dwoma uzwojeniami (cewkami) nawiniętymi na wspólny rdzeń. Zasilenie jednego z nich (nazywanego uzwojeniem pierwotnym) powoduje wytworzenie zmiennego strumienia magnetycznego wewnątrz rdzenia, co w efekcie indukuje napięcie w uzwojeniu wtórnym. W ten sposób można podwyższać lub obniżać napięcie w bardzo szerokim zakresie, a stosunek obu napięć zależy od tzw. przekładni transformatora, czyli stosunku liczby zwojów uzwojenia pierwotnego do liczby zwojów uzwojenia wtórnego. W szczególnym przypadku obydwa uzwojenia mogą mieć dokładnie tyle samo zwojów – otrzymujemy wtedy tzw. transformator izolacyjny, którego zadaniem jest tylko i wyłącznie galwaniczne odseparowanie obwodu wtórnego od sieci zasilającej, co ma na celu zapewnienie bezpieczeństwa przeciwporażeniowego.

Parametry transformatorów

Każdy transformator można opisać za pomocą zestawu parametrów technicznych, z których – oprócz przekładni – należy wymienić przede wszystkim następujące wielkości oraz cechy konstrukcyjne.

• Liczba uzwojeń – najprostszy transformator jest zbudowany z dwóch uzwojeń (pierwotnego i wtórnego), jednak nic nie stoi na przeszkodzie by na tym samym rdzeniu nawinąć także kilka dodatkowych cewek. Zdecydowanie najczęściej spotykane są konstrukcje z podwójnym uzwojeniem wtórnym, jednak np. specjalistyczne transformatory do wzmacniaczy lampowych mogą mieć nawet… osiem uzwojeń wtórnych o napięciach znamionowych od kilku do ponad 200 V!

• Moc – każdy transformator ma określoną przez producenta moc obciążenia, którą urządzenie może przenosić bez ryzyka uszkodzenia (np. przepalenia uzwojeń lub zwarcia izolacji). Warto dodać, że mówimy tutaj o mocy pozornej wyrażanej w woltoamperach [VA].

• Napięcie pierwotne – zdecydowana większość popularnych transformatorów pracuje z napięciem uzwojenia pierwotnego równym 230 V (stosowanym m.in. w Polsce) lub 115 V (np. w USA). Wybierając transformator do budowy zasilacza sieciowego należy zawsze upewnić się, że jest on przeznaczony właśnie do tego celu, gdyż na rynku można spotkać także rozmaite konstrukcje opracowane z myślą o znacznie niższych napięciach pracy (a co za tym idzie – niezapewniające wymaganego poziomu izolacji).

• Napięcie uzwojenia wtórnego – wartość napięcia dostępnego na uzwojeniu wtórnym wynika z napięcia pierwotnego oraz przekładni transformatora, a zatem wartości podane w katalogach producentów zawsze są określane dla nominalnego napięcia wejściowego, równego np. 230 V. Co ważne, w stanie jałowym (tj. bez obciążenia) po stronie wtórnej napięcie zawsze jest nieco wyższe (zwykle o kilka woltów) niż wartość zapisana w specyfikacji technicznej, co wynika z rezystancji wewnętrznej uzwojenia – więcej na ten temat przeczytasz w tym artykule.

• Prąd uzwojenia wtórnego – w danych technicznych transformatora zawsze podana jest dopuszczalna wartość obciążenia uzwojenia wtórnego. Warto pamiętać, że w przypadku transformatorów – podobnie jak zresztą we wszystkich innych urządzeniach – obowiązuje zawsze zasada zachowania energii. Oznacza to, że moc pobierana przez transformator ze źródła zasilania (np. sieci energetycznej) jest w przybliżeniu równa mocy dostępnej na wyjściu. Jeżeli zatem nasz transformator obniża napięcie z 230 V do 12 V, to prąd pobierany z sieci będzie także odpowiednio niższy niż prąd uzwojenia wtórnego – w tym przypadku około 230 V/12 V ≈ 19 razy. W rzeczywistości moc pobierana przez uzwojenie pierwotne jest równa sumie mocy obciążenia oraz nieuniknionych strat, które mają swoje źródło zarówno w rezystancji uzwojeń, jak i rozmaitych efektach magnetycznych.

• Częstotliwość pracy – transformatory sieciowe są dostosowane do pracy z napięciem o częstotliwości 50...60 Hz, jednak nie jest to uniwersalna reguła. Przykładowo – transformatory głośnikowe muszą poprawnie przenosić sygnały w paśmie akustycznym (do kilkunastu...20 kHz), zaś transformatory stosowane w zasilaczach impulsowych pracują przy częstotliwościach rzędu od kilkudziesięciu kiloherców nawet do pojedynczych MHz.

Rodzaje transformatorów

Materiał rdzenia oraz konstrukcja transformatora w ogromnej mierze wpływają na jego parametry użytkowe. W Sklepie AVT znajdziesz następujące rodzaje transformatorów:

• transformatory sieciowe TS znajdują zastosowanie w urządzeniach małej i średniej mocy (od około 1 VA do 50 VA) – można je znaleźć w rozmaitych sprzętach audio, wyposażeniu gospodarstwa domowego, czy też niektórych urządzeniach pomiarowych,

• transformatory toroidalne dobrze sprawdzają się w urządzeniach o większym zapotrzebowaniu energetycznym, np. wzmacniaczach audio – oferują bowiem dużą moc przy relatywnie małych wymiarach i masie,

• transformatory zalewane to podgrupa transformatorów sieciowych produkowanych w hermetycznych obudowach tworzywowych wypełnionych zalewą epoksydową, dzięki której zyskują doskonałą trwałość i odporność na warunki środowiskowe czy też procesy technologiczne (np. mycie PCB po montażu),

• transformatory do wzmacniaczy lampowych charakteryzują się zwiększoną liczbą uzwojeń wtórnych o zróżnicowanych napięciach, przy czym jedno z uzwojeń oferuje dość wysokie napięcie (~200...230 V), niezbędne do właściwego zasilania lamp elektronowych,

• autotransformatory stanowią specyficzną odmianę klasycznych transformatorów, w których konstrukcji znajduje się tylko jedno uzwojenie z odczepem, pełniące zarazem rolę obwodu pierwotnego oraz wtórnego. Częstym zastosowaniem autotransformatorów jest obniżanie napięcia sieciowego z 230 V do 115 V, co umożliwia bezpieczne zasilanie niektórych urządzeń zagranicznych.

FAQ

Do czego służy transformator?

Transformator to podzespół elektryczny służący do konwersji napięcia przemiennego. W zależności liczby uzwojeń po obu stronach (pierwotnej oraz wtórnej) transformator może obniżać lub podwyższać napięcie.

Jak jest zbudowany transformator?

Podstawowe elementy transformatora to przynajmniej dwa uzwojenia (cewki) – pierwotne oraz wtórne – nawinięte na rdzeń pełniący rolę magnetowodu. Bardzo duże znaczenie dla bezpieczeństwa ma odpowiednia izolacja pomiędzy uzwojeniami a rdzeniem.

Jak sprawdzić transformator?

Podstawowego sprawdzenia transformatora można dokonać za pomocą omomierza. Rezystancja uzwojeń powinna być stosunkowo niska, podczas gdy pomiędzy uzwojeniami – niemierzalnie wysoka (przy użyciu standardowego miernika).

Jak zmierzyć napięcie transformatora?

Napięcie transformatora należy mierzyć zawsze po obciążeniu uzwojenia wtórnego prądem znamionowym – tylko wtedy pomiar będzie wiarygodny (wskazanie woltomierza powinno być w przybliżeniu równe wartości podanej przez producenta). W przypadku pomiaru w trybie jałowym (bez obciążenia obwodu wtórnego) napięcie będzie zawyżone, zwykle o kilka woltów.

Jaki transformator do wzmacniacza?

We wzmacniaczach mocy stosowane są często transformatory toroidalne z uwagi na dużą wydajność przy relatywnie kompaktowej budowie. W mniejszych układach (np. przedwzmacniaczach lub wzmacniaczach słuchawkowych) dobrze sprawdzają się zwykłe transformatory sieciowe z serii TS lub transformatory zalewane.

Czy transformator jest konieczny do budowy zasilacza?

W zdecydowanej większości przypadków zasilacze sieciowe (liniowe oraz impulsowe) bazują na transformatorach. Istnieją także tzw. zasilacze beztransformatorowe, jednak są one stosowane rzadziej, głównie z uwagi na brak izolacji chroniącej przed porażeniem w przypadku dotknięcia któregoś z punktów pracującego obwodu.