Diferentes tipos de transformadores e suas aplicações

Um transformador é um dispositivo amplamente utilizado no domínio elétrico e eletrônico. É um dispositivo eletromagnético que segue o princípio básico do eletromagnetismo descoberto por Michael Faraday. Nós cobrimos cerca de construção Transformadores e operação em detalhes no tutorial anterior. Aqui, cobriremos diferentes tipos de transformadores usados ​​em diferentes tipos de aplicações. No entanto, todos os tipos de transformadores seguem os mesmos princípios, mas têm métodos de construção diferentes. E com um pouco de esforço, você também pode construir seu próprio transformador, mas ao construir o transformador, deve-se sempre seguir as técnicas de proteção de transformador.

Tipos de transformador com base no nível de tensão

Um Transformer pode ter vários tipos de construção. O transformador não tem nenhuma conexão elétrica de um lado para o outro; ainda assim, as duas bobinas eletricamente independentes podem conduzir a eletricidade por fluxo eletromagnético. Um transformador pode ter várias bobinas ou enrolamentos no lado primário e também no lado secundário. Em vários casos, vários lados primários, onde duas bobinas são conectadas em série, geralmente chamados de centro com derivação. Esta condição de rosqueamento central também pode ser vista no lado secundário.

Os transformadores podem ser construídos de forma a converter o nível de tensão do lado primário para o lado secundário. Dependendo do nível de tensão, o transformador possui três categorias. Transformador de redução, elevação e isolamento. Para o transformador de isolamento, o nível de tensão é o mesmo para ambos os lados.

1. Transformador Abaixador

O transformador abaixador é usado tanto no domínio eletrônico quanto elétrico. Um transformador redutor converte o nível de tensão primário em uma tensão mais baixa na saída secundária. Isso é obtido pela proporção de enrolamentos primários e secundários. Para transformadores abaixadores, o número de enrolamentos é maior no lado primário do que no lado secundário. Portanto, a proporção geral de enrolamento de primário e secundário sempre permanece mais do que 1.

Em eletrônica, muitas aplicações funcionam em 5 V, 6 V, 9 V, 12 V, 24 V ou em alguns casos 48 V. Para converter a tensão de saída de energia monofásica de 230 Vca para o nível de baixa tensão desejado, são necessários transformadores redutores. Na instrumentação, bem como em muitos tipos de equipamentos elétricos, o transformador Abaixador é o principal requisito para a seção de alimentação. Eles também são usados ​​em adaptadores de energia e circuitos de carregadores de telefones celulares.

Na parte elétrica, os transformadores redutores são usados ​​no sistema de distribuição elétrica que funciona em alta tensão para garantir baixa perda e uma solução econômica para requisitos de fornecimento de energia de longa distância. Para converter a alta tensão em uma linha de alimentação de baixa tensão, é usado o transformador redutor.

2. Transformador Step-Up

O transformador intensificador é exatamente o oposto do transformador redutor. O transformador de intensificação aumenta a tensão primária baixa para uma tensão secundária alta. Mais uma vez, é obtido pela proporção da relação de enrolamento primário e secundário. Para o transformador Step Up, a relação entre o enrolamento primário e o enrolamento secundário permanece menor que 1. Isso significa que o número de voltas no enrolamento secundário é maior do que no enrolamento primário.

Em eletrônica, transformadores elevadores frequentemente usados ​​em estabilizadores, inversores, etc., onde a baixa tensão é convertida em uma tensão muito mais alta.

Um transformador elevador também é usado na distribuição de energia elétrica. A alta tensão é necessária para aplicações relacionadas à distribuição de energia. O transformador intensificador é usado na rede para elevar o nível de tensão antes da distribuição.

3. Transformador de isolamento

O transformador de isolamento não converte nenhum nível de tensão. A tensão primária e a tensão secundária de um transformador de isolamento sempre permanecem as mesmas. Isso ocorre porque a relação de enrolamento primário e secundário é sempre igual a 1. Isso significa que o número de voltas no enrolamento primário e secundário é o mesmo no transformador de isolamento.

O transformador de isolamento é usado para isolar o primário e o secundário. Conforme discutido anteriormente, o transformador não possui nenhuma conexão elétrica entre o primário e o secundário, ele também é utilizado como uma barreira de isolamento onde a condução ocorre apenas com o fluxo magnético. É usado para fins de segurança e para cancelar a transferência de ruído do primário para o secundário ou vice-versa.

Tipos de transformador com base no material do núcleo

O transformador transfere a energia conduzindo um fluxo eletromagnético através de um material do núcleo. Diferentes materiais de núcleo produzem diferentes densidades de fluxo. Dependendo dos materiais do núcleo, vários tipos de transformadores são usados ​​no domínio da potência e da eletrônica.

1. Transformador de núcleo de ferro

O transformador de núcleo de ferro usa várias placas de ferro macio como o material do núcleo. Devido às excelentes propriedades magnéticas do ferro, a ligação de fluxo do transformador de núcleo de ferro é muito alta. Assim, a eficiência do transformador de núcleo de ferro também é alta.

As placas do núcleo de ferro macio podem estar disponíveis em vários formatos e tamanhos. As bobinas da ferida primária e secundária ou envolvidas em um formador de bobina. Depois disso, o formador da bobina é montado em placas de núcleo de ferro macio. Dependendo do tamanho e formato do núcleo, um tipo diferente de placas do núcleo está disponível no mercado. Poucas formas comuns são E, I, U, L, etc. As placas de ferro são finas e várias placas são agrupadas para formar o núcleo real. Por exemplo, os núcleos do tipo E são feitos com placas finas com uma aparência da letra E.

Os transformadores de núcleo de ferro são amplamente usados ​​e geralmente mais pesados ​​em peso e forma.

2. Transformador de núcleo de ferrite

Um transformador de núcleo de ferrite usa um núcleo de ferrite devido à alta permeabilidade magnética. Este tipo de transformador oferece perdas muito baixas na aplicação de alta frequência. Devido a isso, os transformadores de núcleo de ferrite são usados ​​em aplicações de alta frequência, como em fonte de alimentação comutada (SMPS), aplicações relacionadas a RF, etc.

Os transformadores de núcleo de ferrite também oferecem diferentes tipos de formatos e tamanhos, dependendo dos requisitos da aplicação. É usado principalmente em eletrônicos, em vez de aplicações elétricas. A forma mais comum no transformador de núcleo de ferrite é o núcleo E.

3. Transformador de núcleo toroidal

O transformador de núcleo toroidal usa material de núcleo em forma de toróide, como núcleo de ferro ou núcleo de ferrite. Os toróides são material de núcleo em forma de anel ou donut e amplamente usados ​​para desempenho elétrico superior. Devido ao formato do anel, a indutância de vazamento é muito baixa e oferece indutância e fatores Q muito altos. Os enrolamentos são relativamente curtos e o peso é muito menor do que os transformadores tradicionais com a mesma classificação.

4. Transformador Air Core

O transformador Air Core não usa nenhum núcleo magnético físico como material do núcleo. A ligação de fluxo do transformador de núcleo de ar é feita inteiramente usando ar.

No transformador de núcleo de ar, a bobina primária é fornecida com corrente alternada que produz um campo eletromagnético ao redor dela. Quando uma bobina secundária é colocada dentro do campo magnético, de acordo com a lei de indução de Faraday, a bobina secundária é induzida com um campo magnético que posteriormente é usado para alimentar a carga.

No entanto, o transformador de núcleo de ar produz baixa indutância mútua em comparação com o material do núcleo físico, como o núcleo de ferro ou ferrite.

É usado em eletrônicos portáteis, bem como em aplicações relacionadas a radiofrequência. Devido à ausência de material de núcleo físico, é muito leve em termos de peso. Transformador de núcleo de ar devidamente ajustado também usado em soluções de carregamento sem fio, onde os enrolamentos primários são construídos dentro do carregador e os enrolamentos secundários estão situados dentro do dispositivo de destino.

Tipos de transformador com base no arranjo de enrolamento

O transformador pode ser classificado por ordens de enrolamento. Um dos tipos populares é o Auto Winding Transformers.

Transformador de enrolamento automático

Até agora, o enrolamento primário e secundário são fixos, mas no caso de um transformador de enrolamento automático, a bobina primária e secundária podem ser conectadas em série e o nó central com derivação é móvel. Dependendo da posição com derivação central, a tensão secundária pode ser variada.

O auto não é a abreviatura de Automático; em vez disso, é para notificar o self ou bobina única. Esta bobina forma uma relação que consiste em duas partes, primária e secundária. A posição do nó de derivação central determina a relação primária e secundária, variando assim a tensão de saída.

O uso mais comum é o V ARIAC, um instrumento para produzir CA variável a partir de uma entrada CA constante. Ele também é usado em aplicações relacionadas à transmissão e distribuição de energia, onde as linhas de alta tensão precisam ser trocadas com frequência.

Tipos de transformadores com base no uso

Existem vários tipos de transformadores também disponíveis que funcionam em um domínio específico. Nos setores elétrico e eletrônico, vários transformadores dedicados são usados ​​como transformador redutor ou redutor com base na aplicação da aplicação. Portanto, os transformadores podem ser classificados como abaixo com base no uso:

1. Domínio de poder

• Transformador
• Transformador de Medição
• Transformador de Distribuição

2. Domínio Eletrônico

• Transformador de pulso
• Transformador de saída de áudio

1. Transformadores usados ​​no domínio de potência

Em Elétrica, o domínio Power lida com a geração, medição e distribuição de energia. No entanto, é um campo muito grande onde os transformadores são uma parte essencial para acomodar a conversão de energia segura e entrega de energia bem-sucedida à subestação e aos usuários finais.

Os transformadores que são usados ​​no domínio da potência podem ser externos e internos, mas principalmente externos.

(a) Transformador de potência

Os transformadores de potência são maiores e usados ​​para transferir a energia para a subestação ou para o fornecimento público de eletricidade. Este transformador atua como uma ponte entre o gerador de energia e a rede de distribuição primária. Dependendo da classificação e especificação de potência, os transformadores de potência podem ser classificados em três categorias: transformador de potência pequeno, transformadores de potência média e transformadores de potência grandes. A classificação pode ser superior a 30KVA a 500-700KVA ou, em alguns casos, pode ser igual ou superior a 7000KVA para transformador de potência nominal pequeno. O transformador de potência nominal médio pode ser de até 50-100 MVA, enquanto os transformadores de potência nominal grande são capazes de lidar com mais de 100MVA.

Devido à alta geração de energia, a construção de um transformador de energia também é crítica. A construção inclui periféricos de isolamento sólidos e sistema de resfriamento bem balanceado. Os transformadores de potência mais comuns são preenchidos com óleos.

O princípio principal do transformador de potência é converter a alta corrente de baixa tensão em uma baixa corrente de alta tensão. Isso é necessário para minimizar a perda de energia no sistema de distribuição de energia.

Outro parâmetro importante para o transformador de potência é a disponibilidade de fases. Normalmente os transformadores de potência funcionam em sistema trifásico, mas, em alguns casos, transformadores de potência monofásicos pequenos também são usados. Os transformadores de energia trifásicos são os mais caros e eficientes do que os transformadores de energia monofásicos.

(b) Transformador de Medição

O transformador de medição é freqüentemente chamado de transformador de instrumento. Este é outro instrumento de medição comumente usado no domínio da potência. Um transformador de medição é usado para isolar a alimentação principal e converter a corrente e a tensão em uma proporção menor para sua saída secundária. Ao medir a saída, a fase, a corrente e a tensão da linha de alimentação real podem ser medidas.

A imagem acima mostra a construção do transformador de corrente.

(c) Transformador de Distribuição

Isso é usado na última fase do sistema de distribuição de energia. Os transformadores de distribuição são transformadores redutores, que convertem a alta tensão da rede na tensão exigida pelo cliente final, 110 V ou 230 V. Também pode ser monofásico ou trifásico.

Os transformadores de distribuição podem ser menores ou maiores, dependendo da capacidade de conversão ou classificações.

Os transformadores de distribuição podem ser categorizados com base no tipo de isolamento que usa. Pode ser do tipo seco ou imerso em líquido. É feito com placas de aço laminado, em sua maioria construídas em forma de C como material do núcleo.

O transformador de distribuição também possui um tipo diferente de classificação com base no local em que é usado. O transformador pode ser montado em um poste de energia, em caso afirmativo, é chamado de transformadores de distribuição montados em poste. Pode ser colocado dentro de uma câmara subterrânea, montado em uma base de concreto (transformador de distribuição montado em bloco) ou dentro de uma caixa de aço fechada.

Geralmente, os transformadores de distribuição têm uma classificação inferior a 200kVA.

2. O transformador usado no domínio da Eletrônica

Na eletrônica, vários pequenos transformadores em miniatura são usados, os quais podem ser montados em PCB ou fixados dentro do pequeno gabinete do produto.

(a) Transformador de pulso

Os transformadores de pulso são um dos mais usados ​​transformadores montados em PCB que produzem pulsos elétricos em amplitude constante. É usado em vários circuitos digitais onde a geração de pulso é necessária em um ambiente isolado. Portanto, os transformadores de pulso isolam o primário e o secundário e distribuem os pulsos primários para o circuito secundário, geralmente portas lógicas digitais ou drivers.

Transformadores de pulso adequadamente construídos devem precisar de isolamento galvânico adequado, bem como pequenos vazamentos e capacitância parasita.

(b) Transformador de saída de áudio

Transformador de áudio é outro transformador comumente usado no domínio da eletrônica. É especialmente usado em aplicações relacionadas a áudio onde a correspondência de impedância é necessária. O transformador de áudio equilibra o circuito do amplificador e as cargas, normalmente um alto-falante. O transformador de áudio pode ter várias bobinas primárias e secundárias, separadas ou com derivação central.

Portanto, cobrimos vários tipos de transformador, além de que existem alguns outros transformadores para fins especiais, mas eles estão fora do escopo deste artigo.