Дроссель и трансформатор – это два важных компонента в электрических схемах и электронных устройствах. Несмотря на то, что оба устройства могут иметь схожие внешние параметры, внутреннее устройство и принцип их работы существенно отличаются.
Дроссель – это пассивное электрическое устройство, которое обычно состоит из обмотки проводника. Основная функция дросселя заключается в ограничении тока и фильтрации высокочастотных помех. Он представляет собой индуктивность, которая создает магнитное поле при прохождении тока через обмотку. Благодаря индуктивности дроссель обладает способностью сопротивляться изменениям тока и подавлять высокочастотные помехи.
Трансформатор – это устройство, которое состоит из двух или более обмоток проводника, обычно изолированных друг от друга. Этот компонент используется для изменения напряжения переменного тока. При подаче переменного тока через одну из обмоток происходит индукция во вторичной обмотке, и напряжение во вторичной обмотке может быть больше или меньше первичного напряжения, в зависимости от соотношения числа витков обмоток.
В итоге, разница между дросселем и трансформатором заключается в их основном назначении и принципе работы. Дроссель используется для ограничения тока и фильтрации помех, а трансформатор – для изменения напряжения. Эти устройства играют важную роль в электронике и электротехнике, обеспечивая эффективную работу различных систем и устройств.
Описание дросселя и трансформатора
Дроссель обычно используется для стабилизации тока, фильтрации сигналов или защиты от перенапряжений. Он создает индуктивность в цепи и сопротивление переменному току, что позволяет контролировать его характеристики.
Примеры использования дросселя:
- В трансформаторах питания для регулирования выходного тока и защиты от коротких замыканий.
- В электронных фильтрах для снижения помех или выравнивания сигналов.
- В электрических моторах для ограничения пускового тока.
Трансформатор – это электрическое устройство, которое используется для передачи электрической энергии от одной цепи к другой посредством электромагнитной индукции. Трансформатор состоит из двух или более обмоток, обычно намотанных на один и тот же сердечник.
Трансформаторы обычно используются для изменения напряжения и тока в электрических цепях. Они могут повышать или понижать напряжение, а также применяться для изоляции цепей и снижения потерь энергии.
Зачем нужен трансформатор в импульсном преобразователе электрической энергии? Часть 1
Схем импульсных преобразователей электрической энергии очень много. Понижающая, повышающая, инвертирующая, прямоходовая, обратноходовая, с выводом средней точки трансформатора (Push-Pull), полумостовая, мостовая и даже «косомостовая» (двухтранзисторная) – в них можно легко потеряться и «утонуть» даже опытному специалисту, не говоря уже о новичках. При этом все они решают одну и ту же задачу – преобразование напряжения одной величины в одно или несколько напряжений другого уровня. Кроме этого, иногда они еще обеспечивают и гальваническую развязку – электрическую изоляцию входных цепей от выходных. Но зачем так много схем? Неужели нельзя придумать одно универсальное решение, которое можно было бы использовать в любых ситуациях?
Чем отличается Дроссель от Трансформатора
К сожалению, нельзя. Хотя бы потому, что кроме коэффициента передачи по напряжению и существования гальванической развязки, импульсный преобразователь имеет еще несколько параметров, основными из которых являются габариты, масса, КПД и стоимость. И тут уже на первый план выходит конкретная задача, которая стоит перед разработчиком. В одних случаях преобразователь должен быть компактным и легким, в других – дешевым, а в третьих – иметь максимальный КПД.
Области применения и принципы работы всех без исключения популярных схем преобразователей очень хорошо описаны в технической литературе. Но вот почему эти схемы имеют именно такой вид? Есть ли для разработчика «возможности маневра» – нестандартной модификации схемы для еще лучшего решения поставленной задачи? Для ответов на эти вопросы необходимо досконально разбираться в сложной взаимосвязи технических характеристик и энергетических процессов, происходящих при импульсном преобразовании электрической энергии, а это, к сожалению, не так просто.
Рассмотрим, например, компьютерный блок питания АТХ (Рисунок 1). В нем переменное напряжение сети преобразуется входным выпрямителем в постоянное величиной около 300 В. Потом из него двумя импульсными DC-DC преобразователями формируются постоянные напряжения необходимых уровней, основными из которых являются +5 В и +12 В. (Предвидя возможную критику, сразу обращаю внимание читателей, что эта статья не о компьютерных блоках питания, поэтому структурная схема очень упрощена).
| Рисунок 1. | Очень упрощенная структурная схема блока питания ATX. |
Почему используются два преобразователя – понятно интуитивно: преобразователь дежурного режима питает схемы компьютера, которые должны работать круглосуточно, например, сетевую плату с возможностью дистанционного управления, а основной преобразователь – только тогда, когда это необходимо. Но почему преобразователь дежурного режима построен по простой обратноходовой схеме, а основной – по более сложной, например, полумостовой? Обе схемы преобразуют входное постоянное напряжение 300 В в 5 В и 12 В (и другие необходимые напряжения) и теоретически могут обеспечить любое количество электрически изолированных выходных каналов с любыми уровнями напряжений. Но полумостовая схема намного сложнее обратноходовой. Она содержит больше индуктивных и полупроводниковых элементов, имеет более сложную схему управления и теоретически должна быть более дорогой и менее надежной. Почему же тогда основной преобразователь в компьютерном блоке питания сделан по полумостовой, а не по обратноходовой схеме?
Ответ на этот вопрос и будет получен в этой статье, которая является первой частью своеобразного итога цикла, уже опубликованных в журнале РадиоЛоцман материалов [1 – 6]. При необходимости читатель в любой момент может с ними ознакомиться, а для желающих более основательно разобраться в сути вопроса предлагаются более «тяжелые» статьи, опубликованные в рецензируемых научных журналах [7, 8].
Чем отличается дроссель от трансформатора?
Я уверен, специалистам уже известно, что схема силовой части преобразователя выбирается на основе его мощности. В приведенном примере (Рисунок 1) мощность обратноходового преобразователя дежурного режима равна приблизительно 5 Вт, а вот мощность основного начинается от 200 Вт и может превышать 1 кВт для «серьезных» системных блоков. Но ведь обратноходовая схема не имеет теоретического ограничения на уровень максимальной мощности. Почему же тогда очень сложно найти обратноходовой преобразователь мощностью более 200 Вт? Давайте разбираться.
Для того чтобы изменить параметры электрической энергии, например, величину напряжения, необходимо преобразовать эту энергию в какой-нибудь другой вид, а затем снова превратить в электричество. С наименьшими потерями это можно реализовать, передав электрическую энергию через магнитное поле, и на сегодняшний день существует всего два прибора, которые позволяют это сделать наиболее просто и эффективно: дроссель и трансформатор. Эти приборы практически идентичны по своей конструкции и отличаются только режимами работы. Трансформатор пропускает энергию «сквозь себя», не накапливая ее в магнитном поле, а дроссель работает по принципу «взял-сохранил-отдал» [1]. Поэтому у трансформатора токи обмоток, связанные с первичными и вторичными цепями, протекают одновременно, а у дросселя – в разные интервалы времени.
Это приводит к тому, что трансформатор преобразует энергию непрерывно, а дроссель – порциями. Поскольку энергия, преобразуемая дросселем, должна накапливаться в магнитопроводе, его объем V должен удовлетворять условию [1]
- SС и LСР – соответственно, площадь поперечного сечения и средняя длина магнитной линии магнитопровода;
- μ0 ≈ 1.257∙10 –6 Гн/м – магнитная проницаемость вакуума;
- μЭКВ – эквивалентная магнитная проницаемость магнитопровода, учитывающая все особенности его конструкции, в том числе и наличие немагнитных зазоров;
- BMAX – максимальная индукция в магнитопроводе;
- Р – преобразуемая мощность (чем она отличается от мощности преобразователя описано в [1]);
- f – частота преобразования.
Однако кроме магнитопровода дроссель и трансформатор содержат еще и обмотки, которые необходимо разместить в окне площадью SО. В [6] было показано, что площадь, занимаемая обмоткой в окне, прямо пропорционально количеству витков, которое, в свою очередь, зависит от площади поперечного сечения магнитопровода SC. Площади окна и поперечного сечения настолько взаимосвязаны, что и для индуктивных элементов существуют специальные формулы, позволяющие приблизительно оценить необходимо значение произведения SСSО в зависимости от конкретной задачи. Для дросселя такая формула была получена в [6]:
- кС, кО – соответственно, коэффициенты заполнения магнитопровода и окна активным материалом;
- J – плотность тока в обмотках;
- ΔВ – размах магнитной индукции;
- к1_MAX, к2_MAX – соответственно, относительные максимальные длительности первого и второго этапов преобразования [6].
Получим аналогичную формулу для трансформаторов. Для упрощения представим, что трансформатор работает с напряжениями прямоугольной формы (Рисунок 2).
| Рисунок 2. | Режим работы трансформатора. |
В окне трансформатора должны разместиться как минимум две обмотки с количеством витков, соответственно, N1 и N2. Необходимую площадь сечения окна можно определить по формуле
где I1, I2, J1, J2 – соответственно, действующие значения и плотности токов первичной и вторичной обмоток.
Поскольку у трансформатора токи первичной и вторичной обмоток протекают одновременно, то, согласно закону полного тока, их намагничивающие силы должны компенсировать друг друга (более подробно об этом рассказано в [4]). Считая, что ток намагничивания пренебрежимо мал по сравнению с токами, создаваемыми нагрузками, можно записать N1I1 = N2I2. Поэтому при одинаковых плотностях тока в обмотках (J1 = J2 = J) формула (3) пример вид
Из формулы (4) видно, что, также как и для дросселей, для трансформаторов площадь, занимаемая обмоткой в окне зависит от количества витков, зависящего, в свою очередь, от площади поперечного сечения магнитопровода SС [6]:
где U1 – среднее значение напряжения u1(t), приложенного к первичной обмотке в течение времени Δt и приводящее к изменению магнитной индукции на величину ΔB (Рисунок 2).
Подставив (5) в (4) получим формулу, с помощью которой можно определить минимально необходимое значение произведения SСSО для трансформатора:
При прямоугольной форме напряжений и токов (Рисунок 2) и отсутствии потерь произведение U1I1 можно считать приблизительно равным преобразуемой трансформатором мощности (P ≈ U1I1). Кроме того, время Δt, за которое магнитная индукция успевает измениться на величину ΔB, равно половине периода входного напряжения (Δt = 0.5T = 0.5/f, где f – частота работы трансформатора). Таким образом, для трансформатора, с учетом неполного заполнения магнитопровода и окна, соответственно, магнитным и проводящим материалами, минимальное значение произведения SСSО должно удовлетворять условию:
Сравнивая формулы (2) и (7) видим, что при одних и тех же условиях (равенстве коэффициентов заполнения сердечника кС и окна кО, плотности тока J, размахе магнитной индукции ΔB, рабочей частоте f и преобразуемой мощности P) для дросселя требуется магнитопровод в два раза больший, чем для трансформатора. (Скобки в формуле (2), учитывающие форму токов обмоток при работе преобразователя в граничном режиме, в лучшем случае дадут уменьшение SСSО всего на 5…10%).
Трансформаторы и дроссели.
Трансофматором называют электромагнитное устройство для преобразования основных параметров электрической энергии в цепях переменного тока. Дроссели бывают высокочастотные и низкочастотные . Дросселем называют устройство, которое служит для уменьшения пульсации, получающейся после выпрямления переменного тока и применяется в качестве фильтров и выпрямителей. ВЧ/дроссели — это устройства предназначенное для того, чтобы уменьшить ток высокой частоты, проходящий в какую либо цепь, сохранив возможность прохождения тока низкой частоты или постоянного тока. 6.1 Классификация трансформаторов.
Трансформаторы классифицируются по его мощности, силе тока, рабочей частоте,
напряжению, режиму работы, предназначению и расположению в схеме.
По напряжению трансформаторы делятся на низко и высоковольтные. Рабочее
напряжение, характеризует величину, на которую должна рассчитана изоляция какой
либо одной, нескольких или всех обмоток трансформатора. К высоковольтным
относятся трансформаторы у которых рабочее напряжение в любой обмотке не
превышает 1000 — 1500В.
Такие трансформаторы делят на 2 типа:
1) имеет высокое номинальное напряжение.(свыше 1500В) и надежную изоляцию между отдельными обмотками трансформатора или между каждой обмоткой и корпусом, а так же надежную слоевую изоляцию в высоковольтных обмотках.
2) Имеет невысокое рабочее напряжение в обмотках, но в силу схемных особенностей высокие напряжения существуют между обмотками или между какой то обмоткой или корпусом. В этом случае трансф. считается высоковольтным т.к требуется выполнение высоковольтной изоляции между обмоткой и корпусом. Однако в этом случае применяется низковольтная.
6.2 Область применения трансформаторов.
Силовые трансформаторы служат для получения напряжений питающих выпрямители моторы и других нагрузок (около 70% всех приборов)
Низкочастотные трансформаторы применяются в качестве согласующего элемента между источником сигнала и входом усилителя, между двумя усилителями или между усилителем и нагрузкой.
Особую группу составляют импульсные трансформаторы, которые используются для трансформации или формирования импульсов малой длительности. Они применяются в импульсной технике, гидролокации, в схемах ультразвуковых приборов и установок. В импульсном режиме их мощность достигает больших значений. Дроссели применяют в фильтрах питания (сглаживающие дроссели) в фильтрах выпрямителей, в высокочастотных фильтрах, в различных избирательных цепях, в различных стабилизаторах и регуляторах.
6.3 Элементы конструкций трансформаторов и дросселей. Несмотря на различия функций силовых трансформаторов и низкочастотных, основные физические процессы происходящие в них одни и те же. Поэтому трансформаторы разного схемного назначения имеют однотипную конструкцию : любой трансформатор состоит из сердечника изготовленного из магнитного материала, на котором размещена катушка с обмотками , а так же элементов, служащих для скрепления частей сердечника и закрепления трансформатора. 6.3.1 Магнитопроводы.
Для трансформаторов и дросселей применяют три шипа магнитопроводов: стержневой, броневой т кольцевой.
При использовании броневого магнитопровода все обмотки трансф. размещают на одной катушке, которую надевают на средний стержень магнитопровода.
При использовании стержневого на 2 его стержнях расположены 2 катушки.
В маломощных силовых и низкочастотных трансф. используется броневой сердечник, т.к применение одной катушки упрощает конструкцию и позволяет получить максимальный коофициент усиления , заполнена она медью.
Стержневую конструкцию используют для трансф. средней и большой мощности : наличие двух катушек увеличивает теплопередачи и улучшает тепловой режим обмоток.
Преимуществом стержневой системы конструкции является слабое внешнее магнитное поле, т.к поля от этих катушек направлены навстречу друг — другу. Наименьшее внешнее поле получается при использовании в трансф. кольцевых магнитопроводов. Но они используются редко т.к низка производительность при поломке магнитопровода.
По конструкции броневые и стержневые магнитопроводы подразделяются на собранные из пленочных пластин и пленочные.
Ленточный магнитопровод можно получить наливкой и обмоткой полосы трансформаторной системы. После разрезки получают С -образные сердечники.
Для получения мин. намагниченного зазора в магнитопроводе торцы сердечников после установки в катушку заливают пастой содержащий ферромагнитный материал. Если зазор необходим то в месте слепка двух сердечников устанавливают накладки из бумаги или картона необходимой толщины. Ленточная конструкция сердечников позволяет механизировать процесс изготовления.
При использовании некоммутируемых сталей применение ленточных сердечников позволяет сохранить размеры и массу трансформаторов. Это происходит потому, что в магнитных силовых линий проходит перпендикулярно по направлению потока. При этом можно иметь достаточно большие размеры. В ленточных сердечниках линии расположения поля находятся по всей длине магнитопровода.
К основным параметрам сердечника относятся : средняя длинна магнитной силовой линии 1с, активная площадь поперечного сечения магнитопровода Sc, площадь окна So, и вес магнитопровода Gc.
Площадь поперечного сечения
Sc = kc * 2ab где kc — коофициент заполнения , учитывающий, что часть площади поперечного сечения магнитопровода занял оксид металла и другие намагниченные материалы.
Кс — зависит от толщины материала и лежит в пределах 0.85 kc 0.95
ГОСТ 17596 — 72 — трансформаторы согласования, низкочастотные мощностью до 25
Термины и определения.
Номинальная мощность — расчетная суммарная мощность вторичных обмоток при номинальных напряжениях и сопротивлениях нагрузки в режиме согласования.
Номинальное сопротивление нагрузки — сопротивление на которое рассчитан трансформатор.
Коофициент трансформации отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной или напряжение на вторичной обмотке к напряжению на первичной обмотке. В режиме холостого хода будет учтено падение напряжения на трансформаторе.
Чем отличается дроссель-трансформатор от трансформатора?
ну.. дроссель-трансформатор это хитрая помесь трансформатора и дросселя. Часто применяется на железной дороге.
Для начала в чём отличие дросселя от транса — у дросселя может быть и разомкнутый магнитопровод. И работать он может как на постоянном, так и на переменном токе. Транс только на переменке и только с замкнутым магнитопроводом.
Дроссель гальванически связан (вход с выходом). Транс — гальванически развязан.
Дроссель-трансформатор применяют для одновременной передачи тока (функция трансформатора) и какой-то фильтрации или накопления энергии как бустер (функции дросселя). Для этого там деляют отводы в серединах катушек транса и т.д. Замудрёная вещь )
На железке отфильтровывают нуль (тяговый ток) от сигналов аппаратуры путевой сигнализации. И то и то идёт по одним рельсам. Но ноль должен идти от подстанции по всем путям, а сигналы только на определённом участке.
Разница в структуре и конструкции
Дроссель представляет собой катушку провода, обмотанную на сердечник, который может быть изготовлен из различных материалов, таких как железо, феррит или алюминий. Он служит для ограничения или регулирования тока в электрической цепи путем создания индуктивности. Дроссель может быть пассивным или активным, в зависимости от типа использования.
Трансформатор, с другой стороны, состоит из двух или более обмоток провода, которые связаны магнитным полем и изолированы друг от друга. Он используется для изменения уровня напряжения или преобразования переменного тока из одного значения в другое. Трансформатор также имеет сердечник, который может быть сделан из железа или феррита для усиления магнитного поля.
Таким образом, разница в структуре и конструкции между дросселем и трансформатором состоит в их основной функции и материалах, используемых для создания сердечника. Важно выбирать правильное устройство для определенной цели, учитывая его спецификации, например, сопротивление, индуктивность и мощность.
Как выбрать дроссель и трансформатор для конкретной задачи
Также необходимо учитывать напряжение и частоту, на которых будут работать дроссель и трансформатор. Необходимо проверить, соответствуют ли они требованиям вашей системы. Для этого рекомендуется обратиться к технической документации по дросселю и трансформатору.
Другим важным параметром является эффективность работы дросселя и трансформатора. Она определяет, насколько точно и эффективно будет работать ваша система. Важно учесть эффективность как в номинальном режиме работы, так и в экстремальных условиях.
Помимо этого, следует обратить внимание на габариты и вес дросселя и трансформатора, чтобы они соответствовали требуемым параметрам вашей системы. Также важно присмотреться к техническим особенностям и возможностям подключения данных устройств.
Большое внимание следует уделить также надежности и долговечности дросселя и трансформатора. Надежные и качественные устройства обеспечат бесперебойную работу вашей системы на протяжении длительного времени.
И, конечно, не забудьте обратиться к специалистам или инженерам, которые смогут подобрать оптимальные параметры дросселя и трансформатора под вашу конкретную задачу. Такой подход обеспечит эффективную и надежную работу вашей системы на протяжении всего срока службы.
Чем отличается дроссель от трансформатора
Главное отличие трансформатора от дросселя состоит в количестве обмоток и принципе работы.
Так путевой дроссель обладает одной обмоткой, сглаживает пульсацию постоянного тока за счёт запирания переменной составляющей.
Трансформатор имеет несколько обмоток и изменяет величину напряжения. Дроссель-трансформатор жд рассчитан на передачу через каждую секцию обмотки номинального тока в электрической тяге.
Маркировка ДТ
В обозначении ДТ первая цифра означает величину полного сопротивления основной обмотки переменному току частотой 50 Гц, вторая — значение тягового тока, на который рассчитана каждая полуобмотка дроссель-трансформатора.
Если маркировка ДТ начинается с цифры “2”, это свидетельствует о том, что такой дроссель-трансформатор сдвоенный. Например, путевой дроссель-трансформатор 2ДТ-1-300 в одном корпусе содержит два дроссель-трансформатора ДТ-1-300.
Аббревиатура ДТЕ свидетельствует о том, что данный дроссель-трансформатор не нуждается в обслуживании в процессе эксплуатации. Подробнее с ДТЕ можно ознакомиться тут.
Если же марка ДТ содержит литеры “Г” и “М”, это говорит о том, данный дроссель-трансформатор ДТ имеет залитую герметиком (герметизированную) обмотку и не нуждается в заливке маслом.
Функциональные возможности трансформаторов
Регулировка напряжения: Трансформаторы способны изменять напряжение переменного тока, что делает их идеальным инструментом для передачи электроэнергии на большие расстояния. Они позволяют повышать или понижать напряжение в зависимости от требований системы. Это особенно важно, чтобы сделать электроэнергию совместимой с определенными устройствами или передать ее на большие расстояния без больших потерь.
Изоляция и безопасность: Трансформаторы также играют важную роль в обеспечении безопасности в электрических системах. Они позволяют изолировать электрические цепи, что помогает предотвратить электрические удары и повреждение оборудования. Кроме того, трансформаторы могут использоваться для создания заземления, что способствует предотвращению электрических сбоев и защите от перегрузки и короткого замыкания.
Трансформация и распределение энергии: Одной из основных функций трансформаторов является преобразование электрической энергии с одного напряжения на другое. Это необходимо для распределения энергии по различным уровням напряжения в электрической сети. Трансформаторы позволяют эффективно передавать энергию промышленным и домашним потребителям, обеспечивая необходимое напряжение для различных устройств и систем.
Увеличение или уменьшение тока: Трансформаторы также способны увеличивать или уменьшать ток в электрических цепях. Это особенно важно для работы с большими мощностями, где высокие токи могут повлечь за собой перегрузку и повреждение оборудования. Трансформаторы позволяют контролировать ток и установить оптимальные условия для безопасной и эффективной работы системы.
Таким образом, функциональные возможности трансформаторов делают их важными компонентами электрических систем. Они обеспечивают регулировку напряжения, безопасность, трансформацию и распределение энергии, а также контроль тока в системе. Правильный выбор трансформаторов имеет решающее значение для эффективной работы электрических систем и защиты оборудования от повреждений и аварий.
Короткое описание
Трансформаторы являются ключевыми компонентами электрических схем и обладают широким спектром функциональных возможностей. Они способны изменять напряжение электрической энергии, обеспечивая его повышение или понижение в соответствии с требованиями системы. Кроме того, трансформаторы обеспечивают электрическую изоляцию между двумя цепями, а также увеличивают или уменьшают силу тока. Благодаря этим функциональным возможностям, трансформаторы широко применяются в различных отраслях промышленности, энергетике и бытовой сфере.
Какие функциональные возможности имеют трансформаторы?
Трансформаторы могут повышать или понижать напряжение электрической сети.
Какие еще функции выполняют трансформаторы?
Трансформаторы также могут обеспечивать гальваническую развязку между электрическими цепями и устранять помехи в сети.
Можно ли использовать трансформаторы для передачи энергии на большие расстояния?
Да, трансформаторы широко используются в электроэнергетике для передачи энергии на большие расстояния, так как они позволяют эффективно изменять напряжение.
Можно ли использовать трансформаторы для зарядки аккумуляторов?
Да, трансформаторы могут использоваться для зарядки аккумуляторов, адаптируя выходное напряжение и ток к требованиям заряжаемого устройства.
Какие еще функциональные возможности могут быть у трансформаторов?
Трансформаторы также могут использоваться в системах электронного управления, для создания изоляции между различными компонентами и обеспечения безопасности работы устройств.
Какие функции выполняют трансформаторы?
Трансформаторы выполняют следующие функции: передача электрической энергии с одного участка электросети на другой, изменение напряжения в электрической сети, изоляция цепей с разными напряжениями, снижение потерь в электрической сети.
Какие основные технические возможности имеют трансформаторы?
Основные технические возможности трансформаторов включают изменение уровня напряжения, поддержание постоянства напряжения, преобразование электрической энергии, изоляцию от высокого напряжения, сопряжение между цепями, упрощение структуры силовых систем.
