Ο μετασχηματιστής είναι μια από τις πιο βασικές ηλεκτρικές συσκευές που υπάρχει και έχει εφαρμογές σε όλες τις βιομηχανίες ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών. Ένας μετασχηματιστής «μεταμορφώνει» την τάση σε ένα κύκλωμα είτε ανεβάζοντάς την είτε κατεβάζοντάς την. Πρακτικά κάθε ηλεκτρονική συσκευή που χρησιμοποιείτε κάθε μέρα χρειάζεται έναν μετασχηματιστή για να κατεβάσει την τάση εξόδου σε μία ακόμη χρήσιμη για ευαίσθητα κυκλώματα.
Ο δακτύλιος είναι ένα σχήμα που σχηματίζεται όταν ένα συμπαγές σώμα στρέφεται προς τα πίσω και σχηματίζει έναν κλειστό βρόχο με μια τρύπα στη μέση. Για να ορίσετε τοροειδές, σκεφτείτε ντόνατ: Ένας τοροειδής μετασχηματιστής είναι ένας μετασχηματιστής σε σχήμα ντόνατ. Αυτό δεν είναι το μόνο σχήμα που μπορεί να πάρει ένας μετασχηματιστής, αλλά είναι αυτό που προτιμάται στις περισσότερες βιομηχανίες ηλεκτρονικών ειδών και από κατασκευαστές ηχητικού εξοπλισμού. Ένας δακτυλιοειδής μετασχηματιστής μπορεί να είναι πολύ μικρός χωρίς απώλεια απόδοσης και δημιουργεί λιγότερες μαγνητικές παρεμβολές από τον άλλο κοινό τύπο μετασχηματιστή, τον Ε-Ι ή τον πολυστρωματικό μετασχηματιστή.
Οι μετασχηματιστές βασίζονται στην ηλεκτρομαγνητική επαγωγή
Ο φυσικός Michael Faraday ανακάλυψε επαγωγή το 1831 όταν διαπίστωσε ότι η μετακίνηση ενός μαγνήτη μέσω ενός αγώγιμου σύρματος κουλουριασμένου γύρω από ένα σωληνοειδές προκάλεσε ηλεκτρικό ρεύμα στον αγωγό. Διαπίστωσε ότι η ισχύς του ρεύματος ήταν ανάλογη με την ταχύτητα κίνησης του μαγνήτη και τον αριθμό των στροφών του πηνίου.
Ένας μετασχηματιστής κάνει χρήση αυτής της αναλογικότητας. Τυλίξτε ένα πηνίο - το πρωτεύον πηνίο - γύρω από έναν σιδηρομαγνητικό πυρήνα και τυλίξτε ένα δεύτερο καλώδιο - το δευτερεύον πηνίο - γύρω από τον ίδιο ή διαφορετικό πυρήνα. Όταν το ρεύμα μέσω του πρωτογενούς πηνίου αλλάζει συνεχώς κατεύθυνση, όπως συμβαίνει με το ρεύμα AC, προκαλεί μαγνητικό πεδίο στον πυρήνα και αυτό με τη σειρά του προκαλεί ηλεκτρικό ρεύμα στο δεύτερο σπείρα.
Όσο η μέγιστη τιμή του ρεύματος παραμένει η ίδια, η τιμή αιχμής του επαγόμενου μαγνητικού πεδίου επίσης δεν αλλάζει. Αυτό σημαίνει ότι το επαγόμενο ρεύμα στο δευτερεύον πηνίο αυξάνεται με τον αριθμό των στροφών. Έτσι, ένας μετασχηματιστής παρέχει έναν τρόπο ενίσχυσης ενός ηλεκτρικού σήματος, το οποίο είναι ζωτικής σημασίας στη βιομηχανία ήχου. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε έναν μετασχηματιστή για να μειώσετε την τάση κάνοντας τον αριθμό των στροφών στο δευτερεύον πηνίο λιγότερο από τον αριθμό στο πρωτεύον πηνίο. Αυτή είναι η αρχή πίσω από τους μετασχηματιστές που συνδέετε στον τοίχο για να τροφοδοτήσετε τον ηλεκτρονικό σας εξοπλισμό.
Ένας τοροειδής μετασχηματιστής παράγει λιγότερο θόρυβο
Ένας μετασχηματιστής E-I ή laminate αποτελείται από ένα ζεύγος πηνίων τυλιγμένο γύρω από μεμονωμένους πυρήνες, τοποθετημένους κοντά και σφραγισμένους μέσα σε ένα περίβλημα. Ένας σπειροειδής μετασχηματιστής, από την άλλη πλευρά, έχει έναν μοναδικό σιδηρομαγνητικό σπειροειδή πυρήνα γύρω από τον οποίο τυλίγονται τόσο τα πρωτεύοντα όσο και τα δευτερεύοντα πηνία. Δεν έχει σημασία αν τα καλώδια αγγίζουν, και είναι συχνά στρωμένα το ένα πάνω στο άλλο.
Το ρεύμα AC που διέρχεται από το πρωτεύον πηνίο ενεργοποιεί τον πυρήνα, ο οποίος με τη σειρά του ενεργοποιεί το δευτερεύον πηνίο. Τα τοροειδή πεδία είναι πιο συμπαγή από τα πεδία ενός μετασχηματιστή ελασματοποιημένου, οπότε υπάρχει λιγότερη μαγνητική ενέργεια για παρέμβαση στα ευαίσθητα εξαρτήματα κυκλώματος. Όταν χρησιμοποιούνται σε εξοπλισμό ήχου, οι δακτυλιοειδείς μετασχηματιστές παράγουν λιγότερο βουητό και παραμόρφωση από τους πολυστρωματικούς και προτιμούνται από τους κατασκευαστές.
Άλλα πλεονεκτήματα του Τοροειδούς Μετασχηματιστή
Επειδή ένας τοροειδής επαγωγέας είναι πιο αποτελεσματικός, οι κατασκευαστές μπορούν να κάνουν τοροειδείς μετασχηματιστές μικρότερους και ελαφρύτερους από αυτούς του Ε-Ι. Αυτό είναι σημαντικό για τους κατασκευαστές ηλεκτρονικών και εξοπλισμού ήχου, καθώς ο μετασχηματιστής είναι συνήθως το μεγαλύτερο συστατικό στα περισσότερα κυκλώματα. Η υψηλότερη απόδοσή του δημιουργεί ένα άλλο πλεονέκτημα για τον τοροειδή μετασχηματιστή. Λειτουργεί σε χαμηλότερες θερμοκρασίες από έναν μετασχηματιστή E-I, μειώνοντας την ανάγκη για ανεμιστήρες και άλλες στρατηγικές ψύξης σε ευαίσθητο εξοπλισμό.