Transformator jest jednym z najbardziej podstawowych urządzeń elektrycznych i znajduje zastosowanie w całym przemyśle elektrycznym i elektronicznym. Transformator „przekształca” napięcie w obwodzie, zwiększając je lub obniżając. Praktycznie każde urządzenie elektroniczne, którego używasz na co dzień, potrzebuje transformatora, aby obniżyć napięcie wyjściowe do bardziej przydatnego w przypadku delikatnych obwodów.
Torus to kształt, który powstaje, gdy ciało stałe zakrzywia się z powrotem i tworzy zamkniętą pętlę z otworem pośrodku. Aby zdefiniować toroidalny, pomyśl o pierścieniu: transformator toroidalny to transformator w kształcie pierścienia. Nie jest to jedyny kształt, jaki może przybrać transformator, ale jest preferowany w większości branż elektronicznych i przez producentów sprzętu nagłaśniającego. Transformator toroidalny może być bardzo mały bez utraty wydajności i wytwarza mniej zakłóceń magnetycznych niż inny popularny typ transformatora, transformator E-I lub laminatowy.
Transformatory opierają się na indukcji elektromagnetycznej
Fizyk Michael Faraday odkrył indukcję w 1831 roku, kiedy zauważył, że przesuwanie magnesu przez przewodzący drut owinięty wokół solenoidu indukuje prąd elektryczny w przewodniku. Odkrył, że siła prądu była proporcjonalna do prędkości ruchu magnesu i liczby zwojów cewki.
Transformator wykorzystuje tę proporcjonalność. Owiń jedną cewkę – cewkę pierwotną – wokół rdzenia ferromagnetycznego, a drugi przewód – cewkę wtórną – wokół tego samego lub innego rdzenia. Gdy prąd płynący przez cewkę pierwotną stale zmienia kierunek, tak jak w przypadku prądu przemiennego, indukuje pole magnetyczne w rdzeniu, a to z kolei indukuje prąd elektryczny w drugim cewka.
Dopóki szczytowa wartość prądu pozostaje taka sama, szczytowa wartość indukowanego pola magnetycznego również się nie zmienia. Oznacza to, że prąd indukowany w uzwojeniu wtórnym wzrasta wraz z liczbą zwojów. Transformator zapewnia więc sposób na wzmocnienie sygnału elektrycznego, co w branży audio ma kluczowe znaczenie. Możesz również użyć transformatora do obniżenia napięcia, zmniejszając liczbę zwojów w cewce wtórnej niż w cewce pierwotnej. Na tym polega zasada transformatorów, które podłączasz do ściany, aby zasilać sprzęt elektroniczny.
Transformator toroidalny wytwarza mniej hałasu
Transformator E-I lub laminat składa się z pary cewek owiniętych wokół poszczególnych rdzeni, umieszczonych blisko siebie i zamkniętych w obudowie. Z drugiej strony transformator toroidalny ma pojedynczy ferromagnetyczny rdzeń toroidalny, wokół którego nawinięte są zarówno cewki pierwotne, jak i wtórne. Nie ma znaczenia, czy druty się stykają i często są ułożone jedna na drugiej.
Prąd przemienny przechodzący przez cewkę pierwotną zasila rdzeń, który z kolei zasila cewkę wtórną. Pola toroidalne są bardziej zwarte niż pola w transformatorze laminatowym, dzięki czemu jest mniej energii magnetycznej, która zakłóca czułe elementy obwodu. Stosowane w sprzęcie audio transformatory toroidalne wytwarzają mniej przydźwięków i zniekształceń niż transformatory laminowane i są preferowane przez producentów.
Inne zalety transformatora toroidalnego
Ponieważ cewka toroidalna jest bardziej wydajna, producenci mogą wytwarzać transformatory toroidalne mniejsze i lżejsze niż transformatory E-I. Jest to ważne dla producentów elektroniki i sprzętu audio, ponieważ transformator jest zwykle największym elementem w większości obwodów. Jego wyższa sprawność to kolejna zaleta transformatora toroidalnego. Działa w niższych temperaturach niż transformator E-I, zmniejszając potrzebę stosowania wentylatorów i innych strategii chłodzenia we wrażliwym sprzęcie.