다양한 유형의 변압기 및 응용 분야

변압기는 전기 및 전자 분야에서 널리 사용되는 장치입니다. 이것은 Michael Faraday가 발견 한 전자기학의 기본 원리를 따르는 전자기 장치입니다. 우리는 약 덮여있다 변압기 건설 및 운영 이전 튜토리얼에서 자세히입니다. 여기 에서는 다양한 유형의 애플리케이션에 사용되는 다양한 유형의 변압기를 다룰 것 입니다. 그러나 모든 유형의 변압기 는 동일한 원칙을 따르지만 구성 방법이 다릅니다. 약간의 노력으로 변압기를 직접 만들 수도 있지만 변압기를 만드는 동안 변압기 보호 기술을 항상 따라야합니다.

전압 레벨에 따른 변압기 유형

Transformer는 여러 유형의 구성을 가질 수 있습니다. 변압기는 한 쪽에서 다른쪽으로 전기적으로 연결되지 않습니다. 그럼에도 불구하고 전기적으로 독립적 인 두 코일은 전자기 플럭스에 의해 전기를 전도 할 수 있습니다. 변압기는 1 차측과 2 차측에 여러 개의 코일 또는 권선을 가질 수 있습니다. 여러 경우에 두 개의 코일이 직렬로 연결된 여러 1 차 측이 있으며 종종 중앙 탭 이라고 합니다. 이 중앙 탭 상태는 2 차 측에서도 볼 수 있습니다.

변압기는 1 차측의 전압 레벨을 2 차측으로 변환 할 수있는 방식으로 구성 할 수 있습니다. 전압 레벨에 따라 변압기에는 세 가지 범주가 있습니다. 강압, 승압 및 절연 변압기. 절연 변압기의 경우 전압 레벨은 양쪽 모두 동일합니다.

1. 강압 변압기

강압 변압기는 전자 및 전기 영역 모두에서 사용됩니다. 강압 변압기 는 1 차 전압 레벨을 2 차 출력에 걸쳐 낮은 전압으로 변환합니다. 이것은 1 차 권선과 2 차 권선의 비율에 의해 달성됩니다. 강압 변압기의 경우 권선 수는 2 차측보다 1 차측에서 더 높습니다. 따라서 1 차 및 2 차 의 전체 권선 비율은 항상 1 이상으로 유지됩니다.

전자 제품에서 많은 애플리케이션은 5V, 6V, 9V, 12V, 24V 또는 경우에 따라 48V에서 실행됩니다. 단상 전원 콘센트 전압 230V AC를 원하는 저전압 레벨로 변환하려면 스텝 다운 변압기가 필요합니다. 계장 및 많은 전기 유형의 장비에서 강압 변압기는 전력 섹션의 주요 요구 사항입니다. 또한 전원 어댑터 및 휴대폰 충전기 회로에도 사용됩니다.

전기에서 강압 변압기는 장거리 전력 공급 요구 사항을위한 저손실 및 비용 효율적인 솔루션을 보장하기 위해 매우 높은 전압에서 작동하는 배전 시스템에 사용됩니다. 고전압을 저전압 공급 라인으로 변환하기 위해 강압 변압기가 사용됩니다.

2. 승압 변압기

스텝 업 변압기는 스텝 다운 변압기와 정확히 반대입니다. 승압 변압기 는 낮은 1 차 전압을 높은 2 차 전압으로 증가시킵니다. 다시 1 차 및 2 차 권선 비율의 비율로 달성됩니다. 승압 변압기 의 경우 1 차 권선과 2 차 권선 의 비율은 1 미만으로 유지 됩니다. 즉, 2 차 권선의 턴 수가 1 차 권선보다 높습니다.

전자 제품에서 저전압이 훨씬 높은 전압으로 변환되는 안정기, 인버터 등에 자주 사용되는 승압 변압기.

승압 변압기는 배전에도 사용됩니다. 배전 관련 애플리케이션에는 고전압이 필요합니다. 승압 변압기는 배전 전에 전압 레벨을 높이기 위해 그리드에서 사용됩니다.

3. 절연 변압기

절연 변압기는 전압 레벨을 변환하지 않습니다. 절연 변압기의 1 차 전압과 2 차 전압은 항상 동일하게 유지됩니다. 이는 1 차 및 2 차 권선 비율이 항상 1과 같기 때문 입니다. 이는 절연 변압기에서 1 차 및 2 차 권선의 권선 수가 동일 함을 의미합니다.

절연 변압기는 1 차 및 2 차를 분리하는 데 사용됩니다. 앞서 논의한 바와 같이 변압기는 1 차와 2 차 사이에 전기적 연결이 없으며 전도가 자속으로 만 발생하는 절연 장벽으로도 사용됩니다. 안전을 위해 사용 되며 1 차에서 2 차로 또는 그 반대로 소음 전달을 취소하는 데 사용됩니다.

핵심 재료에 따른 변압기 유형

변압기는 코어 재료를 통해 전자기 플럭스를 전도하여 에너지를 전달합니다. 다른 코어 재료는 다른 플럭스 밀도를 생성합니다. 핵심 재료에 따라 여러 유형의 변압기가 전력 및 전자 영역에서 사용됩니다.

1. 철심 변압기

철심 변압기는 여러 개의 연 철판을 핵심 재료로 사용합니다. 철의 우수한 자기 특성으로 인해 철심 변압기의 자속 결합이 매우 높습니다. 따라서 철심 변압기의 효율도 높습니다.

연철 코어 플레이트는 다양한 모양과 크기로 제공됩니다. 1 차 및 2 차 코일이 코일 포머에 감겨 있거나 감겨 있습니다. 그 후 코일 포머는 연철 코어 플레이트에 장착됩니다. 코어 크기와 모양에 따라 다른 유형의 코어 플레이트가 시장에 나와 있습니다. 일반적인 모양은 E, I, U, L 등입니다. 철판은 얇고 여러 개의 판이 함께 묶여 실제 코어를 형성합니다. 예를 들어, E 유형 코어는 문자 E 모양의 얇은 판으로 만들어집니다.

철심 변압기가 널리 사용되며 일반적으로 무게와 모양이 더 무겁습니다.

2. 페라이트 코어 변압기

페라이트 코어 변압기는 높은 투자율로 인해 페라이트 코어를 사용합니다. 이 유형의 변압기는 고주파 애플리케이션에서 매우 낮은 손실을 제공합니다. 이로 인해 페라이트 코어 변압기는 SMPS (스위치 모드 전원 공급 장치), RF 관련 애플리케이션 등과 같은 고주파 애플리케이션에 사용됩니다.

페라이트 코어 변압기는 또한 애플리케이션 요구 사항에 따라 다양한 유형의 모양과 크기를 제공합니다. 주로 전기 응용보다 전자 제품에 사용됩니다. 페라이트 코어 변압기에서 가장 일반적인 모양은 E 코어입니다.

3. 토로 이달 코어 변압기

토 로이드 코어 변압기는 철 코어 또는 페라이트 코어와 같은 토 로이드 모양의 코어 재료를 사용합니다. 토 로이드는 링 또는 도넛 모양의 코어 재료이며 우수한 전기 성능을 위해 널리 사용됩니다. 링 모양으로 인해 누설 인덕턴스가 매우 낮고 매우 높은 인덕턴스와 Q 계수를 제공합니다. 권선은 비교적 짧고 무게는 기존의 동일한 정격 변압기보다 훨씬 적습니다.

4. 에어 코어 변압기

Air Core 변압기는 물리적 자기 코어를 코어 재료로 사용하지 않습니다. 공심 변압기의 자속 연결은 전적으로 공기를 사용하여 이루어집니다.

공심 변압기에서 1 차 코일에는 주변에 전자기장을 생성하는 교류가 공급됩니다. 패러데이 유도 법칙에 따라 2 차 코일이 자기장 내부에 배치되면 2 차 코일은 부하에 전력을 공급하는 데 사용되는 자기장으로 유도됩니다.

그러나 공기 코어 변압기는 철 또는 페라이트 코어와 같은 물리적 코어 재료에 비해 상호 인덕턴스가 낮습니다.

휴대용 전자 제품 및 무선 주파수 관련 응용 분야에 사용됩니다. 물리적 인 코어 재료가 없기 때문에 무게 측면에서 매우 가볍습니다. 올바르게 조정 된 공심 변압기는 무선 충전 솔루션에도 사용되며, 1 차 권선은 충전기 내부에 구성되고 2 차 권선은 대상 장치 내부에 위치합니다.

권선 배열에 따른 변압기 유형

변압기는 권선 순서를 사용하여 분류 할 수 있습니다. 인기있는 유형 중 하나는 자동 권선 변압기입니다.

자동 권선 변압기

지금까지는 1 차 권선과 2 차 권선이 고정되어 있지만 자동 권선 변압기의 경우 1 차 및 2 차 코일을 직렬로 연결할 수 있으며 중앙 탭 노드가 이동 가능합니다. 중앙 탭 위치에 따라 2 차 전압이 달라질 수 있습니다.

자동은 자동의 약식이 아닙니다. 오히려 자체 또는 단일 코일에 알리는 것입니다. 이 코일은 1 차와 2 차의 두 부분으로 구성된 비율을 형성합니다. 중앙 탭 노드의 위치는 1 차 및 2 차 비율을 결정하므로 출력 전압이 달라집니다.

가장 일반적인 용도는 안정적인 AC 입력에서 가변 AC를 생성하는 기기 인 V ARIAC 입니다. 또한 고전압 라인을 자주 교체해야하는 송전 및 배전 관련 애플리케이션에도 사용됩니다.

용도에 따른 변압기 유형

특정 도메인에서 작동하는 여러 유형의 변환기도 사용할 수 있습니다. 전자 및 전기 부문 모두 응용 분야에 따라 여러 개의 전용 변압기가 강압 또는 승압 변압기로 사용됩니다. 따라서 변압기는 용도에 따라 다음과 같이 분류 할 수 있습니다.

1. 파워 도메인

• 전력 변압기
• 측정 변압기
• 배전 변압기

2. 전자 영역

• 펄스 변압기
• 오디오 출력 변압기

1. 전력 영역에서 사용되는 변압기

전기에서 전력 영역은 발전, 측정 및 분배를 다룹니다. 그러나 변전소와 최종 사용자에게 안전한 전력 변환과 성공적인 전력 공급을 수용하기 위해 변압기가 필수적인 부분이되는 매우 큰 분야입니다.

전력 영역에서 사용되는 변압기는 실외 및 실내 모두 가능하지만 대부분 실외 일 수 있습니다.

(a) 전력 변압기

전력 변압기는 크기가 더 크며 변전소 또는 공공 전력 공급으로 에너지를 전송하는 데 사용됩니다. 이 변압기는 발전기와 1 차 배전 그리드 사이의 다리 역할을합니다. 전력 등급 및 사양에 따라 전력 변압기는 소형 전력 변압기, 중전 력 변압기 및 대형 전력 변압기의 세 가지 범주로 더 분류 될 수 있습니다. 정격은 500-700KVA에 대해 30KVA 이상이거나 소형 정격 전력 변압기의 경우 7000KVA 이상일 수 있습니다. 중간 정격 전력 변압기는 최대 50-100 MVA 일 수있는 반면 대형 정격 전력 변압기는 100MVA 이상을 처리 할 수 ​​있습니다.

매우 높은 전력 생산으로 인해 전력 변압기의 구성도 중요합니다. 구조에는 견고한 절연 주변 장치와 균형 잡힌 냉각 시스템이 포함됩니다. 가장 일반적인 전력 변압기는 오일로 채워져 있습니다.

전력 변압기 의 주요 원리는 저전압 고전류를 고전압 저 전류로 변환하는 것 입니다. 이는 배전 시스템의 전력 손실을 최소화하기 위해 필요합니다.

전력 변압기의 또 다른 중요한 매개 변수는 위상 가용성입니다. 일반적으로 전력 변압기는 3 상 시스템에서 작동 하지만 경우에 따라 단상 소형 전력 변압기도 사용됩니다. 삼상 전력 변압기는 단상 전력 변압기보다 가장 비용이 많이 들고 효율적입니다.

(b) 측정 변압기

측정 변압기는 종종 계기 변압기라고합니다. 이것은 전력 영역에서 일반적으로 사용되는 또 다른 측정 장비입니다. 측정 변압기는 주 전원을 분리하고 전류와 전압을 보조 출력에 대한 더 작은 비율로 변환하는 데 사용됩니다. 출력을 측정하여 실제 전력선의 위상, 전류 및 전압을 측정 할 수 있습니다.

위의 이미지는 변류기의 구성을 보여줍니다.

(c) 배전 변압기

이것은 배전 시스템의 마지막 단계에서 사용됩니다. 배전 변압기는 고전압을 최종 고객이 요구하는 전압 인 110V 또는 230V로 변환하는 강압 변압기입니다. 단상 또는 3 상일 수도 있습니다.

배전 변압기는 변환 용량 또는 정격에 따라 모양이 더 작을 수도 있고 더 클 수도 있습니다.

배전 변압기는 사용하는 절연 유형에 따라 더 분류 할 수 있습니다. 건식 또는 액체에 담글 수 있습니다. 주로 C 자형으로 제작 된 적층 강판을 심재로 사용합니다.

배전 변압기에는 사용되는 위치에 따라 다른 유형의 분류가 있습니다. 변압기는 전신주에 장착 할 수 있으며, 그렇다면 기둥 장착형 배전 변압기라고합니다. 지하 챔버 내부, 콘크리트 패드 (패드 장착 배전 변압기) 또는 밀폐 된 강철 상자에 장착 할 수 있습니다.

일반적으로 배전 변압기의 정격은 200kVA 미만입니다.

2. 전자 영역에서 사용되는 변압기

전자 제품에서는 PCB에 장착하거나 소형 제품 인클로저 내부에 고정 할 수있는 다양한 소형 소형 변압기가 사용됩니다.

(a) 펄스 변압기

펄스 변압기는 일정한 진폭으로 전기 펄스를 생성하는 가장 많이 사용되는 PCB 실장 변압기 중 하나입니다. 절연 된 환경에서 펄스 생성이 필요한 다양한 디지털 회로에 사용됩니다. 따라서 펄스 트랜스포머는 1 차 및 2 차를 분리하고 1 차 펄스를 2 차 회로 (종종 디지털 로직 게이트 또는 드라이버)에 분배합니다.

올바르게 구성된 펄스 변압기에는 적절한 갈바닉 절연과 작은 누설 및 표유 커패시턴스가 필요합니다.

(b) 오디오 출력 변압기

오디오 변압기는 전자 분야에서 일반적으로 사용되는 또 다른 변압기입니다. 임피던스 매칭이 필요한 오디오 관련 응용 분야에서 특별히 사용됩니다. 오디오 변압기는 일반적으로 라우드 스피커와 같은 증폭기 회로와 부하의 균형을 유지합니다. 오디오 트랜스포머는 여러 개의 1 차 및 2 차 코일을 분리하거나 중앙 탭으로 할 수 있습니다.

그래서 우리는 다른 특수 목적 변압기가 있다는 것을 제외하고 다양한 종류의 변압기를 다루었지만이 기사의 범위를 벗어납니다.