변압기는 회로의 두 부분 사이에 전력을 전송하는 데 사용되는 장치로, 전류와 전압을 변경하면서 절연을 생성합니다. 변압기는 대부분의 전기 시스템에서 필수적인 부분입니다. 특히 전력 변압기는 고효율의 전력 전송이 필요할 때 사용됩니다. 특정 용도에 따라 장비는 최대 부하 용량에서 연속적으로 또는 불연속적으로 작동할 수 있습니다.
상업용 전기 장치에 사용되는 소형 변압기는 두 가지 코어 모양으로 구성될 수 있습니다. EI 또는 정사각형 모양과 토로이달 모양. 토로이달(고리형, 도넛형 코어) 변압기는 원통형 코어를 감싸는 구리선으로 구성된 전기 부품입니다. 과거에는 EI 코어 형태가 더 많이 사용되었습니다. 그러나 토로이달 변압기는 독특한 모양과 장점으로 인해 저전력이 필요한 애플리케이션에서 매우 널리 사용되고 있습니다.
트로이달 변압기의 구성
코어: 일반 변압기의 코어는 적층 실리콘 강판으로 만들어집니다. 트로이달 변압기의 코어는 권선 실리콘 강판으로 만들어집니다. 그 역할은 1 차 코일 교류 전류의 작용하에 주파수 교류 자속을 형성하고, 코어의 교류 자속을 통해 2 차 코일의 전위를 유도하여 저전압 전원 공급 장치를 형성하는 것입니다. 코어는 전기 에너지, 자기 에너지 및 전기 에너지의 변환을 완료하는 본체입니다.
권선: 일반적으로 절연된 편평한 구리선 또는 권선 다이에 감긴 둥근 구리선으로 만들어집니다. 여기에는 1차 및 2차(고전압 및 저전압)의 두 그룹이 포함됩니다. 1 차 권선의 역할은 변압기의 원래 측면을 부분적으로 도입하여 여기 프로세스를 완료하고 다른 부분에서는 전기 에너지의 2 차 권선을 채우기 위해 변압기의 원래 측면을 도입하는 것입니다. 2차 권선은 자기 에너지를 전기 에너지로 변환하여 외부로 전송하는 역할을 합니다. 권선은 일반적으로 특정 회로 연결 방법에 따라 연결됩니다.
본체 절연: 여기에는 1차 및 2차 절연, 턴간 절연, 코어 절연 및 쉘간 절연이 포함됩니다. 사용되는 재료는 골판지, 에폭시 수지, 다양한 절연 재료, 변압기 오일 등입니다. 변압기 오일은 절연 효과가 좋을뿐만 아니라 변압기 열 방출을 도와 코어와 코일을 냉각시킬 수 있습니다.
토로이달 변압기의 코어는 고품질 냉간 압연 실리콘 강판 (일반적으로 시트 두께는 0.35mm 이하)으로 만들어지고 매끄럽게 압연되어 기존 적층 시트의 코어보다 코어 성능이 우수하며, 토로이달 변압기의 권선은 코어에 고르게 감겨 있고 권선에 의해 생성 된 자기선의 방향은 코어의 자기 회로와 거의 정확히 일치하여 적층 유형에 비해 여기 에너지 및 코어 손실을 25 % 줄입니다.
작동 원리
변압기는 전자기 유도에 의존합니다. 물리학자 마이클 패러데이는 1831년 전류의 세기가 자석의 운동 속도와 코일의 회전 수에 비례한다는 사실을 발견하면서 전자기 유도를 발견했습니다.
변압기는 이 비례 관계를 이용합니다. 트로이달 변압기의 작동 원리는 변압기의 작동 원리와 동일하며, 둘 다 전기-자기 및 자기-전기 변환 원리를 사용하여 작동합니다. 변압기의 작동 원리를 설명하기 위해 아래 그림에 회로를 표시했습니다. 변압기의 1차 권선 L1(권선 수는 N1)의 양단에 교류 전압 U1을 보내면 교류 전류 I1이 L1을 통해 흐르고, L1은 즉시 자기장을 생성하며, 자기장의 자기 유도선은 전도성이 좋은 코어를 따라 2차 권선 L2(권선 수는 N2)에 결합되고, L2는 즉시 유도 전위를 생성하며, 이때 L2는 전원 공급 장치와 동일합니다. L2가 부하 R에 폐쇄 회로로 연결되어 있기 때문에 L2는 AC 전류 I2를 출력하고 부하 R을 통해 흐르며, R을 가로지르는 전압은 U2입니다.
자기장은 2차 권선을 통과할 때 출력 전압을 생성합니다. 생성되는 전압의 양은 1차측과 비교하여 2차측의 코일 수에 따라 달라집니다. 비율이 2:1이면 절반으로 줄어들고, 1:2이면 두 배로 늘어납니다.
트로이달 변압기의 장점
1. 고효율
이 변압기의 독특한 모양은 더 짧은 코일을 사용하기에 적합하여 손실 수준을 낮추고 시스템 효율을 높입니다. 트로이달 변압기는 다른 전력 변압기보다 효율이 높기 때문에 작동 중에 열이 덜 발생하여 작동 온도가 낮아집니다. 따라서 냉각 장치의 필요성이 줄어듭니다.
코어에는 에어 갭이 없으며 적층 계수는 95 % 이상, 코어 투과성은 1.5 ~ 1.8T (적층 코어는 1.2 ~ 1.4T 만 가능), 전기 효율은 95 % 이상, 무부하 전류는 적층 유형의 10 %에 불과합니다.
2. 낮은 작동 온도
철손이 1.1W / kg을 달성 할 수 있기 때문에 철손이 매우 작을 때 코어 온도 상승이 낮고 코어의 저온에서 권선의 방열이 양호하여 변압기 온도 상승이 낮습니다.
3. 더 컴팩트 한 크기, 가벼운 무게
트로이달 변압기의 모든 권선은 전체 코어에 대칭으로 분포되어 있어 와이어 길이가 매우 짧습니다. 자속이 입자 지향 코어의 롤링 방향과 같은 방향으로 배향되기 때문에 부피와 무게를 크게 줄이고 자속 밀도를 높일 수 있습니다.
크기와 무게가 줄어든 트로이달 변압기는 소형 전기 제품에 이상적입니다. 또한 스테퍼온라인은 고객의 공간에 맞게 변압기를 설계할 수 있습니다.
4. 낮은 표유 자기장 및 EMI 방출량
트로이달 변압기 코어에는 에어 갭이 없으며 권선이 링 모양의 코어에 균일하게 감겨있어 자기 누설 및 전자기 방사가 적습니다. 코어를 덮고 있는 1차 및 2차 권선은 생성된 자기장에 대한 차폐 역할을 하여 작동 중 변압기 주변의 민감한 전자 장비를 보호합니다. 트로이달 변압기는 저레벨 증폭기 및 의료 장비와 같이 추가 차폐 없이 고감도 전자 장비에 사용할 수 있습니다.
트로이달 변압기는 환경과 인체에 미치는 영향이 전혀 없으므로 건강한 전원 공급 장치입니다.
5. 더 작은 진동 소음
트로이달 변압기의 구조는 가청 소음을 억제하는 데 도움이 됩니다. 코어를 단단히 감고, 스폿 용접하고, 어닐링하고, 에폭시 수지로 코팅하거나 마일라 테이프로 절연합니다. 코어를 균일하게 감아 에어 갭이 없어 진동할 시트가 느슨해지지 않으므로 자기 변형으로 인한 험이 줄어듭니다.
6. 치수 유연성
트로이달 변압기는 기존 적층 변압기에 비해 높은 치수 유연성을 제공합니다. 트로이달 변압기 코어의 길이, 폭, 높이 비율을 쉽게 변경하여 필요한 치수를 충족하는 모양을 설계할 수 있습니다.
7. 손쉬운 설치
트로이달 변압기는 설치가 쉽습니다. 대부분의 경우 금속 센터링 와셔와 장착 나사 또는 볼트 하나만 있으면 빠르고 쉽게 설치할 수 있습니다.
다른 인기 있는 장착 방법은 다음과 같습니다:
- 황동 인서트 또는 관통 구멍이 있는 수지 센터 포팅
- 무압 마운팅 플레이트
- 플라스틱 또는 금속 하우징의 완벽한 캡슐화
- PCB 마운팅(스루홀)
- DIN 레일 장착
8. 에너지 절약
토로이달 코어는 철 손실이 1.7테슬라 및 50Hz에서 일반적으로 1.1W/kg으로 매우 낮습니다. 이러한 낮은 철 손실은 매우 낮은 자화 전류로 이어져 대기 에너지 소비를 낮춥니다. 무부하 손실이 낮을수록 대기 상태에서 더 많은 에너지를 절약할 수 있습니다.
토로이달 변압기의 적용 분야
트로이달 변압기는 전자 애플리케이션에서 전압을 강압/강압하는 도구로 자주 사용됩니다. 이 장치는 전자 장비를 부유 전압원으로부터 분리하는 데에도 사용할 수 있습니다. 다양한 변압기가 존재하므로 다양한 용도로 사용할 수 있습니다. 다양한 트로이달 변압기의 현재 응용 분야에 대한 간략한 설명은 다음과 같습니다:
스테퍼 모터 산업: 주로 단상, 다상 스테퍼 드라이버 및 AC 서보 모터에 사용됩니다.
기계 산업: 주로 제어 공작 기계, CNC 기계 등과 같은 산업에 편중되어 있습니다.
오디오/영상 장비: 주로 오디오 시스템, 오디오 증폭기 등에 사용됩니다.
의료 산업: 안전 격리 역할을 하는 의료 테스트 기기에 사용됩니다.
계측 산업: 다양한 테스트 기기 및 장비에 사용됩니다.
재생 에너지 산업: 태양광 인버터에 사용되며, 일반적으로 전압 부스트의 역할을 합니다.
분무가습 산업: 주로 농업용 온실 및 채소 재배 기지 등 공기 습도를 조절하는 데 사용됩니다.
전기 제어: 예를 들어 전류 및 전압 변압기에 사용됩니다. 토로이달 변압기 공정을 통해 고정밀, 고안정성 변압기를 만들 수 있습니다.
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