Сердечник трансформатора
При изготовлении любого трансформатора производители стараются добиться максимальной магнитной муфты между двумя индукторами. Магнитная связь может быть увеличена во много раз, используя ферромагнитный материал или железный порошок в качестве магнитного сердечника. Пара индукторов, обернутых вокруг ферромагнитного сердечника, имеет лучший коэффициент связи, чем трансформатор с воздушным сердечником. Однако использование ферромагнитных сердечников имеет свои ограничения. Ферромагнитные ядра имеют некоторые потери энергии из-за гистерезиса и вихревых токов, а также ограничены своей текущей несущей способностью. В дополнение к этим ограничениям, выбор материала сердечника также ограничивает частотный диапазон трансформатора. В зависимости от типа используемого сердечника трансформаторы классифицируются следующим образом:Ламинированные железные трансформаторы: Эти трансформаторы имеют кремниевую сталь в качестве основного материала. Кремниевая сталь также известна как трансформаторное железо или просто железо. Кремниевая сталь ламинируется слоями, чтобы избежать потерь из-за вихревых токов и гистерезиса. Вихревые токи — это круговые токи, которые текут в магнитных материалах при намагничивании. Вихревые токи заставляют ядро терять энергию в виде тепла. Гистерезис — это тенденция магнитного ядра принимать флуктуирующий магнитный поток. Из-за гистерезиса и вихретоковых потерь эти трансформаторы подходят только для частот 60 Гц и других низких частот в звуковом диапазоне. По мере увеличения частоты выше нескольких килогерц внутренние потери ядра увеличиваются сверх возможного предела.
Ферритовые сердечники: Ферритовые сердечники имеют высокую проницаемость и требуют меньшего количества оборотов катушки. Однако на частотах выше нескольких мегагерц такие ядра начинают демонстрировать значительные потери энергии из-за вихревых токов и гистерезиса. Именно поэтому эти трансформаторы подходят для звуковых частот до нескольких мегагерц.
Порошкообразные железные сердечники: Порошкообразное железо также имеет более высокую проницаемость и более низкие потери, чем ферритовые сердечники из-за гистерезиса и вихревых токов. По мере увеличения частоты потребность в высокой проницаемости уменьшается. Трансформаторы с железными порошковыми сердечниками подходят для очень высоких частот до 100 МГц. Поскольку нет необходимости в достижении высокой проницаемости на очень высоких частотах выше 100 МГц, трансформаторы с воздушным сердечником более подходят из-за их более высокой энергоэффективности.
Воздушный трансформатор: В трансформаторе с воздушным сердечником как первичная, так и вторичная катушки обернуты вокруг диамагнитного материала. Магнитная муфта в таком трансформаторе происходит через воздух. В таком трансформаторе не только низкая индуктивность обеих катушек, но и взаимная индуктивность также очень низкая, поэтому магнитная связь между катушками очень мала. Эти трансформаторы не теряют энергию из-за гистерезиса или вихревых токов, а также способны регулировать большие токи. Этот тип трансформатора подходит для высоковольтных применений, где энергоэффективность является основной проблемой, таких как распределительные трансформаторы. Они также подходят для сверхвысоких радиочастотных приложений выше 100 МГц. На высоких радиочастотах требуемое значение индуктивности низкое, что может быть легко достигнуто с помощью индукторов с воздушным сердечником.