Zalety transformatorów toroidalnych

Artykuł sponsorowany sklep.toroidy.pl

Sprawność elektryczna:

Wysoką wydajność i sprawność transformatorów toroidalnych uzyskuje się w głównej mierze dzięki zastosowaniu rdzeni wykonanych ze stali krzemowej z ziarnem zorientowanym (CRGO - cold rolled grain oriented) o odpowiednim kształcie.

Rdzeń jest zwiniętym pod dużym naciągiem - na kształt sprężyny zegarowej - ciągłym, nieprzerwanym paskiem materiału pozbawionym szczeliny powietrznej. Efekt ustawienia struktury molekularnej materiału w kierunku magnetycznym uzyskuje się poprzez wyżarzanie odprężające. Dla porównania określa się, że rdzenie złożone z wyciętych kształtek typu EI posiadają około 40% ziaren ustawionych w niewłaściwym kierunku.

Symetryczne rozmieszczenie zwojów transformatora na całym obwodzie rdzenia toroidalnego pozbawionego szczeliny powietrznej daje możliwość uzyskania większego strumienia magnetycznego. Typowe wartości strumienia magnetycznego transformatora zbudowanego na kształtkach EI to 12-14 kG, natomiast dla transformatorów toroidalnych osiąga się wartości 16-18 kG.

Należy jednak pamiętać, że w transformatorze toroidalnym strumień magnetyczny zorientowany jest w kierunku zgodnym z układem ziaren materiału. Dzięki tym wyjątkowym właściwościom możliwe jest uzyskanie niezmiernie wysokiej sprawności elektrycznej. Średnia sprawność transformatorów toroidalnych to 95%, jednak dla dużych mocy rzędu 20kVA uzyskuje się sprawność nawet 98%. W porównaniu do konstrukcji klasycznych są to wartości wyższe o średnio 14%.

Poniższy wykres przedstawia typowe wartości sprawności transformatorów klasycznych i toroidalnych w funkcji obciążenia.

Niski poziom hałasu

Najważniejszą przyczyną powstawania hałasu mechanicznego podczas pracy transformatora jest tzw. zjawisko magnetostrykcji. Zjawisko to polega na powstawaniu odkształceń (drgań) materiałów ferromagnetycznych pod wpływem zmiennego pola magnetycznego.

To niepożądane zjawisko można jednak znacznie ograniczyć poprzez zastosowanie rdzeni toroidalnych w konstrukcji transformatora. Uzwojenia szczelnie oplatające magnetowód, brak szczeliny powietrznej oraz stosowanie nowoczesnych impregnatów umożliwia uzyskanie nawet ośmiokrotnie niższego o poziomu hałasu w trakcie pracy pod obciążeniem.

Niska emisja pola magnetycznego

Dzięki swojej wyjątkowej konstrukcji i sprawności transformator toroidalny charakteryzuje się obniżoną o 90% wartością emisji pola magnetycznego.

Uzwojenia transformatora wyjątkowo dokładnie pokrywające rdzeń działają jak element ekranujący i skupiający pole magnetyczne tam, gdzie jest ono optymalnie wykorzystane do transformacji energii strony pierwotnej do strony wtórnej transformatora.

Ta cecha pozwala na zastosowanie transformatorów toroidalnych w wyjątkowo czułych urządzeniach elektronicznych takich jak wzmacniacze niskich poziomów sygnałów czy urządzeniach medycznych.

Niskie straty energii elektrycznej podczas pracy bez obciążenia

Transformator toroidalny wymaga znacznie mniejszych zasobów energii elektrycznej podczas pracy w stanie spoczynkowym, bez obciążenia. Energia zużywana w takim stanie jest 16x mniejsza stosunku do transformatora opartego konstrukcyjnie o klasyczne kształtki. Przekłada się to na gigantyczną oszczędność energii elektrycznej w przypadku urządzeń o nieciągłej charakterystyce pracy – takich jak np. sterowniki maszyn przemysłowych.
Dla przykładu odpowiednik klasycznego sterownika o mocy spoczynkowej 100W zbudowany w oparciu o transformator toroidalny zużyje jedynie około 6W.

Poniższy wykres przedstawia schematyczne porównanie zużycia energii elektrycznej przez oba typy transformatorów.

Elastyczne wymiary

Kolejną zaletą wynikającą z konstrukcji transformatora toroidalnego jest możliwość dostosowania gabarytów transformatora do potrzeb klienta. Rdzeń toroidalny możemy modyfikować w trzech wymiarach: średnicy zewnętrznej, wewnętrznej i wysokości przy zachowaniu jednakowego pola przekroju magnetowodu. Daje to możliwość zastosowania toroidu tam, gdzie nie mieszczą się transformatory zbudowane na kształtce EI.

Minimalizacja wymiarów i zużycia materiałów.

Najłatwiejszą do zaobserwowania różnicą pomiędzy transformatorami toroidalnymi, a kształtowymi są ich wymiary. Toroidy są nawet o 50% mniejsze, a do ich produkcji zużywa się średnio 30% mniej materiałów. Należy pamiętać, że zarówno stal CRGO jak i miedź o wysokiej czystości są surowcami bardzo kosztownymi, a ich obróbka wymaga zużycia dużej ilości energii.

Ponadto trójfazowe konstrukcje oparte o toroidalne magnetowody, w odróżnieniu do konstrukcji kolumnowych, mogą być w prosty sposób serwisowane. Koszt naprawy nowoczesnego trójfazowego transformatora toroidalnego jest nawet o 60% niższy niż transformatora kształtkowego.

Tomasz Lachowski, sklep.toroidy.pl

Bibiografia:
Irving M. Gottlieb - Practical Transformer Handbook
James A. Dayton - Design of Toroidal Transformers for Maximum Efficiency

Dołącz do nas na Facebooku!

Publikujemy najciekawsze artykuły, wydarzenia i konkursy. Jesteśmy tam gdzie nasi czytelnicy!

Polub nas na Facebooku!

Kontakt z redakcją

Byłeś świadkiem ważnego zdarzenia? Widziałeś coś interesującego? Zrobiłeś ciekawe zdjęcie lub wideo?

Napisz do nas!
Wróć na bialystok.naszemiasto.pl Nasze Miasto