ترانسفورماتورها بر اساس اصول محرک الکترومغناطیسی کار می کنند، که شامل دو یا چند پیچ و یک هسته آهن (یا هوا) است.میدان مغناطیسی متغیر تولید می کنداین میدان موجب ایجاد نیروی الکتروموتوری در پیچ دوم بر اساس قانون فارادی می شود. تبدیل ولتاژ از طریق تنظیم نسبت چرخش پیچ اتفاق می افتد.

قانون فارادی بیان می کند که نیروی الکتروموتوری محرک در یک مدار بسته برابر با نرخ منفی تغییر جریان مغناطیسی از طریق مدار است:

ε = -N dΦ/dt

جایی که ε نشان دهنده نیروی الکتروموتوری است، N نشان دهنده چرخش کویل و Φ نشان دهنده جریان مغناطیسی است.

• پیچ و تاب:سیم پیچ های عایق شده تولید کننده و دریافت کننده نیروی الکتروموتوری، شامل مدارهای اولیه (مدخل) و ثانویه (خرید) است.
• هسته:مواد نفوذی بالا که جریان مغناطیسی را هدایت می کنند تا کارایی اتصال را افزایش دهند و از دست دادن انرژی را به حداقل برسانند.
• عایق بندی:مواد دی الکتریک که از شارژ کوتاه و جریان نشت جلوگیری می کنند.
• محفظه:محفظه محافظی که پشتیبانی مکانیکی و از بین رفتن حرارتی را فراهم می کند.

هسته های ترانسفورم سه هدف اساسی دارند:

1. هدایت جریان مغناطیسی:مواد دارای نفوذ بالا جریان را از طریق پیچ ها متمرکز می کنند و باعث بهبود کارایی اتصال می شوند.
2. پشتیبانی از پیچ و تاب:یکپارچگی ساختاری را برای جلوگیری از تغییر شکل کویل فراهم می کند.
3. کاهش خسارت:طراحی و مواد هسته ای بهینه باعث به حداقل رساندن جریان گرد و غبار و از دست دادن هیستریز می شود و باعث افزایش کارایی می شود.

سه نوع اصلی هسته بر اساس ترکیب مواد وجود دارد:

عمدتاً در سیستم های برق استفاده می شود، این ها از لایه های نازک فولاد سیلیکون استفاده می کنند.

• نفوذ مغناطیسی بالا برای هدایت جریان موثر
• فشار کم که باعث کاهش خسارت های هیستریز می شود
• مقاومت بالا به حداقل رساندن جریان های گردشی

ورق های فولادی عایق بندی شده برای کاهش بیشتر از دست دادن جریان گرد و غبار با محدود کردن مسیرهای گردش، انباشته می شوند.

• بهره وری بالا (معمولا 95 تا 99 درصد)
• ظرفیت مدیریت قدرت بزرگ (مجموعه مگاوات)
• تولید با هزینه موثر

• ابعاد فیزیکی سنگین
• وزن قابل توجهی
• عملکرد ضعیف فرکانس بالا

سیستم های انتقال و توزیع برق شامل:

• نیروگاه های تولیدی برق (افزایش ولتاژ)
• ایستگاه های فرعی (تراکم ولتاژ)
• تجهیزات صنعتی سنگین

این ها فاقد مواد آهن مغناطیسی هستند و تنها به اتصال مغناطیسی متکی هستند.

• عایق برق برتر
• خسارت های اصلی ناچیز
• ساخت سبک
• پاسخ فوق العاده فرکانس بالا

• کاهش بهره وری از اتصال پایین تر
• ظرفیت قدرت محدود
• حساسیت به تداخل مغناطیسی خارجی

کاربردهای تخصصی که نیاز به:

• تطبیق مقاومت مدار RF
• جداسازی سیگنال تجهیزات صوتی
• دستگاه های سنجش میدان مغناطیسی

این ها از مواد سرامیکی فرایت (تولیدات اکسید آهن با نیکل، منگنز یا روی) استفاده می کنند.

• نفوذ پذیری بالا با ثبات فرکانس
• مقاومت بسیار بالا
• ضایعات فرکانس بالا کم
• شکل های متنوع تولید

• سایز فشرده
• جرم کاهش یافته
• عملکرد فرکانس بالا
• بهره وری فرکانس بالا

• تراکم جریان اشباع پایین تر
• عملکرد حساس به درجه حرارت
• هزینه های بالاتر مواد

سیستم های الکترونیکی و ارتباطی شامل:

• منابع برق حالت سوئیچ
• جداسازی سیگنال دستگاه الکترونیکی
• سرکوب تداخل RF
• اینورترهای فرکانس بالا

انتخاب اصلی شامل ارزیابی موارد زیر است:

• الزامات درخواست:سیستم های برق اولویت بهره وری و ظرفیت را دارند، در حالی که الکترونیک بر اندازه و پاسخ فرکانس تاکید دارد.
• فرکانس عملیاتی:هسته های لایه دار با فرکانس های قدرت (50/60 هرتز) سازگار هستند، فریت ها در kHz-MHz عالی هستند و هسته های هوا با بالاترین فرکانس ها برخورد می کنند.
• اهداف کارایی:کاربردهای حیاتی انرژی نیاز به مواد کم ضرر دارند.
• محدودیت های جسمی:دستگاه های قابل حمل نیاز به طرح های فشرده و سبک دارند.
• ملاحظات حرارتی:خواص مواد باید در دمای عملیاتی پایدار باقی بماند.
• الزامات EMC:برخی از کاربردهای مورد نیاز به حداقل رساندن تداخل الکترومغناطیسی است.

روندهای جدید عبارتند از:

• مواد پیشرفته:آلیاژ های نانوکریستالین و آمورف که خواص مغناطیسی برتر دارند.
• بهینه سازی طراحی:مدل سازی محاسباتی برای تقویت اتصال مغناطیسی و کاهش زیان.
• ادغام هوشمند:حسگرهای جاسازی شده برای نظارت بر عملکرد در زمان واقعی.
• کوچک کردن:هسته های فشرده برای الکترونیک قابل حمل
• سازگاری با فرکانس بالا:هسته هایی که از فرکانس های برقی قدرت پشتیبانی می کنند.

هسته های ترانسفورماتور اساساً عملکرد دستگاه را از طریق پارامترهای کارایی ، اندازه ، وزن و هزینه تعیین می کنند. هر یک از ترانسفورماتورهای آهن لایه دار ، هسته هوا و فرایت کاربردهای متمایزی را ارائه می دهند.انتخاب بهینه نیاز به تجزیه و تحلیل دقیق الزامات عملیاتی و شرایط محیطی داردنوآوری های مداوم در مواد و طراحی، عملکرد بهبود یافته را برای پاسخگویی به نیازهای در حال تکامل قدرت و سیستم الکترونیکی قول می دهند.