Transformatory wielokrotne

Zarówno konwertery prądu AC/DC, jak i DC/DC oraz zasilacze korzystają z transformatora. Transformatory są istotnym elementem każdego obwodu elektrycznego. Może zwiększać i zmniejszać napięcie do bezpiecznego limitu. Transformatory są niezbędnym elementem każdego obwodu z wyjściem prądu stałego i wejściem napięcia sieciowego. W obwodzie DC/DC transformator działa poprzez przełączanie sygnałów PWM zamiast sygnału sinusoidalnego AC.

Transformatory wielouzwojeniowe mogą zapewnić moc wyjściową o wysokiej wydajności i na wielu szynach. Transformatory te mają wiele cewek wtórnych, które zwiększają lub zmniejszają napięcie wejściowe do żądanej wartości. Transformatory te służą również do izolacji wielu szyn w systemie elektroenergetycznym.

Szybki zarys:

• Co to jest transformator wielouzwojeniowy
• Wprowadzenie do transformatorów dwunapięciowych
• Wiele zaczepów transformatora uzwojenia
• Konfiguracje napięcia dla transformatorów z wieloma uzwojeniami
• Co to jest transformator wielouzwojeniowy z gwintem centralnym
• Transformatory z gwintem centralnym wykorzystujące transformator podwójnego napięcia
• Wniosek

Co to jest transformator wielouzwojeniowy

Nazywa się transformatory, które mają więcej niż jedno uzwojenie po obu stronach Transformatory wielokrotne . Zwykle mają jedno uzwojenie pierwotne i dwa lub więcej uzwojeń wtórnych. Transformatory te są przydatne do różnych celów, takich jak regulacja napięcia, izolacja i dopasowanie impedancji.

Transformatory wielouzwojeniowe działają tak samo jak zwykłe transformatory. Jedna różnica jest taka, że ​​mają więcej niż jedno uzwojenie po każdej stronie . Aby je połączyć, musimy sprawdzić polaryzację napięcia na każdym uzwojeniu, co jest zaznaczone kropkami. Kropki pokazują dodatni (lub ujemny) koniec uzwojenia.

Transformatory działają na zasadzie indukcji wzajemnej, co oznacza, że ​​napięcie w każdym uzwojeniu jest proporcjonalne do liczby zwojów, jak pokazano poniżej:

Moc w każdym uzwojeniu jest taka sama, więc stosunek zwojów jest równy stosunkowi napięć. Na przykład, jeśli uzwojenie pierwotne ma 10 zwojów i 100 woltów, a uzwojenie wtórne ma 5 zwojów, wówczas napięcie wtórne wynosi 50 woltów. W ten sposób transformatory wielouzwojeniowe mogą mieć różne napięcia wyjściowe dla różnych cewek.

Transformator, który może mieć różne strony wtórne ze zmiennymi zwojami drutu. Liczba zwojów wpływa na napięcie prądu. Więcej zwojów oznacza wyższe napięcie, a mniej zwojów oznacza niższe napięcie. Zatem transformator może wytwarzać różne napięcia dla różnych urządzeń z jednego źródła energii elektrycznej. Jest to przydatne w przypadku obwodów elektronicznych, takich jak zasilacze i konwertery.

Poniżej znajduje się transformator wielouzwojeniowy z wieloma połączeniami uzwojenia wtórnego. Każde z tych uzwojeń wtórnych zapewnia inne napięcie wyjściowe.

Możemy wykorzystać uzwojenie pierwotne indywidualnie lub połączyć je z parą różnych innych uzwojeń, aby zasilać transformator. Jednak podłączenie uzwojenia wtórnego zależy od tego, ile napięcia potrzebujemy po stronie wyjściowej. Uzwojenie wtórne w konfiguracji równoległej jest możliwe tylko wtedy, gdy dwa połączone uzwojenia muszą być elektrycznie identyczne. Innymi słowy, ich wartości znamionowe prądu i napięcia muszą się zgadzać.

Wprowadzenie do transformatorów dwunapięciowych

Transformatory podwójnego napięcia zawierają podwójne uzwojenia pierwotne i podwójne uzwojenia wtórne. Specyfikacje napięcia i prądu obu uzwojeń pierwotnych są identyczne. Podobnie wartości znamionowe napięcia i prądu obu uzwojeń wtórnych są również takie same. Transformatory te są zaprojektowane w taki sposób, że można je stosować w różnych zastosowaniach. Możemy zmienić zaczepy transformatora tych uzwojeń, aby utworzyć kombinację szeregową i równoległą dla wyższych wymagań prądowych i napięciowych. Tego typu transformatory wielouzwojeniowe nazywane są Transformatory dwunapięciowe .

Wiele zaczepów transformatora uzwojenia

Niektóre transformatory są zaprojektowane w taki sposób, że można modyfikować ich przełożenie poprzez zmianę połączeń strony pierwotnej i wtórnej. Nazywa się te połączenia po pierwotnej lub wtórnej stronie transformatora krany transformatorowe .

Schemat podłączenia transformatora pokazuje jednoodczepowe połączenie uzwojenia pierwotnego i wtórnego. Na tym obrazie widać, że zwojów cewki wtórnej (400) jest więcej niż zwojów cewki pierwotnej (100). To jest schemat połączeń transformatora obniżającego napięcie z podwójnym uzwojeniem pierwotnym i podwójnym uzwojeniem wtórnym.

Dany transformator ma podwójne uzwojenie pierwotne i podwójne uzwojenie wtórne. W tych uzwojeniach każdy koniec nazywany jest zaciskiem, a dla każdego uzwojenia jest para zacisków.

Zaciski boczne pierwotne lub wysokiego napięcia są nazywane H₁ I H₂ .

Patrząc na transformator od strony wtórnej, zacisk wysokiego napięcia transformatora jest oznaczony jako H₁ . Według CSA stało się to standardem branżowym dotyczącym etykietowania końcówki wysokiego napięcia, patrząc na nią od strony wtórnej.

Podobnie inne zaciski boczne uzwojenia wysokiego napięcia są oznaczone jako H₃ I H₄ .

Z rysunku widać, że do oznakowania zacisku wtórnego transformatora wysokiego napięcia używana jest litera X . Obydwa zaciski po stronie wtórnej lub niskiego napięcia są oznaczone X ₁ , X ₂ , I X ₃ , X ₄ .

Transformatory posiadające podwójne uzwojenie w każdym z uzwojeń pierwotnych i wtórnych mają tę zaletę. W ten sposób każda para uzwojeń transformatora jest połączona szeregowo lub równolegle.

Rozważmy teraz poniższy schemat podłączenia zaczepu transformatora. Ta konfiguracja zawiera również podwójne uzwojenie pierwotne i podwójne uzwojenie wtórne. Tutaj oba uzwojenia po stronie pierwotnej są połączone szeregowo, podczas gdy uzwojenia wtórne są równoległe.

Z połączenia kranu widać, że po stronie wysokiego napięcia, zacisk H₂ jest połączony z terminalem H₃ . W ten sposób oba uzwojenia wysokiego napięcia są ze sobą połączone szeregowo. Liczba zwojów obu uzwojeń pierwotnych wysokiego napięcia wynosi 400 zwojów każde. Zatem strona pierwotna lub strona wysokiego napięcia ma łącznie 800 zwojów.

Terminal X ₁ po stronie niskiego napięcia jest podłączony do zacisku X ₃ , podczas gdy terminal X ₂ jest połączony z terminalem X ₄ .

Dwa uzwojenia niskiego napięcia, każde po 100 zwojów, są połączone równolegle. Tworzy to pojedyncze uzwojenie wtórne, które ma w sumie 100 zwojów.

Zatem ten transformator ma uzwojenie pierwotne o 800 zwojach i wtórne o 100 zwojach, a teraz jest skonfigurowany jako transformator obniżający napięcie ze współczynnikiem zwojów wynoszącym 8:1 .

Rozważmy teraz ten sam transformator mający inną konfigurację połączeń zaczepów. W tym scenariuszu uzwojenia wysokiego napięcia i uzwojenia niskiego napięcia są połączone szeregowo.

Uzwojenia wysokiego napięcia mają dwa uzwojenia pierwotne o 400 zwojach, połączone szeregowo. W ten sposób powstanie pojedyncze uzwojenie wysokiego napięcia zawierające w sumie 800 zwojów. Podobnie dwa 100-zwojowe uzwojenia niskiego napięcia są również połączone szeregowo. W rezultacie powstanie pojedyncze uzwojenie wtórne z 200 zwojami. Zatem nowy zmodyfikowany współczynnik skrętu, który otrzymamy, wynosi teraz 800:200 lub 4:1 .

W tej konfiguracji transformatora oba uzwojenia strony pierwotnej są połączone równolegle, natomiast połączenia obu stron wtórnych są szeregowe. Ponieważ uzwojenia pierwotne są równoległe, oba uzwojenia pierwotne o 400 zwojach będą działać jak pojedyncze uzwojenie pierwotne posiadające 400 zwojów.

Obydwa uzwojenia po stronie wtórnej są połączone szeregowo, a każde z nich ma 1000 zwojów. Obydwa sumują się, tworząc pojedyncze uzwojenie wtórne niskiego napięcia o długości 200 zwojów. Nowy współczynnik skrętu, który otrzymamy dla tej konfiguracji transformatora, wynosi 400:200 lub 2:1 .

Omówiliśmy więc różne konfiguracje transformatora z podwójnym uzwojeniem pierwotnym i podwójnym uzwojeniem wtórnym. W ten sposób możemy dostosować przyłącza kranu pierwotnego i wtórnego, aby uzyskać różne współczynniki obrotu.

Konfiguracje napięcia dla transformatorów z wieloma uzwojeniami

Różne konfiguracje umożliwiają podłączenie transformatorów wielokrotnych. Połączenie każdego typu zależy od wielu czynników, takich jak wymagane napięcie wyjściowe i szyna zasilająca, do której musimy podłączyć transformator. Zależy to również od konfiguracji cewki, czy strona pierwotna czy wtórna są połączone szeregowo czy równolegle.

Rzućmy okiem na niektóre główne konfiguracje transformatorów wielouzwojeniowych:

1. Konfiguracja transformatora wielouzwojeniowego

Transformator wielouzwojeniowy ma podwójne uzwojenie pierwotne i podwójne uzwojenie wtórne. Rozważ następujący transformator wielouzwojeniowy podany na obrazku:

Niektóre główne cechy transformatora wielouzwojeniowego to:

• Transformatory mogą mieć wiele uzwojeń pierwotnych, wiele uzwojeń wtórnych lub jedno i drugie.
• Maksymalne napięcie na każdym uzwojeniu strony wysokiego napięcia jest niższym z dwóch napięć.
• Maksymalne napięcie na każdym uzwojeniu niskiego napięcia jest najniższym z dwóch napięć wtórnych.
• Izolacja może zostać uszkodzona przez napięcie wyższe niż podane wartości znamionowe.
• Każde uzwojenie transformatora może bezpiecznie wytrzymać połowę mocy znamionowej transformatora w kilowoltoamperach (kVA).
• Aby uzyskać wymagane napięcie możemy połączyć akumulatory szeregowo lub równolegle.

2. Transformator rozdzielczy z wieloma cewkami

Podany transformator ma moc znamionową 50 kVA, 2400/4800 V – 120/240 V. Z tego możemy wywnioskować, że strona wysokiego napięcia może wytrzymać maksymalnie 2400 V na uzwojenie. A to napięcie będzie zawsze mniejsze z dwóch napięć. Podobnie uzwojenie strony niskiego napięcia lub strony wtórnej ma maksymalne napięcie 120 V na uzwojenie. Pamiętaj, że przekroczenie tych wartości napięcia może spowodować uszkodzenie izolacji.

Podłączenie strony pierwotnej (wysokiego napięcia).

• Jeśli chcesz połączyć stronę wysokiego napięcia tego transformatora 50 kVA z szyną 4800 V, musisz połączyć oba uzwojenia szeregowo. W ten sposób napięcie szyny 4800 V zostanie równomiernie rozdzielone, a każde uzwojenie będzie musiało wytrzymać obciążenie 2400 V.
• Podłączając stronę wysokiego napięcia do magistrali 2400 V, należy zastosować połączenie równoległe. Dzięki temu każde z uzwojeń doświadczy napięcia 2400 V.

Połączenie strony wtórnej (niskiego napięcia).

• Aby podłączyć stronę niskiego napięcia lub stronę wtórną do szyny 240 V, należy połączyć oba uzwojenia szeregowo. Powoduje to równy podział napięcia magistrali, zapewniając 120 V dla każdego uzwojenia.
• Jeśli chcesz podłączyć stronę niskiego napięcia do magistrali 120 V, użyj połączenia równoległego. W ten sposób każde uzwojenie dostaje do pracy napięcie 120 V.

3. Bieżące obliczenia

W transformatorze wartość znamionową woltoampera (VA) można obliczyć, biorąc iloczyn napięcia i prądu. Transformator podany w poprzedniej konfiguracji może obsłużyć tylko połowę całkowitej mocy kVA. Każde uzwojenie wysokiego napięcia i każde uzwojenie niskiego napięcia mają moc znamionową 25 kVA.

Obliczanie prądu dla uzwojenia wysokiego napięcia (pierwotnego):

Z powyższego wyniku możemy wyciągnąć wniosek, że maksymalny prąd, jaki może obsłużyć uzwojenie wysokiego napięcia, wynosi 10,4 A.

Obliczanie prądu dla uzwojenia niskiego napięcia (wtórnego):

W przypadku uzwojenia niskiego napięcia maksymalny prąd, jaki może obsłużyć, wynosi 208,3 A.

Przyjrzyjmy się teraz połączonym wartościom, gdy obie cewki rozważymy razem:

Obliczanie prądu dla uzwojenia wysokiego napięcia (pierwotnego) przy pełnej wartości VA:

Maksymalny prąd uzwojenia wysokiego napięcia, biorąc pod uwagę obie cewki uzwojenia pierwotnego, wynosi 10,4 A.

Obliczanie prądu dla uzwojenia niskiego napięcia (wtórnego) przy pełnej VA:

Ponownie maksymalny prąd uzwojenia niskiego napięcia wynosi 208,3 A.

Niezależnie od tego, czy weźmiemy pod uwagę pojedynczą cewkę i połowę VA, czy obie cewki z pełnym VA, obliczone maksymalne prądy zarówno dla uzwojenia wysokiego, jak i niskiego napięcia pozostają takie same. Wynika to ze specyficznej konstrukcji i parametrów transformatora.

4. Połączenia trójprzewodowe transformatora wielouzwojeniowego

Stuknięcie w środek transformatora pojedynczą linią spowoduje uzyskanie napięcia wyjściowego 120 V, natomiast dwukrotne dotknięcie obu linii da napięcie 240 V.

W trójprzewodowych połączeniach wtórnych (120/240 V) transformator dostarczy pełną kVA tylko wtedy, gdy ma idealnie zrównoważone obciążenie. Niezrównoważone obciążenie powoduje przeciążenie jednego uzwojenia. Spowoduje to przekroczenie aktualnej wartości znamionowej, ponieważ każde uzwojenie może obsłużyć tylko połowę mocy znamionowej kVA.

Co to jest transformator wielouzwojeniowy z gwintem centralnym

Transformator z odczepem centralnym został zaprojektowany tak, aby zapewnić dwa różne napięcia wtórne. Te napięcia są W _A I W _B , ze wspólnym połączeniem między nimi. Taka konfiguracja transformatora utworzy dwufazowe, 3-przewodowe źródło zasilania.

Napięcia wtórne i napięcie zasilania W _P są równe i wprost proporcjonalne. W rezultacie moc w każdym uzwojeniu jest taka sama. Napięcia na tych uzwojeniach wtórnych zależą od współczynnika zwoju.

Na powyższym schemacie widać standardowy transformator z odczepem środkowym. Środkowy punkt poboru znajduje się w środku uzwojenia wtórnego. Stworzy wspólne połączenie dla dwóch napięć wtórnych o równej wielkości, ale o przeciwnej polaryzacji. Po uziemieniu środkowego kranu, W _A napięcie stanie się dodatnie w stosunku do ziemi. Podczas W _B stanie się ujemna i będzie miała odwrotny kierunek. Oznacza to, że są elektrycznie przesunięte w fazie o 180°.

Jednakże stosowanie nieuziemionego transformatora z odczepem centralnym ma wadę. Z powodu nierównomiernego przepływu prądu przez trzecie połączenie, spowoduje to niezrównoważone napięcia w dwóch uzwojeniach wtórnych. Zobaczysz ten przypadek szczególnie wtedy, gdy obciążenia są niezrównoważone.

Transformatory z gwintem centralnym wykorzystujące transformator podwójnego napięcia

Możemy również stworzyć transformator z odczepem środkowym, stosując transformator z podwójnym napięciem. W tym celu należy połączyć uzwojenia wtórne szeregowo i ich łącznik środkowy pełniący funkcję kranu. Jeżeli moc wyjściowa każdego uzwojenia wtórnego wynosi V, wówczas całkowite napięcie wyjściowe uzwojenia wtórnego wyniesie 2 V.

Wniosek

Transformatory wielouzwojeniowe mają wiele zastosowań w obwodach elektrycznych i elektronicznych. Te transformatory z podwójnym lub wielokrotnym uzwojeniem mogą dostarczać różne napięcia wyjściowe w zależności od liczby zwojów wtórnych. Transformatory uzwojeniowe można łączyć ze sobą szeregowo lub równolegle w celu wyprowadzenia zwiększonych napięć lub prądów. Można również utworzyć transformator z odczepem centralnym, łącząc oba jego uzwojenia wtórne szeregowo.