Transformátory s viacerými vinutiami

Transformátory používajú AC/DC a DC/DC meniče a napájacie zdroje. Transformátory sú dôležitou súčasťou každého elektrického obvodu. Dokáže zvýšiť a znížiť napätie na bezpečnú hranicu. Transformátory sú nevyhnutnou súčasťou každého obvodu, ktorý má výstup jednosmerného prúdu a vstup sieťového napätia. V obvode DC/DC transformátor funguje tak, že namiesto striedavého sínusového signálu prepína signály PWM.

Viacvinuté transformátory nám môžu poskytnúť výstupný výkon s vysokou účinnosťou a na viacerých koľajniciach. Tieto transformátory majú viacero sekundárnych cievok na zvýšenie alebo zníženie vstupného napätia na požadovanú hodnotu. Tieto transformátory sa tiež používajú na izoláciu viacerých koľajníc v napájacom systéme.

Rýchly prehľad:

• Čo je transformátor s viacerými vinutiami
• Úvod do transformátorov s dvojitým napätím
• Viacnásobné vinutia transformátora
• Konfigurácie napätia pre transformátory s viacerými vinutiami
• Čo je to Center Tapped Multi Winding Transformer
• Transformátory so stredovým závitom využívajúce transformátor s dvojitým napätím
• Záver

Čo je transformátor s viacerými vinutiami

Transformátory, ktoré majú viac ako jedno vinutie na oboch stranách, sa nazývajú Transformátory s viacerými vinutiami . Zvyčajne majú jedno primárne vinutie a dve alebo viac sekundárnych vinutí. Tieto transformátory sú užitočné na rôzne účely, ako je regulácia napätia, izolácia a prispôsobenie impedancie.

Transformátory s viacerými vinutiami fungujú rovnako ako bežné transformátory. Jeden rozdiel je v tom, že majú viac ako jedno vinutie na oboch stranách . Aby sme ich spojili, musíme skontrolovať polaritu napätia každého vinutia, ktoré sú označené bodkami. Bodky znázorňujú kladný (alebo záporný) koniec vinutia.

Transformátory pracujú na vzájomnej indukcii, čo znamená, že napätie v každom vinutí je úmerné počtu závitov, ako je znázornené nižšie:

Výkon v každom vinutí je rovnaký, takže pomer závitov sa rovná pomeru napätí. Napríklad, ak má primárne vinutie 10 závitov a 100 voltov a sekundárne vinutie má 5 závitov, potom sekundárne napätie je 50 voltov. Takto môžu mať transformátory s viacerými vinutiami rôzne výstupné napätia pre rôzne cievky.

Transformátor, ktorý môže mať rôzne sekundárne časti s premenlivými závitmi drôtu. Počet závitov ovplyvňuje napätie elektrickej energie. Viac závitov znamená vyššie napätie a menej závitov znamená nižšie napätie. Transformátor teda môže vytvárať rôzne napätia pre rôzne zariadenia z jedného zdroja elektriny. To je užitočné pre elektronické obvody, ako sú napájacie zdroje a meniče.

Nasleduje transformátor s viacerými vinutiami s viacerými pripojeniami sekundárnych vinutí. Každé z týchto sekundárnych vinutí poskytuje iný výstup napätia.

Primárne vinutie môžeme použiť samostatne alebo ho spojiť s párom rôznych iných vinutí na prevádzku transformátora. Zapojenie sekundárneho vinutia však závisí od toho, aké napätie potrebujeme na výstupnej strane. Sekundárne vinutie v paralelnej konfigurácii je možné len vtedy, ak dve spojené vinutia musia byť elektricky identické. Inými slovami, ich menovité hodnoty prúdu a napätia sa musia zhodovať.

Úvod do transformátorov s dvojitým napätím

Duálne napäťové transformátory obsahujú duálne primárne vinutia a duálne sekundárne vinutia. Špecifikácie napätia a prúdu oboch primárnych častí sú rovnaké. Podobne sú hodnoty napätia a prúdu oboch sekundárnych vinutí rovnaké. Tieto transformátory sú navrhnuté tak, aby sa dali použiť v rôznych aplikáciách. Môžeme zmeniť odbočky transformátora týchto vinutí, aby sme vytvorili sériovú a paralelnú kombináciu pre vyššie požiadavky na prúd a napätie. Tieto typy transformátorov s viacerými vinutiami sa označujú ako Dvojnapäťové transformátory .

Viacnásobné vinutia transformátora

Niektoré transformátory sú navrhnuté tak, že môžete zmeniť ich pomer otáčania zmenou pripojenia primárnej a sekundárnej strany. Tieto spojenia na primárnej alebo sekundárnej strane transformátora sa nazývajú transformátorové odbočky .

Schéma zapojenia transformátora ukazuje pripojenie primárneho a sekundárneho vinutia jedným odbočením. Na tomto obrázku môžeme vidieť, že otáčky sekundárnej (400) sú väčšie ako otáčky primárnej (100) cievky. Toto je schéma zapojenia znižovacieho transformátora s dvojitým primárnym a dvojitým sekundárnym vinutím.

Daný transformátor má duálne primárne a duálne sekundárne vinutie. V týchto vinutiach sa každý koniec nazýva svorka a pre každé vinutie existuje pár svoriek.

Primárne alebo vysokonapäťové bočné terminály sú pomenované H1 a H2 .

Pri pohľade na transformátor zo sekundárnej strany je vysokonapäťová svorka transformátora označená ako H1 . Podľa CSA sa to stalo priemyselným štandardom pre označovanie vysokonapäťového terminálu pri pohľade zo sekundárnej strany.

Podobne sú ostatné vysokonapäťové bočné svorky vinutia označené ako H3 a H₄ .

Z obrázku vidíme, že na označenie sekundárnej svorky vysokonapäťového transformátora sa používa písmeno X . Dve sekundárne alebo nízkonapäťové bočné svorky sú označené X ₁ , X ₂ , a X ₃ , X ₄ .

Výhodu majú transformátory s dvojitým vinutím v každom z primárnych a sekundárnych vinutí. Týmto spôsobom je každý pár vinutia transformátora spojený buď sériovo alebo paralelne.

Teraz zvážte nižšie uvedenú schému pripojenia odbočky transformátora. Táto konfigurácia obsahuje aj duálne primárne a duálne sekundárne vinutie. Tu sú obe vinutia na primárnej strane v sérii, zatiaľ čo sekundárne sú paralelné.

Z pripojenia kohútika môžete vidieť, že na strane vysokého napätia, terminál H2 je spojený s terminálom H3 . Takže týmto spôsobom sú obe vysokonapäťové vinutia navzájom v sérii. Počet závitov pre obe vysokonapäťové primárne vinutia je 400 závitov pre každé. Takže primárna alebo vysokonapäťová strana má celkovo 800 závitov.

Terminál X ₁ na strane nízkeho napätia je pripojený na svorku X ₃ , zatiaľ čo terminál X ₂ je spojený s terminálom X ₄ .

Dve nízkonapäťové vinutia, každé so 100 závitmi, sú zapojené paralelne. Vznikne tak jediné sekundárne vinutie, ktoré má celkovo 100 závitov.

Takže tento transformátor má 800-otáčkový primárny a 100-otáčkový sekundárny a je teraz nakonfigurovaný ako znižovací transformátor s otáčkovým pomerom 8:1 .

Teraz zvážte rovnaký transformátor s inou konfiguráciou pripojení kohútika. V tomto scenári sú vysokonapäťové vinutia a nízkonapäťové vinutia prepojené sériovo.

Vysokonapäťové vinutia majú dve 400-otáčkové primárne vinutia, ktoré sú zapojené do série. Vznikne tak vysokonapäťové jedno vinutie s celkovým počtom 800 závitov. Podobne sú sériovo zapojené aj dve 100-otáčkové nízkonapäťové vinutia. Výsledkom bude jediné sekundárne vinutie s 200 otáčkami. Takže nový upravený pomer otáčania, ktorý dostaneme, je teraz 800:200 resp 4:1 .

V tejto konfigurácii transformátora sú obe vinutia primárnej strany zapojené paralelne, zatiaľ čo pripojenia oboch sekundárnych strán sú v sérii. Pretože primárne vinutia sú paralelné, obe 400-závitové primárne vinutia budú fungovať ako jediné primárne vinutie so 400 závitmi.

Obe vinutia na sekundárnych stranách sú zapojené do série, pričom každé má 1000 závitov. Obidve sa sčítajú a vytvárajú jedno 200-otáčkové sekundárne nízkonapäťové vinutie. Nový pomer otáčania, ktorý dostaneme pre túto konfiguráciu transformátora je 400:200 resp 2:1 .

Takže sme pokryli rôzne konfigurácie transformátora s dvojitým primárnym a dvojitým sekundárnym vinutím. Týmto spôsobom môžeme upraviť primárne a sekundárne odbočovacie spojenia tak, aby sa dosiahli rôzne pomery otáčania.

Konfigurácie napätia pre transformátory s viacerými vinutiami

Rôzne konfigurácie umožňujú pripojenie transformátorov s viacerými vinutiami. Pripojenie každého typu závisí od viacerých faktorov, ako je požadované výstupné napätie a napájacia zbernica, ku ktorej musíme pripojiť transformátor. Záleží tiež na konfigurácii cievky, či sú primárne alebo sekundárne strany zapojené do série alebo paralelne.

Pozrime sa na niektoré hlavné konfigurácie transformátorov s viacerými vinutiami:

1. Konfigurácia transformátora s viacerými vinutiami

Viacvinutý transformátor má dvojité primárne a dvojité sekundárne vinutie. Zvážte nasledujúci transformátor s viacerými vinutiami uvedený na obrázku:

Niektoré hlavné charakteristiky transformátora s viacerými vinutiami sú:

• Transformátory môžu mať viacero primárnych vinutí, viacero sekundárnych vinutí alebo oboje.
• Maximálne napätie na každom vinutí vysokonapäťovej strany je nižšie z týchto dvoch napätí.
• Maximálne napätie na každom nízkonapäťovom vinutí je najnižšie z dvoch sekundárnych napätí.
• Izolácia môže byť poškodená akýmkoľvek napätím vyšším, ako sú špecifikované hodnoty.
• Každé vinutie transformátora bezpečne zvládne polovicu menovitého výkonu transformátora v kilovoltampéroch (kVA).
• Aby sme získali požadované napätie, môžeme batérie zapojiť sériovo alebo paralelne.

2. Distribučný transformátor s viacerými cievkami

Daný transformátor je dimenzovaný na 50 kVA, 2400/4800 V – 120/240 V. Z toho môžeme usúdiť, že vysokonapäťová strana zvládne maximálne 2400 V na jedno vinutie. A toto napätie bude vždy menšie z týchto dvoch napätí. Podobne nízkonapäťové bočné alebo sekundárne vinutie je dimenzované na maximálne napätie 120 V na vinutie. Pamätajte, že prekročenie týchto hodnôt napätia môže poškodiť izoláciu.

Pripojenie na primárnej strane (vysoké napätie).

• Ak chcete pripojiť vysokonapäťovú stranu tohto 50 kVA transformátora k 4800 V zbernici, budete musieť zapojiť dve vinutia do série. Týmto spôsobom bude napätie zbernice 4800 V rovnomerne rozdelené, pričom každé vinutie musí niesť záťaž 2400 V.
• Pri pripájaní vysokonapäťovej strany k 2400 V zbernici použite paralelné pripojenie. Tým sa zabezpečí, že každé navíjanie bude mať napätie 2400 V.

Sekundárne (nízkonapäťové) pripojenie

• Ak chcete pripojiť nízkonapäťovú alebo sekundárnu stranu k 240 V zbernici, zapojte dve vinutia do série. Toto rozdeľuje napätie zbernice rovnomerne a poskytuje 120 V do každého vinutia.
• Ak potrebujete pripojiť nízkonapäťovú stranu na 120 V zbernicu, použite paralelné pripojenie. Týmto spôsobom sa každé vinutie dostane do práce so 120 V.

3. Aktuálne výpočty

V transformátore sa menovitý voltampér (VA) môže vypočítať zo súčinu napätia s prúdom. Transformátor, ktorý je uvedený v predchádzajúcej konfigurácii, zvládne iba polovicu celkového kVA. Každé vysokonapäťové vinutie a každé nízkonapäťové vinutie sú dimenzované na 25 kVA.

Výpočet prúdu pre vysokonapäťové vinutie (primárne):

Takže z vyššie uvedeného výsledku môžeme konštatovať, že maximálny prúd, ktorý môže vysokonapäťové vinutie zvládnuť, je 10,4 A.

Výpočet prúdu pre nízkonapäťové vinutie (sekundárne):

Pre nízkonapäťové vinutie je maximálny prúd, ktorý dokáže zvládnuť, 208,3 A.

Teraz sa pozrime na kombinované hodnoty, keď sa obe cievky zvažujú spolu:

Výpočet prúdu pre vysokonapäťové vinutie (primárne) s plným VA:

Maximálny prúd pre vysokonapäťové vinutie pri zohľadnení oboch cievok primára je 10,4 A.

Výpočet prúdu pre nízkonapäťové vinutie (sekundárne) s plným VA:

Opäť platí, že maximálny prúd pre nízkonapäťové vinutie je 208,3 A.

Či už teda vezmeme do úvahy jednu cievku a polovicu VA alebo obe cievky s plným VA, vypočítané maximálne prúdy pre vysokonapäťové aj nízkonapäťové vinutia zostávajú rovnaké. Je to spôsobené špecifickým dizajnom a menovitým výkonom transformátora.

4. Tri drôtové pripojenia transformátora s viacerými vinutiami

Stredové odbočenie transformátora s jednou linkou bude mať za následok výstup 120 V, zatiaľ čo dvojité odbočenie s oboma linkami vám poskytne 240 V.

V trojvodičovom sekundárnom zapojení (120/240 V) dodá transformátor plný kVA len vtedy, keď má dokonale vyváženú záťaž. Nevyvážené zaťaženie má za následok preťaženie jedného vinutia. To bude mať za následok prekročenie menovitého prúdu, pretože každé vinutie zvládne iba polovicu menovitého kVA.

Čo je to Center Tapped Multi Winding Transformer

Stredový transformátor je navrhnutý tak, aby vám poskytol dve rôzne sekundárne napätia. Tieto napätia sú V _A a V _B so zdieľaným pripojením medzi nimi. Toto nastavenie transformátora vytvorí dvojfázový, 3-vodičový zdroj energie.

Sekundárne napätia a napájacie napätie V _p sú si rovné a v priamej úmere. Výsledkom je, že výkon v každom vinutí je rovnaký. Napätia na týchto sekundárnych vinutiach závisia od pomeru otáčania.

Na obrázku vyššie môžete vidieť štandardný transformátor so stredovým kohútikom. Stredný bod odbočenia je v strede sekundárneho vinutia. Vytvorí spoločné spojenie pre dve sekundárne napätia, ktoré majú rovnakú veľkosť, ale opačnú polaritu. Keď uzemníte stredový kohútik, V _A napätie bude kladné vzhľadom na zem. Kým V _B bude negatívny a je v opačnom smere. To znamená, že sú elektricky posunuté o 180°.

Použitie neuzemneného transformátora so stredovým kohútikom má však nevýhodu. Kvôli nerovnomernému toku prúdu cez tretie pripojenie to bude mať za následok nevyvážené napätie v dvoch sekundárnych vinutiach. Tento prípad uvidíte najmä pri nevyvážených nákladoch.

Transformátory so stredovým závitom využívajúce transformátor s dvojitým napätím

Pomocou duálneho transformátora napätia môžeme vytvoriť aj stredový transformátor. Za týmto účelom zapojte sekundárne vinutia do série a ich stredový článok slúžiaci ako odbočka. Ak je výstup každého sekundárneho vinutia V, potom celkové výstupné napätie sekundárneho vinutia bude 2V.

Záver

Transformátory s viacerými vinutiami majú mnoho aplikácií v elektrických a elektronických obvodoch. Tieto transformátory s dvojitým alebo viacnásobným vinutím môžu dodávať rôzne výstupné napätia v závislosti od počtu sekundárnych závitov. Transformátory s viacerými vinutiami môžu byť prepojené v sériovej alebo paralelnej konfigurácii na výstup zvýšených napätí alebo prúdov. Môžete tiež vytvoriť transformátor so stredovým závitom prepojením oboch ich sekundárnych vinutí do série.