Transformatorji z več navitji

Pretvorniki in napajalniki AC/DC in DC/DC uporabljajo transformator. Transformatorji so bistveni sestavni del vsakega električnega tokokroga. Lahko poveča in zniža napetost do varne meje. Transformatorji so obvezna komponenta za vsako vezje, ki ima enosmerni izhod in vhodno napetost. V tokokrogu DC/DC transformator deluje tako, da preklaplja signale PWM namesto sinusnega signala AC.

Transformatorji z več navitji nam lahko dajo izhodno moč z visokim izkoristkom in prek več tirnic. Ti transformatorji imajo več sekundarnih tuljav za povečanje ali zmanjšanje vhodne napetosti na želeno vrednost. Ti transformatorji se uporabljajo tudi za izolacijo več tirnic v elektroenergetskem sistemu.

Hitri oris:

• Kaj je večnavitni transformator
• Uvod v dvonapetostne transformatorje
• Odcepi transformatorja z več navitji
• Napetostne konfiguracije za transformatorje z več navitji
• Kaj je transformator z več navitji s sredinskim navojem
• Transformatorji s sredinskim odvodom, ki uporabljajo dvojni napetostni transformator
• Zaključek

Kaj je večnavitni transformator

Transformatorji, ki imajo na obeh straneh več kot eno navitje, se imenujejo Transformatorji z več navitji . Običajno imajo eno primarno navitje in dva ali več sekundarnih navitij. Ti transformatorji so uporabni za različne namene, kot so regulacija napetosti, izolacija in ujemanje impedance.

Transformatorji z več navitji delujejo enako kot navadni transformatorji. Ena razlika je, da imajo več kot eno navijanje na obeh straneh . Da jih povežemo skupaj, moramo preveriti napetostne polaritete vsakega navitja, ki so označene s pikami. Pike prikazujejo pozitivni (ali negativni) konec navitja.

Transformatorji delujejo na medsebojni indukciji, kar pomeni, da je napetost v vsakem navitju sorazmerna s številom obratov, kot je prikazano spodaj:

Moč v vsakem navitju je enaka, zato je razmerje ovojev enako razmerju napetosti. Na primer, če ima primarno navitje 10 ovojev in 100 voltov, sekundarno navitje pa 5 ovojev, potem je sekundarna napetost 50 voltov. Tako imajo lahko transformatorji z več navitji različne izhodne napetosti za različne tuljave.

Transformator, ki ima lahko različne sekundarne napore s spremenljivimi obrati žice. Število ovojev vpliva na napetost električnega toka. Več ovojev pomeni višjo napetost in manj ovojev pomeni nižjo napetost. Tako lahko transformator ustvari različne napetosti za različne naprave iz enega vira električne energije. To je uporabno za elektronska vezja, kot so napajalniki in pretvorniki.

Sledi transformator z več navitji z več priključki sekundarnega navitja. Vsako od teh sekundarnih navitij zagotavlja drugačno izhodno napetost.

Primarno navitje lahko uporabimo posamično ali ga povežemo s parom različnih drugih navitij za delovanje transformatorja. Vendar je povezava sekundarnega navitja odvisna od tega, koliko napetosti potrebujemo na izhodni strani. Sekundarno navitje v vzporedni konfiguraciji je možno le, če morata biti dve povezani navitji električno enaki. Z drugimi besedami, njihove vrednosti toka in napetosti se morajo ujemati.

Uvod v dvonapetostne transformatorje

Dvojni napetostni transformatorji vsebujejo dvojna primarna navitja in dvojna sekundarna navitja. Specifikacije napetosti in toka obeh primarnih so enake. Podobno sta enaki tudi vrednosti napetosti in toka obeh sekundarnih navitij. Ti transformatorji so zasnovani tako, da jih je mogoče uporabiti v različnih aplikacijah. Spremenimo lahko transformatorske odcepe teh navitij, da ustvarimo serijsko in vzporedno kombinacijo za višje zahteve glede toka in napetosti. Te vrste transformatorjev z več navitji se imenujejo Dvojni napetostni transformatorji .

Odcepi transformatorja z več navitji

Nekateri transformatorji so zasnovani tako, da lahko spreminjate njihovo razmerje obračanja s spreminjanjem primarnih in sekundarnih stranskih povezav. Te povezave na primarni ali sekundarni strani transformatorja se imenujejo transformatorske pipe .

Shema povezovanja transformatorja prikazuje enojno povezavo primarnih in sekundarnih navitij. Na tej sliki lahko vidimo, da je zavojev sekundarne (400) več kot zavojev primarne (100) tuljave. To je torej povezovalni diagram padajočega transformatorja z dvojnim primarnim in dvojnim sekundarnim navitjem.

Dani transformator ima dvojno primarno in dvojno sekundarno navitje. V teh navitjih se vsak konec imenuje terminal in za vsako navitje je par sponk.

Poimenovani so primarni ali visokonapetostni stranski priključki H₁ in H₂ .

Če gledate transformator s sekundarne strani, je visokonapetostni priključek transformatorja označen kot H₁ . Po navedbah CSA je to postalo industrijski standard za označevanje visokonapetostnega terminala, ko ga vidite s sekundarne strani.

Podobno so drugi visokonapetostni stranski priključki navitja označeni kot H₃ in H₄ .

Iz slike lahko vidimo, da je za označevanje sekundarne sponke visokonapetostnega transformatorja uporabljena črka X . Dva sekundarna ali nizkonapetostna stranska priključka sta označena X ₁ , X ₂ , in X ₃ , X ₄ .

Transformatorji z dvojnim navitjem v vsakem od svojih primarnih in sekundarnih navitij imajo prednost. Na ta način je vsak par navitij transformatorja povezan zaporedno ali vzporedno.

Zdaj razmislite o spodnjem diagramu priključitve transformatorske pipe. Ta konfiguracija vsebuje tudi dvojno primarno in dvojno sekundarno navitje. Pri tem sta oba navitja na primarni strani serijsko povezana, sekundarna pa vzporedna.

Iz priključka pipe lahko vidite, da je na visokonapetostni strani terminal H₂ je povezan s terminalom H₃ . Tako sta na ta način obe visokonapetostni navitji zaporedno povezani drug z drugim. Število ovojev obeh visokonapetostnih primarnih navitij je po 400 ovojev. Torej ima primarna ali visokonapetostna stran skupno 800 ovojev.

Terminal X ₁ na nizkonapetostni strani je povezan s priključkom X ₃ , medtem ko terminal X ₂ je združen s terminalom X ₄ .

Dva nizkonapetostna navitja, vsako s 100 ovoji, sta povezana vzporedno. To ustvari eno samo sekundarno navitje, ki ima skupno 100 ovojev.

Torej ima ta transformator 800-obratni primarni in 100-obratni sekundarni del in je zdaj konfiguriran kot padajoči transformator z razmerjem obratov 8:1 .

Zdaj razmislite o tem, da ima isti transformator drugačno konfiguracijo pipnih priključkov. V tem scenariju so visokonapetostna navitja in nizkonapetostna navitja zaporedno povezana.

Visokonapetostna navitja imajo dva primarna navitja s 400 ovoji, ki sta zaporedno povezana. To bo ustvarilo visokonapetostno enojno navitje s skupno 800 obrati. Podobno sta zaporedno povezani tudi dve 100-obratni nizkonapetostni navitji. To bo povzročilo eno samo sekundarno navitje z 200 obrati. Tako je novo modificirano razmerje obratov, ki ga bomo dobili sedaj 800:200 oz 4:1 .

V tej konfiguraciji transformatorja sta oba navitja primarne strani vzporedno vezana, medtem ko so povezave obeh sekundarnih strani zaporedno. Ker sta primarna navitja vzporedna, bosta obe primarni navitji s 400 ovoji delovali kot eno samo primarno navitje s 400 ovoji.

Oba navitja na sekundarni strani sta vezana zaporedno, pri čemer ima vsak 1000 ovojev. Oboje sešteje, da ustvari eno samo 200-obratno sekundarno nizkonapetostno navitje. Novo razmerje obratov, ki ga bomo dobili za to konfiguracijo transformatorja je 400:200 oz 2:1 .

Tako smo pokrili različne konfiguracije transformatorja z dvojnim primarnim in dvojnim sekundarnim navitjem. Na ta način lahko prilagodimo primarne in sekundarne odvodne priključke, da dobimo različna razmerja obračanja.

Napetostne konfiguracije za transformatorje z več navitji

Različne konfiguracije omogočajo povezavo več navitnih transformatorjev. Povezava vsake vrste je odvisna od več dejavnikov, na primer, koliko izhodne napetosti potrebujemo, in napajalnega vodila, na katerega moramo priključiti transformator. Od konfiguracije tuljave je odvisno tudi, ali sta primarni ali sekundarni strani povezani zaporedno ali vzporedno.

Oglejmo si nekaj glavnih konfiguracij transformatorjev z več navitji:

1. Konfiguracija transformatorja z več navitji

Transformator z več navitji ima dvojno primarno in dvojno sekundarno navitje. Razmislite o naslednjem transformatorju z več navitji, podanem na sliki:

Nekatere glavne značilnosti transformatorja z več navitji so:

• Transformatorji imajo lahko več primarnih navitij, več sekundarnih navitij ali oboje.
• Največja napetost na vsakem navitju visokonapetostne strani je nižja od obeh napetosti.
• Največja napetost na vsakem nizkonapetostnem navitju je najnižja od dveh sekundarnih napetosti.
• Izolacija se lahko poškoduje zaradi napetosti, ki je višja od navedenih vrednosti.
• Vsako navitje transformatorja lahko varno prenese polovico nazivne moči transformatorja v kilovolt-amperih (kVA).
• Da dobimo potrebno napetost, lahko baterije povežemo zaporedno ali vzporedno.

2. Razdelilni transformator z več tuljavami

Dani transformator je ocenjen na 50 kVA, 2400/4800 V – 120/240 V. Iz tega lahko sklepamo, da visokonapetostna stran prenese največ 2400 V na navitje. In ta napetost bo vedno manjša od obeh napetosti. Podobno je navitje nizkonapetostne strani ali sekundarne strani ocenjeno na največjo napetost 120 V na navitje. Ne pozabite, da lahko prekoračitev teh nazivnih napetosti poškoduje izolacijo.

Primarna stran (visokonapetostna) povezava

• Če želite visokonapetostno stran tega transformatorja 50 kVA povezati z vodilom 4800 V, boste morali dve navitji povezati zaporedno. Na ta način bo napetost vodila 4800 V enakomerno razdeljena, pri čemer mora vsako navitje prenesti obremenitev 2400 V.
• Pri priključitvi visokonapetostne strani na vodilo 2400 V izberite vzporedno povezavo. To bo zagotovilo, da bo vsako od navitij doživljalo 2400 V.

Sekundarna (nizkonapetostna) povezava

• Za priključitev nizkonapetostne ali sekundarne strani na 240 V vodilo povežite obe navitji zaporedno. To enakomerno razdeli napetost vodila, kar zagotavlja 120 V za vsako navitje.
• Če morate nizkonapetostno stran povezati z vodilom 120 V, uporabite vzporedno povezavo. Na ta način vsako navitje deluje s 120 V.

3. Trenutni izračuni

V transformatorju lahko oceno volt-amperov (VA) izračunamo tako, da vzamemo produkt napetosti s tokom. Transformator, ki je podan v prejšnji konfiguraciji, zmore le polovico skupne kVA. Vsako visokonapetostno navitje in vsako nizkonapetostno navitje sta ocenjena na 25 kVA.

Izračun toka za visokonapetostno navitje (primarno):

Torej, iz zgornjega rezultata lahko sklepamo, da je največji tok, ki ga lahko prenese visokonapetostno navitje, 10,4 A.

Izračun toka za nizkonapetostno navitje (sekundarno):

Za nizkonapetostno navitje je največji tok, ki ga lahko prenese, 208,3 A.

Zdaj pa poglejmo skupne vrednosti, če obe tuljavi obravnavamo skupaj:

Izračun toka za visokonapetostno navitje (primarno) s polno VA:

Največji tok za visokonapetostno navitje, če upoštevamo obe tuljavi primara, je 10,4 A.

Izračun toka za nizkonapetostno navitje (sekundarno) s polno VA:

Spet je največji tok za nizkonapetostno navitje 208,3 A.

Ne glede na to, ali upoštevamo eno tuljavo in polovico VA ali obe tuljavi s polnim VA, izračunani največji tokovi za visokonapetostna in nizkonapetostna navitja ostanejo enaki. To je posledica posebne zasnove in nazivne vrednosti transformatorja.

4. Tri žične povezave transformatorja z več navitji

Sredinski dotik transformatorja z eno linijo bo povzročil izhod 120 V, dvojni dotik z obema linijama pa 240 V.

Pri trižilnih sekundarnih povezavah (120/240 V) bo transformator zagotovil polno kVA le, če ima popolnoma uravnoteženo obremenitev. Neuravnotežena obremenitev povzroči preobremenitev enega navitja. Posledica tega bo preseganje nazivnega toka, saj lahko vsako navitje prenese samo polovico nazivnega kVA.

Kaj je transformator z več navitji s sredinskim navojem

Transformator s sredinskim odvodom je zasnovan tako, da vam daje dve različni sekundarni napetosti. Te napetosti so IN _A in IN _B , s skupno povezavo med njima. Ta nastavitev transformatorja bo ustvarila dvofazni, 3-žilni vir napajanja.

Sekundarne napetosti in napajalna napetost IN _str sta enaka in premosorazmerna. Posledično je moč v vsakem navitju enaka. Napetosti na teh sekundarnih navitjih so odvisne od obratnega razmerja.

Na zgornjem diagramu lahko vidite standardni transformator s sredinskim odvodom. Središče odcepne točke je v središču sekundarnega navitja. Ustvaril bo skupno povezavo za dve sekundarni napetosti, ki sta enaki po velikosti, a nasprotni po polarnosti. Ko ozemljite sredinsko pipo, IN _A bo napetost glede na tla postala pozitivna. Medtem ko je IN _B bo postala negativna in je v nasprotni smeri. To pomeni, da so električno za 180° izven faze.

Vendar pa obstaja pomanjkljivost pri uporabi neozemljenega transformatorja s sredinskim odvodom. Zaradi neenakomernega toka toka skozi tretjo povezavo bo to povzročilo neuravnotežene napetosti v obeh sekundarnih navitjih. Ta primer boste opazili zlasti, ko so obremenitve neuravnotežene.

Transformatorji s sredinskim odvodom, ki uporabljajo dvojni napetostni transformator

Z uporabo dvojnega napetostnega transformatorja lahko ustvarimo tudi transformator s sredinskim odvodom. Če želite to narediti, povežite sekundarna navitja zaporedno in njihov središčni člen služi kot pipa. Če je izhod vsakega sekundarnega navitja V, bo skupna izhodna napetost sekundarja 2 V.

Zaključek

Transformatorji z več navitji imajo veliko aplikacij v električnih in elektronskih vezjih. Ti transformatorji z dvojnim ali več navitji lahko zagotavljajo različne izhodne napetosti, odvisno od razmerja števila sekundarnih ovojev. Transformatorji z več navitji so lahko medsebojno povezani v zaporedni ali vzporedni konfiguraciji za oddajanje povečanih napetosti ali tokov. Transformator s sredinskim odvodom lahko ustvarite tudi tako, da zaporedno povežete oba njuna sekundarna navitja.