Многообмоточные трансформаторы

Преобразователи и источники питания переменного/постоянного и постоянного/постоянного тока используют трансформатор. Трансформаторы являются жизненно важным компонентом любой электрической цепи. Он может повышать и понижать напряжение до безопасного предела. Трансформаторы являются обязательным компонентом любой цепи, имеющей выход постоянного тока и вход линейного напряжения. В цепи постоянного/постоянного тока трансформатор работает путем переключения сигналов ШИМ вместо синусоидального сигнала переменного тока.

Многообмоточные трансформаторы могут обеспечить выходную мощность с высокой эффективностью и по нескольким линиям. Эти трансформаторы имеют несколько вторичных катушек для увеличения или уменьшения входного напряжения до желаемого значения. Эти трансформаторы также используются для изоляции нескольких рельсов в энергосистеме.

Краткое описание:

• Что такое многообмоточный трансформатор
• Введение в трансформаторы двойного напряжения
• Отводы трансформатора с несколькими обмотками
• Конфигурации напряжения для многообмоточных трансформаторов
• Что такое многообмоточный трансформатор с центральным отводом?
• Трансформаторы с центральным отводом, использующие двойной трансформатор напряжения
• Заключение

Что такое многообмоточный трансформатор

Трансформаторы, имеющие с каждой стороны более одной обмотки, называются Многообмоточные трансформаторы . Обычно они имеют одну первичную обмотку и две или более вторичных обмоток. Эти трансформаторы используются для различных целей, таких как регулирование напряжения, изоляция и согласование импедансов.

Многообмоточные трансформаторы работают так же, как и обычные трансформаторы. Единственное отличие состоит в том, что они имеют более одной обмотки с каждой стороны . Чтобы соединить их между собой, нам необходимо проверить полярность напряжения каждой обмотки, которая отмечена точками. Точки показывают положительный (или отрицательный) конец обмотки.

Трансформаторы работают на взаимной индукции, что означает, что напряжение в каждой обмотке пропорционально количеству витков, как показано ниже:

Мощность в каждой обмотке одинакова, поэтому соотношение витков равно отношению напряжений. Например, если первичная обмотка имеет 10 витков и 100 вольт, а вторичная обмотка 5 витков, то вторичное напряжение равно 50 вольт. Вот почему многообмоточные трансформаторы могут иметь разное выходное напряжение для разных катушек.

Трансформатор, который может иметь разные вторичные обмотки с переменным витком провода. Количество витков влияет на напряжение электричества. Больше витков означает более высокое напряжение, а меньшее количество витков означает более низкое напряжение. Итак, трансформатор может из одного источника электроэнергии создавать разное напряжение для разных устройств. Это полезно для электронных схем, таких как источники питания и преобразователи.

Ниже приведен многообмоточный трансформатор с несколькими соединениями вторичной обмотки. Каждая из этих вторичных обмоток обеспечивает различное выходное напряжение.

Мы можем использовать первичную обмотку индивидуально или соединить ее с парой других обмоток для работы трансформатора. Однако подключение вторичной обмотки зависит от того, какое напряжение нам нужно на выходной стороне. Вторичная обмотка в параллельной конфигурации возможна только в том случае, если две соединяемые обмотки должны быть электрически идентичны. Другими словами, их номиналы тока и напряжения должны совпадать.

Введение в трансформаторы двойного напряжения

Двойные трансформаторы напряжения содержат две первичные обмотки и две вторичные обмотки. Характеристики напряжения и тока обеих первичных цепей идентичны. Аналогично, номиналы напряжения и тока обеих вторичных обмоток также одинаковы. Эти трансформаторы сконструированы таким образом, что их можно использовать в различных приложениях. Мы можем изменить отводы этих обмоток трансформатора, чтобы создать последовательную и параллельную комбинацию для более высоких требований к току и напряжению. Эти типы многообмоточных трансформаторов называются Двойные трансформаторы напряжения .

Отводы трансформатора с несколькими обмотками

Некоторые трансформаторы сконструированы таким образом, что вы можете изменить их коэффициент трансформации, изменив соединения первичной и вторичной сторон. Эти соединения на первичной или вторичной стороне трансформатора называются трансформаторные отводы .

На схеме подключения трансформатора показано одноотводное соединение первичной и вторичной обмоток. На этом изображении мы видим, что витки вторичной обмотки (400) больше, чем витки первичной (100). Итак, это схема подключения понижающего трансформатора, имеющего двойную первичную и двойную вторичную обмотки.

Данный трансформатор имеет двойную первичную и двойную вторичную обмотки. В этих обмотках каждый конец называется клеммой, и для каждой обмотки имеется пара клемм.

Клеммы первичной или высоковольтной стороны имеют названия Н₁ и Н₂ .

Если смотреть на трансформатор со стороны вторичной обмотки, то высоковольтная клемма трансформатора обозначена как Н₁ . Согласно CSA, это стало отраслевым стандартом для маркировки клемм высокого напряжения, если смотреть на них со стороны вторичной обмотки.

Аналогичным образом другие клеммы со стороны обмотки высокого напряжения маркируются как H₃ и Н₄ .

Из рисунка видно, что для маркировки вторичной клеммы высоковольтного трансформатора используется буква Икс . Две клеммы вторичной обмотки или стороны низкого напряжения имеют маркировку Икс ₁ , Икс ₂ , и Икс ₃ , Икс ₄ .

Преимущество имеют трансформаторы, имеющие двойную обмотку в каждой первичной и вторичной обмотках. Таким образом, каждая пара обмоток трансформатора соединена либо последовательно, либо параллельно.

Теперь рассмотрим схему подключения отвода трансформатора, представленную ниже. Эта конфигурация также содержит двойную первичную и двойную вторичную обмотки. Здесь обе обмотки на первичной стороне включены последовательно, а на вторичной стороне – параллельно.

Из ответвительного соединения видно, что на стороне высокого напряжения клемма Н₂ подключен к терминалу H₃ . Таким образом, обе обмотки высокого напряжения включены последовательно друг с другом. Число витков обеих первичных обмоток ВН составляет 400 витков каждая. Таким образом, первичная сторона или сторона высокого напряжения имеет в общей сложности 800 витков.

Терминал Икс ₁ на стороне низкого напряжения подключен к клемме Икс ₃ , в то время как терминал Икс ₂ соединяется с терминалом Икс ₄ .

Две низковольтные обмотки по 100 витков каждая включены параллельно. Это создает единственную вторичную обмотку, имеющую в общей сложности 100 витков.

Таким образом, этот трансформатор имеет 800-витковую первичную обмотку и 100-витковую вторичную обмотку и теперь настроен как понижающий трансформатор с коэффициентом трансформации 8:1 .

Теперь рассмотрим тот же трансформатор, имеющий другую конфигурацию ответвительных соединений. В этом сценарии обмотки высокого и низкого напряжения соединены между собой последовательно.

Высоковольтные обмотки имеют две первичные обмотки по 400 витков, соединенные последовательно. Это создаст высоковольтную одиночную обмотку общим количеством витков 800. Аналогично последовательно соединены две 100-витковые обмотки низкого напряжения. В результате получится одна вторичная обмотка с 200 витками. Таким образом, новое модифицированное передаточное отношение, которое мы получим, теперь составляет 800:200 или 4:1 .

В этой конфигурации трансформатора обе обмотки первичной стороны соединены параллельно, а соединения обеих вторичных сторон - последовательно. Поскольку первичные обмотки расположены параллельно, обе первичные обмотки по 400 витков будут действовать как одна первичная обмотка, имеющая 400 витков.

Обе обмотки на вторичных сторонах соединены последовательно, каждая имеет по 1000 витков. Оба эти фактора в сумме образуют одну 200-витковую вторичную обмотку низкого напряжения. Новый коэффициент поворота, который мы получим для этой конфигурации трансформатора, составляет 400:200 или 2:1 .

Итак, мы рассмотрели различные конфигурации трансформатора с двойной первичной и двойной вторичной обмоткой. Таким образом, мы можем регулировать соединения первичного и вторичного ответвителей, чтобы получить разные коэффициенты поворота.

Конфигурации напряжения для многообмоточных трансформаторов

Различные конфигурации позволяют подключать многообмоточные трансформаторы. Подключение каждого типа зависит от множества факторов, таких как требуемое выходное напряжение и силовая шина, к которой нам нужно подключить трансформатор. От конфигурации катушки также зависит, соединены ли первичная или вторичная стороны последовательно или параллельно.

Давайте рассмотрим некоторые основные конструкции многообмоточных трансформаторов:

1. Конфигурация многообмоточного трансформатора

Многообмоточный трансформатор имеет две первичные и две вторичные обмотки. Рассмотрим следующий многообмоточный трансформатор, показанный на изображении:

Некоторые основные характеристики многообмоточного трансформатора:

• Трансформаторы могут иметь несколько первичных обмоток, несколько вторичных обмоток или и то, и другое.
• Максимальное напряжение на каждой обмотке стороны высокого напряжения является меньшим из двух напряжений.
• Максимальное напряжение на каждой обмотке низкого напряжения является наименьшим из двух вторичных напряжений.
• Изоляция может быть повреждена при напряжении, превышающем указанные значения.
• Каждая обмотка трансформатора может безопасно выдерживать половину номинальной мощности трансформатора в киловольт-амперах (кВА).
• Чтобы получить необходимое напряжение, мы можем соединить аккумуляторы последовательно или параллельно.

2. Многообмоточный распределительный трансформатор.

Данный трансформатор рассчитан на мощность 50 кВА, 2400/4800 В – 120/240 В. Отсюда можно сделать вывод, что сторона высокого напряжения выдерживает максимум 2400 В на обмотку. И это напряжение всегда будет меньше двух напряжений. Аналогичным образом, обмотка стороны низкого напряжения или вторичной обмотки рассчитана на максимальное напряжение 120 В на обмотку. Помните, что превышение этих номинальных напряжений может привести к повреждению изоляции.

Подключение первичной стороны (высокое напряжение)

• Если вы хотите подключить высоковольтную сторону этого трансформатора мощностью 50 кВА к шине 4800 В, вам необходимо соединить две обмотки последовательно. Таким образом, напряжение шины 4800 В будет равномерно разделено, при этом каждая обмотка будет нести нагрузку в 2400 В.
• При подключении стороны высокого напряжения к шине 2400 В используйте параллельное соединение. Это позволит убедиться, что каждая из обмоток испытывает напряжение 2400 В.

Подключение вторичной стороны (низковольтное)

• Чтобы подключить низковольтную или вторичную сторону к шине 240 В, соедините две обмотки последовательно. Это делит напряжение шины поровну, обеспечивая по 120 В на каждую обмотку.
• Если вам необходимо подключить сторону низкого напряжения к шине 120 В, используйте параллельное соединение. Таким образом, каждая обмотка будет работать под напряжением 120 В.

3. Текущие расчеты

В трансформаторе номинальное значение вольт-ампер (ВА) можно рассчитать, взяв произведение напряжения на ток. Трансформатор, представленный в предыдущей конфигурации, может обрабатывать только половину общей мощности кВА. Каждая обмотка высокого напряжения и каждая обмотка низкого напряжения рассчитаны на 25 кВА.

Расчет тока для высоковольтной обмотки (первичной):

Итак, из приведенного выше результата можно сделать вывод, что максимальный ток, который может выдержать высоковольтная обмотка, составляет 10,4 Ампер.

Расчет тока для обмотки низкого напряжения (вторичной):

Для обмотки низкого напряжения максимальный ток, который она может выдерживать, составляет 208,3 А.

Теперь давайте посмотрим на комбинированные значения, если обе катушки рассматриваются вместе:

Расчет тока для обмотки высокого напряжения (первичной) с полной ВА:

Максимальный ток высоковольтной обмотки при учете обеих катушек первичной обмотки составляет 10,4 Ампер.

Расчет тока для обмотки низкого напряжения (вторичной) с полной ВА:

Опять же максимальный ток по низковольтной обмотке 208,3 Ампер.

Таким образом, независимо от того, рассматриваем ли мы одну катушку с половиной ВА или обе катушки с полной ВА, расчетные максимальные токи как для обмоток высокого, так и для низкого напряжения остаются одинаковыми. Это связано со специфической конструкцией и номиналом трансформатора.

4. Трехпроводное соединение многообмоточного трансформатора.

Отвод от центра трансформатора по одной линии даст выходное напряжение 120 В, а двойное касание по обеим линиям даст 240 В.

При трехпроводном вторичном подключении (120/240 В) трансформатор будет выдавать полную мощность только при идеально сбалансированной нагрузке. Несбалансированная нагрузка приводит к перегрузке одной обмотки. Это приведет к превышению номинального тока, поскольку каждая обмотка может выдерживать только половину номинальной мощности кВА.

Что такое многообмоточный трансформатор с центральным отводом?

Трансформатор с центральным отводом предназначен для выдачи двух разных вторичных напряжений. Эти напряжения В _А и В _Б , с общим соединением между ними. Такая установка трансформатора создаст двухфазный 3-проводной источник питания.

Вторичные напряжения и напряжение питания В _п равны и находятся в прямой зависимости. В результате мощность в каждой обмотке одинакова. Напряжения на этих вторичных обмотках зависят от коэффициента витков.

На схеме выше вы можете увидеть стандартный трансформатор с центральным отводом. Центральная точка ответвления находится в центре вторичной обмотки. Это создаст общее соединение для двух вторичных напряжений, равных по величине, но противоположных по полярности. Когда вы заземляете центральный кран, В _А напряжение станет положительным относительно земли. В то время В _Б станет отрицательным и будет направлен в противоположном направлении. Это означает, что они электрически сдвинуты по фазе на 180°.

Однако у использования незаземленного трансформатора с центральным отводом есть недостаток. Из-за неравномерности тока, протекающего через третье соединение, это приведет к небалансу напряжений в двух вторичных обмотках. Вы увидите этот случай, особенно когда нагрузки неуравновешены.

Трансформаторы с центральным отводом, использующие двойной трансформатор напряжения

Мы также можем создать трансформатор с центральным отводом, используя двойной трансформатор напряжения. Для этого соедините вторичные обмотки последовательно и их центральное звено, служащее отводом. Если на выходе каждой вторичной обмотки будет В, то общее выходное напряжение вторичной обмотки составит 2В.

Заключение

Многообмоточные трансформаторы имеют множество применений в электрических и электронных схемах. Эти двухобмоточные или многообмоточные трансформаторы могут обеспечивать различные выходные напряжения в зависимости от числа витков вторичной обмотки. Трансформаторы с несколькими обмотками могут быть соединены между собой последовательно или параллельно для вывода повышенного напряжения или тока. Вы также можете создать трансформатор с центральным отводом, соединив последовательно обе его вторичные обмотки.