Transformátory s více vinutími

Transformátor používají jak AC/DC, tak DC/DC měniče a napájecí zdroje. Transformátory jsou důležitou součástí každého elektrického obvodu. Může zvyšovat a snižovat napětí na bezpečnou mez. Transformátory jsou nezbytnou součástí každého obvodu, který má stejnosměrný výstup a vstup síťového napětí. V obvodu DC/DC transformátor pracuje tak, že přepíná signály PWM místo sinusového signálu AC.

Vícevinuté transformátory nám mohou poskytnout výstupní výkon s vysokou účinností a přes více kolejnic. Tyto transformátory mají více sekundárních cívek pro zvýšení nebo snížení vstupního napětí na požadovanou hodnotu. Tyto transformátory se také používají pro izolaci více kolejnic v energetickém systému.

Rychlý přehled:

• Co je transformátor s více vinutími
• Úvod do dvounapěťových transformátorů
• Vícenásobné vinutí transformátorů
• Konfigurace napětí pro transformátory s více vinutími
• Co je to Center Tapped Multi Winding Transformer
• Transformátory se středovým závitem využívající transformátor se dvěma napětími
• Závěr

Co je transformátor s více vinutími

Transformátory, které mají více než jedno vinutí na každé straně, se nazývají Transformátory s více vinutími . Obvykle mají jedno primární vinutí a dvě nebo více sekundárních vinutí. Tyto transformátory jsou užitečné pro různé účely, jako je regulace napětí, izolace a přizpůsobení impedance.

Transformátory s více vinutími fungují stejně jako běžné transformátory. Jeden rozdíl je v tom, že mají více než jedno vinutí na každé straně . Abychom je spojili, musíme zkontrolovat polaritu napětí každého vinutí, které je označeno tečkami. Tečky ukazují kladný (nebo záporný) konec vinutí.

Transformátory pracují na vzájemné indukci, což znamená, že napětí v každém vinutí je úměrné počtu závitů, jak je znázorněno níže:

Výkon v každém vinutí je stejný, takže poměr závitů se rovná poměru napětí. Pokud má například primární vinutí 10 závitů a 100 voltů a sekundární vinutí má 5 závitů, pak sekundární napětí je 50 voltů. Takto mohou mít transformátory s více vinutími různá výstupní napětí pro různé cívky.

Transformátor, který může mít různé sekundární části s proměnnými závity drátu. Počet závitů ovlivňuje napětí elektřiny. Více závitů znamená vyšší napětí a méně závitů znamená nižší napětí. Transformátor tedy může vytvářet různá napětí pro různá zařízení z jednoho zdroje elektřiny. To je užitečné pro elektronické obvody, jako jsou napájecí zdroje a převodníky.

Následuje transformátor s více vinutími s více připojeními sekundárního vinutí. Každé z těchto sekundárních vinutí poskytuje jiné výstupní napětí.

Primární vinutí můžeme použít samostatně nebo jej propojit s párem různých jiných vinutí pro provoz transformátoru. Zapojení sekundárního vinutí však závisí na tom, jak velké napětí potřebujeme na výstupní straně. Sekundární vinutí v paralelní konfiguraci je možné pouze tehdy, když obě připojená vinutí musí být elektricky identická. Jinými slovy, jejich jmenovité hodnoty proudu a napětí se musí shodovat.

Úvod do dvounapěťových transformátorů

Duální napěťové transformátory obsahují duální primární vinutí a duální sekundární vinutí. Specifikace napětí a proudu obou primárů jsou totožné. Podobně jsou napěťové a proudové hodnoty obou sekundárních vinutí stejné. Tyto transformátory jsou navrženy tak, aby mohly být použity v různých aplikacích. Můžeme změnit odbočky transformátoru těchto vinutí a vytvořit sériovou a paralelní kombinaci pro vyšší požadavky na proud a napětí. Tyto typy transformátorů s více vinutími se označují jako Duální napěťové transformátory .

Vícenásobné vinutí transformátorů

Některé transformátory jsou navrženy tak, že můžete změnit jejich poměr otáčení změnou připojení primární a sekundární strany. Tato připojení na primární nebo sekundární straně transformátoru se nazývají transformátorové odbočky .

Schéma zapojení transformátoru ukazuje jednoodbočné zapojení primárního a sekundárního vinutí. Na tomto obrázku můžeme vidět, že závity sekundární (400) jsou větší než závity primární (100) cívky. Toto je schéma zapojení snižovacího transformátoru, který má duální primární a duální sekundární vinutí.

Daný transformátor má duální primární a duální sekundární vinutí. V těchto vinutích se každý konec nazývá svorka a pro každé vinutí existuje dvojice svorek.

Primární nebo vysokonapěťové boční svorky jsou pojmenovány H1 a H2 .

Při pohledu na transformátor ze sekundární strany je vysokonapěťová svorka transformátoru označena jako H1 . Podle CSA se toto stalo průmyslovým standardem pro označování vysokonapěťové svorky při pohledu ze sekundární strany.

Podobně jsou ostatní vysokonapěťové boční svorky vinutí označeny jako H3 a H4 .

Z obrázku vidíme, že pro označení sekundární svorky vysokonapěťového transformátoru se používá písmeno X . Dvě sekundární nebo nízkonapěťové boční svorky jsou označeny X ₁ , X ₂ , a X ₃ , X ₄ .

Výhodu mají transformátory s dvojitým vinutím v každém z primárních a sekundárních vinutí. Tímto způsobem je každý pár vinutí transformátoru zapojen buď do série nebo paralelně.

Nyní zvažte níže uvedené schéma zapojení odbočky transformátoru. Tato konfigurace také obsahuje duální primární a duální sekundární vinutí. Zde jsou obě vinutí na primární straně v sérii, zatímco sekundární jsou paralelně.

Z připojení kohoutku je vidět, že na straně vysokého napětí, terminál H2 je spojen s terminálem H3 . Takže tímto způsobem jsou obě vysokonapěťová vinutí navzájem v sérii. Počet závitů pro obě vysokonapěťová primární vinutí je 400 závitů každé. Takže primární nebo vysokonapěťová strana má celkem 800 závitů.

Terminál X ₁ na straně nízkého napětí je připojen ke svorce X ₃ , zatímco terminál X ₂ je spojen s terminálem X ₄ .

Dvě nízkonapěťová vinutí, každé se 100 závity, jsou zapojena paralelně. Vznikne tak jediné sekundární vinutí, které má celkem 100 závitů.

Takže tento transformátor má 800otáčkový primární a 100otáčkový sekundární a je nyní konfigurován jako snižující transformátor s poměrem otáček 8:1 .

Nyní zvažte stejný transformátor s jinou konfigurací připojení odboček. V tomto scénáři jsou vysokonapěťová a nízkonapěťová vinutí propojena sériově.

Vysokonapěťová vinutí mají dvě 400otáčková primární vinutí, která jsou spojena do série. Vznikne tak vysokonapěťové jedno vinutí s celkem 800 závity. Podobně jsou také dvě 100závitová nízkonapěťová vinutí zapojena do série. Výsledkem bude jediné sekundární vinutí s 200 závity. Takže nový upravený poměr otáčení, který dostaneme, je nyní 800:200 resp 4:1 .

V této konfiguraci transformátoru jsou obě vinutí primární strany zapojena paralelně, zatímco připojení obou sekundárních stran jsou v sérii. Protože primární vinutí jsou paralelní, obě primární vinutí se 400 závity budou fungovat jako jediné primární vinutí se 400 závity.

Obě vinutí na sekundárních stranách jsou zapojena do série, přičemž každé má 1000 závitů. Oba se sečtou a vytvoří jediné 200otáčkové sekundární nízkonapěťové vinutí. Nový poměr otáček, který pro tuto konfiguraci transformátoru získáme, je 400:200 resp 2:1 .

Pokryli jsme tedy různé konfigurace transformátoru s duálním primárním a duálním sekundárním vinutím. Tímto způsobem můžeme upravit připojení primárního a sekundárního odbočky tak, aby bylo dosaženo různých poměrů otáčení.

Konfigurace napětí pro transformátory s více vinutími

Různé konfigurace umožňují připojení transformátorů s více vinutími. Připojení každého typu závisí na mnoha faktorech, jako je požadované výstupní napětí a napájecí sběrnice, ke které potřebujeme připojit transformátor. Záleží také na konfiguraci cívky, zda jsou primární nebo sekundární strany zapojeny sériově nebo paralelně.

Podívejme se na některé hlavní konfigurace vícevinutých transformátorů:

1. Konfigurace transformátoru s více vinutími

Vícevinutý transformátor má duální primární a duální sekundární vinutí. Zvažte následující transformátor s více vinutími uvedený na obrázku:

Některé hlavní charakteristiky transformátoru s více vinutími jsou:

• Transformátory mohou mít více primárních vinutí, více sekundárních vinutí nebo obojí.
• Maximální napětí na každém vinutí vysokonapěťové strany je nižší ze dvou napětí.
• Maximální napětí na každém nízkonapěťovém vinutí je nejnižší ze dvou sekundárních napětí.
• Izolace může být poškozena jakýmkoli napětím vyšším, než jsou specifikované jmenovité hodnoty.
• Každé vinutí transformátoru bezpečně zvládne polovinu jmenovitého výkonu transformátoru kilovoltampérů (kVA).
• Pro získání požadovaného napětí můžeme baterie zapojit sériově nebo paralelně.

2. Vícecívkový distribuční transformátor

Daný transformátor je dimenzován na 50 kVA, 2400/4800 V – 120/240 V. Z toho můžeme usoudit, že vysokonapěťová strana zvládne max. 2400 V na jedno vinutí. A toto napětí bude vždy menší ze dvou napětí. Podobně je nízkonapěťové boční nebo sekundární vinutí dimenzováno na maximální napětí 120 V na vinutí. Pamatujte, že překročení těchto jmenovitých napětí může poškodit izolaci.

Připojení na primární straně (vysoké napětí).

• Pokud chcete propojit vysokonapěťovou stranu tohoto 50 kVA transformátoru se sběrnicí 4800 V, budete muset zapojit dvě vinutí do série. Tímto způsobem bude napětí sběrnice 4800 V rovnoměrně rozděleno, přičemž každé vinutí musí nést zatížení 2400 V.
• Při připojení vysokonapěťové strany ke sběrnici 2400 V použijte paralelní připojení. To zajistí, že každé z vinutí bude mít napětí 2400 V.

Sekundární (nízkonapěťové) připojení

• Pro připojení nízkonapěťové nebo sekundární strany ke sběrnici 240 V zapojte obě vinutí do série. To rozděluje napětí sběrnice rovnoměrně a poskytuje 120 V do každého vinutí.
• Pokud potřebujete připojit nízkonapěťovou stranu ke sběrnici 120 V, použijte paralelní připojení. Tímto způsobem se každé vinutí dostane do práce se 120 V.

3. Aktuální výpočty

V transformátoru lze jmenovitou hodnotu voltampérů (VA) vypočítat součinem napětí s proudem. Transformátor uvedený v předchozí konfiguraci zvládne pouze polovinu celkového kVA. Každé vysokonapěťové vinutí a každé nízkonapěťové vinutí mají jmenovitý výkon 25 kVA.

Výpočet proudu pro vysokonapěťové vinutí (primární):

Z výše uvedeného výsledku tedy můžeme usoudit, že maximální proud, který může vysokonapěťové vinutí zvládnout, je 10,4 A.

Výpočet proudu pro nízkonapěťové vinutí (sekundární):

Pro nízkonapěťové vinutí je maximální proud, který zvládne, 208,3 A.

Nyní se podívejme na kombinované hodnoty, když jsou obě cívky uvažovány společně:

Výpočet proudu pro vysokonapěťové vinutí (primární) s plným VA:

Maximální proud pro vysokonapěťové vinutí při zohlednění obou cívek primáru je 10,4 A.

Výpočet proudu pro nízkonapěťové vinutí (sekundární) s plným VA:

Opět platí, že maximální proud pro nízkonapěťové vinutí je 208,3 A.

Ať už tedy uvažujeme jednu cívku a polovinu VA nebo obě cívky s plným VA, vypočítané maximální proudy pro vysokonapěťové i nízkonapěťové vinutí zůstávají stejné. To je způsobeno specifickou konstrukcí a jmenovitým výkonem transformátoru.

4. Tři drátová připojení vícevinutého transformátoru

Střední odbočení transformátoru s jedním vedením bude mít za následek výstup 120 V, zatímco dvojitým odbočením s oběma vedeními získáte 240 V.

V třívodičovém sekundárním zapojení (120/240 V) dodá transformátor plný kVA pouze tehdy, když má dokonale vyváženou zátěž. Nevyvážené zatížení má za následek přetížení jednoho vinutí. To povede k překročení jmenovitého proudu, protože každé vinutí zvládne pouze polovinu jmenovitého kVA.

Co je to Center Tapped Multi Winding Transformer

Středový transformátor je navržen tak, aby vám poskytl dvě různá sekundární napětí. Tato napětí jsou V _A a V _B , se sdíleným připojením mezi nimi. Toto nastavení transformátoru vytvoří dvoufázový, 3vodičový napájecí zdroj.

Sekundární napětí a napájecí napětí V _p jsou si rovni a v přímé úměře. Výsledkem je, že výkon v každém vinutí je stejný. Napětí na těchto sekundárních vinutích závisí na poměru otáček.

Na výše uvedeném schématu můžete vidět standardní transformátor se středovým odbočením. Středový bod odbočení je ve středu sekundárního vinutí. Vytvoří společné spojení pro dvě sekundární napětí, která mají stejnou velikost, ale opačnou polaritu. Když uzemníte středový kohoutek, V _A napětí bude kladné vzhledem k zemi. Zatímco V _B bude negativní a je v opačném směru. To znamená, že jsou elektricky o 180° mimo fázi.

Existuje však nevýhoda použití neuzemněného transformátoru se středním odbočením. Kvůli nerovnoměrnému toku proudu třetím připojením to bude mít za následek nevyvážená napětí ve dvou sekundárních vinutích. Tento případ uvidíte zejména při nevyváženém zatížení.

Transformátory se středovým závitem využívající transformátor se dvěma napětími

Můžeme také vytvořit transformátor se středovým odbočením pomocí duálního transformátoru napětí. Za tímto účelem zapojte sekundární vinutí do série a jejich středový článek sloužící jako odbočka. Pokud je výstup každého sekundárního vinutí V, pak celkové výstupní napětí sekundárního vinutí bude 2V.

Závěr

Transformátory s více vinutími mají mnoho aplikací v elektrických a elektronických obvodech. Tyto transformátory se dvěma nebo více vinutími mohou dodávat různá výstupní napětí v závislosti na počtu sekundárních závitů. Transformátory s více vinutími mohou být propojeny v sériové nebo paralelní konfiguraci pro výstup zvýšených napětí nebo proudů. Můžete také vytvořit transformátor se středovým závitem propojením obou jejich sekundárních vinutí do série.