Конфигурации обмотки

Трансформаторы с несколькими вторичными обмотками

Трансформаторы - очень универсальные устройства. Базовая концепция передачи энергии между взаимными индукторами достаточно полезна между одной первичной и одной вторичной обмотками, но трансформаторы не обязательно должны быть сделаны с двумя наборами обмоток. Рассмотрим эту схему трансформатора:

Трансформатор с несколькими вторичными обмотками обеспечивает несколько выходных напряжений.

Здесь три катушки индуктивности имеют общий магнитный сердечник, магнитно «связывая» или «связывая» их вместе. Взаимосвязь между коэффициентами витков обмотки и отношениями напряжений, наблюдаемая с одной парой взаимных индукторов, все еще сохраняется здесь для нескольких пар катушек.

Вполне возможно собрать трансформатор, подобный приведенному выше (одна первичная обмотка, две вторичные обмотки), в котором одна вторичная обмотка является понижающей, а другая - повышающей.

Фактически, такая конструкция трансформатора была довольно распространена в цепях питания электронных ламп, которые требовались для подачи низкого напряжения на нити ламп (обычно 6 или 12 вольт) и высокого напряжения для пластин ламп (несколько сотен вольт) от источника питания. номинальное первичное напряжение 110 вольт переменного тока.

С таким трансформатором возможны не только напряжения и токи совершенно разных величин, но все цепи электрически изолированы друг от друга.

Фотография многообмоточного трансформатора с шестью обмотками, первичной и пятью вторичными обмотками.

Трансформатор на рисунке выше предназначен для обеспечения как высокого, так и низкого напряжения, необходимого в электронной системе с использованием электронных ламп. Низкое напряжение требуется для питания нитей электронных ламп, в то время как высокое напряжение требуется для создания разности потенциалов между пластиной и катодными элементами каждой лампы.

Одного трансформатора с несколькими обмотками достаточно, чтобы обеспечить все необходимые уровни напряжения от одного источника 115 В. Провода для этого трансформатора (их 15!) На фотографии не показаны, они скрыты от глаз.

Если электрическая изоляция между вторичными цепями не имеет большого значения, аналогичный эффект может быть получен путем «постукивания» одной вторичной обмотки в нескольких точках по ее длине, как показано на рисунке ниже.

Вторичная обмотка с одним ответвлением обеспечивает несколько напряжений.

Многополюсный коммутирующий трансформатор

Ответвитель - это не что иное, как соединение проводов, сделанное в некоторой точке обмотки между концами. Неудивительно, что соотношение витков обмотки / величины напряжения обычного трансформатора сохраняется для всех сегментов обмотки с ответвлениями. Этот факт можно использовать для создания трансформатора с несколькими передаточными числами:

Вторичный ответвитель, использующий переключатель для выбора одного из множества возможных напряжений.

Преобразователь переменной

Продолжая концепцию отводов обмотки, мы получаем «переменный трансформатор», в котором скользящий контакт перемещается по длине открытой вторичной обмотки, способной соединяться с ней в любой точке по ее длине. Эффект эквивалентен наличию отвода обмотки на каждом витке обмотки и переключателя с полюсами на каждом положении отвода:

Скользящий контакт на вторичной обмотке непрерывно изменяет вторичное напряжение.

Одно из потребительских применений переменного трансформатора - это регуляторы скорости для модельных поездов, особенно поездов 1950-х и 1960-х годов. Эти трансформаторы были по существу понижающими блоками, максимальное напряжение, получаемое от вторичной обмотки, было существенно меньше, чем первичное напряжение от 110 до 120 вольт переменного тока.

Контакт с регулируемой разверткой обеспечивает простое средство управления напряжением с небольшими потерями энергии, намного более эффективное, чем управление с помощью переменного резистора!

Подвижно-скользящие контакты слишком непрактичны для использования в крупных промышленных силовых трансформаторах, но многополюсные переключатели и отводы обмотки являются обычным явлением для регулировки напряжения. В энергосистемах необходимо периодически вносить корректировки, чтобы приспособиться к изменениям нагрузки в течение месяцев или лет, и эти схемы переключения представляют собой удобные средства.

Как правило, такие «переключатели ответвлений» не предназначены для работы с током полной нагрузки, а должны срабатывать только тогда, когда трансформатор обесточен (отсутствует питание).

Автотрансформатор

Учитывая, как мы можем отвести любую обмотку трансформатора, чтобы получить эквивалент нескольких обмоток (хотя и с потерей гальванической развязки между ними), имеет смысл полностью отказаться от электрической изоляции и построить трансформатор из одной обмотки. Действительно, это возможно, и получившееся устройство называется автотрансформатором . :

Этот автотрансформатор повышает напряжение с помощью одной обмотки с отводом, экономя медь и жертвуя изоляцией.

Изображенный выше автотрансформатор выполняет функцию повышения напряжения. Понижающий автотрансформатор будет выглядеть примерно так, как показано на рисунке ниже.

Этот автотрансформатор понижает напряжение с помощью одной обмотки с ответвлениями, экономящей медь.

Автотрансформаторы находят широкое применение в приложениях, требующих небольшого повышения или понижения напряжения на нагрузке.

Альтернативой обычному (изолированному) трансформатору может быть либо правильное соотношение первичной / вторичной обмотки, предназначенное для работы, либо использование понижающей конфигурации с вторичной обмоткой, подключенной последовательно («повышающая») или последовательно. противодействовать («противодействовать») моде.

Для иллюстрации того, как это будет работать, приведены значения первичного, вторичного и нагрузочного напряжения.

Конфигурации автотрансформатора

Во-первых, «разгонная» конфигурация. На рисунке ниже полярность вторичной катушки ориентирована так, что ее напряжение напрямую добавляется к первичному напряжению.

Обычный трансформатор, подключенный как автотрансформатор для повышения линейного напряжения.

Далее «раскладывающаяся» конфигурация. На рисунке ниже полярность вторичной катушки ориентирована так, что ее напряжение напрямую вычитается из первичного напряжения:

Обычный трансформатор, подключенный как автотрансформатор для понижения напряжения в сети.

Основным преимуществом автотрансформатора является то, что та же функция повышения или понижения достигается только с одной обмоткой, что делает его дешевле и легче в производстве, чем обычный (изолирующий) трансформатор, имеющий как первичную, так и вторичную обмотки.

Автотрансформатор переменной

Как и в обычных трансформаторах, обмотки автотрансформатора могут иметь ответвления для изменения передаточного числа. Кроме того, их можно сделать бесступенчато регулируемыми с помощью скользящего контакта, чтобы постучать по обмотке в любой точке по ее длине.

Последняя конфигурация достаточно популярна, чтобы заслужить собственное имя: Variac . (рисунок ниже)

Вариак - это автотрансформатор с скользящим касанием.

Небольшие вариаторы для настольного использования - это популярное оборудование для экспериментаторов в области электроники, поскольку они могут понижать (а иногда и повышать) напряжение переменного тока в домашних условиях с широким и точным диапазоном регулирования простым поворотом ручки.

ОБЗОР:

• Трансформаторы могут быть оснащены более чем одной парой первичной и одной вторичной обмоток. Это позволяет использовать несколько коэффициентов повышения и / или понижения на одном устройстве.
• Обмотки трансформатора также могут иметь «ответвления»:то есть пересекаться во многих точках для разделения одной обмотки на секции.
• Переменные трансформаторы могут быть изготовлены с помощью подвижного плеча, который перемещается по длине обмотки и контактирует с обмоткой в ​​любой точке по ее длине. Обмотка, разумеется, должна быть оголенной (без изоляции) в области движения плеча.
• Автотрансформатор представляет собой одинарную катушку индуктивности с ответвлениями, которая используется для повышения или понижения напряжения, как трансформатор, но без гальванической развязки.
• А Вариак - переменный автотрансформатор.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Рабочий лист автотрансформаторов