Трансформаторы с множественными обмотками: от отводов к вариаторам — подробное руководство

Трансформаторы с несколькими вторичными обмотками

Трансформаторы удивительно универсальны. Хотя классическая схема с одной первичной и одной вторичной обмоткой широко преподается, многие практические приложения выигрывают от дополнительных вторичных обмоток. Рассмотрим трансформатор, где три катушки разделяют общий магнитный сердечник, каждая магнитно связанная с остальными.

 

Трансформатор с множественными вторичными даёт несколько выходных напряжений.

 

В такой конфигурации правила отношения витков, управляющие напряжением и током, всё ещё применимы к каждой паре обмоток. Можно даже спроектировать трансформатор с одной первичной, одной понижающей и одной повышающей вторичной на одном сердечнике.

Исторически такая компоновка была распространена в блоках питания ламповых приборов, которым требовались низкие напряжения для нитей накаливания (6–12 В) и высокие напряжения для анодов (сотни вольт) от сети 110 В переменного тока.

Эти трансформаторы обеспечивают гальванически развязанные выходы на сильно разных уровнях напряжения и тока, всё от одного первичного источника.

 

Фотография трансформатора с шестью обмотками: одна первичная и пять вторичных.

 

Шестиобмоточный трансформатор на фото был рассчитан на питание нитей и анодов ламповых систем от единого источника 115 В. Фото скрывает 15 проводников, выводящих различные вторичные напряжения.

Если развязка между вторичными не критична, одну вторичную обмотку можно сделать с несколькими отводами для создания нескольких линий питания, как показано ниже.

 

Одна вторичная с отводами даёт несколько напряжений.

 

Трансформатор с многополюсным коммутатором

Отвод — это соединение, сделанное вдоль длины обмотки между её концами. Привычное отношение витков справедливо для каждого отводного сегмента, позволяя трансформатору предлагать множество дискретных вариантов напряжения.

 

Отводная вторичная с коммутатором для выбора одного из многих возможных напряжений.

 

Регулируемый трансформатор

Развивая идею отводов, скользящий контакт может скользить по оголенной обмотке, фактически создавая отвод на каждом витке. Это даёт непрерывный диапазон выходных напряжений.

 

Скользящий контакт на вторичной непрерывно меняет вторичное напряжение.

 

Ранние контроллеры скорости модельных поездов в 1950–60-х использовали этот принцип. Их трансформаторы понижали 110–120 В переменного тока до более низких напряжений, а скользящий контакт обеспечивал тонкую регулировку скорости без потерь мощности в переменном резисторе.

Крупные промышленные трансформаторы обычно используют фиксированные отводы или многополюсные коммутаторы, а не скользящие контакты, потому что движущиеся контакты не praktичны на высоких мощностях. Коммутаторы отводов обычно переключают только при обесточенном трансформаторе.

Автотрансформатор

Поскольку одна обмотка с отводами может эмулировать несколько обмоток, возможно убрать вторичную катушку полностью. Результат — автотрансформатор, единственная отводная катушка, которая повышает или понижает напряжение, но не даёт гальванической развязки.

 

Этот автотрансформатор повышает напряжение одной отводной обмоткой, экономя медь, жертвуя развязкой.

 

Понижающий автотрансформатор выглядел бы похоже, с отводом, расположенным для снижения напряжения вместо повышения.

 

Этот автотрансформатор понижает напряжение одной медосбергающей отводной обмоткой.

 

Автотрансформаторы идеальны для приложений, требующих небольшого повышения или снижения напряжения. Вместо изготовления пары согласованных первичной и вторичной обмоток достаточно одной обмотки с отводом, что снижает стоимость и вес.

В конфигурации «повышения» полярность вторичной обмотки выбирается так, чтобы её напряжение складывалось с первичным. В конфигурации «понижения» полярность вторичной вычитается из первичной.

 

Обычный трансформатор, соединённый как автотрансформатор для повышения сетевого напряжения.

 

Обычный трансформатор, соединённый как автотрансформатор для понижения сетевого напряжения.

 

Ключевое преимущество автотрансформатора — единственная обмотка, что снижает материальные затраты и вес по сравнению с полностью развязанным трансформатором с раздельными первичной и вторичной обмотками.

Вариатор (переменный автотрансформатор)

Обмотки автотрансформатора могут иметь отводы для нескольких коэффициентов преобразования, а скользящий контакт превращает их в полностью регулируемое устройство. Эта форма, известная как Вариатор (Variac), широко используется в лабораториях и схемах радиолюбителей.

 

Вариатор — это автотрансформатор со скользящим отводом.

 

Настольные вариаторы позволяют технологиям понижать или повышать сетевое переменное напряжение с тонким, непрерывным диапазоном регулировки, просто вращая ручку.

 

РЕЗЮМЕ:

• Трансформаторы могут включать несколько пар первичная-вторичная, обеспечивая ряд коэффициентов повышения и понижения в одном блоке.
• Отводы обмоток делят одну катушку на несколько напряжённых секций.
• Регулируемые трансформаторы используют движущийся контакт для касания обмотки в любой точке, предлагая непрерывную регулировку напряжения.
• Автотрансформатор — единственная отводная катушка, меняющая напряжение без развязки.
• Вариатор — переменный автотрансформатор.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

• Autotransformers Worksheet