Trasformatori ad avvolgimento multiplo

Sia i convertitori di potenza AC/DC che DC/DC e gli alimentatori utilizzano il trasformatore. I trasformatori sono una componente vitale di qualsiasi circuito elettrico. Può aumentare e diminuire le tensioni fino a un limite di sicurezza. I trasformatori sono un componente indispensabile per qualsiasi circuito dotato di uscita CC e ingresso di tensione di linea. Nel circuito DC/DC, il trasformatore funziona commutando i segnali PWM invece del segnale sinusoidale AC.

I trasformatori multi-avvolgimento possono fornirci la potenza di uscita con alta efficienza e su più binari. Questi trasformatori hanno più bobine secondarie per aumentare o diminuire la tensione di ingresso al valore desiderato. Questi trasformatori vengono utilizzati anche per l'isolamento di più binari in un sistema di alimentazione.

Schema rapido:

• Cos'è il trasformatore a più avvolgimenti
• Introduzione ai trasformatori a doppia tensione
• Prese per trasformatori ad avvolgimento multiplo
• Configurazioni di tensione per trasformatori con più avvolgimenti
• Cos'è il trasformatore multiavvolgimento con presa centrale
• Trasformatori con presa centrale che utilizzano un trasformatore a doppia tensione
• Conclusione

Cos'è il trasformatore a più avvolgimenti

Vengono chiamati trasformatori che hanno più di un avvolgimento su entrambi i lati Trasformatori ad avvolgimento multiplo . Di solito hanno un avvolgimento primario e due o più avvolgimenti secondari. Questi trasformatori sono utili per diversi scopi, come la regolazione della tensione, l'isolamento e l'adattamento dell'impedenza.

I trasformatori a più avvolgimenti funzionano allo stesso modo dei normali trasformatori. Una differenza è che lo hanno più di un avvolgimento su ciascun lato . Per collegarli insieme, dobbiamo controllare le polarità della tensione di ciascun avvolgimento, che sono contrassegnate da punti. I punti mostrano l'estremità positiva (o negativa) dell'avvolgimento.

I trasformatori funzionano su induzione reciproca, il che significa che la tensione in ciascun avvolgimento è proporzionale al numero di spire, come mostrato di seguito:

La potenza in ciascun avvolgimento è la stessa, quindi il rapporto tra le spire è uguale al rapporto tra le tensioni. Ad esempio, se l'avvolgimento primario ha 10 spire e 100 volt e l'avvolgimento secondario ha 5 spire, la tensione secondaria sarà di 50 volt. In questo modo i trasformatori a più avvolgimenti possono avere tensioni di uscita diverse per bobine diverse.

Un trasformatore che può avere diversi secondari con spire di filo variabili. Il numero di giri influenza la tensione dell'elettricità. Più giri significano una tensione più alta e meno giri significano una tensione più bassa. Pertanto, un trasformatore può produrre tensioni diverse per dispositivi diversi da una fonte di elettricità. Ciò è utile per i circuiti elettronici, come alimentatori e convertitori.

Di seguito è riportato un trasformatore a più avvolgimenti con più connessioni di avvolgimento secondario. Ciascuno di questi avvolgimenti secondari fornisce una diversa tensione di uscita.

Possiamo utilizzare l'avvolgimento primario singolarmente o collegarlo con una coppia di altri avvolgimenti diversi per far funzionare un trasformatore. Tuttavia, il collegamento dell'avvolgimento secondario dipende dalla quantità di tensione necessaria sul lato di uscita. L'avvolgimento secondario in parallelo è possibile solo se i due avvolgimenti collegati devono essere elettricamente identici. In altre parole, i valori nominali di corrente e tensione devono corrispondere.

Introduzione ai trasformatori a doppia tensione

I trasformatori a doppia tensione contengono doppi avvolgimenti primari e doppi avvolgimenti secondari. Le specifiche di tensione e corrente di entrambi i primari sono identiche. Allo stesso modo, anche i valori di tensione e corrente di entrambi gli avvolgimenti secondari sono gli stessi. Questi trasformatori sono progettati in modo tale da poter essere utilizzati in diverse applicazioni. Possiamo modificare le prese del trasformatore di questi avvolgimenti per creare una combinazione in serie e in parallelo per requisiti di corrente e tensione più elevati. Questi tipi di trasformatori a più avvolgimenti sono indicati come Trasformatori a doppia tensione .

Prese per trasformatori ad avvolgimento multiplo

Alcuni trasformatori sono progettati in modo tale da poter modificare il loro rapporto di rotazione modificando le connessioni del lato primario e secondario. Vengono chiamati questi collegamenti sui lati primario o secondario di un trasformatore rubinetti del trasformatore .

Lo schema di collegamento del trasformatore mostra la connessione a presa singola degli avvolgimenti primari e secondari. In questa immagine possiamo vedere che le spire della bobina secondaria (400) sono più delle spire della bobina primaria (100). Quindi questo è lo schema di collegamento di un trasformatore step-down avente un doppio avvolgimento primario e doppio secondario.

Il trasformatore in questione ha doppi avvolgimenti primari e doppi secondari. In questi avvolgimenti, ciascuna estremità è chiamata terminale e vi è una coppia di terminali per ciascun avvolgimento.

I terminali lato primario o ad alta tensione sono denominati H₁ E H₂ .

Osservando il trasformatore dal lato secondario, il terminale ad alta tensione del trasformatore è etichettato come H₁ . Secondo la CSA, questo è diventato uno standard industriale per l'etichettatura del terminale ad alta tensione quando lo si vede dal lato secondario.

Allo stesso modo, gli altri terminali lato avvolgimento ad alta tensione sono etichettati come H₃ E H₄ .

Dalla figura possiamo vedere che per etichettare il terminale secondario di un trasformatore ad alta tensione la lettera utilizzata è X . I due terminali secondari o lato bassa tensione sono etichettati X ₁ , X ₂ , E X ₃ , X ₄ .

I trasformatori con doppio avvolgimento in ciascuno dei suoi avvolgimenti primario e secondario presentano il vantaggio. In questo modo ogni coppia di avvolgimenti del trasformatore è unita in serie o in parallelo.

Consideriamo ora lo schema di collegamento del rubinetto del trasformatore di seguito. Questa configurazione contiene anche doppio avvolgimento primario e doppio avvolgimento secondario. Qui entrambi gli avvolgimenti sul lato primario sono in serie, mentre i secondari sono in parallelo.

Dalla connessione del rubinetto, puoi vederlo sul lato dell'alta tensione, terminale H₂ è collegato al terminale H₃ . Quindi in questo modo entrambi gli avvolgimenti dell'alta tensione sono in serie tra loro. Il numero di spire per entrambi gli avvolgimenti primari ad alta tensione è di 400 spire ciascuno. Quindi il lato primario o ad alta tensione ha un totale di 800 spire.

terminale X ₁ sul lato bassa tensione è collegato al terminale X ₃ , mentre terminale X ₂ è unito al terminale X ₄ .

I due avvolgimenti di bassa tensione, ciascuno con 100 spire, sono collegati in parallelo. Ciò crea un unico avvolgimento secondario che ha un totale di 100 spire.

Quindi questo trasformatore ha un primario da 800 spire e un secondario da 100 spire ed è ora configurato come trasformatore step-down con un rapporto di spire di 8:1 .

Consideriamo ora lo stesso trasformatore avente una diversa configurazione delle connessioni delle prese. In questo scenario, gli avvolgimenti ad alta tensione e gli avvolgimenti a bassa tensione sono interconnessi in serie.

Gli avvolgimenti ad alta tensione hanno due avvolgimenti primari da 400 spire, collegati in serie. Ciò creerà un singolo avvolgimento ad alta tensione con un totale di 800 spire. Allo stesso modo, anche i due avvolgimenti a bassa tensione da 100 spire sono collegati in serie. Ciò si tradurrà in un unico avvolgimento secondario con 200 giri. Quindi il nuovo rapporto di virata modificato che otterremo sarà ora 800:200 o 4:1 .

In questa configurazione del trasformatore entrambi gli avvolgimenti del lato primario sono collegati in parallelo, mentre i collegamenti di entrambi i lati secondari sono in serie. Poiché gli avvolgimenti primari sono in parallelo, entrambi gli avvolgimenti primari da 400 spire agiranno come un unico avvolgimento primario con 400 spire.

Entrambi gli avvolgimenti sui lati secondari sono collegati in serie, ciascuno con 1000 spire. Entrambi si sommano per creare un singolo avvolgimento secondario a bassa tensione da 200 spire. Il nuovo rapporto di rotazione che otterremo per questa configurazione del trasformatore è 400:200 o 2:1 .

Quindi abbiamo coperto diverse configurazioni del trasformatore con doppio avvolgimento primario e doppio avvolgimento secondario. In questo modo, possiamo regolare le connessioni del rubinetto primario e secondario per ottenere rapporti di rotazione diversi.

Configurazioni di tensione per trasformatori con più avvolgimenti

Diverse configurazioni consentono di collegare trasformatori a più avvolgimenti. La connessione di ciascun tipo dipende da molteplici fattori, ad esempio quanta tensione di uscita richiediamo e il bus di alimentazione a cui dobbiamo collegare un trasformatore. Dipende anche dalla configurazione della bobina se i lati primario o secondario sono collegati in serie o in parallelo.

Diamo uno sguardo ad alcune principali configurazioni di trasformatori multiavvolgimento:

1. Configurazione del trasformatore a più avvolgimenti

Un trasformatore multi-avvolgimento ha due avvolgimenti primari e due secondari. Considera il seguente trasformatore a più avvolgimenti mostrato nell'immagine:

Alcune caratteristiche principali di un trasformatore a più avvolgimenti sono:

• I trasformatori possono avere più avvolgimenti primari, più avvolgimenti secondari o entrambi.
• La tensione massima su ciascun avvolgimento del lato ad alta tensione è la minore delle due tensioni.
• La tensione massima su ciascun avvolgimento di bassa tensione è la più bassa delle due tensioni secondarie.
• L'isolamento può essere danneggiato da qualsiasi tensione superiore a quella specificata.
• Ciascun avvolgimento di un trasformatore può gestire in sicurezza la metà della potenza nominale di kilovolt-ampere (kVA) del trasformatore.
• Per ottenere la tensione richiesta, possiamo collegare le batterie in serie o in parallelo.

2. Trasformatore di distribuzione multi-bobina

Il trasformatore in questione ha una potenza nominale di 50 kVA, 2400/4800 V – 120/240 V. Da ciò possiamo concludere che il lato ad alta tensione può gestire un massimo di 2400 V per avvolgimento. E questa tensione sarà sempre inferiore alle due tensioni. Allo stesso modo, l'avvolgimento del lato a bassa tensione o del lato secondario è valutato per una tensione massima di 120 V per avvolgimento. Ricordare che il superamento di questi valori di tensione può danneggiare l'isolamento.

Collegamento lato primario (alta tensione).

• Se desideri collegare il lato ad alta tensione di questo trasformatore da 50 kVA a un bus da 4800 V, dovrai collegare i due avvolgimenti in serie. In questo modo la tensione del bus da 4800 V verrà suddivisa equamente e ciascun avvolgimento dovrà sopportare un carico di 2400 V.
• Quando si collega il lato alta tensione a un bus da 2400 V, optare per un collegamento in parallelo. Ciò assicurerà che ciascuno degli avvolgimenti presenti 2400 V.

Collegamento lato secondario (bassa tensione).

• Per collegare il lato a bassa tensione o secondario a un bus a 240 V, collegare i due avvolgimenti in serie. Questo divide equamente la tensione del bus, fornendo 120 V a ciascun avvolgimento.
• Se è necessario collegare il lato a bassa tensione a un bus a 120 V, utilizzare un collegamento in parallelo. In questo modo ogni avvolgimento funziona con 120 V.

3. Calcoli attuali

In un trasformatore, la potenza nominale in volt-ampere (VA) può essere calcolata prendendo il prodotto della tensione per la corrente. Il trasformatore fornito nella configurazione precedente può gestire solo la metà dei kVA totali. Ciascun avvolgimento ad alta tensione e ciascun avvolgimento a bassa tensione hanno una potenza nominale di 25 kVA.

Calcolo della corrente per l'avvolgimento ad alta tensione (primario):

Quindi, dal risultato sopra, possiamo concludere che la corrente massima che l'avvolgimento ad alta tensione può gestire è 10,4 A.

Calcolo della corrente per l'avvolgimento a bassa tensione (secondario):

Per l'avvolgimento a bassa tensione, la corrente massima che può gestire è 208,3 A.

Ora, diamo un'occhiata ai valori combinati quando entrambe le bobine sono considerate insieme:

Calcolo della corrente per l'avvolgimento ad alta tensione (primario) con VA completo:

La corrente massima per l'avvolgimento ad alta tensione quando si considerano entrambe le bobine del primario è 10,4 A.

Calcolo della corrente per l'avvolgimento a bassa tensione (secondario) con VA completo:

Anche in questo caso, la corrente massima per l'avvolgimento a bassa tensione è 208,3 A.

Quindi, se consideriamo una singola bobina e metà dei VA o entrambe le bobine con l'intero VA, le correnti massime calcolate per entrambi gli avvolgimenti ad alta tensione e a bassa tensione rimangono le stesse. Ciò è dovuto al design specifico e alla potenza nominale del trasformatore.

4. Collegamenti a tre fili del trasformatore multi-avvolgimento

Collegando al centro il trasformatore con la linea singola si otterrà un'uscita di 120 V, mentre toccando due volte con entrambe le linee si otterranno 240 V.

Nei collegamenti secondari a tre fili (120/240 V), il trasformatore erogherà l'intero kVA solo quando avrà un carico perfettamente bilanciato. Un carico sbilanciato provoca il sovraccarico di un avvolgimento. Ciò comporterà il superamento della corrente nominale, poiché ciascun avvolgimento può gestire solo la metà dei kVA nominali.

Cos'è il trasformatore multiavvolgimento con presa centrale

Un trasformatore con presa centrale è progettato per fornire due diverse tensioni secondarie. Queste tensioni sono IN _UN E IN _B , con una connessione condivisa tra loro. Questa configurazione del trasformatore creerà una fonte di alimentazione bifase a 3 fili.

Le tensioni secondarie e la tensione di alimentazione IN _P sono uguali e in proporzione diretta. Di conseguenza, la potenza in ciascun avvolgimento è la stessa. Le tensioni attraverso questi avvolgimenti secondari dipendono dal rapporto di torsione.

Nello schema sopra puoi vedere un trasformatore standard con presa centrale. Il punto di presa centrale si trova al centro dell'avvolgimento secondario. Creerà una connessione comune per due tensioni secondarie di uguale grandezza ma opposte nella polarità. Quando metti a terra il rubinetto centrale, il IN _UN la tensione diventerà positiva rispetto a terra. Mentre il IN _B diventerà negativo ed è nella direzione opposta. Ciò significa che sono elettricamente sfasati di 180°.

Tuttavia, c’è uno svantaggio nell’utilizzare un trasformatore con presa centrale senza messa a terra. A causa del flusso di corrente irregolare attraverso il terzo collegamento, si avranno tensioni sbilanciate nei due avvolgimenti secondari. Vedrai questo caso soprattutto quando i carichi sono sbilanciati.

Trasformatori con presa centrale che utilizzano un trasformatore a doppia tensione

Possiamo anche creare un trasformatore con presa centrale utilizzando il trasformatore a doppia tensione. Per fare ciò, collegare gli avvolgimenti secondari in serie e il loro collegamento centrale che funge da presa. Se l'uscita di ciascun avvolgimento secondario è V, la tensione di uscita totale del secondario sarà 2 V.

Conclusione

I trasformatori ad avvolgimento multiplo hanno molte applicazioni nei circuiti elettrici ed elettronici. Questi trasformatori a doppio o più avvolgimenti possono fornire diverse tensioni di uscita a seconda del numero di spire secondarie. Trasformatori a più avvolgimenti possono essere interconnessi in configurazioni in serie o in parallelo per emettere tensioni o correnti aumentate. Puoi anche creare un trasformatore con presa centrale collegando entrambi gli avvolgimenti secondari in serie.