Transformadors de bobinatge múltiples

Tant els convertidors d'alimentació i fonts d'alimentació AC/DC com DC/DC utilitzen el transformador. Els transformadors són un component vital de qualsevol circuit elèctric. Pot augmentar i baixar les tensions fins a un límit segur. Els transformadors són un component imprescindible per a qualsevol circuit que tingui sortida de corrent continu i entrada de tensió de línia. Al circuit DC/DC, el transformador funciona canviant els senyals PWM en lloc del senyal sinusoïdal de CA.

Els transformadors de bobinats múltiples ens poden donar la potència de sortida amb una alta eficiència i sobre múltiples carrils. Aquests transformadors tenen múltiples bobines secundàries per augmentar o disminuir la tensió d'entrada fins al valor desitjat. Aquests transformadors també s'utilitzen per a l'aïllament de múltiples rails en un sistema elèctric.

Esquema ràpida:

• Què és el transformador de bobinatge múltiple
• Introducció als transformadors de doble voltatge
• Múltiples aixetes de transformador de bobinatge
• Configuracions de tensió per a transformadors de bobinats múltiples
• Què és el transformador de bobinatge múltiple amb punt central
• Transformadors de punt central que utilitzen un transformador de doble voltatge
• Conclusió

Què és el transformador de bobinatge múltiple

Els transformadors que tenen més d'un bobinat a banda i banda, s'anomenen Transformadors de bobinatge múltiples . Normalment tenen un bobinatge primari i dos o més bobinatges secundaris. Aquests transformadors són útils per a diferents finalitats, com ara la regulació de la tensió, l'aïllament i la concordança d'impedància.

Els transformadors de bobinats múltiples funcionen de la mateixa manera que els transformadors normals. Una diferència és que en tenen més d'un enrotllament a banda i banda . Per connectar-los entre ells, hem de comprovar les polaritats de tensió de cada bobinatge, que estan marcades amb punts. Els punts mostren l'extrem positiu (o negatiu) de l'enrotllament.

Els transformadors funcionen amb inducció mútua, el que significa que la tensió de cada bobinatge és proporcional al nombre de voltes, com es mostra a continuació:

La potència de cada bobinatge és la mateixa, de manera que la relació de voltes és igual a la relació de voltatges. Per exemple, si el bobinatge primari té 10 espires i 100 volts, i el bobinatge secundari té 5 voltes, aleshores la tensió secundària és de 50 volts. Així és com els transformadors de bobinats múltiples poden tenir diferents tensions de sortida per a diferents bobines.

Un transformador que pot tenir diferents secundaris amb espirades variables de fil. El nombre de voltes afecta la tensió de l'electricitat. Més voltes signifiquen una tensió més alta i menys voltes signifiquen una tensió més baixa. Per tant, un transformador pot produir diferents voltatges per a diferents dispositius a partir d'una font d'electricitat. Això és útil per a circuits electrònics, com ara fonts d'alimentació i convertidors.

A continuació es mostra un transformador de bobinatge múltiple amb múltiples connexions de bobinatge secundari. Cadascun d'aquests bobinatges secundaris proporciona una sortida de tensió diferent.

Podem utilitzar el bobinatge primari individualment o connectar-lo amb un parell d'altres bobinatges diferents per fer funcionar un transformador. Tanmateix, la connexió del bobinatge secundari depèn de la quantitat de tensió que necessitem a la sortida. El bobinat secundari en paral·lel només és possible si els dos bobinats connectats han de ser elèctricament idèntics. En altres paraules, les seves classificacions de corrent i tensió han de coincidir.

Introducció als transformadors de doble voltatge

Els transformadors de doble voltatge contenen bobinatges primaris dobles i bobinatges secundaris dobles. Les especificacions de tensió i corrent de tots dos primaris són idèntiques. De la mateixa manera, les classificacions de tensió i corrent d'ambdós bobinatges secundaris també són les mateixes. Aquests transformadors estan dissenyats de manera que es poden utilitzar en diferents aplicacions. Podem canviar les aixetes del transformador d'aquests bobinatges per crear una combinació en sèrie i paral·lel per a requisits de corrent i tensió més alts. Aquests tipus de transformadors de bobinats múltiples s'anomenen Transformadors de doble voltatge .

Múltiples aixetes de transformador de bobinatge

Alguns transformadors estan dissenyats de manera que podeu modificar la seva relació de gir canviant les connexions laterals primàries i secundàries. Aquestes connexions als costats primari o secundari d'un transformador s'anomenen aixetes del transformador .

El diagrama de connexió del transformador mostra la connexió d'un sol toc dels bobinatges primaris i secundaris. En aquesta imatge, podem veure que les espires de la bobina secundària (400) són més que les de la bobina primària (100). Així doncs, aquest és l'esquema de connexió d'un transformador reductor que té un bobinat primari doble i un secundari secundari.

El transformador donat té doble bobinat primari i doble secundari. En aquests bobinatges, cada extrem s'anomena terminal i hi ha un parell de terminals per a cada bobinat.

S'anomenen els terminals laterals primaris o d'alta tensió H₁ i H₂ .

Mentre es mira el transformador des del costat secundari, el terminal d'alta tensió del transformador està etiquetat com a H₁ . Segons el CSA, això s'ha convertit en un estàndard de la indústria per etiquetar el terminal d'alta tensió quan es veu des del costat secundari.

De la mateixa manera, els altres terminals laterals del bobinat d'alta tensió estan etiquetats com a H₃ i H₄ .

A la figura podem veure que per etiquetar el terminal secundari d'un transformador d'alta tensió la lletra utilitzada és X . Els dos terminals secundaris o laterals de baixa tensió estan etiquetats X ₁ , X ₂ , i X ₃ , X ₄ .

Els transformadors que tenen doble bobinat en cadascun dels seus bobinatges primari i secundari tenen l'avantatge. D'aquesta manera, cada parell de bobinats del transformador s'uneix en sèrie o en paral·lel.

Ara considereu el diagrama de connexió del transformador a continuació. Aquesta configuració també conté doble bobinat primari i doble secundari. Aquí, els dos enrotllaments del costat primari estan en sèrie, mentre que els secundaris estan en paral·lel.

Des de la connexió de l'aixeta, podeu veure que al costat d'alta tensió, terminal H₂ està connectat amb el terminal H₃ . Així, d'aquesta manera, els dos bobinats d'alta tensió estan en sèrie entre si. El nombre de voltes per als dos bobinats primaris d'alta tensió és de 400 espires cadascun. Així, el costat primari o d'alta tensió té un total de 800 espires.

Terminal X ₁ al costat de baixa tensió està connectat al terminal X ₃ , mentre que terminal X ₂ està unit amb el terminal X ₄ .

Els dos bobinats de baixa tensió, cadascun amb 100 espires, estan connectats en paral·lel. Això crea un únic bobinatge secundari que té un total de 100 voltes.

Així, aquest transformador té un primari de 800 voltes i un secundari de 100 voltes i ara està configurat com a transformador reductor amb una relació de volta de 8:1 .

Ara considereu que el mateix transformador té una configuració diferent de connexions d'aixeta. En aquest escenari, els bobinats d'alta tensió i els bobinats de baixa tensió estan interconnectats en sèrie.

Els bobinats d'alta tensió tenen dos bobinats primaris de 400 voltes, que s'uneixen en sèrie. Això crearà un bobinatge únic d'alta tensió amb un total de 800 espires. De la mateixa manera, els dos bobinats de baixa tensió de 100 voltes també estan connectats en sèrie. Això donarà lloc a un sol bobinatge secundari amb 200 voltes. Així que la nova relació de girs modificada que obtindrem és ara 800:200 o 4:1 .

En aquesta configuració del transformador, els dos bobinats del costat primari estan en paral·lel, mentre que les connexions dels dos costats secundaris estan en sèrie. Com que els bobinatges primaris estan en paral·lel, tots dos bobinatges primaris de 400 espires actuaran com un bobinat primari únic amb 400 espires.

Els dos bobinatges dels costats secundaris estan connectats en sèrie, amb 1000 voltes cadascun. Tots dos se sumen per crear un sol bobinatge secundari de baixa tensió de 200 voltes. La nova relació de gir que obtindrem per a aquesta configuració del transformador és 400:200 o 2:1 .

Així doncs, hem cobert diferents configuracions del transformador amb doble bobinat primari i doble secundari. D'aquesta manera, podem ajustar les connexions de l'aixeta primària i secundària per obtenir diferents relacions de gir.

Configuracions de tensió per a transformadors de bobinats múltiples

Les diferents configuracions permeten connectar els transformadors de bobinats múltiples. La connexió de cada tipus depèn de múltiples factors, com ara quant és la tensió de sortida que necessitem i el bus d'alimentació al qual hem de connectar un transformador. També depèn de la configuració de la bobina si els costats primari o secundari estan connectats en sèrie o en paral·lel.

Fem una ullada a algunes configuracions principals de transformadors de bobinats múltiples:

1. Configuració del transformador de múltiples bobinatges

Un transformador de bobinats múltiples té bobinatges primaris dobles i secundaris dobles. Considereu el següent transformador de bobinatge múltiple que es mostra a la imatge:

Algunes característiques principals d'un transformador de bobinats múltiples són:

• Els transformadors poden tenir múltiples bobinatges primaris, múltiples bobinatges secundaris o tots dos.
• La tensió màxima a cada bobinat del costat d'alta tensió és la més baixa de les dues.
• La tensió màxima de cada bobinat de baixa tensió és la més baixa de les dues tensions secundàries.
• L'aïllament es pot danyar per qualsevol tensió superior a les especificades.
• Cada bobinatge d'un transformador pot gestionar amb seguretat la meitat de la potència nominal de kilovolts-amperes (kVA) del transformador.
• Per obtenir la tensió necessària, podem connectar bateries en sèrie o en paral·lel.

2. Transformador de distribució multibobina

El transformador donat té una capacitat de 50 kVA, 2400/4800 V – 120/240 V. A partir d'això podem concloure que el costat d'alta tensió pot gestionar un màxim de 2400 V per bobinat. I aquesta tensió sempre serà menor de les dues tensions. De la mateixa manera, el bobinat lateral de baixa tensió o secundari té una tensió màxima de 120 V per bobinatge. Recordeu que excedir aquests voltatges nominals pot danyar l'aïllament.

Connexió del costat primari (alta tensió).

• Si voleu connectar el costat d'alta tensió d'aquest transformador de 50 kVA a un bus de 4800 V, haureu de connectar els dos bobinatges en sèrie. D'aquesta manera, la tensió del bus de 4800 V es repartirà uniformement, i cada bobinatge haurà de suportar la càrrega de 2400 V.
• Quan connecteu el costat d'alta tensió a un bus de 2400 V, opteu per una connexió en paral·lel. Això s'assegurarà que cadascuna de les experiències de bobinatge, 2400 V.

Connexió del costat secundari (baixa tensió).

• Per connectar el costat de baixa tensió o secundari a un bus de 240 V, connecteu els dos bobinats en sèrie. Això divideix la tensió del bus per igual, proporcionant 120 V a cada bobinatge.
• Si necessiteu connectar el costat de baixa tensió a un bus de 120 V, utilitzeu una connexió en paral·lel. D'aquesta manera, cada bobinatge entra a treballar amb 120 V.

3. Càlculs actuals

En un transformador, el valor nominal de volt-amperes (VA) es pot calcular prenent el producte de la tensió amb el corrent. El transformador que es dóna a la configuració anterior només pot gestionar la meitat del kVA total. Cada bobinat d'alta tensió i cada bobinat de baixa tensió tenen una capacitat de 25 kVA.

Càlcul del corrent per a bobinatge d'alta tensió (primari):

Així, a partir del resultat anterior, podem concloure que el corrent màxim que pot suportar el bobinatge d'alta tensió és de 10,4 amperes.

Càlcul del corrent per a bobinatge de baixa tensió (secundària):

Per a bobinats de baixa tensió, el corrent màxim que pot suportar és de 208,3 amperes.

Ara, mirem els valors combinats quan les dues bobines es consideren juntes:

Càlcul del corrent per a bobinatge d'alta tensió (primari) amb VA complet:

El corrent màxim per al bobinat d'alta tensió quan es consideren ambdues bobines del primari és de 10,4 A.

Càlcul del corrent per a bobinatge de baixa tensió (secundària) amb VA complet:

De nou, el corrent màxim per al bobinatge de baixa tensió és de 208,3 amperes.

Així, tant si considerem una sola bobina i la meitat del VA o ambdues bobines amb el VA complet, els corrents màxims calculats tant per als bobinatges d'alta tensió com de baix voltatge romanen iguals. Això es deu al disseny i valoració específics del transformador.

4. Connexions de tres fils del transformador de bobinats múltiples

Si toqueu centralment el transformador amb una línia única, es produirà una sortida de 120 V, mentre que un doble toc amb ambdues línies us donarà 240 V.

En connexions secundàries de tres fils (120/240 V), el transformador lliurarà els kVA complets només quan tingui una càrrega perfectament equilibrada. Una càrrega desequilibrada fa que un bobinatge es sobrecarregui. Això resultarà en la superació de la classificació actual, ja que cada bobinatge només pot gestionar la meitat dels kVA nominals.

Què és el transformador de bobinatge múltiple de punt central

Un transformador central està dissenyat per donar-vos dues tensions secundàries diferents. Aquestes tensions són EN _A i EN _B , amb una connexió compartida entre ells. Aquesta configuració del transformador crearà una font d'alimentació bifàsica de 3 fils.

Les tensions secundàries i la tensió d'alimentació EN _pàg són iguals i en proporció directa. Com a resultat, la potència a cada bobinatge és la mateixa. Les tensions a través d'aquests bobinatges secundaris depenen de la relació de volta.

Al diagrama de dalt, podeu veure un transformador d'aixeta central estàndard. El punt de presa central es troba al centre de l'enrotllament secundari. Crearà una connexió comuna per a dues tensions secundàries d'igual magnitud però oposades en polaritat. Quan poses a terra l'aixeta central, el EN _A la tensió esdevindrà positiva respecte a terra. Mentre que EN _B es tornarà negatiu i va en sentit contrari. Això significa que estan elèctricament 180° desfasats.

No obstant això, hi ha un inconvenient a utilitzar un transformador central sense connexió a terra. A causa del flux de corrent desigual a través de la tercera connexió, es produiran tensions desequilibrades als dos bobinatges secundaris. Veuràs aquest cas especialment quan les càrregues estan desequilibrades.

Transformadors de punt central que utilitzen un transformador de doble voltatge

També podem crear un transformador central mitjançant el transformador de doble voltatge. Per fer-ho, connecteu els bobinatges secundaris en sèrie i el seu enllaç central serveixi d'aixeta. Si la sortida de cada bobinatge secundari és V, la tensió de sortida total del secundari serà de 2 V.

Conclusió

Els transformadors de bobinats múltiples tenen moltes aplicacions en circuits elèctrics i electrònics. Aquests transformadors de doble bobinat o de bobinat múltiple poden subministrar diferents voltatges de sortida en funció de la relació del nombre de voltes secundàries. Es poden interconnectar diversos transformadors de bobinatge en configuracions en sèrie o en paral·lel per donar sortida a les tensions o corrents augmentades. També podeu crear un transformador de presa central enllaçant els dos bobinatges secundaris en sèrie.