Transformatoren mit mehreren Wicklungen

Sowohl die AC/DC- als auch die DC/DC-Leistungswandler und Netzteile verwenden den Transformator. Transformatoren sind ein wesentlicher Bestandteil jedes Stromkreises. Es kann Spannungen auf einen sicheren Grenzwert erhöhen und senken. Transformatoren sind eine unverzichtbare Komponente für jeden Stromkreis mit Gleichstromausgang und Netzspannungseingang. Im DC/DC-Schaltkreis schaltet der Transformator die PWM-Signale anstelle des AC-Sinussignals.

Mehrwicklungstransformatoren können uns die Ausgangsleistung mit hohem Wirkungsgrad und über mehrere Schienen liefern. Diese Transformatoren verfügen über mehrere Sekundärspulen, um die Eingangsspannung auf den gewünschten Wert zu erhöhen oder zu verringern. Diese Transformatoren werden auch zur Isolierung mehrerer Schienen in einem Stromnetz verwendet.

Kurzer Überblick:

• Was ist ein Mehrwicklungstransformator?
• Einführung in Doppelspannungstransformatoren
• Transformatorabgriffe mit mehreren Wicklungen
• Spannungskonfigurationen für Transformatoren mit mehreren Wicklungen
• Was ist ein Mehrwicklungstransformator mit Mittelanzapfung?
• Mittelanzapfungstransformatoren mit Doppelspannungstransformator
• Abschluss

Was ist ein Mehrwicklungstransformator?

Transformatoren, die auf beiden Seiten mehr als eine Wicklung haben, werden als Transformatoren bezeichnet Transformatoren mit mehreren Wicklungen . Sie verfügen in der Regel über eine Primärwicklung und zwei oder mehr Sekundärwicklungen. Diese Transformatoren sind für verschiedene Zwecke nützlich, beispielsweise zur Spannungsregelung, Isolierung und Impedanzanpassung.

Mehrwicklungstransformatoren funktionieren auf die gleiche Weise wie gewöhnliche Transformatoren. Ein Unterschied besteht darin, dass sie es haben mehr als eine Wicklung auf jeder Seite . Um sie miteinander zu verbinden, müssen wir die Spannungspolaritäten jeder Wicklung überprüfen, die durch Punkte markiert sind. Die Punkte zeigen das positive (oder negative) Ende der Wicklung.

Transformatoren arbeiten mit gegenseitiger Induktion, was bedeutet, dass die Spannung in jeder Wicklung proportional zur Anzahl der Windungen ist, wie unten gezeigt:

Die Leistung in jeder Wicklung ist gleich, daher ist das Windungsverhältnis gleich dem Verhältnis der Spannungen. Wenn die Primärwicklung beispielsweise 10 Windungen und 100 Volt und die Sekundärwicklung 5 Windungen hat, beträgt die Sekundärspannung 50 Volt. Auf diese Weise können Mehrwicklungstransformatoren unterschiedliche Ausgangsspannungen für verschiedene Spulen haben.

Ein Transformator, der verschiedene Sekundärwicklungen mit variablen Drahtwindungen haben kann. Die Anzahl der Windungen beeinflusst die Spannung des Stroms. Mehr Windungen bedeuten eine höhere Spannung und weniger Windungen bedeuten eine niedrigere Spannung. Ein Transformator kann also aus einer Stromquelle unterschiedliche Spannungen für verschiedene Geräte erzeugen. Dies ist nützlich für elektronische Schaltkreise wie Netzteile und Wandler.

Es folgt ein Mehrwicklungstransformator mit mehreren Sekundärwicklungsanschlüssen. Jede dieser Sekundärwicklungen liefert einen anderen Spannungsausgang.

Wir können die Primärwicklung einzeln verwenden oder sie mit zwei verschiedenen anderen Wicklungen verbinden, um einen Transformator zu betreiben. Der Anschluss der Sekundärwicklung hängt jedoch davon ab, wie viel Spannung wir auf der Ausgangsseite benötigen. Eine Parallelschaltung der Sekundärwicklung ist nur möglich, wenn die beiden angeschlossenen Wicklungen elektrisch identisch sein müssen. Mit anderen Worten: Strom- und Spannungswerte müssen übereinstimmen.

Einführung in Doppelspannungstransformatoren

Doppelspannungstransformatoren enthalten zwei Primärwicklungen und zwei Sekundärwicklungen. Die Spannungs- und Stromspezifikationen beider Primärteile sind identisch. Ebenso sind die Spannungs- und Stromwerte beider Sekundärwicklungen gleich. Diese Transformatoren sind so konzipiert, dass sie in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden können. Wir können die Transformatoranschlüsse dieser Wicklungen ändern, um eine Reihen- und Parallelkombination für höhere Strom- und Spannungsanforderungen zu erstellen. Diese Arten von Mehrwicklungstransformatoren werden als bezeichnet Doppelspannungstransformatoren .

Transformatorabgriffe mit mehreren Wicklungen

Einige Transformatoren sind so konzipiert, dass Sie ihr Windungsverhältnis ändern können, indem Sie die primär- und sekundärseitigen Anschlüsse ändern. Diese Anschlüsse auf der Primär- oder Sekundärseite eines Transformators nennt man Transformatorabgriffe .

Das Anschlussdiagramm des Transformators zeigt den Einzelanzapfungsanschluss der Primär- und Sekundärwicklungen. In diesem Bild können wir sehen, dass die Sekundärspule (400) mehr Windungen hat als die Primärspule (100). Dies ist also das Anschlussdiagramm eines Abwärtstransformators mit einer doppelten Primär- und einer doppelten Sekundärwicklung.

Der gegebene Transformator verfügt über zwei Primär- und zwei Sekundärwicklungen. Bei diesen Wicklungen wird jedes Ende als Anschluss bezeichnet, und für jede Wicklung gibt es ein Anschlusspaar.

Es werden primär- oder hochspannungsseitige Anschlüsse benannt H₁ Und H₂ .

Wenn man den Transformator von der Sekundärseite aus betrachtet, ist der Hochspannungsanschluss des Transformators mit gekennzeichnet H₁ . Nach Angaben der CSA wurde dies zu einem Industriestandard für die Kennzeichnung des Hochspannungsanschlusses gemacht, wenn dieser von der Sekundärseite aus gesehen wird.

Ebenso sind die anderen Anschlüsse auf der Seite der Hochspannungswicklung mit gekennzeichnet H₃ Und H₄ .

Aus der Abbildung können wir ersehen, dass für die Beschriftung des Sekundäranschlusses eines Hochspannungstransformators der Buchstabe verwendet wird X . Die beiden sekundär- bzw. niederspannungsseitigen Anschlüsse sind beschriftet X ₁ , X ₂ , Und X ₃ , X ₄ .

Vorteile haben Transformatoren, die jeweils eine Doppelwicklung in ihrer Primär- und Sekundärwicklung haben. Auf diese Weise wird jedes Paar Transformatorwicklungen entweder in Reihe oder parallel geschaltet.

Betrachten Sie nun das Anschlussdiagramm der Transformatorabgriffe unten. Diese Konfiguration enthält auch eine doppelte Primär- und eine doppelte Sekundärwicklung. Dabei sind beide Wicklungen auf der Primärseite in Reihe geschaltet, während die Sekundärwicklungen parallel geschaltet sind.

Anhand der Abzweigung können Sie das auf der Hochspannungsseite erkennen, Klemme H₂ ist mit dem Terminal verbunden H₃ . Auf diese Weise sind beide Hochspannungswicklungen miteinander in Reihe geschaltet. Die Windungszahl beider Hochspannungs-Primärwicklungen beträgt jeweils 400 Windungen. Die Primär- bzw. Hochspannungsseite hat also insgesamt 800 Windungen.

Terminal X ₁ auf der Niederspannungsseite ist mit der Klemme verbunden X ₃ , während terminal X ₂ ist mit Terminal verbunden X ₄ .

Die beiden Niederspannungswicklungen mit je 100 Windungen sind parallel geschaltet. Dadurch entsteht eine einzelne Sekundärwicklung mit insgesamt 100 Windungen.

Dieser Transformator verfügt also über eine Primärwicklung mit 800 Windungen und eine Sekundärwicklung mit 100 Windungen und ist nun als Abwärtstransformator mit einem Windungsverhältnis von konfiguriert 8:1 .

Betrachten Sie nun denselben Transformator mit einer anderen Konfiguration der Abgriffanschlüsse. In diesem Szenario sind die Hochspannungswicklungen und die Niederspannungswicklungen in Reihe miteinander verbunden.

Die Hochspannungswicklungen bestehen aus zwei Primärwicklungen mit 400 Windungen, die in Reihe geschaltet sind. Dadurch entsteht eine Hochspannungs-Einzelwicklung mit insgesamt 800 Windungen. Ebenso sind auch die beiden Niederspannungswicklungen mit jeweils 100 Windungen in Reihe geschaltet. Dies führt zu einer einzelnen Sekundärwicklung mit 200 Windungen. Das neue modifizierte Wendeverhältnis, das wir erhalten werden, beträgt jetzt 800:200 oder 4:1 .

Bei dieser Konfiguration des Transformators sind beide Wicklungen der Primärseite parallel geschaltet, während die Anschlüsse beider Sekundärseiten in Reihe liegen. Da die Primärwicklungen parallel geschaltet sind, wirken beide Primärwicklungen mit 400 Windungen wie eine einzige Primärwicklung mit 400 Windungen.

Beide Wicklungen auf der Sekundärseite sind in Reihe geschaltet und haben jeweils 1000 Windungen. Beides zusammen ergibt eine einzige sekundäre Niederspannungswicklung mit 200 Windungen. Das neue Windungsverhältnis, das wir für diese Transformatorkonfiguration erhalten, beträgt 400:200 oder 2:1 .

Daher haben wir verschiedene Konfigurationen des Transformators mit doppelter Primär- und doppelter Sekundärwicklung behandelt. Auf diese Weise können wir die primären und sekundären Abzweigungsanschlüsse anpassen, um unterschiedliche Windungsverhältnisse zu erzielen.

Spannungskonfigurationen für Transformatoren mit mehreren Wicklungen

Verschiedene Konfigurationen ermöglichen den Anschluss der Mehrwicklungstransformatoren. Der Anschluss jedes Typs hängt von mehreren Faktoren ab, z. B. von der benötigten Ausgangsspannung und von der Stromschiene, an die wir einen Transformator anschließen müssen. Es hängt auch von der Spulenkonfiguration ab, ob die Primär- oder Sekundärseite in Reihe oder parallel geschaltet ist.

Werfen wir einen Blick auf einige Hauptkonfigurationen von Mehrwicklungstransformatoren:

1. Konfiguration eines Transformators mit mehreren Wicklungen

Ein Mehrwicklungstransformator verfügt über zwei Primär- und zwei Sekundärwicklungen. Betrachten Sie den folgenden Mehrwicklungstransformator im Bild:

Einige Hauptmerkmale eines Mehrwicklungstransformators sind:

• Transformatoren können mehrere Primärwicklungen, mehrere Sekundärwicklungen oder beides haben.
• Die maximale Spannung an jeder Wicklung der Oberspannungsseite ist die niedrigere der beiden Spannungen.
• Die maximale Spannung an jeder Niederspannungswicklung ist die niedrigste der beiden Sekundärspannungen.
• Die Isolierung kann durch jede Spannung beschädigt werden, die über den angegebenen Nennwerten liegt.
• Jede Wicklung eines Transformators kann die halbe Kilovoltampere-Nennleistung (kVA) des Transformators sicher verarbeiten.
• Um die erforderliche Spannung zu erhalten, können wir Batterien in Reihe oder parallel schalten.

2. Mehrspulen-Verteilungstransformator

Der angegebene Transformator hat eine Nennleistung von 50 kVA, 2400/4800 V – 120/240 V. Daraus können wir schließen, dass die Hochspannungsseite maximal 2400 V pro Wicklung verarbeiten kann. Und diese Spannung wird immer kleiner als die beiden Spannungen sein. Ebenso ist die niederspannungsseitige bzw. sekundärseitige Wicklung für eine maximale Spannung von 120 V pro Wicklung ausgelegt. Bedenken Sie, dass eine Überschreitung dieser Spannungswerte die Isolierung beschädigen kann.

Primärseitiger (Hochspannungs-)Anschluss

• Wenn Sie die Hochspannungsseite dieses 50-kVA-Transformators an einen 4800-V-Bus anschließen möchten, müssen Sie die beiden Wicklungen in Reihe schalten. Auf diese Weise wird die 4800-V-Busspannung gleichmäßig aufgeteilt, wobei jede Wicklung die Last von 2400 V tragen muss.
• Wenn Sie die Hochspannungsseite an einen 2400-V-Bus anschließen, wählen Sie eine Parallelschaltung. Dadurch wird sichergestellt, dass jede der Wicklungen 2400 V erhält.

Sekundärseitiger (Niederspannungs-)Anschluss

• Um die Niederspannungs- oder Sekundärseite an einen 240-V-Bus anzuschließen, schalten Sie die beiden Wicklungen in Reihe. Dadurch wird die Busspannung gleichmäßig aufgeteilt und jede Wicklung mit 120 V versorgt.
• Wenn Sie die Niederspannungsseite an einen 120-V-Bus anschließen müssen, verwenden Sie eine Parallelschaltung. Auf diese Weise kann jede Wicklung mit 120 V betrieben werden.

3. Aktuelle Berechnungen

Bei einem Transformator kann die Nennspannung in Voltampere (VA) durch Bildung des Produkts aus Spannung und Strom berechnet werden. Der in der vorherigen Konfiguration angegebene Transformator kann nur die Hälfte der gesamten kVA verarbeiten. Jede Hochspannungswicklung und jede Niederspannungswicklung haben eine Nennleistung von 25 kVA.

Berechnung des Stroms für die Hochspannungswicklung (primär):

Aus dem obigen Ergebnis können wir schließen, dass der maximale Strom, den die Hochspannungswicklung verarbeiten kann, 10,4 Ampere beträgt.

Berechnung des Stroms für die Niederspannungswicklung (Sekundär):

Für die Niederspannungswicklung beträgt der maximal verarbeitbare Strom 208,3 Ampere.

Schauen wir uns nun die kombinierten Werte an, wenn beide Spulen zusammen betrachtet werden:

Berechnung des Stroms für die Hochspannungswicklung (Primärwicklung) mit voller VA:

Der maximale Strom für die Hochspannungswicklung beträgt 10,4 Ampere, wenn beide Spulen der Primärwicklung berücksichtigt werden.

Berechnung des Stroms für die Niederspannungswicklung (Sekundärwicklung) mit voller VA:

Auch hier beträgt der maximale Strom für die Niederspannungswicklung 208,3 Ampere.

Unabhängig davon, ob wir eine einzelne Spule und die halbe VA oder beide Spulen mit der vollen VA betrachten, bleiben die berechneten maximalen Ströme sowohl für die Hochspannungs- als auch für die Niederspannungswicklung gleich. Dies liegt an der spezifischen Konstruktion und Nennleistung des Transformators.

4. Dreidrahtverbindungen eines Mehrwicklungstransformators

Eine Mittelanzapfung des Transformators mit der einzelnen Leitung führt zu einer Ausgangsspannung von 120 V, während eine Doppelanzapfung beider Leitungen zu einer Ausgangsspannung von 240 V führt.

Bei dreiadrigen Sekundäranschlüssen (120/240 V) liefert der Transformator nur dann die volle kVA, wenn er perfekt ausgeglichen ist. Eine ungleichmäßige Belastung führt zur Überlastung einer Wicklung. Dies führt zu einer Überschreitung des Nennstroms, da jede Wicklung nur die Hälfte der Nenn-kVA bewältigen kann.

Was ist ein Mehrwicklungstransformator mit Mittelanzapfung?

Ein Mittelanzapfungstransformator ist so konzipiert, dass er Ihnen zwei verschiedene Sekundärspannungen liefert. Diese Spannungen sind IN _A Und IN _B , mit einer gemeinsamen Verbindung zwischen ihnen. Durch diesen Aufbau des Transformators entsteht eine zweiphasige, dreiadrige Stromquelle.

Die Sekundärspannungen und die Versorgungsspannung IN _P sind gleich und stehen in direktem Verhältnis. Dadurch ist die Leistung in jeder Wicklung gleich. Die Spannungen an diesen Sekundärwicklungen hängen vom Windungsverhältnis ab.

Im Diagramm oben sehen Sie einen Standard-Mittelanzapfungstransformator. Der Mittelanzapfungspunkt liegt in der Mitte der Sekundärwicklung. Dadurch entsteht eine gemeinsame Verbindung für zwei Sekundärspannungen gleicher Größe, aber entgegengesetzter Polarität. Wenn Sie den Mittelabgriff erden, wird der IN _A Die Spannung wird gegenüber der Erde positiv. Während IN _B wird negativ und ist in die entgegengesetzte Richtung. Dies bedeutet, dass sie elektrisch um 180° phasenverschoben sind.

Die Verwendung eines ungeerdeten Mittelanzapfungstransformators hat jedoch einen Nachteil. Aufgrund des ungleichmäßigen Stromflusses durch den dritten Anschluss kommt es zu unsymmetrischen Spannungen in den beiden Sekundärwicklungen. Dieser Fall tritt insbesondere dann auf, wenn die Lasten unausgeglichen sind.

Mittelanzapfungstransformatoren mit Doppelspannungstransformator

Mithilfe des Doppelspannungstransformators können wir auch einen Mittelanzapfungstransformator erstellen. Dazu werden die Sekundärwicklungen in Reihe geschaltet und ihr Mittelglied dient als Anzapfung. Wenn der Ausgang jeder Sekundärwicklung V beträgt, beträgt die Gesamtausgangsspannung der Sekundärwicklung 2 V.

Abschluss

Mehrwicklungstransformatoren finden viele Anwendungen in elektrischen und elektronischen Schaltkreisen. Diese Doppelwicklungs- oder Mehrwicklungstransformatoren können abhängig vom Verhältnis der Sekundärwindungszahlen unterschiedliche Ausgangsspannungen liefern. Transformatoren mit mehreren Wicklungen können in Reihen- oder Parallelkonfiguration miteinander verbunden werden, um die erhöhten Spannungen oder Ströme auszugeben. Sie können auch einen Transformator mit Mittelanzapfung erstellen, indem Sie beide Sekundärwicklungen in Reihe schalten.