Kronkelende configuraties

Transformers met meerdere secundairen

Transformatoren zijn zeer veelzijdige apparaten. Het basisconcept van energieoverdracht tussen wederzijdse inductoren is nuttig genoeg tussen een enkele primaire en enkele secundaire spoel, maar transformatoren hoeven niet te worden gemaakt met slechts twee sets wikkelingen. Overweeg dit transformatorcircuit:

Transformator met meerdere secundairen levert meerdere uitgangsspanningen.

Hier delen drie inductorspoelen een gemeenschappelijke magnetische kern, die ze magnetisch aan elkaar "koppelen" of "verbinden". De relatie tussen wikkelverhoudingen en spanningsverhoudingen die wordt gezien met een enkel paar wederzijdse inductoren geldt hier nog steeds voor meerdere paren spoelen.

Het is heel goed mogelijk om een ​​transformator zoals hierboven te monteren (een primaire wikkeling, twee secundaire wikkelingen) waarbij de ene secundaire wikkeling een step-down is en de andere een step-up.

In feite was dit ontwerp van transformator vrij gebruikelijk in voedingscircuits voor vacuümbuizen, die nodig waren om laagspanning te leveren voor de filamenten van de buizen (meestal 6 of 12 volt) en hoogspanning voor de platen van de buizen (enkele honderden volt) van een nominale primaire spanning van 110 volt AC.

Met zo'n transformator zijn niet alleen spanningen en stromen van totaal verschillende groottes mogelijk, maar alle circuits zijn galvanisch van elkaar geïsoleerd.

Foto van een transformator met meerdere wikkelingen met zes wikkelingen, een primaire en vijf secundaire.

De transformator in de bovenstaande afbeelding is bedoeld om zowel hoge als lage spanningen te leveren die nodig zijn in een elektronisch systeem met vacuümbuizen. Er is een lage spanning nodig om de filamenten van vacuümbuizen van stroom te voorzien, terwijl een hoge spanning nodig is om het potentiaalverschil tussen de plaat- en kathode-elementen van elke buis te creëren.

Eén transformator met meerdere wikkelingen is op elegante wijze voldoende om alle benodigde spanningsniveaus te leveren vanuit een enkele 115 V-bron. De draden voor deze transformator (15 stuks!) staan ​​niet op de foto, ze zijn aan het zicht onttrokken.

Als elektrische isolatie tussen secundaire circuits niet van groot belang is, kan een soortgelijk effect worden verkregen door een enkele secundaire wikkeling op meerdere punten langs de lengte te "tikken", zoals in de onderstaande afbeelding.

Een enkele getapte secundaire levert meerdere spanningen.

Meerpolige schakeltransformator

Een kraan is niets meer dan een draadverbinding die ergens op een wikkeling tussen de uiteinden is gemaakt. Het is niet verrassend dat de relatie tussen winding en spanning van een normale transformator geldt voor alle getapte segmenten van wikkelingen. Dit feit kan worden benut om een ​​transformator te produceren die in staat is tot meerdere verhoudingen:

Een getapte secundaire met een schakelaar om een ​​van de vele mogelijke spanningen te selecteren.

Variabele transformator

Als we het concept van het opwinden van kranen verder uitdragen, krijgen we een 'variabele transformator', waarbij een schuifcontact wordt bewogen langs de lengte van een blootgestelde secundaire wikkeling, die er op elk punt over zijn lengte mee kan worden verbonden. Het effect is gelijk aan het hebben van een kronkelende kraan bij elke draai van de wikkeling, en een schakelaar met palen bij elke kraanpositie:

Een schuifcontact op de secundaire wisselt continu de secundaire spanning.

Een consumententoepassing van de variabele transformator is in snelheidsregelingen voor modeltreinstellen, met name de treinstellen uit de jaren vijftig en zestig. Deze transformatoren waren in wezen step-down-eenheden, waarbij de hoogste spanning die kan worden verkregen uit de secundaire wikkeling aanzienlijk lager is dan de primaire spanning van 110 tot 120 volt wisselstroom.

Het variabele bereikcontact bood een eenvoudige manier van spanningsregeling met weinig verspild vermogen, veel efficiënter dan regeling met behulp van een variabele weerstand!

Bewegende schuifcontacten zijn te onpraktisch om te worden gebruikt in grote industriële transformatorontwerpen, maar meerpolige schakelaars en wikkelkranen zijn gebruikelijk voor spanningsaanpassing. Aanpassingen moeten periodiek worden gemaakt in voedingssystemen om veranderingen in belastingen in de loop van maanden of jaren op te vangen, en deze schakelcircuits bieden een handig middel.

Dergelijke "kraanschakelaars" zijn doorgaans niet ontworpen om de stroom bij volledige belasting te verwerken, maar mogen alleen worden geactiveerd wanneer de transformator spanningsloos is (geen stroom).

Autotransformator

Als we zien hoe we elke transformatorwikkeling kunnen aftappen om het equivalent van meerdere wikkelingen te verkrijgen (zij het met verlies van elektrische isolatie ertussen), is het logisch dat het mogelijk moet zijn om helemaal af te zien van elektrische isolatie en een transformator te bouwen uit een enkele wikkeling. Dit is inderdaad mogelijk, en het resulterende apparaat wordt een autotransformator genoemd :

Deze autotransformator verhoogt de spanning met een enkele getapte wikkeling, waardoor koper wordt bespaard en isolatie wordt opgeofferd.

De hierboven afgebeelde autotransformator voert een spanningsverhogingsfunctie uit. Een step-down autotransformator zou er ongeveer zo uitzien als de onderstaande afbeelding.

Deze autotransformator verlaagt de spanning met een enkele koperbesparende getapte wikkeling.

Autotransformatoren worden veel gebruikt in toepassingen die een lichte verhoging of verlaging van de spanning naar een belasting vereisen.

Het alternatief met een normale (geïsoleerde) transformator zou zijn om ofwel de juiste primaire/secundaire wikkelverhouding te hebben die voor de taak is gemaakt of een step-down configuratie te gebruiken waarbij de secundaire wikkeling is aangesloten in seriehulp ("boosting") of serie- tegengestelde (“bucking”) mode.

Primaire, secundaire en belastingsspanningen worden gegeven om te illustreren hoe dit zou werken.

Autotransformatorconfiguraties

Ten eerste de "boost" -configuratie. In de onderstaande afbeelding is de polariteit van de secundaire spoel zo georiënteerd dat de spanning direct wordt toegevoegd aan de primaire spanning.

Gewone transformator bedraad als autotransformator om de lijnspanning te verhogen.

Vervolgens de "bucking" -configuratie. In de onderstaande afbeelding is de polariteit van de secundaire spoel zo georiënteerd dat de spanning direct wordt afgetrokken van de primaire spanning:

Gewone transformator bedraad als autotransformator om de lijnspanning te verlagen.

Het belangrijkste voordeel van een autotransformator is dat dezelfde boost- of bucking-functie wordt verkregen met slechts een enkele wikkeling, waardoor deze goedkoper en lichter te vervaardigen is dan een gewone (isolerende) transformator met zowel primaire als secundaire wikkelingen.

Variac Variabele Autotransformator

Net als gewone transformatoren kunnen autotransformatorwikkelingen worden afgetapt om variaties in de verhouding te bieden. Bovendien kunnen ze continu variabel worden gemaakt met een schuifcontact om op elk punt langs de lengte op de wikkeling te tikken.

De laatste configuratie is populair genoeg om zijn eigen naam te hebben verdiend:de Variac . (figuur hieronder)

Een variac is een autotransformator met een glijdende tik.

Kleine variacs voor gebruik op een tafel zijn populaire apparaten voor de elektronica-experimentator, die in staat zijn om de AC-spanning van het huishouden te verlagen (of soms ook omhoog) met een breed, fijn bereik van controle door een simpele draai aan een knop.

BEOORDELING:

• Transformers kunnen worden uitgerust met meer dan alleen een enkel primair en enkel secundair wikkelpaar. Dit maakt meerdere step-up en/of step-down ratio's in hetzelfde apparaat mogelijk.
• Op transformatorwikkelingen kan ook worden "getikt:", dat wil zeggen, op veel punten gekruist om een ​​enkele wikkeling in secties te segmenteren.
• Variabele transformatoren kunnen worden gemaakt door een beweegbare arm te leveren die over de lengte van een wikkeling zwaait en op elk punt langs de lengte contact maakt met de wikkeling. De wikkeling moet natuurlijk kaal zijn (geen isolatie) in het gebied waar de arm veegt.
• Een autotransformator is een enkele, getapte inductorspoel die wordt gebruikt om de spanning te verhogen of te verlagen zoals een transformator, behalve zonder elektrische isolatie.
• Een Variac is een variabele autotransformator.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad Autotransformatoren