Последовательное и параллельное включение обмоток.
Бывает ситуация, когда у трансформатора нет обмотки на нужное напряжение или ток, зато есть много всяких разных обмоток. Что делать?
Для увеличения напряжения, обмотки можно соединять последовательно. При этом общее напряжение будет равно сумме напряжений всех обмоток. Максимальный ток будет равен наименьшему из номинальных токов всех этих обмоток.
Обмотки надо сфазировать, иначе напряжения в них могут не складываться, а вычитаться (можно ра-
ботать и в такой ситуации, но КПД трансформатора снизится). Делается это так: первая и вторая обмотки соединяются последовательно, а к их концам подключается вольтметр переменного тока (рис. 16).
Вольтметр должен показать сумму напряжений обмоток 1 и 2 (это синфазное, или согласное включение обмоток). Если показания вольтметра меньше (в случае противофазного, или встречного включения он покажет разность напряжений обмоток), выводы обмотки 2 надо поменять местами. В случае, когда последовательно соединяется большее количество обмоток, то все повторяется, при этом роль обмотки 1 выполняют уже соединенные обмотки, а роль обмотки 2 – вновь подключаемая обмотка.
На рис. 16 точкой возле обмотки обозначается ее условное начало. Оно имеет такой смысл: если на выводе с точкой первичной обмотки присутствует положительный полупериод напряжения (грубо говоря «плюс»), то и на выводах с точкой всех вторичных обмоток в этот момент также «плюс». Поэтому, зная условные начала обмоток, можно сразу соединить все обмотки синфазно. К сожалению, на самом трансформаторе начала обмоток обычно не обозначают.
Если в трансформаторе много одинаковых вторичных обмоток на маленький ток, то по идее их можно соединить параллельно, тогда общий их ток будет равен сумме токов отдельных обмоток.
На самом деле это очень «тонкий» вопрос. В жизни практически никогда не бывает, чтобы две обмотки были абсолютно одинаковыми. Хоть малюсенькая разница в их напряжениях, но есть. И внутри параллельных обмоток могут возникнуть уравнительные токи иногда маленькой, а иногда и большой величины. Может получиться, что трансформатор здорово греется, а наружу тока почти не выдает. Но бывает и так, что производители мотают трансформатор в несколько проводов одновременно. Тогда обмотки получаются практически совсем одинаковыми и такие обмотки параллельно соединять можно (хотя, ГОСТ 14233-84 «Трансформаторы питания для бытовой аппаратуры» дает допуск на асимметрию обмоток, включаемых параллельно, до 3% от напряжения обмотки – это довольно большое рассогласование!). При этом очень важно правильно сфазировать обмотки, иначе будет короткое замыкание. Только надо быть абсолютно уверенным в том, что обмотки одинаковы. Поэтому давайте для надежности пользоваться таким правилом:
Если производитель явно указывает, что обмотки трансформатора можно соединять параллельно, то можно. Если такого явного указания нет – то нельзя.
Как правильно сфазировать обмотки? Начала всех обмоток соединить вместе – это будет начало общей обмотки. Конец общей обмотки составят соединенные вместе концы всех обмоток.
Если неизвестны начала и концы обмоток, то сначала соедините между собой один провод от одной обмотки и один от другой. Подайте питание на трансформатор и измерьте напряжение между оставшимися концами этих обмоток (рис. 17).
Если между ними напряжение равное удвоенному напряжению каждой из обмоток, то концы одной из обмоток надо поменять местами. Снова подайте питание и снова измерьте напряжение. Если оно равно нулю, то все ОК, соединяете концы, между которыми измеряли напряжение и пользуетесь. Если же напряжение не равно нулю, то обмотки разные, и их паралле- лить нельзя!
А если напряжение на двух обмотках получилось не 
ноль, но очень близкое к нулю? Давайте рассмотрим пример. Сопротивление вторичной обмотки тороидального трансформатора 75ВА 2×28В равно примерно 0,5 Ом. Допустим мы хотим получить такую обмотку из двух, каждая из которых рассчитана на вдвое меньший ток. Тогда сопротивление каждой обмотки вдвое выше и будет равно 1 Ом. С точки зрения уравнительных токов обмотки включены последовательно (значит, общее сопротивление удваивается) и к ним прикладывается разность напряжений между обмотками. Допустим, эта разность напряжений равна 0,5 вольт. Тогда уравнительный ток будет
2. Если вольтметр показывает разность напряжений обмоток в точности равную нулю, это означает, что и формы напряжений обмоток, и их величины одинаковы (что уже само по себе редкое явление). Но кто поручится, что при изменении напряжения в сети, или изменении тока, потребляемого нагрузкой, формы токов так одинаковыми и останутся? Это не всегда случается даже у однотипных трансформаторов (из-за разброса свойств стали они могут немного по-разному насыщаться), а для трансформаторов разных типов это вообще нереально.
Поэтому давайте не будем рисковать, и не будем создавать себе возможные проблемы, соединяя параллельно обмотки разных трансформаторов!
Бросок тока при включении трансформатора. При включении трансформатора в сеть даже на холостом ходу возникает всплеск тока (пусковой ток, являющийся следствием переходного процесса в трансформаторе), который может превышать номинальный в десятки раз. Длительность пускового тока обычно не превышает 0,02…0,03 секунды, поэтому он не приводит к перегреву обмоток. Однако в этот момент на проводники обмоток действуют значительные электромагнитные силы, которые могут сдвинуть плохо закрепленные витки. С течением времени витки разбалтываются, и акустический шум трансформатора растет.
Другим неприятным последствием пускового тока является перегорание предохранителя в цепи первичной обмотки.
Величина пускового тока определяется как моментом времени включения (по отношению к начальной фазе сетевого напряжения), так и параметрами трансформатора. В частности, повышение числа витков первичной обмотки снижает пусковой ток, что еще раз говорит в пользу применения трансформаторов с пониженной рабочей индукцией. И наоборот, у трансформатора, работающего близко к насыщению, бросок тока при включении может быть очень большим.
Трансформаторы с пониженной рабочей индукцией. Существует мнение (вполне оправданное), что хорошие результаты дает применение в усилителях трансформаторов с пониженной индукцией, работающих практически на линейном участке кривой намагничивания (конец участка А – начало участка В на рис. 9). Действительно, снижение индукции уменьшает потоки рассеяния, а значит и магнитные поля трансформатора, а также снижает пусковой ток. Это достигается увеличением числа витков в обмотках в 1,2…1,3 раза выше номинального. Уменьшение полей рассеяния снижает индуктивность обмоток, но из-за повышения длины провода, возрастает их активное сопротивление, поэтому просадки напряжения под нагрузкой практически не меняются, а вот нагрев обмоток растет. Для нормализации нагрева увеличивают мощность трансформатора, повышая диаметр проводов обмоток.
Таким образом, чтобы получить трансформатор с пониженной рабочей индукцией, необходимо изготовить трансформатор с мощностью в 1,3…1,5 раз больше требуемой, все обмотки которого рассчитаны на напряжение в 1,2…1,3 раза больше необходимого.
Необходимо отметить, что при этом улучшается только работа самого трансформатора, на усилитель это никак не сказывается (если только магнитные поля трансформатора не действуют на усилитель, но к этому необходимо стремиться в любом случае). Поэтому затраты на такой специальный трансформатор практически никогда не окупаются (кроме техники очень высокого качества, там применение подобного трансформатора не только оправдано, но и зачастую просто необходимо), а в конструкциях начинающих радиолюбителей – наверняка. Поэтому «низкоиндукционный» трансформатор имеет смысл применять, если он уже есть, а если его нет, то и не надо.
Подмагничивание сердечника постоянным током. Трансформатор – устройство, предназначенное для работы на переменном токе (причем только своей, или близкой к ней частоты – если частота тока сильно отличается от номинальной, он может работать хуже или не работать вообще). Постоянный ток он не преобразует, потому что ЭДС в обмотках наводится только изменяющимся магнитным полем, которое получается, если ток переменный. И на постоянный ток не влияет индуктивность обмоток. Поэтому если на трансформатор подать 220 вольт постоянного тока, трансформатор сгорит – активное сопротивление первичной обмотки маленькое, и ток будет огромным.
А что случится, если через обмотку все же протекает постоянный ток? На переменном токе даже очень большие токи обмоток практически не изменяют рабочий магнитный поток, так как влияния первичной и вторичной обмоток взаимно компенсируются. На постоянном токе взаимодействия обмоток и взаимной компенсации токов не происходит. Постоянный ток создаст ничем не компенсируемое магнитное поле, которое будет подмагничивать сердечник, изменяя индукцию в нем. Если это поле достаточно велико, то сердечник начнет насыщаться со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Так что появления постоянного тока (заметной величины) в трансформаторе следует избегать. Исключение составляют выходные трансформаторы ламповой техники – в них предусмотрен зазор в сердечнике для исключения насыщения. Но и в таком случае трансформатору работать не очень комфортно.
Источник: Рогов И.Е. Конструирование источников питания звуковых усилителей. – Москва: Инфра- Инженерия, 2011. – 160 с.
Схемы подключения различных трансформаторов напряжения
Трансформаторами напряжения, как правило, называют разновидность трансформаторов, которые предназначены не для передачи мощности, а для гальванического разделения высоковольтной стороны от низковольтной.
Такие трансформаторы предназначены для питания измерительных и управляющих приборов. На «высокой» стороне различных трансформаторов напряжения, естественно, напряжение может быть разным, это и 6000, и 35000 вольт и даже много более, а вот на «низкой» стороне (на вторичной обмотке) оно не превышает 100 вольт.
Это очень удобно для унификации приборов управления. Если делать измерительные приборы и приборы управления, а это в основном реле, на высокое напряжение, то они, во-первых, будут очень большими, а во-вторых, очень опасными в обслуживании.
Коэффициент трансформации указан на самом трансформаторе и может выглядеть как Кu = 6000/100, либо просто 35000/100. Разделив одно число на другое, получим в первом случае этот коэффициент 60, во втором 350.
Данные трансформаторы бывают как «сухие», в которых в качестве изоляции используется электрокартон. Они применяются, обычно, для напряжений до 1000 вольт. Пример НОС-0,5. Где, Н означает напряжение, имеется ввиду трансформатор напряжения, О – однофазный, С – сухой, 0,5 – 500 вольт (0,5кВ). А так же масляные: НТМИ, НОМ, 3НОМ, НТМК, в которых масло играет роль, как изолятора, так и охладителя. И литые, если быть точным, то с литой изоляцией (3НОЛ – трехобмоточный трансформатор напряжения однофазный с литой изоляцией), в которых все обмотки и магнитопровод залиты эпоксидной смолой.
Устройство трансформаторов напряжения
Как и все трансформаторы, как это было сказано выше, данный тип трансформаторов имеют как первичные обмотки (высоковольтные), так и вторичные (низковольтные). Различают однофазные и трехфазные трансформаторы напряжения.
В каждом из них имеется магнитопровод, к которому предъявляются довольно высокие требования. Дело в том, что чем больше рассеивание магнитного потока в таком трансформаторе, тем больше погрешность измерения. Кстати. В зависимости от погрешности различают трансформаторы по классу точности различаются (0,2; 0,5; 1; 3). Чем выше число, тем больше погрешность измерений.
К примеру, трансформатор с классом точности 0,2 может допустить погрешность не выше 0,2% от измеряемой величины напряжения, а, соответственно, класса точности 3 – не более 3%.
Обозначения на схемах и натуральное исполнение бывает сильно отличаются друг от друга.
Однофазный двухобмоточный трансформатор представлен на рисунке, так, как он выглядит на самом деле.
На схемах он обозначается как:
Обратите внимание, трансформатор понижающий, во вторичной обмотке меньше витков, чем в первичной, и это отражено визуально на схеме в данном случае, хотя это и не всегда делается. Кроме того, начала и концы обмоток обозначены на схеме и на самом трансформаторе. Первичные обмотки обозначаются большими (прописными) буквами AиX. Вторичные – малыми (строчными) буквами a и x.
Существуют и трехобмоточные однофазные трансформаторы, у которых две вторичных обмотки. Одна из которых является основной, а вторая дополнительной. Дополнительная обмотка служит для контроля изоляции и имеет аббревиатуру КИЗ. Маркировка выводов этой обмотки следующая ад — начало обмотки, хд — конец обмотки.
Трехфазные трансформаторы выпускаются с двумя типами магнитопроводов: трехстержневые и пятистержневые.
Начала и концы здесь обозначаются несколько по-другому. На первичных обмотках начала обозначаются буквами A, B иC согласно фазам к которым они будут подключаться, а концы буквами X,Y и Z. Вторичные обмотки, соответственно, малыми буквами a,b,cи x,y,z.
Магнитные потоки создаваемые катушками AX, BY, CZ компенсируют друг друга при нормальных условиях работы. Но вот в случае пробоя одной из фаз на землю в стержнях магнитопровода создается слишком большой дисбаланс и часть потока будет закольцовываться через воздух, что создает сильный нагрев трансформатора из-за повышения номинального тока в обмотках. Дополнительные стержни, как раз и призваны взять на себя образовавшиеся разбалансированные потоки и не допустить перегрева трансформатора. При этом в нем наматываются дополнительные обмотки, но об этом несколько позже.
Схемы соединений обмоток трансформаторов напряжения
Самым простым способом измерения межфазного напряжения является включение однофазного двухобмоточного трансформатора напряжения по схеме представленной на рисунке слева.
При этом на концах вторичной обмотки имеем напряжение соответствующее межфазному ВС, но уменьшенное с учетом коэффициента трансформации.
Все три межфазных напряжения можно измерять при помощи двух однофазных трансформатора подключенных определенным способом.
В трехфазных трансформаторах первичные обмотки всегда подключается по схеме «звезда».
Вторичные обмотки могут подключаться как по схеме «звезда» так и по схеме «треугольник».
При верхнем подключении на точках вывода вторичной обмотки мы имеем возможность измерения межфазных напряжений. При нижнем подключении, по схеме так называемого разомкнутого треугольника, мы можем выявить факт короткого замыкания или обрыва провода в одной их фаз на высокой стороне. Выводы при этом маркируются 01 и 02, поскольку при нормальных условиях работы между этими точками нет напряжения.
Для подключения реле защиты применяются, как уже было сказано выше дополнительные обмотки в трехобмоточных трансформаторах напряжения. Пот пример подключения таких трансформаторов в трехфазную сеть. При этом концы обмоток заземляются как в первичной, так и во вторичной обмотке.
Вот еще несколько вариантов подключения однофазных трансформаторов для измерения межфазных и фазных напряжений, а так же для питания аппаратуры управления.
Более сложные варианты подключения трансформаторов напряжения, содержащих большее количество обмоток изучается в специальном курсе электротехники.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.
Как соединить две первичные и две вторичные обмотки трансформатора
Типичный понижающий трансформатор с двумя первичными (Primary) и двумя вторичными (Secondary) обмотками, представлен на изображении.
Темная точка обозначает начало обмотки (идентичную полярность обмоток в данной точке)
Объединяя обмотки первичные между собой, мы тем самым назначим применение трансформатору либо в сети с напряжением переменного тока — 110 -120 vv, либо в сети переменного тока 220 — 240 vv .
Объединяя вторичные обмотки трансформатора и в зависимости от схемы объединения, мы тем самым определяем какое схемное решение будет использовать ту или иную схемы объединения вторичных обмоток трансформатора.
Манипулируя способом объединения между собой первичных и между собой вторичных обмоток трансформатора мы можем увеличить или уменьшить выходное напряжение или мощность. А также пределы входного напряжения.
Как соединить две первичные и две вторичные обмотки трансформатора
Типовое соединение первичных обмоток трансформатора показано на изображении с лева.
При параллельным (Parallel) соединении, напряжение питания параллельно соединенных первичных обмоток трансформатора останется неизменным в нашем примере 120 v.
В случае же последовательного (Series) соединения, напряжение питания удвоится. При таком соединении мы сможем подать, теперь уже на одну обмотку общую 240v напряжения.
Типовое соединение вторичных обмоток трансформатора.
1.Первый вариант — это когда используем как есть . Каждая вторичная обмотка трансформатора запитывает свою нагрузку.
2. Второй вариант — это последовательное соединение вторичных обмоток трансформатора.
В итоге мы получим удвоенное напряжение на выходе 2*12.
Мы получим выходное напряжение 24v при тех же токах, что и в схеме независимой работы вторичных обмоток.
3. Третий вариант — это схема со средней точкой. Этот вариант применим в схемах с двуполярным питанием.
4. Четвертый вариант — это параллельное соединение вторичных обмоток трансформатора. Такая схема увеличивает в двое выходной ток. Увеличивает выходную мощность , напряжение остается прежним.
Как соединить две первичные и две вторичные обмотки трансформатора. Трансформаторы с двойными обмотками перевичными и двойными обмотками вторичными, имеют хорошую универсальность, что дает возможность их использования в различных схемных решениях.
Один из таких трансформаторов, с двумя первичными обмотками на напряжение 115 v (2*115v) и двумя вторичными обмотками на напряжение 12 v (2*12v) номинальной мощностью 8va , предназначенный для использования в цепях переменного тока 50-60gz — Трансформатор 2x115V 2x12V 8VA 50-60hz, смотреть Здесь.
