kuten näimme muutamissa MAUSTEANALYYSEISSÄ aiemmin tässä luvussa, muuntajan ulostulojännite vaihtelee jonkin verran vaihtelevilla kuormitusvastuksilla, jopa jatkuvalla jännitteensyötöllä.
varianssin asteeseen vaikuttavat muun muassa ensiö-ja toisiokäämien induktanssit, joista vähäisin ei sisällä käämityksen vastusta eikä keskinäisinduktanssin (magneettisen kytkennän) astetta ensiö-ja toisiokäämien välillä.
tehomuuntajasovelluksissa, joissa kuorma näkee muuntajan (ihannetapauksessa) vakiojännitteenä, on hyvä, että toisiojännite vaihtelee mahdollisimman vähän kuormitusvirran laajojen varianssien vuoksi.
jännitteen Säätökaava
mittausta siitä, kuinka hyvin tehomuuntaja ylläpitää jatkuvaa toisiojännitettä kuormitusvirtojen alueella, kutsutaan muuntajan jännitteen säätelyksi. Se voidaan laskea seuraavasta kaavasta:
jännitteensäätö formula_3154>
mikä on ”Täyskuorma”?
’täydellä kuormalla’ tarkoitetaan pistettä, jossa Muuntaja toimii suurimmalla sallitulla toisiovirralla. Tämä toimintapiste määräytyy ensisijaisesti käämilangan koon (ampacity) ja muuntajan jäähdytyksen menetelmän mukaan.
kun otetaan ensimmäinen MAUSTEMUUNTAJASIMULAATIO esimerkkinä, verrataan lähtöjännitettä 1 kΩ: n kuormitukseen verrattuna 200 Ω: n kuormitukseen (olettaen, että 200 Ω: n kuormitus on ”täysi kuormitus” – tilamme). Muista, että vakio primaarijännitteemme oli 10,00 volttia AC:
freq v(3,5) i(vi1) 6.000E+01 9.962E+00 9.962E-03 Output with 1k ohm load freq v(3,5) i(vi1) 6.000E+01 9.348E+00 4.674E-02 Output with 200 ohm load
huomaa, miten lähtöjännite pienenee kuorman tullessa raskaammaksi (enemmän virtaa). Nyt otetaan sama muuntajapiiri ja asetetaan erittäin suuri kuormitusvastus toisiokäämin yli simuloimaan ”kuormittamatonta” tilaa: (KS. ”muuntaja” spice list”)
transformer v1 1 0 ac 10 sin rbogus1 1 2 1e-12 rbogus2 5 0 9e12 l1 2 0 100 l2 3 5 100 k l1 l2 0.999 vi1 3 4 ac 0 rload 4 5 9e12 .ac lin 1 60 60 .print ac v(2,0) i(v1) .print ac v(3,5) i(vi1) .end
freq v(2) i(v1) 6.000E+01 1.000E+01 2.653E-04 freq v(3,5) i(vi1) 6.000E+01 9.990E+00 1.110E-12 Output with (almost) no load
niin, näemme, että meidän lähtö (toissijainen) jännite ulottuu välillä 9.990 volttia (käytännössä) ei kuormaa ja 9.348 volttia kohdassa päätimme kutsua ”full load.”Laskemalla jännitteen säätö näillä luvuilla saamme:
muuten tätä pidettäisiin melko huonona (tai ”löysänä”) säätönä tehomuuntajalle. Tällaisella yksinkertaisella resistiivisellä kuormituksella hyvän tehomuuntajan pitäisi olla alle 3%: n säätöprosentti.
induktiivisilla kuormituksilla on taipumus luoda huonomman jännitteen säätelyn tila, joten tämä puhtaasti resistiivisillä kuormituksilla tehty analyysi oli ”best-case” – tila.
”huonoa” sääntelyä vaativat sovellukset
on kuitenkin joitakin sovelluksia,joissa huonoa sääntelyä todella halutaan. Yksi tällainen tapaus on purkausvalaistuksessa, jossa vaiheittainen muuntaja tarvitaan aluksi tuottamaan korkea jännite (tarvitaan ”sytyttää” lamput), sitten jännitteen odotetaan putoavan, kun lamppu alkaa vetää virtaa.
tämä johtuu siitä, että purkauslamppujen jännitevaatimukset ovat yleensä paljon alhaisemmat sen jälkeen, kun virta on muodostettu kaariväylän kautta. Tällöin portaaton muuntaja, jolla on huono jännitteensäätö, riittää hienosti lamppuun kohdistuvan säätötehon tehtävään.
toinen käyttökohde on VAIHTOVIRTAHITSAAJIEN virransäätö, jotka ovat vain pienjännitemuuntajia, jotka tuottavat suurvirtaa hitsausprosessiin.
suurjännitteen halutaan avustavan kaaren ”iskemisessä” (käynnistämisessä), mutta purkauslampun tavoin valokaari ei tarvitse yhtä paljon jännitettä ylläpitääkseen itseään, kun ilma on lämmitetty ionisoitumispisteeseen. Näin ollen toissijaisen jännitteen lasku suuren kuormitusvirran alla olisi hyvä asia.
joissakin hitsauslaitteissa kaarivirtaa säädetään muuntajassa olevalla siirrettävällä rautasydämellä, jonka käyttäjä on nostanut käämityskokoonpanoon tai siitä ulos.
rautaetanan siirtäminen pois käämeistä vähentää käämien välisen magneettisen kytkennän lujuutta, mikä vähentää kuormittamatonta toisiojännitettä ja huonontaa jännitteen säätelyä.
Ferroresonanttimuuntaja
muuntajan säätelyä koskevaa selontekoa ei voida kutsua täydelliseksi ilman mainintaa epätavallisesta laitteesta, jota kutsutaan ferroresonanttimuuntajaksi.
”Ferroresonanssi” on ilmiö, joka liittyy rautaytimien käyttäytymiseen niiden toimiessa lähellä magneettista kyllästymispistettä (jossa ydin on niin voimakkaasti magnetoitunut, että käämivirran lisääntyminen lisää magneettivuon määrää vain vähän tai ei lainkaan).
vaikka ferroresonanttimuuntajaa on hieman vaikea kuvailla menemättä syvälle sähkömagneettiseen teoriaan, se on tehomuuntaja, joka on suunniteltu toimimaan pysyvässä ytimen kylläisyydessä.
toisin sanoen sen rautasydän on ”täytetty täyteen” vuon magneettisia viivoja suuren osan VAIHTOVIRTASYKLISTÄ niin, että syöttöjännitteen (ensiökäämivirran) vaihteluilla ei ole juurikaan vaikutusta ytimen magneettivuon tiheyteen, mikä tarkoittaa, että toisiokäämitys tuottaa lähes vakiojännitteen syöttöjännitteen (ensiökäämivirran) merkittävistä vaihteluista huolimatta.
Resonanssipiirit Ferroresonanttimuuntajissa
normaalisti ytimen kylläisyys muuntajassa johtaa siniaaltomuodon vääristymiseen, eikä ferroresonanttimuuntaja ole poikkeus. Tämän sivuvaikutuksen torjumiseksi ferroresonanttimuuntajilla on yhden tai useamman kondensaattorin kanssa rinnakkainen ylimääräinen toisiokäämi, joka muodostaa virtalähteen taajuudelle viritetyn resonanssipiirin.
tämä ”säiliöpiiri” toimii suodattimena hylätäkseen ytimen kyllästymisen aiheuttamat yliaallot ja tarjoaa lisäetuna energian varastoimisen vaihtovirtojen muodossa, mikä on käytettävissä lähtökäämitysjännitteen ylläpitämiseen lyhyitä tulojännitteen menetysjaksoja varten (millisekunnin verran aikaa, mutta varmasti parempi kuin ei mitään).
Ferroresonanttimuuntaja tarjoaa ulostulon jännitteensäätelyn.
kyllästetyn ytimen luomien harmonisten estojen lisäksi tämä resonanssipiiri myös ” suodattaa ”toisiokäämityspiirissä olevien epälineaaristen (kytkentä) kuormitusten ja lähdejännitteessä olevien harmonisten taajuuksien synnyttämät harmoniset taajuudet, mikä tarjoaa” puhtaan ” tehon kuormalle.
Ferroresonanttimuuntajat tarjoavat useita ominaisuuksia, joista on hyötyä VAIHTOVIRTAKÄSITTELYSSÄ: jatkuva lähtöjännite antaa merkittäviä vaihteluita tulojännitteessä, harmoninen suodatus virtalähteen ja kuorman välillä ja kyky ”ratsastaa läpi” lyhyitä tehohäviöitä pitämällä energiavarastoa sen resonanssisäiliöpiirissä.
nämä muuntajat sietävät myös erittäin hyvin liiallista kuormitusta ja ohimeneviä (hetkellisiä) jännitepiikkejä. Ne ovat itse asiassa niin suvaitsevaisia, että jotkin niistä saattavat olla lyhyesti rinnakkaisia synkronoimattomien VAIHTOVIRTALÄHTEIDEN kanssa, jolloin kuorma voidaan vaihtaa voimanlähteestä toiseen ”tee ennen murtoa”-tavalla ilman, että virta katkeaa toissijaisella puolella!
Ferroresonanttimuuntajien tunnetut haitat
valitettavasti näillä laitteilla on yhtä huomattavia haittoja: ne tuhlaavat paljon energiaa (tyydyttyneen ytimen hystereesihäviöiden vuoksi) tuottaen merkittävää lämpöä prosessissa ja sietävät taajuusvaihteluita, mikä tarkoittaa, että ne eivät toimi kovin hyvin, kun ne saavat virtansa pienistä moottorikäyttöisistä generaattoreista, joilla on huono nopeuden säätö.
resonanssikäämitys – / kondensaattoripiirissä tuotetut jännitteet ovat yleensä hyvin korkeita, mikä edellyttää kalliita kondensaattoreita ja aiheuttaa huoltoteknikolle erittäin vaarallisia käyttöjännitteitä. Jotkin sovellukset voivat kuitenkin priorisoida ferroresonanttimuuntajan edut sen haittoihin nähden.
Puolijohdepiirejä on olemassa vaihtovirran ”ehdollistamiseksi” vaihtoehtona ferroresonanttilaitteille, mutta mikään niistä ei voi kilpailla tämän muuntajan kanssa pelkällä yksinkertaisuudellaan.
arvostelu:
- jännitteen säätö on mitta siitä, kuinka hyvin tehomuuntaja pystyy ylläpitämään jatkuvaa toisiojännitettä, kun otetaan huomioon vakio primaarijännite ja laaja varianssi kuormitusvirrassa. Mitä pienempi prosenttiosuus (lähempänä nollaa), sitä vakaampi toisiojännite ja sitä parempi asetus se antaa.
- ferroresonanttimuuntaja on erityinen muuntaja, joka on suunniteltu säätelemään jännitettä vakaalla tasolla tulojännitteen suuresta vaihtelusta huolimatta.
AIHEESEEN LIITTYVÄT TYÖARKIT: