amint azt a fejezet korábbi SPICE elemzéseiben láttuk, a transzformátor kimeneti feszültsége változó terhelési ellenállással változik, még állandó feszültség bemenet esetén is.
a szórás mértékét többek között a primer és szekunder tekercs induktivitása befolyásolja, amelyek közül nem utolsósorban magában foglalja a tekercselési ellenállást és a primer és szekunder tekercsek közötti kölcsönös induktivitás (mágneses csatolás) mértékét.
teljesítménytranszformátor alkalmazásokhoz, ahol a transzformátort a terhelés (ideális esetben) állandó feszültségforrásként látja, jó, ha a szekunder feszültség a lehető legkisebb mértékben változik a terhelési áram nagy eltéréseinél.
Feszültségszabályozási képlet
a transzformátor feszültségszabályozásának nevezzük azt a mértéket, hogy egy teljesítménytranszformátor mennyire tartja fenn az állandó szekunder feszültséget a terhelési áramok tartományában. A következő képletből számítható ki:
mi a “teljes terhelés”?
“teljes terhelés”: az a pont, amelyen a transzformátor a megengedett legnagyobb másodlagos áram mellett működik. Ezt a működési pontot elsősorban a tekercselő huzal mérete (ampacity) és a transzformátor hűtésének módja határozza meg.
az első SPICE transzformátor szimulációnkat példaként véve hasonlítsuk össze a kimeneti feszültséget egy 1 K-os 600-as terheléssel szemben (feltételezve, hogy a 200-as “teljes terhelés” lesz). Emlékezzünk vissza, ha úgy tetszik, hogy az állandó primer feszültség 10,00 volt 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
figyelje meg, hogyan csökken a kimeneti feszültség, amikor a terhelés nehezebbé válik (nagyobb áram). Most vegyük ugyanazt a transzformátor áramkört, és helyezzünk rendkívül nagy terhelési ellenállást a szekunder tekercsen, hogy szimuláljuk a “terhelés nélküli” állapotot: (lásd a “transzformátor ” fűszerlistát”)
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
tehát azt látjuk, hogy kimeneti (másodlagos) feszültségünk 9,990 voltos tartományt ölel fel (gyakorlatilag) terhelés nélkül, 9,348 volt pedig azon a ponton, amikor úgy döntöttünk, hogy “teljes terhelésnek” nevezzük.”A feszültségszabályozás kiszámítása ezekkel a számokkal, megkapjuk:
mellesleg, ez egy teljesítménytranszformátor meglehetősen gyenge (vagy “laza”) szabályozásának tekinthető. Egy ilyen egyszerű rezisztív terhelés táplálásával egy jó teljesítménytranszformátornak kevesebb, mint 3% – os szabályozási százalékot kell mutatnia.
az induktív terhelések általában rosszabb feszültségszabályozási állapotot hoznak létre, ezért ez a tisztán ellenálló terhelésekkel végzett elemzés “legjobb eset” volt.
“rossz” szabályozást igénylő alkalmazások
vannak azonban olyan alkalmazások, ahol valójában rossz szabályozásra van szükség. Az egyik ilyen eset a kisülési világítás, ahol fokozatos transzformátorra van szükség ahhoz, hogy kezdetben nagyfeszültséget generáljon (a lámpák “meggyújtásához” szükséges), majd a feszültség várhatóan leesik, amint a lámpa áramot kezd húzni.
ez azért van, mert a kisülőlámpák feszültségigénye sokkal alacsonyabb, miután az ívpályán keresztül áramot hoztak létre. Ebben az esetben a gyenge feszültségszabályozású fokozatos transzformátor szépen elegendő a lámpa teljesítményének kondicionálásához.
egy másik alkalmazás a jelenlegi szabályozás AC ívhegesztők, amelyek nem más, mint a lépcsőzetes transzformátorok ellátó kisfeszültségű, nagyáramú teljesítmény a hegesztési folyamat.
nagyfeszültségre van szükség az ív “megütéséhez” (annak elindításához), de a kisülőlámpához hasonlóan az ívnek sem kell annyi feszültség, hogy fenntartsa magát, miután a levegőt ionizációs pontig melegítették. Így a másodlagos feszültség csökkenése nagy terhelési áram mellett jó dolog lenne.
egyes ívhegesztő konstrukciók íváram-beállítást biztosítanak a transzformátorban lévő mozgatható vasmag segítségével, amelyet a kezelő a tekercselő szerelvénybe be vagy ki hajt.
a vascsiga elmozdítása a tekercsektől csökkenti a tekercsek közötti mágneses csatolás erősségét, ami csökkenti a terhelés nélküli szekunder feszültséget és gyengébb feszültségszabályozást tesz lehetővé.
Ferrorezonáns transzformátor
a transzformátor szabályozására vonatkozó kiállítás nem nevezhető teljesnek egy szokatlan eszköz, az úgynevezett ferrorezonáns transzformátor említése nélkül.
a”Ferrorezonancia” egy olyan jelenség, amely a vasmagok viselkedésével jár, miközben mágneses telítettségi pont közelében működnek (ahol a mag annyira erősen mágnesezett, hogy a tekercselési áram további növekedése a mágneses fluxus csekély vagy semmilyen növekedését eredményezi).
bár kissé nehéz leírni anélkül, hogy mélyen belemennénk az elektromágneses elméletbe, a ferrorezonáns transzformátor olyan teljesítménytranszformátor, amelyet úgy terveztek, hogy tartós magtelítettségű állapotban működjön.
Vagyis vasmagja a váltakozó áramú ciklus nagy részében” tele van ” mágneses fluxusvonalakkal, így a tápfeszültség (primer tekercsáram) változásai kevés hatással vannak a mag mágneses fluxus sűrűségére, ami azt jelenti, hogy a szekunder tekercs szinte állandó feszültséget ad ki a tápfeszültség (primer tekercs) jelentős eltérései ellenére.feszültség.
rezonancia áramkörök Ferrorezonáns transzformátorokban
normális esetben a transzformátor magtelítettsége a szinuszhullám alakjának torzulását eredményezi, és a ferrorezonáns transzformátor sem kivétel. Ennek a mellékhatásnak a leküzdése érdekében a ferrorezonáns transzformátoroknak egy vagy több kondenzátorral párhuzamos kiegészítő szekunder tekercsük van, amely a tápegység frekvenciájára hangolt rezonáns áramkört képez.
ez a “tartály áramkör” szűrőként szolgál a mag telítettsége által létrehozott harmonikusok elutasítására, és további előnyt jelent az energia tárolása váltakozó áramú oszcillációk formájában, amely elérhető a kimeneti tekercsfeszültség fenntartására rövid bemeneti feszültségveszteség esetén (milliszekundum értékű idő, de minden bizonnyal jobb, mint a semmi).
Ferrorezonáns transzformátor biztosítja a kimenet feszültségszabályozását.
a telített mag által létrehozott harmonikusok blokkolása mellett ez a rezonáns áramkör ” kiszűri “a nemlineáris (kapcsolási) terhelések által generált harmonikus frekvenciákat a szekunder tekercselő áramkörben, valamint a forrásfeszültségben lévő harmonikusokat,” tiszta ” energiát biztosítva a terhelésnek.
a Ferrorezonáns transzformátorok számos olyan funkciót kínálnak, amelyek hasznosak a váltakozó áramú kondicionálásban: állandó kimeneti feszültség, mivel a bemeneti feszültség jelentős eltéréseket mutat, harmonikus szűrés az áramforrás és a terhelés között, valamint az a képesség, hogy “áthidalják” a rövid teljesítményveszteségeket azáltal, hogy energiatartalékot tartanak a rezonáns tartály áramkörében.
ezek a transzformátorok nagyon tolerálják a túlzott terhelést és a tranziens (pillanatnyi) feszültség-túlfeszültségeket is. Annyira toleránsak, valójában, hogy egyesek röviden párhuzamosak lehetnek a nem szinkronizált váltakozó áramú áramforrásokkal, lehetővé téve a terhelés átkapcsolását az egyik áramforrásról a másikra “szünet előtti” módon, a másodlagos oldal áramellátásának megszakítása nélkül!
a Ferrorezonáns transzformátorok ismert hátrányai
sajnos ezeknek az eszközöknek ugyanolyan figyelemre méltó hátrányai vannak: sok energiát pazarolnak (a telített mag hiszterézisveszteségei miatt), jelentős hőt generálnak a folyamat során, és nem tolerálják a frekvenciaváltozásokat, ami azt jelenti, hogy nem működnek túl jól, ha gyenge fordulatszám-szabályozással rendelkező kis motorvezérelt generátorok működtetik őket.
a rezonáns tekercselés/kondenzátor áramkörben előállított feszültségek általában nagyon magasak, ami drága kondenzátorokat tesz szükségessé, és nagyon veszélyes üzemi feszültségeket eredményez a szerviztechnikus számára. Néhány alkalmazás azonban előnyben részesítheti a ferrorezonáns transzformátor előnyeit a hátrányaival szemben.
félvezető áramkörök léteznek a váltakozó áramú áram “kondicionálására” a ferrorezonáns eszközök alternatívájaként, de egyik sem versenyezhet ezzel a transzformátorral a puszta egyszerűség szempontjából.
áttekintés:
- a feszültségszabályozás annak mértéke, hogy egy teljesítménytranszformátor mennyire képes fenntartani az állandó másodlagos feszültséget, mivel állandó primer feszültség és a terhelési áram nagy szórása van. Minél alacsonyabb a százalék (nullához közelebb), annál stabilabb a szekunder feszültség, annál jobb a Szabályozás.
- a ferrorezonáns transzformátor egy speciális transzformátor, amelyet a feszültség stabil szinten történő szabályozására terveztek a bemeneti feszültség nagy eltérése ellenére.
KAPCSOLÓDÓ MUNKALAPOK: