som vi så i NOEN SPICE analyser tidligere i dette kapitlet, utgangsspenningen til en transformator varierer noen med varierende lastmotstand, selv med en konstant spenningsinngang.
variansgraden påvirkes av primær-og sekundærviklingsinduktansene, blant andre faktorer, hvorav ikke minst inkluderer viklingsmotstand og graden av gjensidig induktans (magnetisk kobling) mellom primær-og sekundærviklingene.
for krafttransformatorapplikasjoner, hvor transformatoren ses av lasten (ideelt) som en konstant spenningskilde, er det godt å ha sekundærspenningen varierer så lite som mulig for store avvik i laststrøm.
Spenningsreguleringsformel
målet på hvor godt en krafttransformator opprettholder konstant sekundærspenning over en rekke laststrømmer kalles transformatorens spenningsregulering. Det kan beregnes ut fra følgende formel:
Hva er «Full Belastning»?
«Full belastning» betyr punktet der transformatoren opererer med maksimal tillatt sekundærstrøm. Dette driftspunktet vil bli bestemt primært av viklingstrådestørrelsen (ampacity) og metoden for transformatorkjøling.
la oss ta vår første SPICE transformer simulering som et eksempel, la oss sammenligne utgangsspenningen med en 1 kΩ belastning versus en 200 Ω belastning (forutsatt at 200 Ω belastningen vil være vår «full belastning» tilstand). Recall hvis du vil at vår konstant primær spenning var 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
Legg merke til hvordan utgangsspenningen minker etter hvert som lasten blir tyngre (mer strøm). La oss nå ta den samme transformatorkretsen og plassere en lastmotstand av ekstremt høy størrelse over sekundærviklingen for å simulere en» ikke-belastning «tilstand: (se» transformer «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
Så ser vi at vår utgang (sekundær) spenning spenner over en rekkevidde på 9.990 volt ved (nesten) ingen belastning og 9.348 volt på det punktet vi bestemte oss for å ringe «full belastning.»Beregning av spenningsregulering med disse tallene, får vi:
For Øvrig vil dette betraktes som ganske dårlig (eller» løs») regulering for en krafttransformator. Ved å drive en enkel resistiv belastning som dette, bør en god krafttransformator vise en reguleringsprosent på mindre enn 3%.
Induktive belastninger har en tendens til å skape en tilstand av verre spenningsregulering, så denne analysen med rent resistive belastninger var en «best-case» tilstand.
Applikasjoner som krever» Dårlig » Regulering
det er imidlertid noen applikasjoner der dårlig regulering faktisk er ønsket. Et slikt tilfelle er i utladningsbelysning, hvor en oppstartstransformator er nødvendig for å først generere en høyspenning (nødvendig for å «antennes» lampene), så forventes spenningen å falle av når lampen begynner å tegne strøm.
dette skyldes at utladningslampens spenningskrav har en tendens til å være mye lavere etter at en strøm er etablert gjennom lysbuen. I dette tilfellet, en step-up transformator med dårlig spenningsregulering nok pent for oppgaven med condition makt til lampen.
En annen applikasjon er i nåværende kontroll for AC-buesveiser, som ikke er noe mer enn trinn-ned transformatorer som leverer lavspent, høystrømseffekt for sveiseprosessen.
en høyspenning er ønsket for å hjelpe til med å » slå » buen (få den i gang), men som utladningslampen krever en bue ikke så mye spenning for å opprettholde seg selv når luften er oppvarmet til ioniseringspunktet. Dermed vil en reduksjon av sekundær spenning under høy belastningsstrøm være en god ting.
noen bue sveiser design gir lysbuestrøm justering ved hjelp av en bevegelig jernkjerne i transformatoren, viklet inn eller ut av viklingsenheten av operatøren.
Flytting av jernsneglen bort fra viklingene reduserer styrken av magnetisk kobling mellom viklingene, noe som reduserer sekundærspenningen uten belastning og gir dårligere spenningsregulering.
Ferroresonanttransformator
Ingen utstilling på transformatorregulering kan kalles komplett uten å nevne en uvanlig enhet kalt en ferroresonanttransformator.
«Ferroresonans» er et fenomen forbundet med oppførselen til jernkjerner mens de opererer nær et punkt med magnetisk metning (hvor kjernen er så sterkt magnetisert at ytterligere økning i svingete strøm resulterer i liten eller ingen økning i magnetisk flux).
mens det er noe vanskelig å beskrive uten å gå dypt inn i elektromagnetisk teori, er ferroresonanttransformatoren en krafttransformator konstruert for å operere i en tilstand av vedvarende kjernemetning.
det vil si at jernkjernen er «fylt full» av magnetiske fluxlinjer for en stor del av AC-syklusen, slik at variasjoner i forsyningsspenning (primærviklingsstrøm) har liten effekt på kjernens magnetiske fluxtetthet, noe som betyr at sekundærviklingen gir en nesten konstant spenning til tross for betydelige variasjoner i forsyningsspenningen (primærviklingsspenningen).
Resonanskretser I Ferroresonanttransformatorer
normalt resulterer kjernemetning i en transformator i forvrengning av sinusbølgeformen, og ferroresonanttransformatoren er ikke noe unntak. For å bekjempe denne bivirkningen har ferroresonanttransformatorer en ekstra sekundærvikling parallelt med en eller flere kondensatorer, som danner en resonanskrets innstilt på strømforsyningsfrekvensen.
Denne «tankkretsen» fungerer som et filter for å avvise harmonier opprettet av kjernemetningen, og gir den ekstra fordelen av å lagre energi i form av VEKSELSTRØMSOSCILLASJONER, som er tilgjengelig for å opprettholde utgangsviklingsspenningen i korte perioder med inngangsspenningstap (millisekunder verdt tid, men absolutt bedre enn ingenting).
Ferroresonanttransformator gir spenningsregulering av utgangen.
i tillegg til å blokkere harmoniske skapt av den mettede kjernen, filtrerer denne resonanskretsen også » ut «harmoniske frekvenser generert av ikke-lineære (bytte) belastninger i sekundærviklingskretsen og eventuelle harmoniske tilstede i kildespenningen, og gir» ren » strøm til lasten.
Ferroresonant transformatorer tilbyr flere funksjoner som er nyttige I VEKSELSTRØMKONDISJONERING: konstant utgangsspenning gitt betydelige variasjoner i inngangsspenning, harmonisk filtrering mellom strømkilden og lasten, og evnen til å «ri gjennom» korte tap i kraft ved å holde en reserve av energi i sin resonant tankkrets.
disse transformatorene er også svært tolerante for overdreven lasting og forbigående (øyeblikkelige) spenningsforstyrrelser. De er så tolerante, faktisk, at noen kan være kort parallelt med usynkroniserte STRØMKILDER, slik at en belastning å bli slått fra en strømkilde til en annen i en «make-før-break» mote uten avbrudd av makt på den sekundære siden!
Kjente Ulemper Med Ferroresonanttransformatorer
Dessverre har Disse enhetene like bemerkelsesverdige ulemper: de kaster bort mye energi (på grunn av hysteresetap i den mettede kjernen), genererer betydelig varme i prosessen, og er intolerante for frekvensvariasjoner, noe som betyr at de ikke fungerer veldig bra når de drives av små motordrevne generatorer med dårlig hastighetsregulering.
Spenninger produsert i resonansviklingen/kondensatorkretsen har en tendens til å være svært høye, noe som krever dyre kondensatorer og presenterer serviceteknikeren med svært farlige arbeidsspenninger. Noen applikasjoner kan imidlertid prioritere ferroresonanttransformatorens fordeler over ulempene.
Halvlederkretser eksisterer for å «tilstand» VEKSELSTRØM som et alternativ til ferroresonant-enheter, men ingen kan konkurrere med denne transformatoren når det gjelder ren enkelhet.
ANMELDELSE:
- Spenningsregulering er målet på hvor godt en krafttransformator kan opprettholde konstant sekundærspenning gitt en konstant primærspenning og bred varians i laststrøm. Jo lavere prosentandelen (nærmere null), jo mer stabil sekundærspenningen og jo bedre reguleringen vil den gi.
- en ferroresonanttransformator er en spesiell transformator designet for å regulere spenningen på et stabilt nivå til tross for stor variasjon i inngangsspenning.
RELATERTE REGNEARK: