după cum am văzut în câteva analize SPICE mai devreme în acest capitol, tensiunea de ieșire a unui transformator variază unele cu diferite rezistențe la sarcină, chiar și cu o intrare de tensiune constantă.
gradul de varianță este afectat de inductanțele înfășurării primare și secundare, printre alți factori, dintre care nu în ultimul rând include rezistența înfășurării și gradul de inductanță reciprocă (cuplare magnetică) între înfășurările primare și secundare.
pentru aplicațiile transformatorului de putere, unde transformatorul este văzut de sarcină (în mod ideal) ca o sursă constantă de tensiune, este bine ca tensiunea secundară să varieze cât mai puțin posibil pentru variațiile largi ale curentului de sarcină.
formula de reglare a tensiunii
măsura cât de bine un transformator de putere menține tensiunea secundară constantă pe o gamă de curenți de sarcină se numește reglarea tensiunii transformatorului. Se poate calcula din următoarea formulă:
ce este „încărcare completă”?
„sarcină maximă” înseamnă punctul în care transformatorul funcționează la curentul secundar maxim admis. Acest punct de funcționare va fi determinat în primul rând de dimensiunea firului de înfășurare (ampacitate) și de metoda de răcire a transformatorului.
luând ca exemplu prima noastră simulare a transformatorului SPICE, să comparăm tensiunea de ieșire cu o sarcină de 1 k centimetric față de o sarcină de 200 Centimetric (presupunând că sarcina de 200 Centimetric va fi condiția noastră de „încărcare completă”). Amintiți-vă dacă veți că tensiunea noastră primară constantă a fost de 10,00 volți 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
observați cum tensiunea de ieșire scade pe măsură ce sarcina devine mai grea (mai mult curent). Acum să luăm același circuit de transformator și să plasăm o rezistență la sarcină de o magnitudine extrem de mare pe înfășurarea secundară pentru a simula o condiție „fără sarcină”: (vezi lista de condimente „transformator”)
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
deci, vedem că tensiunea noastră de ieșire (secundară) se întinde pe o gamă de 9.990 volți la (practic) fără sarcină și 9.348 volți în punctul în care am decis să numim „încărcare completă.”Calculând reglarea tensiunii cu aceste cifre, obținem:
de altfel, acest lucru ar fi considerat o reglare destul de slabă (sau „slabă”) pentru un transformator de putere. Alimentând o sarcină rezistivă simplă ca aceasta, un transformator de putere bun ar trebui să prezinte un procent de reglare mai mic de 3%.
sarcinile Inductive tind să creeze o condiție de reglare a tensiunii mai proastă, astfel încât această analiză cu sarcini pur rezistive a fost o condiție „în cel mai bun caz”.
aplicații care necesită o reglementare „slabă”
există totuși unele aplicații în care se dorește o reglementare slabă. Un astfel de caz este în iluminarea cu descărcare, unde este necesar un transformator step-up pentru a genera inițial o tensiune înaltă (necesară pentru „aprinderea” lămpilor), apoi se așteaptă ca tensiunea să scadă odată ce lampa începe să tragă curent.
acest lucru se datorează faptului că cerințele de tensiune ale lămpilor cu descărcare tind să fie mult mai scăzute după ce un curent a fost stabilit prin calea arcului. În acest caz, un transformator step-up cu reglare slabă a tensiunii este suficient de frumos pentru sarcina de condiționare a puterii la lampă.
o altă aplicație este în controlul curentului pentru sudorii cu arc de curent alternativ, care nu sunt altceva decât transformatoare pas cu pas care furnizează putere de joasă tensiune și curent ridicat pentru procesul de sudare.
se dorește o tensiune înaltă pentru a ajuta la „lovirea” arcului (pornirea acestuia), dar, la fel ca lampa de descărcare, un arc nu necesită atât de multă tensiune pentru a se susține odată ce aerul a fost încălzit până la punctul de ionizare. Astfel, o scădere a tensiunii secundare sub curent de sarcină mare ar fi un lucru bun.
unele modele de sudori cu arc asigură reglarea curentului arcului prin intermediul unui miez de fier mobil în transformator, cuplat în sau în afara ansamblului de înfășurare de către operator.
deplasarea melcului de fier departe de înfășurări reduce rezistența cuplajului magnetic dintre înfășurări, ceea ce diminuează tensiunea secundară fără sarcină și face ca reglarea tensiunii să fie mai slabă.
transformator Ferorezonant
nicio expunere privind reglarea transformatorului nu ar putea fi numită completă fără a menționa un dispozitiv neobișnuit numit transformator ferorezonant.
„Ferorezonanța” este un fenomen asociat cu comportamentul miezurilor de fier în timp ce funcționează în apropierea unui punct de saturație magnetică (unde miezul este atât de puternic magnetizat încât creșterea suplimentară a curentului de înfășurare are ca rezultat o creștere mică sau deloc a fluxului magnetic).
deși este oarecum dificil de descris fără a intra adânc în teoria electromagnetică, transformatorul ferorezonant este un transformator de putere proiectat să funcționeze într-o stare de saturație persistentă a miezului.
adică, miezul său de fier este” umplut ” de linii magnetice de flux pentru o mare parte a ciclului de curent alternativ, astfel încât variațiile tensiunii de alimentare (curentul de înfășurare primară) au un efect redus asupra densității fluxului magnetic al miezului, ceea ce înseamnă că înfășurarea secundară produce o tensiune aproape constantă, în ciuda variațiilor semnificative ale tensiunii de alimentare (înfășurarea primară).
circuite de rezonanță în transformatoare Ferorezonante
în mod normal, saturația miezului într-un transformator are ca rezultat distorsionarea formei de undă sinusoidală, iar transformatorul ferorezonant nu face excepție. Pentru a combate acest efect secundar, transformatoarele ferorezonante au o înfășurare secundară auxiliară paralelă cu unul sau mai mulți condensatori, formând un circuit rezonant reglat la frecvența sursei de alimentare.
acest „circuit de rezervor” servește ca un filtru pentru a respinge armonicile create de saturația miezului și oferă avantajul suplimentar al stocării energiei sub formă de oscilații AC, care este disponibil pentru susținerea tensiunii de înfășurare a ieșirii pentru perioade scurte de pierdere a tensiunii de intrare (timp de milisecunde, dar cu siguranță mai bun decât nimic).
transformator Ferorezonant asigură reglarea tensiunii de ieșire.
pe lângă blocarea armonicelor create de miezul saturat, acest circuit rezonant „filtrează” și frecvențele armonice generate de sarcini neliniare (de comutare) în circuitul secundar de înfășurare și orice armonice prezente în tensiunea sursei, oferind putere „curată” sarcinii.
transformatoarele Ferorezonante oferă mai multe caracteristici utile în condiționarea alimentării cu curent alternativ: tensiune de ieșire constantă având în vedere variații substanțiale ale tensiunii de intrare, filtrarea armonică între sursa de alimentare și sarcină și capacitatea de a „parcurge” scurte pierderi de putere prin păstrarea unei rezerve de energie în circuitul său rezonant al rezervorului.
aceste transformatoare sunt, de asemenea, foarte tolerante la încărcarea excesivă și la supratensiunile tranzitorii (momentane). Ele sunt atât de tolerante, de fapt, încât unele pot fi paralele pe scurt cu surse de curent alternativ nesincronizate, permițând comutarea unei sarcini de la o sursă de energie la alta într-un mod „make-before-break”, fără întreruperea alimentării pe partea secundară!
dezavantaje cunoscute ale transformatoarelor Ferorezonante
din păcate, aceste dispozitive au dezavantaje la fel de remarcabile: risipesc multă energie (din cauza pierderilor de histerezis în miezul saturat), generând căldură semnificativă în acest proces și sunt intoleranți la variațiile de frecvență, ceea ce înseamnă că nu funcționează foarte bine atunci când sunt alimentați de generatoare mici acționate de motor cu o reglare slabă a vitezei.
tensiunile produse în circuitul de înfășurare/condensator rezonant tind să fie foarte mari, necesitând condensatori scumpi și prezentând tehnicianului de service tensiuni de lucru foarte periculoase. Cu toate acestea, unele aplicații pot acorda prioritate avantajelor transformatorului ferorezonant față de dezavantajele sale.
circuitele semiconductoare există pentru a „condiționa” puterea de curent alternativ ca o alternativă la dispozitivele ferorezonante, dar niciunul nu poate concura cu acest transformator în termeni de simplitate pură.
recenzie:
- reglarea tensiunii este măsura cât de bine un transformator de putere poate menține o tensiune secundară constantă, având în vedere o tensiune primară constantă și o variație largă a curentului de sarcină. Cu cât procentul este mai mic (mai aproape de zero), cu atât tensiunea secundară este mai stabilă și cu atât va fi mai bună reglarea pe care o va oferi.
- un transformator ferorezonant este un transformator special conceput pentru a regla tensiunea la un nivel stabil, în ciuda variației mari a tensiunii de intrare.
FOI DE LUCRU CONEXE: