Wie ein Spartransformator funktioniert - Wie man macht

Ein Spartransformator ist ein elektrischer Transformator, der nur aus einer einzigen durchgehenden, nicht isolierten Wicklung mit Abgriffsklemmen an verschiedenen Punkten der Wicklung besteht. Der Wicklungsabschnitt zwischen den Abgriffen, die dem Netzwechselstrom entsprechen, wird mit der Netzwechselstromversorgung angelegt, während die verbleibenden Abgriffe verwendet werden, um die gewünschten Ausgangsspannungen entsprechend ihren Wicklungsverhältnissen zu erhalten.

Diese Ausgangsspannungen können von Pegeln reichen, die höher als die Eingangsversorgung und niedriger als das Eingangsnetz AC sind, abhängig vom Wicklungswindungsverhältnis über die relevanten Abgriffspunkte.

Das Wort 'Auto' ist vom griechischen Begriff 'Selbst' inspiriert, der sich auf die Funktion einer einzelnen Wicklungsspule über den gesamten Transformator bezieht, ohne dass ein automatischer Mechanismus erforderlich ist.

In einem Spartransformator fungieren Abgriffsabschnitte einer einzelnen kontinuierlichen Wicklung sowohl als Primärwicklung als auch als Sekundärwicklung des Transformators.

Unterschied zwischen Autotransformator und Abwärtstransformator

Typischerweise finden wir in jedem Standard-Abwärtstransformator zwei vollständig getrennte Wicklungsspulen in Form einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung, die elektrisch isoliert, aber magnetisch miteinander gekoppelt sind, wie unten gezeigt.

Hier bestimmt das Verhältnis der Wicklung zwischen Primär- und Sekundärwicklung den Betrag der Spannungs- und Stromübertragung zwischen den beiden Wicklungen durch magnetische Induktion.

Das heißt, wenn angenommen wird, dass die Primärwicklung 10-mal mehr Windungen als die Sekundärwicklung hat, dann verursacht eine 220-V-Wechselspannung, die an der Primärwicklung eingespeist wird, eine 10-mal abgesenkte niedrigere Spannung an der Sekundärwicklung, die 220 V / 10 = 22 V entspricht.

Wenn an die Sekundärseite 22 V Wechselstrom angelegt werden, wird auf der Primärseite in ähnlicher Weise eine erhöhte Spannung von 220 V erzeugt.

Im Gegensatz dazu gibt es in einem Autotransformator eine einzige kontinuierliche Wicklung, die in verschiedene Spannungsabgriffe unterteilt ist, die die verschiedenen Spannungspegel über die gesamte Wicklung bestimmen, wie unten gezeigt.

Alle diese Abgriffe sind nicht elektrisch isoliert, sondern können wie unser Standardtransformator magnetisch erregt werden, wodurch eine proportionale Spannungs- und Stromverteilung über die Abschnitte in Abhängigkeit von den Wicklungsverhältnissen zwischen den Abgriffen ermöglicht wird.

Wie man einen Spartransformator macht

Ein Spartransformator kann mit den gleichen Berechnungen wie für einen normalen Abwärtstransformator mit Ausnahme der Sekundärseite erstellt werden.

Tatsächlich ist die Herstellung eines Spartransformators viel einfacher als der Standardtransformator, da hier die sekundäre Seitenwicklung entfallen und eine einzige kontinuierliche 300-V- oder 400-V-Dauerwicklung verwendet werden kann.

Befolgen Sie daher grundsätzlich alle im folgenden Artikel erläuterten Schritte, überspringen Sie einfach die sekundärseitigen Berechnungen und implementieren Sie nur die primären 220-V-Seitenberechnungen.

Wicklungsdetails

Verwenden Sie 400 V für die Primärspannung und 1 Ampere für den Strom. Nach dem Aufwickeln können Sie Abgriffe über verschiedene Intervalle der Wicklung anbringen, um die gewünschten erhöhten oder abgesenkten Spannungen zu erfassen.

Vor- und Nachteile eines Autotransformators

In einer Spartransformatorwicklung haben wir normalerweise mindestens 3 Abgriffe, die als Ausgänge elektrisch abgeschlossen sind.

Aufgrund der Tatsache, dass eine einzelne Wicklung sowohl als primäre als auch als sekundäre Wicklung fungiert, haben Spartransformatoren den besseren Vorteil, dass sie kleiner, leichter und kostengünstiger sind als herkömmliche herkömmliche Abwärtstransformatoren mit doppelter Wicklung.

Der Nachteil eines automatischen Straßenbahnformers ergibt sich jedoch aus der Tatsache, dass keiner seiner Wicklungsausgänge vom Wechselstromnetz elektrisch isoliert ist und bei Berührung im eingeschalteten Zustand einen tödlichen Schlag verursachen kann.

Zu den weiteren Vorteilen von Spartransformatoren zählen die verringerte Leckreaktanz, die verringerten Verluste, der geringere Erregerstrom und die verbesserte VA-Bewertung für alle vorhandenen Abmessungen und Mengen.

Anwendung

Ein gutes Beispiel für eine Autotransformatoranwendung ist der Spannungswandler des Touristen, mit dem der Reisende 230-V-Geräte an 120-Volt-Versorgungsquellen oder umgekehrt anschließen kann.

Ein Spartransformator mit mehreren Ausgangsabgriffen könnte verwendet werden, um die Spannung am Ende eines erweiterten Verteilerkreises anzupassen, um einem überschüssigen Spannungsabfall entgegenzuwirken. Die gleiche Situation könnte automatisch über einen elektronischen Schaltkreis gesteuert werden.

Dies wird normalerweise durch einen AVR oder einen automatischen Spannungsregler implementiert, der die verschiedenen Abgriffe des Spartransformators automatisch über Relais oder Triacs schaltet, um den Ausgang als Reaktion auf Änderungen der Netzspannung zu kompensieren.

Wie es funktioniert

Wie oben erläutert, enthält ein Spartransformator nur eine Wicklung mit 2 Endanschlüssen.

Es können ein oder mehrere Anschlüsse dazwischen als Abgriffspunkte vorhanden sein, um die erhöhten Auf- / Ab-Spannungen über die Abgriffspunkte zu leiten. In einem Autotransformator finden wir, dass der primäre (Eingang) und der sekundäre (Ausgang) Teil der Spulen ihre Windungen gemeinsam haben.

Dies ist der Teil der Wicklung, der von den beiden Primär- und Sekundärwicklungen geteilt wird, der üblicherweise als 'gemeinsamer Abschnitt' bezeichnet wird.

Während der Teil der Wicklung, der sich von diesem „gemeinsamen Abschnitt“ weg erstreckt, oder der Abschnitt, der nicht als primärer und sekundärer Abschnitt geteilt wird, üblicherweise als „Serienabschnitt“ bezeichnet wird.

Die primäre (Eingangs-) Versorgungsspannung wird an zwei der entsprechenden Klemmen angeschlossen, deren Nennleistung oder Spezifikation dem Eingangsversorgungsbereich entspricht.

Die Sekundär- (Ausgangs-) Spannung wird von einem Paar von Anschlüssen oder Abgriffen erhalten, wobei ein bestimmter Anschluss unter diesen normalerweise sowohl dem Eingangs- als auch dem Ausgangsspannungsanschluss gemeinsam ist.

In einem Spartransformator ist, da die gesamte Einzelwicklung mit ihren Spezifikationen gleichförmig ist, seine Volt pro Umdrehung ist auch über alle Abgriffspunkte gleich. Dies bedeutet, dass die an jedem der Abgriffsabschnitte induzierte Spannung proportional zu seiner Anzahl von Windungen ist.

Aufgrund der magnetischen Induktion über die Wicklung und den Kern werden Spannung und Strom abhängig von der Anzahl der Windungen proportional über die Wicklung addiert oder subtrahiert.

Beispielsweise zeigen die unteren Abgriffspunkte reduzierte Spannungen und erhöhten Strom in Bezug auf die gemeinsame Erdungsleitung, während die oberen Abgriffspunkte höhere Spannungen und einen niedrigeren Strom in Bezug auf die gemeinsame Erdungsleitung zeigen.

Der oberste Abgriff innerhalb des Serienabschnitts zeigt Spannungen an, die höher als die Eingangsversorgungsspannung sind.

Die Eingangs- und Ausgangsleistungsübertragung ist jedoch gleich. Das heißt, das Produkt aus Spannung und Strom oder V x I ist für den Eingangs- und den Ausgangsabschnitt immer gleich.

So berechnen Sie Spannung und Windungen

Da die Parameter Spannung, Strom und Anzahl der Windungen proportional sind, wird die Formel zur Berechnung von Ampere, Spannung und Anzahl der Windungen durch die unten angegebene einfache universelle Formel bestimmt:

N1 / N2 = V1 / V2 = I1 / I2

Schauen wir uns das folgende Beispiel an. Es ist wichtig, mindestens zwei Parameter zur Hand zu haben, um die verbleibenden Parameter bei der Berechnung eines Autotramsformers zu bestimmen.

Hier haben wir die Anzahl der Windungen und die Spannung für die Primär- oder Eingangsseite des Spartransformators, aber wir kennen die Parameter auf der Ausgangsseite oder der Lastseite nicht.

Angenommen, wir möchten, dass der N7-Abgriff auf der Ausgangsseite 300 V AC über den 220 V-Eingang AC erzeugt. Daher können wir auf folgende einfache Weise berechnen:

N1 / N7 = V1 / V7

500 / N7 = 220/300

N7 = 500 x 300/220 = 681 Umdrehungen.

Dies bedeutet, dass eine N7-Wicklung mit 681 Windungen die erforderlichen 300 V erzeugt, wenn ein Eingang von 220 V AC angelegt wird.

Wenn die Wicklung N2 eine Spannung von beispielsweise 24 V erzeugen soll, kann die Anzahl der Windungen in diesem Abschnitt des Abgriffs nach derselben Formel berechnet werden:

N1 / N2 = V1 / V2

500 / N2 = 220/24

24 x 500 = 220 x N2

N2 = 500 x 24/220 = 55 Umdrehungen

So berechnen Sie die aktuelle Bewertung

Zur Berechnung der Stromstärke der Ausgangsseite eines Spartransformators müssen wir ebenfalls die Stromstärke der 220-V-Seitenwicklung kennen. Angenommen, dies sind 2 Ampere, dann könnte der Strom über die N7-Wicklung unter Verwendung der folgenden grundlegenden Leistungsformel berechnet werden:

V1 x I1 = V7 x I7

220 x 2 = 300 x 17

I7 = 220 x 2/300 = 440/300 = 1,46 Ampere.

Dies zeigt, dass in einem Autotransformator oder einem beliebigen Transformatortyp die Ausgangsleistung idealerweise fast gleich der Eingangsleistung ist.

So wandeln Sie einen normalen Transformator in einen Spartransformator um

Wie in den vorhergehenden Absätzen dieses Artikels erläutert, enthält ein regulärer Transformator zwei separate Wicklungen, die elektrisch isoliert sind und die jeweilige Primär- und Sekundärseite bilden.

Da die beiden Wicklungsseiten elektrisch isoliert sind, ist es im Gegensatz zu einem Spartransformator unmöglich, kundenspezifische erhöhte und abgesenkte Wechselstromspannungen von diesen Transformatoren zu erzeugen.

Mit einer kleinen Modifikation in der Einheit könnte ein regulärer Transformator jedoch zu einem gewissen Grad in einen Spartransformator umgewandelt werden. Dazu müssen wir lediglich die primärseitigen Drähte mit den sekundärseitigen Drähten im s-Format verbinden, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:

Hier finden wir einen gewöhnlichen 25-0-25 V / 220 V-Abwärtstransformator, der durch einfaches Verbinden der entsprechenden Sekundär- / Primärdrähte in einen handlichen kleinen Spartransformator umgewandelt wird.

Sobald die Drähte auf die gezeigte Weise verbunden sind, ermöglicht der modifizierte Spartransformator dem Benutzer, ein erhöhtes Netz 220 + 25 = 245 AC V oder ein abgesenktes Netz von 220 - 25 = 195 AC V von den relevanten Ausgangsdrähten zu erhalten.