Transformatoren mit mehreren Wicklungen: Von Abgriffen bis Variacs – Ein umfassender Leitfaden

Transformatoren mit mehreren Sekundärwicklungen

Transformatoren sind bemerkenswert vielseitig. Während das klassische Ein-Primär-Ein-Sekundär-Design weit verbreitet gelehrt wird, profitieren viele praktische Anwendungen von zusätzlichen Sekundärwicklungen. Betrachten Sie einen Transformator, bei dem drei Spulen einen gemeinsamen magnetischen Kern teilen, jeweils magnetisch an die anderen gekoppelt.

 

Transformator mit mehreren Sekundärwicklungen liefert mehrere Ausgangsspannungen.

 

In einer solchen Konfiguration gelten die Übersetzungsregeln, die Spannung und Strom regeln, für jedes Paar von Wicklungen. Sie können sogar einen Transformator mit einem Primärkreis, einem Niederspannungs- und einem Hochspannungssekundärkreis auf demselben Kern auslegen.

Historisch war dieser Aufbau in Röhrennetzteilen üblich, die niedrige Spannungen für Heizfäden (6–12 V) und hohe Spannungen für Anoden (hunderte Volt) aus einer 110-V-AC-Versorgung benötigten.

Diese Transformatoren liefern elektrisch isolierte Ausgänge bei sehr unterschiedlichen Spannungs- und Strompegeln, alle von einer einzigen Primärquelle.

 

Fotografie eines Mehrwicklungs-Transformators mit sechs Wicklungen, einem Primär- und fünf Sekundärwicklungen.

 

Der gezeigte Sechs-Wicklungs-Transformator wurde entwickelt, um sowohl die Niederspannungs-Heizfadenversorgung als auch die Hochspannungs-Anodensteuerung für Röhrensysteme bereitzustellen, alles aus einer einzigen 115-V-Quelle. Das Foto verbirgt 15 Leiter, die die verschiedenen Sekundärausgänge führen.

Falls Isolation zwischen Sekundärkreisen nicht kritisch ist, kann eine einzelne Sekundärwicklung an mehreren Stellen abgegriffen werden, um mehrere Spannungsschienen zu erzeugen, wie unten illustriert.

 

Ein einzelner abgegriffener Sekundärkreis liefert mehrere Spannungen.

 

Mehrpol-Schalter-Transformator

Ein Abgriff ist einfach eine Verbindung entlang der Länge einer Wicklung zwischen ihren Enden. Die vertraute Windungsverhältnisbeziehung gilt für jeden abgegriffenen Abschnitt, was es einem Transformator ermöglicht, viele diskrete Spannungsoptionen anzubieten.

 

Ein abgegriffener Sekundärkreis mit Schalter zur Auswahl einer von vielen möglichen Spannungen.

 

Variabler Transformator

Die Erweiterung des Abgriffkonzepts erlaubt einem Gleitkontakt, eine exponierte Wicklung zu durchlaufen, was effektiv einen Abgriff an jeder Windung bietet. Dies erzeugt einen kontinuierlichen Bereich von Ausgangsspannungen.

 

Ein Gleitkontakt am Sekundärkreis variiert die Sekundärspannung kontinuierlich.

 

Frühe Modelleisenbahn-Geschwindigkeitsregler in den 1950er und 1960er Jahren nutzten dieses Prinzip. Ihre Transformatoren stiegen von 110–120 V AC auf niedrigere Spannungen herunter, wobei der Gleitkontakt fein abgestimmte Geschwindigkeitsregelung ohne Leistungsverlust in einem variablen Widerstand bot.

Großindustrielle Transformatoren verwenden typischerweise feste Abgriffe oder Mehrpolschalter statt Gleitkontakten, da bewegliche Kontakte bei hohen Leistungen unpraktisch sind. Abgriffschalter werden meist nur im spannungsfreien Zustand betätigt.

Autotransformator

Da eine einzelne Wicklung durch Abgriffe mehrere Wicklungen emulieren kann, ist es möglich, die Sekundärspule vollständig wegzulassen. Das Ergebnis ist ein Autotransformator, eine einzelne, abgegriffene Spule, die Spannung hoch- oder heruntertransformiert, aber keine Isolation bietet.

 

Dieser Autotransformator erhöht die Spannung mit einer einzigen abgegriffenen Wicklung, spart Kupfer, opfert Isolation.

 

Ein Niederspannungs-Autotransformator sähe ähnlich aus, mit dem Abgriff positioniert, um die Spannung zu verringern statt zu erhöhen.

 

Dieser Autotransformator senkt die Spannung mit einer einzigen kupfersparenden abgegriffenen Wicklung.

 

Autotransformatoren sind ideal für Anwendungen, die eine moderate Spannungserhöhung oder -senkung erfordern. Anstatt ein abgestimmtes Paar von Primär- und Sekundärwicklungen zu bauen, genügt eine einzelne Wicklung mit Abgriff, was Kosten und Gewicht reduziert.

In der „Anhebungs“-Konfiguration ist die Polarität der Sekundärspule so ausgerichtet, dass ihre Spannung zur Primärspannung addiert. In der „Gegenspannungs“-Konfiguration subtrahiert die Sekundärpolarität von der Primärspannung.

 

Normaler Transformator als Autotransformator verdrahtet, um die Netzspannung anzuheben.

 

Normaler Transformator als Autotransformator verdrahtet, um die Netzspannung abzusenken.

 

Der Hauptvorteil eines Autotransformators ist die einzelne Wicklung, die Materialkosten und Gewicht im Vergleich zu einem voll isolierten Transformator mit separaten Primär- und Sekundärwicklungen senkt.

Variac – Variabler Autotransformator

Autotransformatorwicklungen können abgegriffen werden, um mehrere Übersetzungsverhältnisse zu bieten, und ein Gleitkontakt kann sie in ein voll variables Gerät verwandeln. Diese Form, bekannt als Variac, wird in Laboren und Hobby-Schaltungen weit verbreitet eingesetzt.

 

Ein Variac ist ein Autotransformator mit gleitendem Abgriff.

 

Tisch-Variacs erlauben Technikern, Haushalts-AC-Spannung hoch- oder herunterzutransformieren mit einem feinen, kontinuierlichen Steuerbereich, einfach durch Drehen eines Knopfes.

 

ZUSAMMENFASSUNG:

• Transformatoren können mehrere Primär-Sekundär-Paare umfassen, was eine Reihe von Hoch- und Niederspannungsverhältnissen in einer Einheit ermöglicht.
• Wicklungsabgriffe segmentieren eine einzelne Spule in mehrere Spannungsabschnitte.
• Variable Transformatoren nutzen einen beweglichen Arm, um die Wicklung an beliebiger Stelle zu kontaktieren, und bieten kontinuierliche Spannungseinstellung.
• Ein Autotransformator ist eine einzelne abgegriffene Spule, die Spannung ohne Isolation transformiert.
• Ein Variac ist ein variabler Autotransformator.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Autotransformatoren Arbeitsblatt