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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Dispositivi booster semplici. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Regolatori di corrente, tensione, potenza L'articolo fornisce descrizioni di semplici dispositivi di amplificazione che consentono di aumentare la tensione nella rete elettrica di una certa quantità o di ridurla utilizzando trasformatori step-down convenzionali. Nella pratica diventa spesso necessario, ad esempio, abbassare la tensione maggiorata al livello nominale per prolungare la durata delle lampade ad incandescenza oppure aumentare la tensione ridotta per aumentare l'efficienza luminosa delle lampade. Questo può essere fatto nel modo più semplice, conveniente ed economico utilizzando un trasformatore step-down convenzionale a due avvolgimenti, accendendolo secondo un circuito di aumento di tensione. Questo collegamento significa che l'avvolgimento secondario a bassa tensione del trasformatore è collegato in serie al carico e l'avvolgimento primario a tensione più elevata è collegato in parallelo al carico o ai terminali di rete. La Figura 1 mostra gli schemi di collegamento dei trasformatori booster e i relativi diagrammi vettoriali.
Per semplificare, i diagrammi vettoriali sono costruiti senza tenere conto delle perdite negli avvolgimenti secondari dei trasformatori. La Figura 1, a mostra lo schema di collegamento del trasformatore booster di tensione e il suo diagramma vettoriale quando i suoi avvolgimenti sono collegati in modo coerente, in cui i flussi magnetici degli avvolgimenti coincidono nella direzione. La Fig. 1b mostra il circuito quando gli avvolgimenti sono collegati in direzioni opposte, il che porta alla direzione opposta dei flussi magnetici e, di conseguenza, ad una diminuzione del flusso magnetico risultante del trasformatore. Come si può vedere dalle figure presentate, con l'aiuto di un trasformatore step-down convenzionale, è possibile aumentare o diminuire la tensione sul carico di una quantità di ±∆U, a seconda di come sono collegati i suoi avvolgimenti - in accordo o in opposizione. In altre parole, il valore di boost di tensione richiesto è determinato dal valore di tensione dell'avvolgimento secondario di un trasformatore step-down convenzionale. Diamo un'occhiata a un esempio. Disponiamo di un trasformatore abbassatore monofase del tipo OSO-0,25 (illuminazione monofase con una potenza di 250 VA) con una tensione di 220/36 V (comunemente chiamato “scatola caldaia”), avvolto su un L- nucleo sagomato. La tensione secondaria di questo trasformatore è 36 V e sarà il valore dell'aumento di tensione U = 36 V, che può essere aggiunto alla tensione di rete di 220 V o sottratto da essa a seconda della consonante o della connessione opposta degli avvolgimenti: 220 + 36 = 256 o 220−36 = 184 (V ). Supponiamo che la tensione nella rete sia ridotta e sia pari a 180 V, quindi utilizzando un trasformatore convenzionale secondo il circuito di aumento di tensione, con gli avvolgimenti accesi in accordo tra loro, può essere aumentato, avvicinato al valore nominale, da allora U2 = 180 + 36 = 216 (V). Con una tensione maggiore nella rete, ad esempio U1 = 256 V rispetto alla tensione nominale sul carico, può essere ridotta scambiando le estremità di uno qualsiasi degli avvolgimenti del trasformatore. In questo caso, per il nostro esempio U2=U1−∆U=256−36=220 (B), cioè ai terminali del carico abbiamo la tensione nominale. Nei casi in cui il valore di aumento di tensione richiesto non corrisponde alle tensioni secondarie standard dei trasformatori, l'avvolgimento secondario viene riavvolto alla tensione richiesta, ad esempio 20 V. Ciò non esclude la possibilità di riavvolgere o riavvolgere un certo numero di giri dell'avvolgimento secondario del trasformatore per ottenere il valore di incremento di tensione richiesto, quindi come viene avvolto l'avvolgimento secondario sopra il primario. L'avvolgimento secondario del trasformatore deve essere in grado di sopportare la corrente di carico. La potenza totale del trasformatore attraverso le quantità secondarie è S=U2I2, da cui la corrente dell'avvolgimento secondario è I2=S/U2. Per trasformatore OSO-0,25 220/36 V questa corrente sarà I2=250/36=6,1 (A). Attraverso l'avvolgimento secondario di questo trasformatore booster può quindi passare una corrente di carico fino a 6,1 A. La potenza di un trasformatore monofase, utilizzato per l'aumento di tensione, è molte volte inferiore alla potenza del carico. È determinato dalla formula: Svt=Snom⋅∆U/U=1000⋅22/220=100 (VA), dove Swatt è la potenza di un trasformatore monofase utilizzato per l'aumento di tensione, VA; Snom - potenza di carico totale, VA; ∆U è la quantità di aumento di tensione richiesta, V; U1 è la tensione della rete a cui è collegato il trasformatore survoltore, V. Ad esempio, con il valore di boost di tensione richiesto ∆U=22 V, potenza di carico Snom=1000 VA e tensione di rete U1=220 V, la potenza del trasformatore di boost di tensione sarà solo Swatt=100 VA, cioè Potenza di carico 10 volte inferiore. Di conseguenza, le dimensioni, il peso ed il costo di un tale dispositivo elevatore di tensione sono relativamente ridotti. L'efficienza del dispositivo booster raggiunge valori di 0,99...0,995, il peso per unità di potenza è 2,5...3 kg/kV⋅A. Le perdite di tensione e di potenza attiva in un tale trasformatore sono piccole e, di conseguenza, pari a 0,5...3, quindi possono essere ignorate. I circuiti per il collegamento dei trasformatori booster mostrati in Fig. 1 consentono di aumentare o diminuire la tensione sul carico di un certo valore costante non regolato, e quindi sono chiamati trasformatori booster non regolati o “sordi”. È necessario tenere presente che i trasformatori booster non regolati creano un aumento di tensione ∆U indipendentemente dalla modalità di carico della rete. Per questo motivo è necessario selezionare l'importo dell'aumento non in base alla modalità di tensione minima (massima), ma in base alla modalità di carico minimo, quando la tensione è più alta. Pertanto, un circuito non regolato per l'accensione di un trasformatore booster di tensione è sempre accettabile laddove, indipendentemente dal periodo dell'anno e dalla dimensione del carico in tutte le modalità, è necessario aumentare, o meno spesso diminuire, la tensione di una quantità ∆U. Il dispositivo elevatore di tensione può essere realizzato trifase. Lo schema schematico di tale dispositivo è mostrato in Fig.2.
Può essere creato da mezzi improvvisati che quasi tutte le imprese hanno, vale a dire: da tre caldaie monofase (OSO-0,25, OSM-0,4U3) o trasformatori di saldatura. Gli avvolgimenti secondari di questi trasformatori con tensioni di 12...36 e 40...60 V sono progettati per correnti elevate e possono essere utilizzati per l'inclusione in una linea tagliata in serie. Questi avvolgimenti creano una tensione aggiuntiva ∆U. Gli avvolgimenti primari di questi trasformatori svolgono funzioni interessanti e possono essere collegati in un circuito a stella o triangolo direttamente a una rete trifase. Tali trasformatori possono trovare applicazione in lunghe reti industriali e agricole. Per scopi domestici, come trasformatori booster possono essere utilizzati trasformatori adatti di apparecchiature radiotelevisive, come mostrato ad esempio in [1]. I trasformatori boost vengono spesso utilizzati per aumentare la tensione, sebbene possano essere resi reversibili. Lo schema di un tale dispositivo di aumento della tensione è mostrato in Fig. 3.
Si differenzia dai circuiti mostrati in Fig. 1 per la presenza di un interruttore bipolare SA1 a tre posizioni con posizione neutra dei contatti mobili in posizione centrale. Un esempio di tale interruttore è un interruttore a levetta di tipo VT3 per una corrente di commutazione di 3 A (fino a 660 W) e una tensione di commutazione di ~220 V con fissaggio della manopola di controllo nelle posizioni centrale ed estrema. Quando i contatti 1-2 e 3-4 dell'interruttore SA1 sono chiusi, gli avvolgimenti W1 e W2 del trasformatore TV sono collegati alla rete e la tensione all'uscita del dispositivo viene aumentata di +∆U rispetto alla tensione di rete. Se i contatti 2-5 e 4-6 dell'interruttore sono chiusi, le estremità dell'avvolgimento secondario W2 del trasformatore vengono scambiate. Di conseguenza, i flussi magnetici degli avvolgimenti sono diretti nella direzione opposta e la tensione all'uscita del dispositivo sarà ridotta di −∆U. Nella posizione centrale della maniglia dell'interruttore SA1, l'avvolgimento W2 è scollegato dalla rete e non circola la corrente, né circolano il carico e l'avvolgimento primario W1 del trasformatore TV. Quando si utilizza un dispositivo di aumento tensione, è necessario tenere presente che è inaccettabile aprire l'avvolgimento primario W1 del trasformatore TV durante il funzionamento del dispositivo, in base alle condizioni di sicurezza e alle regole per il funzionamento tecnico degli impianti elettrici. Il fatto è che quando si apre l'avvolgimento primario W1, la corrente nell'avvolgimento secondario W2 rimarrà la stessa e uguale alla corrente di carico. In sostanza, questa modalità di funzionamento del trasformatore è la modalità a vuoto, ma con la corrente a vuoto del trasformatore uguale alla corrente di carico, che è molte volte maggiore della normale corrente a vuoto del trasformatore, e questa corrente è completamente magnetizzante. Ciò porta ad un aumento significativo del flusso magnetico del trasformatore. Le perdite nel circuito magnetico del trasformatore sono proporzionali al quadrato del flusso magnetico. Di conseguenza, il nucleo del trasformatore diventa molto caldo, il che è pericoloso per il suo isolamento ed è possibile persino la combustione spontanea del trasformatore. Inoltre, la FEM dell'avvolgimento primario W1 aumenta in proporzione al flusso magnetico e può raggiungere valori elevati, pericolosi sia per il trasformatore stesso che per la vita quelli intorno a te. Gli studi dell'autore su un trasformatore di tipo OSO-0,25 in modalità booster contemporaneamente con l'avvolgimento primario aperto e nemmeno completamente carico hanno portato alla comparsa di un EMF ai terminali dell'avvolgimento primario di 500 V e con l'aumento del carico l'EMF valore aumentato. Per correnti di carico elevate o per la necessità di controllo remoto di un trasformatore booster, è possibile utilizzare avviatori magnetici o relè ad alta corrente come dispositivo di commutazione. Lo schema schematico di un tale dispositivo di aumento della tensione è mostrato in Fig. 4.
Funziona così. Nello stato iniziale di preavviamento, le bobine K1 e K2 degli avviatori magnetici sono diseccitate e i loro contatti di potenza K1.1, K1.2 e K2.1, K2.2 nel circuito dell'avvolgimento secondario W2 di il trasformatore TV è aperto. Di conseguenza, il trasformatore TV e il carico sono diseccitati. Per aumentare la tensione di carico di ∆U, premere il pulsante “Altro”. Di conseguenza, la corrente scorre attorno alla bobina K1 del primo avviatore magnetico, l'avviatore viene attivato e, con i contatti di potenza K1.1 e K1.2, collega gli avvolgimenti del trasformatore TV alla rete, contemporaneamente, il contatto K1.4 blocca il pulsante di accensione “Altro” e i contatti K1.3 dell'interblocco elettrico si aprono. Se è necessario ridurre la tensione sul carico, premere il pulsante “Stop”, in questo caso il circuito ritorna allo stato originale (tutti i contatti di potenza sono aperti), quindi premere il pulsante “Meno”. Il circuito funziona in modo simile, ma allo stesso tempo viene attivato il secondo avviatore magnetico, che chiude i suoi contatti di potenza K2.1 e K2.2 nel circuito dell'avvolgimento secondario W2 del trasformatore TV, di conseguenza, il la fase della corrente al suo interno cambia in quella opposta e la tensione all'uscita del dispositivo booster diminuisce della quantità ∆U. Oltre ai due avviatori magnetici convenzionali, per questo circuito è possibile utilizzarne uno reversibile, ad esempio il tipo PME-11-3 per una corrente di 10 A e una tensione di 380 V con una tensione delle bobine di commutazione di 220 V, che è dotato di dispositivo meccanico di blocco dell'accensione contemporanea di tutti i contatti di potenza dell'avviatore. letteratura:
Autore: KV Kolomoitsev
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