Principio de funcionamiento del transformador Buck-Boost

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Un transformador elevador es un tipo de transformador que se utiliza principalmente para ajustar el nivel de voltaje aplicado a varios equipos eléctricos. Los transformadores elevadores se utilizan en una serie de aplicaciones, como unidades de fuente de alimentación ininterrumpida (UPS) para computadoras.

Cuando un circuito eléctrico de CA existente tiene una caída de voltaje demasiado alta a lo largo de los conductores, se puede cablear un transformador convencional, con las clasificaciones de voltaje primaria y secundaria correctas, como un autotransformador para aumentar la caída de voltaje. Las polaridades de los dos devanados conectados en serie deben configurarse de forma aditiva polaridad para sumar el voltaje del devanado secundario inferior al voltaje del devanado primario/de línea.

Cuando el voltaje de distribución de CA en un edificio u otra estructura es de una clasificación de voltaje más alta que la clasificación de voltaje de una unidad de equipo de servicio eléctrico, un transformador convencional, con las clasificaciones de voltaje primarias y secundarias adecuadas, se puede conectar como un transformador automático para invertir . alto voltaje del sistema. Las polaridades de los dos devanados conectados en serie deben configurarse en una política de sustracción para restar el voltaje del devanado secundario inferior del voltaje del devanado primario/de línea.

Polaridades del transformador (los puntos)

Para comprender de qué se tratan las polarizaciones del transformador, debe considerar el voltaje producido a través de los devanados de una forma de onda sinusoidal de CA monofásica de 2 hilos en un momento dado. Cuando el circuito de distribución de energía eléctrica de un edificio u otra estructura opera a 60 Hz CA. El voltaje mostrado en Figura 1, la polaridad cambia un total de 120 veces por segundo. La polaridad del transformador. la relación entre diferentes terminaciones al mismo tiempo. Cuando se estudia la polaridad de los devanados, se supone que este momento se produce cuando se produce la tensión de pico positiva en los dos devanados en cuestión.

Figura 1. Generación de una fuente de alimentación de CA sinusoidal monofásica de 2 hilos a partir de un campo magnético giratorio

En un diagrama de cableado (ya sea un diagrama eléctrico o una placa de identificación del transformador reductor o elevador), es común indicar la polaridad del devanado del transformador por punto negro sólido cerca de un extremo de cada devanado como se muestra i Figura 2. Estos puntos (viñetas) significan que la polaridad es la misma para todos los devanados. Otra forma de describir la polaridad de los devanados es decir que las formas de onda de tensión de los dos devanados están en fase. Este mismo tipo de notación de polaridad también se usa para transformadores con más de un devanado primario o más de un devanado secundario.

Diagrama de circuitos de transformadores de CA monofásicos con puntos que muestran la polaridad del devanado

Figura 2. Diagrama de circuitos de transformadores de CA monofásicos con puntos que muestran la polaridad del devanado

El devanado de un transformador convencional (de aislamiento) se puede probar para una configuración de cableado reductor o elevador conectando los devanados primario y secundario como un autotransformador, como se muestra en la figura. imagen 3y prueba de polaridad aditiva o sustractiva.

Cuando se usan conexiones de polaridad aditiva para aumentar un voltaje de circuito excesivamente bajo, el circuito generalmente se denomina configuración de refuerzo, porque el voltaje del devanado secundario se agrega a la línea o al voltaje de suministro (para «aumentar» un voltaje en los devanados primarios).

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Cuando se utilizan conexiones de polaridad sustractiva para aumentar un voltaje de circuito excesivamente alto, el circuito generalmente se denomina configuración reductora, porque el voltaje del devanado secundario se resta del voltaje de línea o suministro (para «reductor» el voltaje del devanado primario). El voltaje de suministro se amplifica o compensa conectando un cable del devanado secundario a un cable del devanado primario y aplicando el voltaje entre los dos devanados a la carga conectada.

El transformador que se muestra en imagen 3 tiene una clasificación de voltaje primario de 120 voltios y una clasificación de voltaje secundario de 30 voltios. Tenga en cuenta que no se reconoce el conductor o la polaridad de los devanados primario y secundario y que el devanado secundario está conectado en serie con la carga conectada. El transformador ahora tiene un solo devanado y, por lo tanto, es un autotransformador.

Cuando se aplican 120 voltios al devanado primario, el voltímetro conectado entre los terminales de carga indicará la suma de los voltajes de los dos devanados (configuración de refuerzo) o la diferencia entre los voltajes de los dos devanados (configuración de refuerzo reductor). Si la lectura del voltímetro es de 150 voltios, los devanados primario y secundario están conectados en polaridad aditiva (120 V + 30 V = 150 V). Si la lectura del voltímetro es de 90 voltios, los devanados primario y secundario están conectados con polaridad negativa (120 V – 30 V = 90 V).

Diagrama de un transformador de CA monofásico conectado como autotransformador para configuración reductora o elevadora

Imagen 3. Diagrama de un transformador de CA monofásico conectado como autotransformador para configuración reductora o elevadora

Cuando los puntos de polaridad no se muestran en un diagrama de cableado de transformador dado con la identificación del conductor del circuito respectivo, generalmente se asume que H1 está en el primario (o el devanado de voltaje más alto para la configuración reductora) y X1 está en el secundario ( o devanado de baja tensión para configuración buck) en fase (tienen la misma polaridad de devanado del transformador). Algunas ilustraciones mostrar el H1 y X1 comportamiento con los puntos de polaridad que lo acompañan. Los puntos de polaridad siempre se usan cuando los cables H1 y X1 no tienen la misma polaridad, para mostrar cuáles de los cables de devanado identificados tienen la misma polaridad.

El circuito básico boost o buck de imagen 3 se dibuja desarrollado i dígitos 4 y 5 para mostrar los aspectos de polaridad de los resultados primarios y secundarios.

Transformadores elevadores simples

Puede ocurrir una condición de sobrevoltaje cuando se instala un motor de inducción de CA monofásico de 230 voltios en una fuente de alimentación de 200 voltios. A la tensión nominal más baja, el motor se sobrecalentaría, incluso en condiciones de carga ligera.

Como se muestra en el Figura 4 se puede cablear un transformador de aislamiento con un primario de 200 voltios y un secundario de 30 voltios para suministrar 230 voltios al motor. La operación de impulso ocurre cuando el devanado secundario de 30 voltios está conectado en polaridad aditiva con el devanado primario de 200 voltios. El voltaje secundario de 30 voltios se suma efectivamente al voltaje primario de 200 voltios. La carga del motor recibe 230 voltios.

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Otra aplicación típica de esta configuración de refuerzo es corregir la caída de voltaje en una carga de motor remota, como una bomba de pozo rural, donde el suministro del circuito y el motor tienen una capacidad nominal de 230 voltios, pero los conductores del circuito no tienen el tamaño correcto. para compensar la caída de voltaje durante la instalación inicial, y el reemplazo de los conductores del circuito es demasiado costoso. La corriente del circuito en esta aplicación de refuerzo aumentará la corriente de carga existente extraída del suministro del circuito derivado. El aumento en la carga de corriente del circuito de suministro de energía será igual a la corriente consumida por el devanado primario del transformador. La operación de refuerzo del transformador convertirá la corriente en el devanado primario que está operando con el voltaje de línea de suministro más bajo, en un voltaje de devanado secundario que se sumará al voltaje de línea menos que el valor original de corriente de carga del motor en el circuito secundario.

Si la corriente nominal a plena carga del motor eléctrico de CA está en Figura 4 es de 8 amperios, estos 8 amperios fluyen a través del devanado de 30 voltios del transformador que está en serie con el motor.

Un transformador de aislamiento se puede conectar como un autotransformador en una configuración de impulso

Figura 4. Un transformador de aislamiento se puede conectar como un autotransformador en una configuración de impulso

Proyectado en el circuito del devanado primario por la inversa de la relación de tensión:

(30 voltios ÷ 200 voltios) × 8 amperios = 1,2 amperios

Para aumentar el circuito secundario de 30 voltios, la corriente de carga completa del devanado primario requiere 1,2 amperios. Desde el suministro del circuito derivado, las dos corrientes se suman:

8 amperios + 1,2 amperios = 9,2 amperios

El motor eléctrico de CA y el transformador pueden operar bajo una condición de sobrecarga del 125 %:

125% de 9,2 amperios = 11,5 amperios

Usando el siguiente tamaño estándar, el transformador elevador y el circuito del motor estarían protegidos con un fusible o disyuntor de 15 amperios. La clasificación de potencia mínima del transformador se basaría en la clasificación de corriente de carga completa del motor y la clasificación de voltaje secundario de 30 voltios:

30 voltios x 8 amperios = 240 voltios-amperios

yo Figura 4el devanado secundario se conectó en serie con la carga conectada al conductor secundario (o de voltaje más bajo) X2 conectado a un lado del transformador/suministro de carga y el voltaje primario (o de voltaje más alto)) plomo H1. Los cables H1 y X1 tienen polaridad punteada, lo que indica que estos dos puntos en el circuito del transformador están en fase. La conexión H1 – X2 es una conexión sin puntos y debe producir una polaridad aditiva. El voltaje de carga, indicado por la pantalla del voltímetro, es la suma de la tensión nominal de suministro/primario del circuito derivado de 200 voltios y la tensión nominal secundaria de 30 voltios: 230 voltios.

Transformadores reductores simples

Puede surgir una situación económica cuando se instala una carga resistiva de CA monofásica de 208 voltios en una fuente de alimentación de 277 voltios (circuito derivado). En la clasificación de voltaje más alta, la carga resistiva se sobrecalentaría hasta el punto de destrucción o al menos dañaría los elementos de calefacción. Como se muestra en el Figura 5, se puede cablear un transformador de aislamiento con un primario de 277 voltios y un secundario de 69 voltios en una configuración reductora para suministrar 208 voltios a la carga resistiva. La operación reductora ocurre cuando el devanado secundario está cableado en polaridad negativa o inversa al devanado primario. El voltaje secundario de 69 voltios se resta efectivamente del voltaje primario de 277 voltios. La carga resistiva recibe 208 voltios.

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Un transformador de aislamiento se puede conectar como un autotransformador en una configuración reductora

Figura 5. Un transformador de aislamiento se puede conectar como un autotransformador en una configuración reductora

Si la carga de calor es resistiva i Figura 5 nominal de 10 kW, la corriente de carga total se calcula de la siguiente manera:

[1000 (/k) x 10 kW] ÷ 208 voltios = 48,1 amperios

La corriente del calentador de 48,1 amperios fluirá a través del devanado de 69 voltios en serie con el conjunto del calentador. Proyectado en el circuito primario por la inversa de la relación de voltaje:

(69 voltios ÷ 277 voltios) × 48,1 amperios = 12,0 amperios

Una corriente primaria a plena carga, para proporcionar una caída del circuito secundario de 69 voltios, requiere 12,0 amperios. Dado que el devanado secundario está cableado con polaridad negativa (representada por la interconexión del puente entre H1 y X1), el primario de 12 amperios se resta efectivamente del amperaje de la carga secundaria para calcular la corriente de alimentación del circuito derivado:

48,1 amperios – 12 amperios = 36,1 amperios

Las potencias nominales de ambos circuitos del transformador son idénticas:

277 voltios × 36,1 amperios = 208 voltios × 48,1 amperios = 10.000 voltios-amperios

El circuito para la carga de calefacción resistiva y el transformador tienen un tamaño del 125 % de los valores nominales de corriente a plena carga calculados. La clasificación OCPD del circuito derivado calculada es:

125% de 36 amperios = 45 amperios

La corriente del circuito principal calculada es:

125% de 12 amperios = 15 amperios

La corriente calculada del circuito secundario, incluidos tanto el devanado secundario como el conjunto del calentador, es:

125% de 48 amperios = 60 amperios

yo Figura 5 el devanado secundario se conectó en serie con la carga conectada al cable secundario (o de menor voltaje) X1 conectado a un lado de la fuente de alimentación del transformador/carga y el cable primario (o de mayor voltaje) H1. Hay plomo H1 y X1 polaridad línea punteada, indicando que estos dos puntos del circuito del transformador están en fase. La conexión H1 – X1 es una conexión punto a punto y debe producir polaridad de sustracción. El voltaje de carga, mostrado por la pantalla del voltímetro, es la diferencia entre el suministro nominal/voltaje primario de 277 voltios y el voltaje secundario nominal de 69 voltios: 208 voltios.

En general, los autotransformadores solo se pueden usar para alimentar circuitos derivados o alimentadores individuales si la conexión del cable es común al conductor del circuito de tierra en un circuito derivado de 2 hilos.

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