Мне часто задают вопрос: «Можно ли соединять параллельно одинаковые вторичные обмотки силовых трансформаторов?» Вопрос, безусловно, правильный, и на него нужно отвечать. Ныне в устаревшей аппаратуре можно найти большое количество готовых силовых трансформаторов заводского изготовления, которые радиолюбители приспосабливают под свои запросы. Очень часто эти трансформаторы не совсем подходят по параметрам, например, по требуемому току нагрузки.
Но если в трансформаторе имеется несколько одинаковых обмоток, возникает мысль увеличить выходной ток, соединив эти обмотки параллельно. Казалось бы, соединяй выводы одинаковых обмоток между собой и все! Но не все так просто. Во- первых, обмотки нужно соединить синфазно. Для проверки синфазности вторичных обмоток соединяем одни из выводов двух обмоток, включаем трансформатор в сеть и измеряем напряжение между оставшимися свободными концами. Если это напряжение близко к нулю, значит, обмотки соединены противофазно последовательно.
Когда на выводах удвоенное напряжение одной из обмоток, они соединены синфазно последовательно. В первом случае свободные концы обмоток можно соединить вместе и получить параллельное включение обмоток. Во втором случае концы одной из обмоток нужно поменять местами. Однако малейшая неидентичность обмоток способна повлиять на параметры силового трансформатора: его габаритная мощность и КПД при этом уменьшаются, а нагрев обмоток увеличивается.
Фактически соединять параллельно можно обмотки таких трансформаторов, при изготовлении которых специально принимаются меры для получения идентичности обмоток. Например, в паспортах на трансформаторы типа ТПП (трансформаторы питания полупроводниковой аппаратуры) указывается на допустимость параллельного соединения одинаковых обмоток.
Чаще всего радиолюбительские конструкции питаются постоянным током, поэтому проблему соединения обмоток параллельно лучше рассматривать в комплексе с выпрямителем.
Возьмем, скажем, унифицированный трансформатор ТН-60 (трансформатор накальный), имеющий 4 одинаковые вторичные обмотки по 6,3 В (две обмотки имеют еще и отводы на 5 В), рассчитанные каждая на ток 6 А. Для получения токов, вчетверо больших, необходимо соединить обмотки так, как показано на рис.1 (включение обмоток с однополупериодным выпрямлением). Поскольку из-за конструктивного разброса параметров обмотки могут иметь немного отличающиеся напряжения, большее потребление тока (при идентичных диодах) будет от той обмотки, напряжение которой выше.
Диоды позволяют развязать обмотки друг от друга, т.е. теперь каждая обмотка работает только на общую нагрузку, а не на другую обмотку. В результате, мы получили выпрямленное напряжение с четырех обмоток с максимальным током нагрузки 24 А (через каждый диод будет проходить только четвертая часть общего тока нагрузки). Схема двухполупериодного выпрямления приведена на рис.2. Такое соединение выводов обмоток также обеспечивает независимое питание нагрузки. В случае параллельного включения нечетного числа обмоток возможно лишь однополупериодное выпрямление.
Для питания различных конструкций часто применяется напряжение 12 В, поэтому соединение обмоток для такого применения можно выполнить согласно рис.3. В этом случае через каждый диод будет проходить половина тока нагрузки. Чтобы получить выходное стабилизированное напряжение около 13,8 В, принятое как стандарт в радиопередающей аппаратуре, необходимо применять стабилизаторы с низким падением напряжения на регулирующем элементе [1, 2].
Минимально необходимый перепад напряжений на регулирующем элементе таких стабилизаторов составляет около 0,5 В. Его устанавливают при максимальном токе нагрузки, подбирая емкость конденсатора фильтра после выпрямителя. Чем больше емкость этого конденсатора, тем больший выходной ток можно «отобрать» от стабилизатора при заданном входном напряжении.
Бывает ситуация, когда у трансформатора нет обмотки на нужное напряжение или ток, зато есть много всяких разных обмоток. Что делать?
Для увеличения напряжения, обмотки можно соединять последовательно. При этом общее напряжение будет равно сумме напряжений всех обмоток. Максимальный ток будет равен наименьшему из номинальных токов всех этих обмоток.
Обмотки надо сфазировать, иначе напряжения в них могут не складываться, а вычитаться (можно ра-
ботать и в такой ситуации, но КПД трансформатора снизится). Делается это так: первая и вторая обмотки соединяются последовательно, а к их концам подключается вольтметр переменного тока (рис. 16).
Вольтметр должен показать сумму напряжений обмоток 1 и 2 (это синфазное, или согласное включение обмоток). Если показания вольтметра меньше (в случае противофазного, или встречного включения он покажет разность напряжений обмоток), выводы обмотки 2 надо поменять местами. В случае, когда последовательно соединяется большее количество обмоток, то все повторяется, при этом роль обмотки 1 выполняют уже соединенные обмотки, а роль обмотки 2 – вновь подключаемая обмотка.
На рис. 16 точкой возле обмотки обозначается ее условное начало. Оно имеет такой смысл: если на выводе с точкой первичной обмотки присутствует положительный полупериод напряжения (грубо говоря "плюс"), то и на выводах с точкой всех вторичных обмоток в этот момент также "плюс". Поэтому, зная условные начала обмоток, можно сразу соединить все обмотки синфазно. К сожалению, на самом трансформаторе начала обмоток обычно не обозначают.
Если в трансформаторе много одинаковых вторичных обмоток на маленький ток, то по идее их можно соединить параллельно, тогда общий их ток будет равен сумме токов отдельных обмоток.
На самом деле это очень "тонкий" вопрос. В жизни практически никогда не бывает, чтобы две обмотки были абсолютно одинаковыми. Хоть малюсенькая разница в их напряжениях, но есть. И внутри параллельных обмоток могут возникнуть уравнительные токи иногда маленькой, а иногда и большой величины. Может получиться, что трансформатор здорово греется, а наружу тока почти не выдает. Но бывает и так, что производители мотают трансформатор в несколько проводов одновременно. Тогда обмотки получаются практически совсем одинаковыми и такие обмотки параллельно соединять можно (хотя, ГОСТ 14233-84 "Трансформаторы питания для бытовой аппаратуры" дает допуск на асимметрию обмоток, включаемых параллельно, до 3% от напряжения обмотки – это довольно большое рассогласование!). При этом очень важно правильно сфазировать обмотки, иначе будет короткое замыкание. Только надо быть абсолютно уверенным в том, что обмотки одинаковы. Поэтому давайте для надежности пользоваться таким правилом:
Если производитель явно указывает, что обмотки трансформатора можно соединять параллельно, то можно. Если такого явного указания нет – то нельзя.
Как правильно сфазировать обмотки? Начала всех обмоток соединить вместе – это будет начало общей обмотки. Конец общей обмотки составят соединенные вместе концы всех обмоток.
Если неизвестны начала и концы обмоток, то сначала соедините между собой один провод от одной обмотки и один от другой. Подайте питание на трансформатор и измерьте напряжение между оставшимися концами этих обмоток (рис. 17).
Если между ними напряжение равное удвоенному напряжению каждой из обмоток, то концы одной из обмоток надо поменять местами. Снова подайте питание и снова измерьте напряжение. Если оно равно нулю, то все ОК, соединяете концы, между которыми измеряли напряжение и пользуетесь. Если же напряжение не равно нулю, то обмотки разные, и их паралле- лить нельзя!
А если напряжение на двух обмотках получилось не 
ноль, но очень близкое к нулю? Давайте рассмотрим пример. Сопротивление вторичной обмотки тороидального трансформатора 75ВА 2×28В равно примерно 0,5 Ом. Допустим мы хотим получить такую обмотку из двух, каждая из которых рассчитана на вдвое меньший ток. Тогда сопротивление каждой обмотки вдвое выше и будет равно 1 Ом. С точки зрения уравнительных токов обмотки включены последовательно (значит, общее сопротивление удваивается) и к ним прикладывается разность напряжений между обмотками. Допустим, эта разность напряжений равна 0,5 вольт. Тогда уравнительный ток будет
2. Если вольтметр показывает разность напряжений обмоток в точности равную нулю, это означает, что и формы напряжений обмоток, и их величины одинаковы (что уже само по себе редкое явление). Но кто поручится, что при изменении напряжения в сети, или изменении тока, потребляемого нагрузкой, формы токов так одинаковыми и останутся? Это не всегда случается даже у однотипных трансформаторов (из-за разброса свойств стали они могут немного по-разному насыщаться), а для трансформаторов разных типов это вообще нереально.
Поэтому давайте не будем рисковать, и не будем создавать себе возможные проблемы, соединяя параллельно обмотки разных трансформаторов!
Бросок тока при включении трансформатора. При включении трансформатора в сеть даже на холостом ходу возникает всплеск тока (пусковой ток, являющийся следствием переходного процесса в трансформаторе), который может превышать номинальный в десятки раз. Длительность пускового тока обычно не превышает 0,02…0,03 секунды, поэтому он не приводит к перегреву обмоток. Однако в этот момент на проводники обмоток действуют значительные электромагнитные силы, которые могут сдвинуть плохо закрепленные витки. С течением времени витки разбалтываются, и акустический шум трансформатора растет.
Другим неприятным последствием пускового тока является перегорание предохранителя в цепи первичной обмотки.
Величина пускового тока определяется как моментом времени включения (по отношению к начальной фазе сетевого напряжения), так и параметрами трансформатора. В частности, повышение числа витков первичной обмотки снижает пусковой ток, что еще раз говорит в пользу применения трансформаторов с пониженной рабочей индукцией. И наоборот, у трансформатора, работающего близко к насыщению, бросок тока при включении может быть очень большим.
Трансформаторы с пониженной рабочей индукцией. Существует мнение (вполне оправданное), что хорошие результаты дает применение в усилителях трансформаторов с пониженной индукцией, работающих практически на линейном участке кривой намагничивания (конец участка А – начало участка В на рис. 9). Действительно, снижение индукции уменьшает потоки рассеяния, а значит и магнитные поля трансформатора, а также снижает пусковой ток. Это достигается увеличением числа витков в обмотках в 1,2…1,3 раза выше номинального. Уменьшение полей рассеяния снижает индуктивность обмоток, но из-за повышения длины провода, возрастает их активное сопротивление, поэтому просадки напряжения под нагрузкой практически не меняются, а вот нагрев обмоток растет. Для нормализации нагрева увеличивают мощность трансформатора, повышая диаметр проводов обмоток.
Таким образом, чтобы получить трансформатор с пониженной рабочей индукцией, необходимо изготовить трансформатор с мощностью в 1,3…1,5 раз больше требуемой, все обмотки которого рассчитаны на напряжение в 1,2…1,3 раза больше необходимого.
Необходимо отметить, что при этом улучшается только работа самого трансформатора, на усилитель это никак не сказывается (если только магнитные поля трансформатора не действуют на усилитель, но к этому необходимо стремиться в любом случае). Поэтому затраты на такой специальный трансформатор практически никогда не окупаются (кроме техники очень высокого качества, там применение подобного трансформатора не только оправдано, но и зачастую просто необходимо), а в конструкциях начинающих радиолюбителей – наверняка. Поэтому "низкоиндукционный" трансформатор имеет смысл применять, если он уже есть, а если его нет, то и не надо.
Подмагничивание сердечника постоянным током. Трансформатор – устройство, предназначенное для работы на переменном токе (причем только своей, или близкой к ней частоты – если частота тока сильно отличается от номинальной, он может работать хуже или не работать вообще). Постоянный ток он не преобразует, потому что ЭДС в обмотках наводится только изменяющимся магнитным полем, которое получается, если ток переменный. И на постоянный ток не влияет индуктивность обмоток. Поэтому если на трансформатор подать 220 вольт постоянного тока, трансформатор сгорит – активное сопротивление первичной обмотки маленькое, и ток будет огромным.
А что случится, если через обмотку все же протекает постоянный ток? На переменном токе даже очень большие токи обмоток практически не изменяют рабочий магнитный поток, так как влияния первичной и вторичной обмоток взаимно компенсируются. На постоянном токе взаимодействия обмоток и взаимной компенсации токов не происходит. Постоянный ток создаст ничем не компенсируемое магнитное поле, которое будет подмагничивать сердечник, изменяя индукцию в нем. Если это поле достаточно велико, то сердечник начнет насыщаться со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Так что появления постоянного тока (заметной величины) в трансформаторе следует избегать. Исключение составляют выходные трансформаторы ламповой техники – в них предусмотрен зазор в сердечнике для исключения насыщения. Но и в таком случае трансформатору работать не очень комфортно.
Источник: Рогов И.Е. Конструирование источников питания звуковых усилителей. – Москва: Инфра- Инженерия, 2011. – 160 с.
Трансформатор тока – важный элемент релейной защиты. Он питает цепи защиты током сети и выполняет роль датчика, через который поступает информация к измерительным органам устройств релейной защиты.
2.1. Принцип действия
Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в силовую цепь. Вторичная обмотка замыкается на сопротивление нагрузки Z Н – последовательно включенные реле и приборы.
Ток I 1 , протекая по обмотке, создаёт магнитный поток Ф 1 = I w 1 , под воздействием этого потока во вторичной обмотке наводиться ЭДС Е2. По обмотке протекает ток I 2 .
Если не учитывать потерь то:
, (2.1)
где 
– витковый коэффициент трансформации.
В заводских материалах на трансформаторы тока указывают номинальный коэффициент трансформации 
. Если не учитывать потери, то n в = n т .
В действительности же I 2 отличается от расчетного значения. Часть тока I 1 тратиться на создание намагничивающего потока:
(2.2)
Если разомкнуть вторичную обмотку, магнитный поток в магнитопроводе резко возрастет. Магнитопровод быстро расплавится. Кроме того на вторичной разомкнутой обмотке появиться высокое напряжение, достигающие десятков киловольт. Вторичная обмотка обязательно должна быть заземлена – если произойдет пробой изоляции, то при заземленной вторичной обмотке получится короткое замыкание, защитная аппаратура отключит поврежденный трансформатор, заземление вторичной обмотке делается прежде всего для обеспечения техники безопасности.
Причиной погрешностей в работе трансформаторов тока является ток намагничивания. Чрезмерно большие погрешности могут вызвать неправильные действия релейной защиты, поэтому стараются уменьшить ток намагничивания.
2.2. Параметры, влияющие на уменьшение намагничивающего тока
Ток I нам состоит из активной и реактивной составляющих.
I а.нам – обусловлена активными потерями на гистерезис и от вихревых токов в магнитопроводе трансформатора тока.
I р.нам – создает магнитный поток, который индуктирует во вторичной обмотке ЭДС Е2.
Для уменьшения I а .н ам магнитопровод выполняется из шихтованной стали.
При насыщении I нам возрастает значительно быстрее, чем поток Фт , что вызывает резкое увеличение погрешностей. (см. рис. 2.2.1 – характеристика намагничивания трансформатора тока.)
Для ограничения погрешностей нужно уменьшить Фт :
Этого можно добиться, либо снизив ток I 2 за счет подбора соответствующего коэффициента трансформации (повысить n т для снижения кратности максимального первичного тока 
), либо уменьшив сопротивление нагрузки вторичной обмотки Z н .
Требования к точности трансформаторов тока, питающих релейную защиту
Погрешность трансформаторов тока по току ( D I ) не должна превышать 10%, а по углу ( d ) – 7 ° .
Эти требования обеспечиваются, если I нам £ 0,1 I 1 .
Для каждого типа трансформаторов тока имеются определённые значения К1макс и Z н , при которых погрешность e будет равна 10%. Поэтому исходными величинами для оценки погрешности являются I 1макс и Z н :
где Z п – сопротивление проводов,
Z р – сопротивление реле.
Для упрощения в расчетах сопротивления суммируются арифметически.
Предельные значения К1макс и Z н из условия 10% погрешности дают заводы, изготавливающие трансформаторы тока.
Выпускаются трансформаторы тока следующих классов точности: 0,5;1;3;10 (для подсоединения к ним измерительных приборов) и Р (для релейной защиты).