Когда текстильный производитель в Бангладеш принял современное оборудование из Японии, это оборудование было разработано для работы при номинальном напряжении 200 вольт, три фазы. Однако местное напряжение на заводе составляло 400 вольт, три фазы, как это принято в Южной Азии. Обычный понижающий трансформатор изменил бы напряжение на заводе с 400 вольт до 200 вольт, поскольку напряжение на заводе было нестабильным, и падение напряжения до максимума в 370 вольт в пиковые периоды создавало проблемы для 200-вольтовых машин. Было очевидно, что простой понижающий трансформатор здесь не сработает. Вместо этого требовался бустерный трансформатор с отводом на вторичной обмотке. Такой трансформатор предоставляет возможность добавлять или вычитать процент от первичного напряжения и, таким образом, изменять параметры для компенсации падения напряжения. Бустерный трансформатор был настроен на предоставление дополнительных 10 процентов входного напряжения, обеспечивая стабильные 200-220 вольт для ткацких машин независимо от колебаний в подаче. Проблемы с недостаточным напряжением и перегревом прекратились, и завод вернулся к нормальной работе.
Резюме: Бустерный трансформатор используется для изменения напряжения в пределах допустимого диапазона от +5% до -20%, обрабатывая только измененную часть мощности; поэтому он намного меньше и дешевле по сравнению со стандартным трансформатором с равной нагрузкой в кВА. Наиболее подходящие решения для международного рынка — это предварительно сконфигурированные стандартные блоки бустерных трансформаторов, используемые для коррекции напряжения, индивидуальные трансформаторы для промышленных и нестандартных приложений, а также интегрированное оборудование для регулирования напряжения с автоматическими переключателями для случаев нестабильности подачи.
Что делает бустерный трансформатор — и чем он отличается от стандартного понижающего или повышающего трансформатора.
Независимо от того, повышают ли они или понижают напряжение, практически каждый трансформатор состоит из первичной обмотки, вторичной обмотки и магнитного сердечника. Разница между первичной и вторичной обмотками заключается в том, что они не соединены электрически, в то время как напряжение вторичной обмотки является определенной фиксированной пропорцией первичного, которая определяется соотношением витков. Если первичное напряжение изменяется, вторичное также автоматически изменяется. Нет смысла ожидать, что трансформатор будет регулировать входное напряжение: он не делает ничего, кроме как передает колебания входного напряжения на выход. Принцип работы бустерных трансформаторов, однако, отличается. Такие трансформаторы соединены таким образом, что их вторичное напряжение будет либо добавлено к первичному напряжению, либо вычтено из него, таким образом достигая выходного напряжения, которое отличается от входного на определенное значение. Более того, бустерные трансформаторы не предназначены для преобразования всей нагрузки с одного напряжения на другое: их применение ограничивается корректировкой небольшого несоответствия между напряжениями. Например, бустерный трансформатор может изменить входное напряжение 208 вольт на выходное 240 вольт, или преобразовать 480 вольт в 416 вольт, или поддерживать выходное напряжение 400 вольт при входе всего лишь 370 вольт и т.д. Основное экономическое преимущество бустерного трансформатора заключается в том, что вам не нужно приобретать трансформатор, способный обрабатывать всю нагрузку. Вместо этого бустерный трансформатор должен быть способен обрабатывать только разницу между требуемым напряжением и фактическим напряжением питания.
Стандартное соединение для бустерного трансформатора — это автотрансформатор, в котором одна катушка служит как для входа, так и для выхода. Катушка имеет отвод, откуда берется выходное напряжение между концом катушки и отводом. Автотрансформатор очень эффективен в конструкции, так как требует меньше меди, меньше стали для сердечника и меньше изоляции по сравнению с другими изолирующими трансформаторами. Однако он не обеспечивает гальваническую изоляцию между входом и выходом; они соединены через общий проводник, и любая неисправность, происходящая на входе, будет наблюдаться на выходе. Тем не менее, это может не быть проблемой для многих применений в промышленности, поскольку оборудование уже имеет автоматические выключатели, и изоляция не является вопросом безопасности или функциональности. Покупатель должен быть осведомлен об этом ограничении и согласиться с ним. Когда гальваническая изоляция требуется приложением (например, в больнице, в лаборатории или в цепях, где требуется, чтобы выход был изолирован от земли), покупатель должен запросить отдельно спроектированный бустерный трансформатор с изолирующей обмоткой.
Кроме автотрансформатора можно использовать трансформатор с двумя обмотками. Этот вариант предоставляет те же преимущества, что и вышеупомянутые, но имеет полностью изолированную обмотку. Изолированный бустерный трансформатор обладает такой же способностью корректировать напряжение (путем добавления или вычитания процента от входного напряжения), но в то же время обеспечивает гальваническую изоляцию. Изолированные конструкции предназначены для использования в медицинском диагностическом оборудовании, лабораторных инструментах, чувствительных к шуму заземления, в цепях, где требуется плавающее состояние выходного напряжения. Однако изолированный бустерный трансформатор имеет свои недостатки — размер, вес и стоимость. Таким образом, он примерно на 50-80% больше и тяжелее, чем автотрансформатор с таким же номиналом kVA, что означает, что покупатель платит за него больше. Покупатели, которым нужна гальваническая изоляция, должны осознавать этот компромисс, если они решат приобрести изолированный трансформатор; покупатели, которым не нужна изоляция, должны искать другое решение.
Для введения в полный ассортимент типов трансформаторов и их конкретных применений смотрите каталог продукции на Субиан Электрик, который включает бустерные трансформаторы, изолирующие трансформаторы, распределительные трансформаторы и специализированные силовые трансформаторы для мирового рынка.
Где используются бустерные трансформаторы: самые распространенные глобальные применения
Таблица ниже суммирует наиболее распространенные применения для бустерные трансформаторы в различных отраслях и регионах, несоответствие напряжения, которое исправляет трансформатор, и типичная конфигурация, которая указывается.
| Применение | Несоответствие напряжения | Типичная конфигурация бустера |
|---|---|---|
| Преобразование напряжения с 208 В до 240 В в Северной Америке | Коммерческое здание или легкое промышленное предприятие получает трехфазное напряжение 208 В от коммунальных служб, но оборудование HVAC, компрессоры или станки требуют 240 В. Разница в 32 В не может быть исправлена стандартным трансформатором; это классическое применение бустера. | Трехфазный, 208 В до 240 В, подключенный к автотрансформатору. Стандартные предварительно сконфигурированные бустерные трансформаторы доступны у каждого крупного производителя электрооборудования Северной Америки для этой конкретной комбинации напряжений, с номиналами от 0,5 кВА до 15 кВА. |
| Коррекция напряжения на конце линии на длинных распределительных линиях в сельской местности | Клиент на конце длинной распределительной линии получает напряжение, которое ниже номинального значения, особенно в периоды пиковых нагрузок. Коммунальное предприятие устанавливает бустерный трансформатор на столбе или на платформе, чтобы повысить напряжение до номинального уровня. | Однофазный, установленный на столбе или на платформе, заполненный маслом, с автоматическим переключателем отводов. Трансформатор увеличивает напряжение на фиксированный процент, а переключатель отводов регулирует соотношение по мере изменения входного напряжения. |
| Промышленное оборудование, предназначенное для иностранного напряжения | Завод в стране с напряжением 400 В (большинство стран Европы, Азии, Африки) импортирует машину, которая была разработана для 480 В (Северная Америка), или завод в стране с напряжением 480 В импортирует машину, которая была разработана для 400 В. Несоответствие напряжения обычно составляет 10–20%, что находится в диапазоне бустерного трансформатора. | Трехфазный, 400 В до 480 В (или 480 В до 400 В), подключенный через автотрансформатор, рассчитанный на полный ток нагрузки машины и процент повышения напряжения. Трансформатор обычно устанавливается в панели управления машины или в отдельном корпусе рядом с машиной. |
| Стабилизация колеблющегося питания для чувствительного оборудования | В дата-центре, лаборатории или медицинском учреждении есть оборудование, которое не может терпеть колебания напряжения более ±5%, но местное питание колеблется на ±10% или более. Увеличивающий трансформатор с автоматическим переключателем отводов или интегрированный пакет регулировки напряжения исправляет колебания. | Трехфазный, с автоматическим переключателем отводов, реле контроля напряжения и системой управления. Трансформатор контролирует входное напряжение и регулирует коэффициент повышения, чтобы поддерживать выходное напряжение в пределах требуемой допустимой величины. Это премиальное решение для повышения напряжения, и оно дороже, чем устройство с фиксированным коэффициентом, но обеспечивает стабильность напряжения, необходимую для работы оборудования. |
Как правильно рассчитать размер увеличивающего трансформатора
Определение размера увеличивающего трансформатора отличается от определения размера обычного изолирующего трансформатора тем, что первый работает только с равенством части, которая повышается, а не с полной нагрузкой. Процесс расчета размера трансформатора следующий. Начните с оценки тока нагрузки, то есть максимального количества тока, потребляемого рассматриваемой нагрузкой. Учитывая, что в состоянии готовности оборудование будет потреблять только определенное количество, эту информацию можно получить от оборудования или рассчитать простыми вычислениями, имея перед собой кВА или мощность оборудования. Далее вам нужно понять, сколько повышения требуется – сколько дополнительного напряжения необходимо для достижения заданного выходного значения. Например, если на входе вы получаете 208 В и ожидаете 240 В на выходе, вам потребуется 32 В повышения. Если входное значение изменится, то расчет должен быть выполнен с учетом наименьшего возможного значения.
После определения этих переменных вы сможете рассчитать кВА увеличивающего трансформатора, используя следующую формулу: Увеличивающий кВА = (Ток в амперах × Напряжение повышения в вольтах × √3 для трехфазного)/1,000. В случае трехфазной нагрузки 50 ампер и значения повышения 32 В, окончательный кВА трансформатора будет равен кВА = (50 × 32 × 1.732)/1,000 = 2.77 кВА.
Затем вам необходимо проверить следующий доступный рейтинг кВА, который обычно будет выше вашего. В этой ситуации самый маленький трансформатор, который вы можете найти, будет иметь рейтинг кВА 3. Таким образом, клиент, который ошибается, выбирая 20.8 кВА вместо 2.77, заплатит гораздо больше, чем необходимо, просто без причины. Для помощи с конкретным расчетом для любой комбинации напряжения и нагрузки, справочные руководства, опубликованные производителями, такие как Итон изоляции Schneider Electric предоставляют подробные таблицы размеров и примеры, а техническая поддержка в Субиан Электрик может помочь в выборе правильного бустерного трансформатора для любого применения.
Выбор лучшего бустерного трансформатора для ваших конкретных нужд
При определении, какой бустерный трансформатор наиболее подходит для конкретного проекта, помимо необходимых расчетов по размеру, учитываются многие другие факторы. Тип корпуса, а также степень защиты от окружающей среды должны соответствовать месту установки: корпус NEMA 1 подходит для сухого внутреннего электрического помещения; корпус NEMA 3R должен использоваться для работы на открытом воздухе; корпус из нержавеющей стали NEMA 4X требуется для моечных зон на пищевых, молочных или фармацевтических заводах; NEMA 7 или NEMA 9 являются спецификациями для любых опасных (классифицированных) мест, где могут присутствовать горючие газы, пары и пыль. Материал обмоток — медь или алюминий — определяет размер трансформатора, его эффективность и цену. Медь лучше по проводимости и, следовательно, приводит к меньшему и более энергоэффективному трансформатору, в то время как медь стоит дороже, чем алюминий. Трансформатор с алюминиевыми обмотками дешевле и легче, чем с медными, однако его размер и потери энергии больше. Когда устройство нормально загружено, экономия энергии, которую обеспечивает медь, превышает ее цену; однако для трансформатора, который используется периодически, имеет смысл использовать алюминий. Частота должна быть указана правильно: трансформатор, созданный для 60 Гц, будет перегреваться, если использовать его для 50 Гц при том же напряжении, потому что для предотвращения насыщения требуется больший сердечник. Трансформатор на 50 Гц можно использовать на частоте 60 Гц без перегрева, однако потери немного увеличатся. Наконец, следует определить соответствующий стандарт (IEC 60076, IEEE C57.12.01, CSA C9 или местный национальный стандарт), поскольку он устанавливает контрольные процедуры и документацию, которую производитель должен предоставить. Поэтому несертифицированный трансформатор будет отклонен независимо от его характеристик.
Для глобального покупателя, который работает с поставщиками со всего мира, приобретение сертифицированного и протестированного оборудования гораздо важнее, чем получение его электрических характеристик. Уважаемый производитель обязан предоставить документ о протоколе рутинных испытаний для каждого трансформатора. В случае покупки индивидуально разработанного трансформатора или больших партий продукции требуется сертификат типового испытания от независимой лаборатории, гарантийные отчеты для сердечника и материалов обмотки, а также отчет о проверке производства. Покупатель, который приобрел трансформатор без всех этих документов, подвергает себя риску.
Часто задаваемые вопросы
В чем разница между бустерным трансформатором и трансформатором повышающего напряжения?
Преобразователь напряжения повышает напряжение в определенном соотношении или уровне, например, напряжение может быть повышено с 240 В до 480 В, корректируя его до правильного уровня выходного напряжения. Увеличивающий трансформатор может увеличить или уменьшить уровень напряжения на небольшой процент от 5% до 20%. Он предназначен только для работы с этой увеличенной частью нагрузки, но не с полной нагрузкой. Трансформаторы типа бустер обычно меньше по размеру, весу и цене, чем повышающие трансформаторы.
Можно ли использовать бустерный трансформатор в обратном направлении для снижения напряжения?
Да. Бустерный трансформатор можно использовать для снижения или уменьшения напряжения вместо его повышения. Трансформатор с теми же отводами также может быть применен другим способом для применения вторичного напряжения для повышения или снижения его от первичного. Различные соединения показаны в схемах подключения, где установщик может выбрать, какое соединение будет использоваться в приложении.
Обеспечивает ли бустерный трансформатор электрическую изоляцию?
Бустерный трансформатор, который сконфигурирован как автотрансформатор — с одной обмоткой, служащей как первичной, так и вторичной — не обеспечивает электрическую изоляцию между входом и выходом. Если приложение требует изоляции, необходимо указать бустерный трансформатор с изолирующим (двухобмоточным) дизайном, и соединение автотрансформатора не должно использоваться. Покупатель должен подтвердить требование об изоляции перед заказом трансформатора.
Каков типичный срок выполнения заказа для индивидуального бустерного трансформатора?
Индивидуально спроектированный трансформатор (определяемый как трансформатор, который изготовлен в соответствии с конкретными требованиями по значениям входного и выходного напряжения, номиналам кВА или экологическим спецификациям) обычно изготавливается с сроком выполнения от 8 до 14 недель после утверждения производственных чертежей. Напротив, стандартный трансформатор, который доступен на складе или с сроком выполнения от 1 до 3 недель от крупных электрических компаний, представляет собой трансформатор, спроектированный для общих пределов напряжения, таких как 208 В или 240 В.
Ссылки
- Eaton — Руководство по применению трансформаторов Buck-Boost. Производитель стандартных и индивидуальных бустерных трансформаторов с подробными таблицами размеров, схемами подключения и рекомендациями по применению для наиболее распространенных комбинаций напряжений.
- Schneider Electric — Трансформаторы для коррекции напряжения. Производитель бустерных и buck-boost трансформаторов для мирового рынка с технической документацией, охватывающей соединение автотрансформатора, методологию расчета размеров и требования к установке.
- IEEE C57.12.01 — Стандарт общих требований для трансформаторов распределения и мощности сухого типа. Стандарт IEEE, который определяет проектирование, испытания и требования к производительности для трансформаторов сухого типа, включая бустерные и buck-boost устройства.
- IEC 60076 — Силовые трансформаторы. Международная серия стандартов, которая определяет проектирование, испытания и требования к производительности для трансформаторов мощности и распределения, принятая в Европе, Азии, Африке и на Ближнем Востоке.
Лучший бустерный трансформатор для глобального клиента — это тот, который правильно подобран по электрическому току нагрузки и повышающему напряжению, правильно сконфигурирован для входного и выходного напряжения и правильно специфицирован для условий установки и необходимых уровней сертификации. Стандартный, предварительно сконфигурированный трансформатор buck-boost, доступный на складе у известного производителя или специализированного поставщика, является лучшим решением для широкого применения коррекции напряжения — 208V-240V, 240V-208V, 480V-600V — что учитывает большинство аспектов установки бустерных трансформаторов в мире. Индивидуально разработанное решение, произведенное компанией, обладающей возможностями по производству различных моделей, необходимых крупной промышленности, необычного напряжения или в условиях жесткой эксплуатации, является правильным вариантом, если стандартные решения не соответствуют потребностям. Для клиента, которому нужен партнер в распознавании проблемы спецификаций, подбора и выбора, Subian Electric предлагает трансформаторы buck-boost всех номиналов, напряжений и частот вместе с сертификацией, необходимой для удовлетворения потребностей клиента. Дело в том, что трансформатор, компенсирующий несоответствие мощности, стоит недорого, но защищает гораздо более дорогостоящее оборудование пользователя, полагающегося на мощность, предоставляемую трансформатором.