多绕组变压器¶
Multiple Winding Transformers
多绕组变压器可以具有两个或更多的初级或次级绕组，以允许不同电压和电流的组合。
多绕组变压器
多绕组变压器可以具有两个或更多一次绕组primary winding或二次绕组secondary windings，以允许不同电压和电流的组合。
多绕组变压器通常在一次侧设有一个绕组，并在二次侧设有两个或更多绕组。但变压器的魅力在于，它们允许一次侧或二次侧配置不止一个绕组。具有多于一个绕组的变压器通常被称为多绕组变压器。
多绕组变压器的工作原理与普通变压器相同。一次绕组和二次绕组的电压、电流和匝比的计算方法完全相同，这次的不同之处在于，当我们将各绕组连接在一起时，需要特别注意各绕组的电压极性，即使用点记号标示绕组的正（或负）极性。
多绕组变压器（也称为多线圈或多绕组变压器）是在同一叠片铁芯上包含多个一次绕组或多个二次绕组的变压器，因此得名。它们既可以是单相变压器，也可以是三相变压器（多绕组、多相变压器），其工作方式相同。
多绕组变压器还可用于在各绕组之间提供升压、降压或两者兼具的功能。事实上，多绕组变压器可在同一铁芯上具有多个二次绕组，每个绕组可输出不同电压或电流等级。
由于变压器基于互感原理工作，多绕组变压器的每个绕组每匝电压相同，因此各绕组的伏安乘积相同，即
其中 \(N_P\) 和 \(N_S\) 分别为一次绕组和某一二次绕组的匝数， \(V_P\) 和 \(V_S\) 分别为对应绕组的电压。
在电子电路中，常常使用一台变压器为不同元件提供多种低电压电源。多绕组变压器的典型应用包括电源供应和可控硅（Triac）开关转换器。因此，一台变压器可以具有多个彼此电气隔离的二次绕组，就像它们与一次绕组相互隔离一样。每个二次绕组将根据其匝数产生相应比例的电压输出。
多绕组变压器¶
Multiple Winding Transformer
上图展示了一个典型的“多绕组变压器”示例，它具有多个二次绕组，可提供不同电压等级。一次绕组既可单独使用，也可将多个一次绕组并联或串联，以适应更高的电源电压。
二次绕组亦可按不同方式组合接线，以输出更高的电压或电流。但需注意，只有当两个绕组在电气参数上完全相同时，才能并联连接——也就是说，它们的电压和电流额定值必须相同。
双电压变压器¶
市面上有一种多绕组变压器，具有两组电压、电流额定值相同的一次绕组，以及两组电压、电流额定值相同的二次绕组。此类变压器的设计允许将绕组按串联或并联方式接线，以实现更高的一次侧电压或更大的二次侧电流输出。这种多绕组变压器通常被称为双电压变压器Dual Voltage Transformers。
双主双副变压器
Dual Primary & Dual Secondary Transformer
此处该变压器具有两个一次绕组和两个二次绕组，共四个绕组。对于双电压变压器，必须正确接线到一次绕组或二次绕组；若接线不当，可能形成死短路，通常会在通电时摧毁变压器。
正如前面所述，双电压变压器可连接在不同电压等级的电源上运行，因此得名“双电压变压器”。例如，假设一次绕组的电压额定值为 \(240/120\,\mathrm{V}\)，二次绕组的电压额定值为 \(12/24\,\mathrm{V}\)。为此，两个一次绕组每个额定 \(120\,\mathrm{V}\)，两个二次绕组每个额定 \(12\,\mathrm{V}\)。变压器必须接线，使每个一次绕组都能承受正确的电压。请考虑下图电路。
串联二次绕组变压器¶
Series Connected Secondary Transformer
在本例中，两个额定为 \(120\mathrm{V}\)的一次绕组因完全相同，串联后接于 \(240\mathrm{V}\) 电源上。电源电压被平分，每个绕组承受 \(120\mathrm{V}\)，且相同的一次电流流过两者。
两个额定为 \(12\mathrm{V};2.5\mathrm{A}\)的二次绕组也以串联方式连接，二次端电压等于两者电压之和：
由于串联时电流相同，二次电流保持为 \(2.5\mathrm{A}\)，因此此时的输出额定值为
\(24\,\mathrm{V},\quad2.5\,\mathrm{A}\).下面将讨论二次绕组并联连接的情况。
并联二次绕组变压器¶
Parallel Connected Secondary Transformer
在此例中，我们保持两个一次绕组不变，但将两个二次绕组按照点标记法并联连接。如前所述，两个二次绕组均额定 \(12\mathrm{V};2.5\mathrm{A}\)，因此二次端电压仍为 \(12\mathrm{V}\)，但电流相加。对于并联连接的二次绕组，本例中的输出额定值为 \(12\mathrm{V};5.0\mathrm{A}\)。
当然，不同的双电压变压器会产生不同的二次电压和电流，但原理相同。二次绕组必须正确连接，才能获得所需的电压或电流输出。
绕组上的点标记用于指示具有相同相位关系的端子。例如，将两个二次绕组以相反点标记并联，会导致两者磁通相互抵消，输出电压为零或损坏变压器。
中点抽头多绕组变压器¶
Center Tapped Multi Winding Transformers
只有一个二次绕组并在电气中点处抽头的双电压变压器，称为中点抽头变压器。中点抽头变压器设计用于提供两个带公共端的独立二次电压 \(V_A\) 和 \(V_B\)，形成二相三线供电。
各二次绕组产生的电压与一次绕组电压 \(V_P\) 成比例，因此每个绕组的功率相同。每个二次绕组端电压由其匝数比决定，如图所示。
Center-tap Multiple Winding Transformers
上图展示了一个典型的中点抽头变压器。二次绕组的抽头正好位于绕组的电气中点，为两个相等但极性相反的二次电压提供公共连接。将中点抽头接地后，相对于地，输出电压 \(V_A\) 为正，而另一个二次绕组的电压 \(V_B\) 则为负，二者相位相差 \(180^\circ\)。
然而，使用未接地的中点抽头变压器有一个缺点：由于不平衡负载会在共有第三端口流过不对称电流，可能导致两侧二次绕组电压不平衡。
我们也可以利用上文所述的双电压变压器来构造中点抽头变压器。将两个二次绕组串联后，可将它们之间的连接点作为抽头，如下图所示。如果每个二次绕组的输出电压为 V，则整个二次侧的总输出电压为2V
Center-tap Transformer using Multiple Winding Transformers
多绕组变压器在电力和电子电路中有多种用途。它们可以为不同的负载提供不同的二次绕组电压；也可以将绕组按串联或并联方式组合，以提供更高的电压或电流；或将二次绕组串联在一起，以构成中点抽头变压器。
在下一节关于变压器的教程中，我们将研究自耦变压器的工作原理，并看到它们只有一个主要的一次绕组，而没有独立的二次绕组。
多绕组变压器总结¶
-
多绕组变压器概念
-
在同一铁芯上可配置多个一次绕组或多个二次绕组，灵活提供不同电压、电流输出。
-
各绕组间的匝数比与普通变压器相同，满足：
-
-
串联／并联接线原则
-
串联
-
串联一次绕组可在较高电压（例如 240 V）下运行；串联二次绕组可获得更高输出电压。
-
串联时电压相加：
-
- 串联时电流不变，与单个绕组额定电流相同。
- **并联**
- 并联一次绕组可增大额定电流；并联二次绕组可获得更大输出电流。
- 并联时电压不变，与单个绕组额定电压相同。
- 并联时电流相加：
-
双电压变压器
-
具有两组相同规格的一次绕组和两组相同规格的二次绕组。
-
通过串联／并联接线，可在 120 V/240 V 或 12 V/24 V 等电压等级间切换，满足不同应用需求。
-
-
点标记法（Dot Convention）
-
在各绕组的同相端打“•”标记，非点端不标记。
-
同相端间相位相同，异端连接可实现相位反转（180°）。
-
保证串并联接线时电压、电流的相位关系正确，避免短路或零输出。
-
-
中点抽头变压器
-
在二次绕组中点抽取公共端，可得到两个极性相反的等幅度电压。
-
中点接地后，相对于地分别得到正负输出，常用于双极性电源。
-
缺点：若不平衡负载会在公共端产生不对称电流，导致两侧电压失衡。
-
-
三相中性点对比
-
单相中点抽头：来自单绕组中点的抽头，需要专门设计。
-
三相中性点：Y 接法下三相绕组共同点，自然形成且三相相电压矢量和为零。
-
两者概念不同，不可混用。
-
附录¶
点标记法¶
点记号法（Dot Convention）详解
变压器或电感器绕组的点记号法，用来标示各绕组端点的瞬时极性关系，便于判断电压、电流的相位和正确接线。
1. 点记号的定义¶
-
在各绕组首尾端子的一侧，用“•”或“○”标注为“点端”（dotted end），另一端不标点称“非点端”。
-
标记规则：无论绕组在初级（一次绕组）还是次级（二次绕组），在同一铁芯上的所有绕组，凡在同相位的一侧都要打点，形成“同相端”。
2. 电压与电流的相位关系¶
- 设一次绕组电压为 \(v_P(t)\)，二次绕组电压为 \(v_S(t)\)，它们的瞬时值与绕组匝数成正比：
- 若一次绕组和二次绕组的“点端”同时为瞬时正极，则两者电压相量同相：
- 相反，若一次绕组的点端与二次绕组的非点端相连，则二次绕组电压相量相位反转：
3. 电流相位判断¶
-
当绕组中流入点端的电流为正方向时，磁通方向与绕组感应电动势的极性一致。
-
由能量守恒可知，若一次绕组电流 i_P 流入点端，则次级绕组电流 i_S 必须从点端流出，且满足
以保持伏安平衡（VA 平衡）：
4. 串联／并联接线规则¶
-
同极性串联
- 要求“点端”与“点端”相连，另一对非点端相连，此时各绕组电压同相叠加。
-
异极性串联
- 将一个绕组的点端与另一个绕组的非点端相连，此时电压相反，实际输出电压为两者之差。
-
并联接线
- 并联绕组的点端要并联在一起，非点端也并联，保证各绕组电压同相且匝数相同。
5. 举例说明¶
假设有两组相同匝数的二次绕组 S1 和 S2：
·───┐ ┌───·
[S1] [S2]
·───┘ └───·
- 同极性串联：左图两点端相连，中间不标点端相连；总电压
- 异极性串联：左图一个点端连另一绕组非点端；总电压
6. 注意事项¶
-
点记号本身不代表高压或低压绕组，仅指示相位极性。
-
在绘制或接线时，务必核对所有绕组的点端位置，避免因极性接反造成过压或短路故障。
-
多相（如三相）多绕组变压器，其各相绕组也需遵循相同的点记号原则，以保持三相电压的相位关系（120°）。
单词表¶
| 英文术语 | 中文翻译 |
| Multiple Winding Transformer | 多绕组变压器 |
| primary winding | 一次绕组 |
| secondary winding | 二次绕组 |
| voltage rating | 电压额定值 |
| current rating | 电流额定值 |
| series connection | 串联 |
| parallel connection | 并联 |
| dual voltage transformer | 双电压变压器 |
| center-tap transformer | 中点抽头变压器 |
| dot orientation | 点标记法 |
| turns ratio | 匝比 |
| volt-ampere (VA) | 伏安 (VA) |
| mutual induction | 互感原理 |
| laminated core | 叠片铁芯 |
| step-up | 升压 |
| step-down | 降压 |
| tap | 抽头 |
| grounded | 接地 |
| ungrounded | 未接地 |
| magnetic flux | 磁通 |
| supply voltage | 电源电压 |
| output voltage | 输出电压 |
| output current | 输出电流 |
| 180° out-of-phase | 相位相差180° |
| unsymmetrical currents | 不对称电流 |
声明¶
本文翻译自 electronics-tutorials
本文仅供学习，禁止用于任何的商业用途。