Коэффициент трансформации это

Содержание

Как рассчитать коэффициент трансформации

Коэффициентом трансформации «k» называется отношение напряжения U1 на концах первичной обмотки трансформатора к напряжению U2 на выводах его вторичной обмотки, определенному на холостом ходу (когда вторичных обмоток несколько, то коэффициентов k – тоже несколько, они определяются в этом случае по очереди). Это отношение принимается равным соотношению количеств витков в соответствующих обмотках.

Величина коэффициента трансформации легко вычисляется путем деления показателей ЭДС обмоток исследуемого трансформатора: ЭДС первичной обмотки — на ЭДС вторичной.

Коэффициент трансформации имеет очень важное значение как величина, при помощи которой вторичная обмотка приводится к первичной. В эксплуатационных условиях имеет большое значение коэффициент трансформации напряжения, под которым понимают отношение номинальных напряжений трансформатора.

Для однофазных трансформаторов между коэффициентами трансформации ЭДС и напряжений нет разницы, но в трехфазных трансформаторах следует строго различать их друг от друга.

В идеале потери мощности (на токи Фуко и на нагрев проводников обмоток) в трансформаторе полностью отсутствуют, поэтому и коэффициент трансформации для идеальных условий рассчитывается простым делением напряжений на выводах обмоток. Но ничего идеального в мире нет, поэтому иногда необходимо прибегать к замерам.

В реальности мы всегда имеем дело с повышающим или с понижающим трансформатором. У трансформаторов напряжения повышающих коэффициент трансформации всегда меньше единицы (и больше нуля), у понижающих — больше единицы. То есть коэффициент трансформации свидетельствует о том, во сколько раз ток вторичной обмотки под нагрузкой отличается от тока первичной обмотки, или во сколько крат напряжение вторичной обмотки меньше подаваемого на первичную обмотку.

Например, понижающий трансформатор ТП-112-1 имеет по паспорту коэффициент трансформации 7,9/220 = 0,036, значит номинальному току (по паспорту) вторичной обмотки в 1,2 ампера соответствует ток первичной обмотки 43 мА.

Зная коэффициент трансформации, измерив его например двумя вольтметрами на холостом ходу, можно убедиться в правильности соотношения количеств витков в обмотках. Если зажимов несколько, то измерения проводят на каждом ответвлении. Измерения такого рода помогают обнаруживать поврежденные обмотки, определять их полярности.

Есть несколько путей определения коэффициента трансформации:

путь непосредственного измерения напряжений вольтметрами;

методом моста переменного тока (например портативным прибором типа «коэффициент» для анализа параметров трехфазных и однофазных трансформаторов);

по паспорту данного трансформатора.

Для нахождения реального коэффициента трансформации традиционно применяют два вольтметра . Номинальный коэффициент трансформации рассчитывают путем деления значений напряжений, измеренных на холостом ходу (они и указаны в паспорте на трансформатор).

Если проверяется трехфазный трансформатор, то измерения следует провести для двух пар обмоток с наименьшим током КЗ. Когда трансформатор имеет выводы, часть которых скрыта под кожухом, то значение коэффициента трансформации определяется только для тех концов, которые доступны снаружи для присоединения приборов.

Если трансформатор однофазный, то рабочий коэффициент трансформации легко рассчитать, разделив напряжение приложенное к первичной обмотке, на в этот же момент измеренное вольтметром напряжение на вторичной обмотке (с подключенной нагрузкой ко вторичной цепи).

Применительно к трехфазным трансформаторам, данная операция может быть выполнена различными путями. Первый путь — подача на высоковольтную обмотку трехфазного напряжения от трехфазной сети, или второй путь — подача однофазного напряжения только на одну высоковольтную обмотку из трех, без выведения или с выведением нулевой точки. В каждом варианте измеряют линейные напряжения на одноименных зажимах первичных и вторичных обмоток.

В каждом случае нельзя подавать на обмотки напряжение существенно превосходящее номинальное значение, указанное в паспорте, ведь тогда погрешность измерения окажется высокой из-за потерь даже на холостом ходу.

Наилучший метод — измерение соотношений напряжений между вторичной и первичной обмотками с применением высокоточных вольтметров (класса точности максимум 0,5). Еще лучше, если есть возможность, применять специальный прибор типа «коэффициент-3» — универсальный измеритель коэффициента трансформации, который не потребует присоединения к трансформатору дополнительных источников сетевого напряжения.

Для анализа трансформаторов тока, для расчета его коэффициента трансформации, собирают цепь, где ток величиной от 20 до 100 % номинала пропускают по первичной обмотке трансформатора, при этом измеряется и вторичный ток.

Так и находят коэффициент трансформации трансформатора тока опытным путем: численную величину заданного первичного тока I1 делят на значение измеренного тока во вторичной обмотке I2. Это и будет коэффициент трансформации трансформатора тока. Найденное значение сравнивают с паспортным, если паспорт имеется.

Трансформатор тока с несколькими вторичными обмотками может быть опасен. Прежде чем начинать измерения, все вторичные обмотки трансформатора тока закорачивают, иначе в них может навестись ЭДС, измеряемая киловольтами, что опасно для жизни человека и для оборудования. Большинство трансформаторов тока требуют заземления магнитопровода, для этого на их корпусах есть специальная клемма, обозначенная буквой «З» — заземление.

Коэффициент трансформации тока и примеры его расчетов

Все трансформаторы тока обладают рядом характеристик, которые позволяют использовать устройство в той или иной ситуации в зависимости от индивидуальных целей. Выбор конкретного трансформирующего прибора обусловлен в том числе и коэффициентом трансформатора тока. Как рассчитать эту величину и применить ее на практике? Рассмотрим основные виды трансформаторов этого типа.

Базовая классификация устройств трансформаторного тока

Это очень большая группа приборов, которая может делиться на различные группы. Среди самых распространенных:

  1. Классы по способу установки:
  • Монтируемые на поверхности или опорные трансформаторы.
  • Проходные, которые крепятся к шинопроводу и играют роль изолятора.
  • Шинные, прикрепленные к шине, выполняющей функцию первичной обмотки.
  • Встроенные, устанавливаемые устройствах силового типа, а также баковых выключателях.
  • Разъемные, оперативно устанавливающиеся на кабелях и не требующие отключения цепи.

Трансформатор тока: а) — устройство трансформатора тока.

  • Классы по типологическим особенностям изоляции:
  • С изоляцией литого типа, в качестве которой используется эпоксидная смола и специальные изолирующие лаки.
  • Помещенные в корпус из пластмассы.
  • Имеющие высокоэффективную твердую полимерную, бакелитовую или фарфоровую изоляцию.
  • Изолированные вязкими составами, обладающими обволакивающими свойствами.
  • Масляные, изолированные специальными составами.
  • Газонаполненные, использующиеся для высоких и сверхвысоких напряжений.
  • А также смешанная бумажно-масляная изоляция с внушительным ресурсом эффективности.

Трансформаторы тока с литой изоляцией: а) — многовитковый, б) — одновитковый, в) — шинный

Классификация в зависимости от коэффициента трансформации ↑

Еще один немаловажный момент при выборе нужного трансформатора — это коэффициент трансформации тока (Кт).

По количеству коэффициентов трансформаторы тока можно определять как:

  • Одноступенчатые, имеющие всего один коэффициент трансформации.
  • Многоступенчатые, имеющие два и более Кт. Еще их называют каскадными. Большее число Кт получается в результате изменения количества витков в обмотках, а также при наличии вариативности, то есть нескольких вторичных обмоток.
Читайте также:  Обзор узм-50ц: что это за аппарат и как его подключить

Как выбрать трансформатор тока по коэффициенту трансформации? ↑

При выборе такого типа трансформаторных устройств существует ряд определенных ограничений и правил установки дополнительного оборудования. Так, например, установка трансформатора тока, который имеет завышенный Кт, не желательна. При повышенном коэффициенте допускается установка приборов учета непосредственно на приемном вводе. Если же речь о силовых приборах трансформации, то счетчики следует монтировать со стороны напряжения с самым низким значением.

Сегодня на рынке самыми популярными являются именно трансформаторы с одним КТ, так как этот показатель у устройства гарантированно не меняется на протяжении всего времени эксплуатации.

Инженерный центр «ПрофЭнергия» имеет все необходимые инструменты для качественного проведения испытания машин постоянного тока, слаженный коллектив профессионалов и лицензии, которые дают право осуществлять все необходимые испытания и замеры. Оставив выбор на электролаборатории «ПрофЭнергия» вы выбираете надежную и качествунную работу своего оборудования!

Если хотите заказать испытания машин постоянного тока или задать вопрос, звоните по телефону: +7 (495) 181-50-34 .

Как определить коэффициент трансформации самостоятельно? ↑

Как правило такие параметры обязательно указываются в документации, прилагающейся к трансформатору, а также в обязательном порядке обозначаются на оборудовании или корпусе устройства. Но бывает, что Кт трансформатора тока необходимо определить самостоятельно, имея только данные, полученные эмпирическим путем. Как это сделать?

Через первичную обмотку такого устройства необходимо пропустить ток, замкнув накоротко вторичную обмотку. Затем соответствующим прибором нужно измерить величину электрического тока, который проходит во время эксперимента по вторичной обмотке.

Первичная и вторичная обмотки.

После этого, следует значение первичного тока, которое было подано на первичную обмотку, разделить на значение тока, полученное в результате наших замеров во вторичной обмотке. Частное и будет искомым коэффициентов трансформации.

Особенности расчетов коэффициента трансформации ↑

Расчет отношений первичного и вторичного токов может вестись в двух направлениях в зависимости от задач, которые стоят перед специалистом.

Коэффициент трансформации трансформатора тока можно разделить на:

  • действительное значение (N);
  • номинальное значение (Nн).

В первом случае мы находим соотношение действительного первичного тока к действительному вторичному току. Во втором — отношение номинального первичного тока к номинальному.

К примерам стандартных величин коэффициента ТТ можно отнести: 150/5 (N=30), 600/5 (N=120), 1000/5 (N=200) и 100/1 (N=100).

Примеры расчетов ↑

Рассмотрим принцип расчета потребления на примере трансформатора тока с коэффициентов трансформации 100/5. Как определить коэффициент трансформации трансформатора тока? Если вы сняли показания счетчика по учету электроэнергии и значение показаний оказалось равно 100 кВт/часов, при этом прибор используется с трансформатором 100/5. То расчет фактического потребления не пониженных значений следует производить следующим образом:

Сперва следует узнать во сколько раз ваш трансформатор снижает ток нагрузки. Для этого нужно просто 100 разделить на 5 — вы получите значение коэффициента — 20.

Узнать реально существующий расход электроэнергии можно, взяв коэффициент и умножив его на значение вашего прибора учета, то есть на 100 кВт. Реальное потребление составило 2000 кВт/часов.

Особенности значений, получаемых при измерении коэффициента трансформации ↑

Измеряя коэффициент трансформации ТТ, следует знать, что допустимые отклонения полученного значения от прописанных в документации или показателей аналогичного полностью исправного прибора не должны быть более 2 процентов.

Особенностью замеров у встроенных устройствах является то, что все показания снимаются только на ответвлениях, которые являются рабочими. Остальные же части обмоток в расчет не берутся и не проверяются.

Разделительное трансформирующее устройство на вторичной обмотке может создавать напряжение около 5В, а значение тока должно быть около 1000А.

На что еще обратить внимание при выборе трансформатора? ↑

Не забывайте, что любое оборудование также имеет свой срок «годности». Потому, при покупке обязательно проверьте год и квартал выпуска вашего трансформатора. Напомним, что межповерочные интервалы у всех ТТ должны составлять не более 4 лет с момента изготовления.

Разновидности трансформаторов тока.

Чтобы избежать покупки просроченного оборудования, обязательно сверьте данные, которые указаны в паспорте изделия и на шильдике, закрепленном на корпусе трансформатора. Они должны полностью совпадать.

Если вы приобретаете трехфазный счетчик, то с момента выпуска и до пломбировки должно пройти не более года иначе вам придется потратить дополнительные средства, оплачивая государственную проверку или покупку более «свежего» прибора учета. Чтобы проверить дату, обратите внимание на свинцовую пломбу — там указан квартал выпуска римскими цифрами.

Что такое коэффициент трансформации

При использовании различных типов трансформаторов, а также счетчиков электрической энергии нередко возникает вопрос, что такое коэффициент трансформации. По своей сути, данный параметр представляет собой техническую величину. В качестве примера можно взять счетчик электроэнергии прямого включения, работающий с малыми токами нагрузки. Однако токи, которые нужно измерить, имеют гораздо более высокое значение. Их требуется уменьшить, чтобы прибор учета не сгорел. С этой целью используются трансформаторы тока, подбираемые в соответствии с нагрузкой потребителя, а также силовой трансформатор. В связи с этим, коэффициент трансформации может быть разным, в зависимости от оборудования, установленного в квартире.

Счетчик, работающий через трансформатор, учитывает не реальное значение потребленной электроэнергии, а той, которая понижена тока в определенное количество раз. Эти разы и будут коэффициентом трансформации. Данная величина показывает во сколько раз входной ток или напряжение, больше или меньше такого же параметра на выходе.

Основной параметр трансформатора

Основной характеристикой любого трансформатора является коэффициент трансформации. Он определяется как отношение количества витков первичной обмотки к числу витков во вторичной обмотке. Кроме того, эта величина может быть рассчитана путем деления соответствующих показателей ЭДС в обмотках.

Формула

При наличии идеальных условий, когда отсутствуют электрические потери, решение вопроса, как определить коэффициент, осуществляется с помощью соотношения напряжений на зажимах каждой из обмоток. Если в трансформаторе имеется больше двух обмоток, данная величина рассчитывается поочередно для каждой обмотки.

В понижающих трансформаторах коэффициент трансформации будет выше единицы, в повышающих устройствах этот показатель составляет от 0 до 1. Фактически этот показатель определяет во сколько раз трансформатор напряжения понижает подаваемое напряжение. С его помощью можно определить правильность числа витков. Данный коэффициент определяется на всех имеющихся фазах и на каждом ответвлении сети. Полученные данные используются для расчетов, позволяют выявить обрывы проводов в обмотках и определить полярность каждой из них.

Определить реальный коэффициент трансформации тока трансформатора можно с использованием двух вольтметров. В трансформаторах с тремя обмотками измерения выполняются как минимум для двух пар обмоток с наименьшим током короткого замыкания. Если некоторые элементы трансформатора и ответвления закрыты кожухом, то определение коэффициента становится возможным только для зажимов обмоток, выведенных наружу.

В однофазных трансформаторах для расчета рабочего коэффициента трансформации используется специальная формула, в которой напряжение, подведенное к первичной цепи, делится на одновременно измеряемое напряжение во вторичной цепи. Для этого нужно заранее знать, в чем измеряется каждый показатель.

Запрещается подключение к обмоткам напряжения существенно выше или ниже номинального значения, указанного в паспорте трансформатора. Это приведет к росту погрешностей измерений вследствие потерь тока, потребляемого измерительным прибором, к которому подключается трехфазный трансформатор. Кроме того, на точность измерений влияет ток холостого хода. Для большинства устройств разработана специальная таблица, где указаны довольно точные данные, которые можно использовать при расчетах.

Читайте также:  Схема установки электросчетчика

Измерения должны проводиться вольтметрами с классом точности 0,2-0,5. Более простое и быстрое определение коэффициента возможно с помощью специальных универсальных приборов, позволяющих обойтись без использования посторонних источников переменного напряжения.

Коэффициент трансформации электросчетчика

Величина коэффициента трансформации широко применяется для приборов учета электроэнергии. Эти данные необходимы для правильного выбора электросчетчика и дальнейших расчетов реального энергопотребления. С этой целью используется дополнительный показатель – расчетный коэффициент учета.

Для того чтобы определить данную величину с прибора учета электроэнергии снимаются показания и умножаются на коэффициент трансформации подключенного трансформаторного устройства. Например, решая задачу, как найти нужный показатель, 60 кВт/ч нужно умножить на коэффициент, равный 20 (30, 40 или 60). В результате умножения получается 60 х 20 = 1200 кВт/ч. Полученной значение и будет реальным расходом электроэнергии.

Существуют различные виды приборов учета. По своему принципу действия они могут быть одно- или трехфазными. Они не подключаются напрямую, между ними в цепь обязательно включается трансформатор тока. Некоторые конструкции счетчиков предполагают возможность прямого включения. В сетях с напряжением до 380 вольт используются счетчики 5-20 ампер. На счетчик поступает электроэнергия в чистом виде, с постоянным значением.

В настоящее время используются индукционные приборы учета, которые постепенно заменяются электронными моделями. Они считаются устаревшими, поскольку не могут выполнять учет потребленной электроэнергии по разным тарифам. Кроме того, они не могут передавать данные на удаленное расстояние. Поэтому на смену им приходят электронные счетчики, способные напрямую преобразовывать поступающий ток в определенные сигналы. В этих конструкциях отсутствуют вращающиеся части, что способствует существенному повышению их надежности и долговечности. Коэффициент трансформации счетчиков оказывает прямое влияние на точность получаемых данных.

Как определить коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации это

Термин «масштабирование» используется в описании вместо термина «преобразование» с целью акцентировать внимание на том, что трансформаторы не преобразовывают один вид энергии в другой, и даже не один из параметров электрической сети в другой параметр (как иногда привыкли говорить о преобразовании, например, напряжения в ток понижающими трансформаторами). Преобразование — это всего лишь изменение значения какого-либо из параметров цепи в сторону увеличения или уменьшения. И хотя такие преобразования затрагивают практически все параметры электроцепи, принято выделять из них самый «главный» и с ним связывать термин коэффициента трансформации. Это выделение обосновывается функциональным назначением трансформатора, схемой включения к питающей стороне и т. д.

Масштабирование напряжения

Для трансформаторов с параллельным подключением первичной обмотки к источнику энергии интересует, как правило, масштабирование в отношении напряжения, а значит, коэффициент трансформации n выражает отношение первичного (входного) и вторичного (выходного) напряжений :

  • , — входное и выходное напряжения соответственно
  • — ЭДС наводимая в каждом витке любой обмотки данного трансформатора
  • , — число витков первичной и вторичной обмоток
  • , — токи в первичной и вторичной цепях трансформатора
  • , — активные сопротивления обмоток

Если пренебречь падениями напряжений в обмотках, то есть , считать равными нулю, то

Такие трансформаторы еще называют трансформаторами напряжения.

Масштабирование тока

Для трансформаторов с последовательным подключением первичной обмотки к источнику энергии вычисляют масштабирование в отношении силы тока, то есть коэффициент трансформации n выражает отношение первичного (входного) и вторичного (выходного) токов :

Кроме того эти токи связаны еще одной зависимостью

  • , — токи в первичной и вторичной цепях трансформатора
  • , — число витков первичной и вторичной обмоток
  • — ток «холостого хода», состоящий из тока намагничивания и активных потерь в магнитопроводе

Если пренебречь всеми потерями намагничивания и нагрева магнитопровода, то есть считать равным нулю, то

=>

Такие трансформаторы еще называют трансформаторами тока.

Масштабирование сопротивления

Еще одно из применений трансформаторов с параллельным подключением первичной обмотки к источнику энергии — масштабирование сопротивления.

Этот вариант используется, когда не интересует непосредственно само изменение напряжения или тока, а требуется подключить к источнику энергии нагрузку с входным сопротивлением, значительно отличающимся от величин, предъявляемых этим источником.

Например, выходные каскады звуковых усилителей мощности требуют нагрузочное сопротивление выше, чем имеют низкоомные динамики. Другой пример — высокочастотные устройства, для которых равенство волновых сопротивлений источника и нагрузки позволяет получить максимальную выделяемую мощность в нагрузке. И, даже, сварочные трансформаторы, по сути, являются преобразователями сопротивления, в большей мере, чем напряжения, поскольку последнее служит для повышения безопасности работ, а первое является требованием к сопротивлению нагрузки электрических сетей. Хотя сварщику может быть и не важно, каким образом была получена из сети требуемая тепловая энергия для нагрева металла, но вполне понятно, что практически «короткое замыкание» в сети не приветствуется энергоснабжающей стороной.

Соответственно, можно сказать, что масштабирование сопротивления предназначено для передачи мощности из источника в любую нагрузку наиболее «цивилизованным» способом, без «шоковых» режимов для источника и с минимальными потерями (например, если сравнивать трансформаторное масштабирование и простое повышение сопротивления нагрузки с помощью последовательного балластного сопротивления, которое «съест» значительную долю энергии у источника).

Принцип расчета такого масштабирования тоже основан на передаче мощности, а именно, на условном равенстве мощностей: потребляемой трансформатором из первичной цепи (от источника) и отдаваемой во вторичную (нагрузке), пренебрегая потерями внутри трансформатора.

  • , — мощности соответственно потребляемая и отдаваемая трансформатором
  • — потери в самом трансформаторе (в среднем 1-2 % от ), которыми можно пренебречь в данном случае

…..

  • , — входное сопротивление трансформатора вместе с нагрузкой относительно его первичной цепи и входное сопротивление нагрузки во вторичной цепи соответственно (то есть первое — это нагрузка для источника энергии при наличии трансформатора, второе — при отсутствии)

=>=>

Как видно выше, коэффициент трансформации по сопротивлению равен квадрату коэффициента трансформации по напряжению.

Такие трансформаторы иногда называют согласующими (особенно в радиотехнике).

Итоговые замечания

Несмотря на различия в схемах включения, принцип работы самого трансформатора не изменяется и, соответственно, все зависимости напряжений и токов внутри трансформатора будут такими, как показано выше. То есть, даже трансформатор тока, кроме своей «главной» задачи масштабировать силу тока, будет иметь зависимости первичных и вторичных напряжений такие же, как если бы он был трансформатором напряжения, и вносить в последовательную цепь, в которую он включен, сопротивление своей нагрузки, измененное по принципу согласующего трансформатора.

Следует также помнить, что токи, напряжения, сопротивления и мощности в переменных цепях имеют кроме абсолютных значений еще и сдвиг фаз, поэтому в расчетах (в том числе и вышеприведенных формулах) они являются векторными величинами. Это не так бывает важно учитывать для коэффициента трансформации трансформаторов общетехнического назначения, с невысокими требованиями по точности преобразования, но имеет огромное значение для измерительных трансформаторов токов и напряжений.

Для любого параметра масштабирования, если , то трансформатор можно назвать повышающим; в обратном случае — понижающим.

Дополнительные сведения

Особенность учета витков

Трансформаторы передают энергию из первичной цепи во вторичную посредством магнитного поля. За редким исключением так называемых «воздушных трансформаторов», передача магнитного поля осуществляется по специальным магнитопроводам (из электротехнической стали например, или других ферромагнитных веществ) с магнитной проницаемостью намного большей, чем у воздуха или вакуума. Это концентрирует магнитные силовые линии в теле магнитопровода, уменьшая магнитное рассеивание, а кроме того, усиливает плотность магнитного потока (индукцию) в этой части пространства, занятой магнитопроводом. Последнее приводит к усилению магнитного поля и меньшему потреблению тока «холостого хода», то есть меньшим потерям.

Читайте также:  Какую электропроводку лучше провести?

Как известно из курса физики, магнитные силовые линии — концентричные и замкнутые сами на себя «кольца», охватывающие проводник с током. Прямой проводник с током охватывается кольцами магнитного поля по всей длине. Если проводник изогнуть, то кольца магнитного поля с разных участков длины проводника сближаются на внутренней стороне изгиба (подобно витковой пружине, изогнутой набок, с прижатыми витками внутри и растянутыми снаружи изгиба). Этот шаг позволяет увеличить концентрацию силовых линий внутри изгиба и соответственно усилить магнитное поле в той части пространства. Еще лучше изогнуть проводник кольцом и тогда все магнитные линии распределенные по длине окружности «собьются в кучку» внутри кольца. Такой шаг называется созданием витка проводника с током.

Все вышеописанное очень хорошо подходит для трансформаторов без сердечника (либо других случаев с относительно однородной магнитной средой вокруг витков), но абсолютно бесполезно при наличии магнитных замкнутых сердечников, которые, к сожалению, по геометрическим причинам никак не могут заполнить все пространство вокруг обмотки трансформатора. И поэтому, магнитные силовые линии, охватывающие виток обмотки трансформатора находятся в неравных условиях по периметру витка. Одним силовым линиям «повезло» больше и они проходят только по облегченному маршруту магнитопроводника, другим же приходится часть пути проходить по сердечнику (внутри витка), а остальную по воздуху, для создания замкнутого силового «кольца». Магнитное сопротивление воздуха почти гасит такие линии поля и соответственно нивелирует наличие той части витка, которая породила эту магнитную линию.

Из всего вышесказанного и отображенного на рисунке существует вывод — в работе трансформатора с замкнутым ферромагнитопроводом принимает участие не весь виток, а только небольшая часть, которая полностью окружена этим магнитопроводом. Или другими словами — основной магнитный поток, проходящий через замкнутый сердечник трансформатора создается только той частью провода, которая проходит сквозь «окно» этого сердечника. Рисунок показывает, что для создания 2-х «витков» достаточно дважды пропустить провод с током через «окно» магнитопровода, экономя при этом на обмотке.

Коэффициент трансформации

Этим термином обозначают пропорциональность изменения напряжения на выходе вторичной обмотке при подключении соответствующего устройства к источнику питания. Коэффициент трансформации определяет основные параметры трансформатора. Для рабочих расчетов функциональных компонентов и различных вариантов подключения нагрузки применяют специализированные алгоритмы.

Что такое коэффициент трансформации

По классическому определению коэффициентом трансформации трансформатора (Ктр) называют отношение напряжений (Uвых/Uвх) при отсутствии нагрузки. Режим холостого хода подразумевает отсутствие учета влияния подключенных потребителей энергии. Для оценки комбинированных устройств с несколькими вторичными обмотками отдельно рассматривают соответствующее количество коэффициентов.

К сведению. При работе с трехфазными сетями следует учитывать различия между Ктр по напряжению и ЭДС.

Свойства трансформатора

В представленной выше схеме серийного изделия функциональность обеспечивают две катушки индукции, закрепленные на сердечнике из металла. При подключении к источнику питания переменного тока формируется электромагнитное поле, которое создает ток во второй обмотке по базовым законам электродинамики. В упрощенном варианте пренебрегают затратами энергии на повышение температуры проводников и потерями, которые обеспечивают вихревые токи. Для приблизительного расчета применяют формулу:

Ктр = Uвх/Uвых = N1/N2, где N – количество витков в первичной и вторичной обмотках, соответственно.

Масштабирование напряжения

Этот термин подчеркивает суть рассматриваемого явления. Фактически трансформация (преобразование) энергии в данном случае не происходит. Изменяется в сторону увеличения (уменьшения) определенный параметр. Несмотря на взаимную связь всех базовых компонентов, отдельно рассматривают только важнейший показатель для решения определенной инженерной задачи (напряжение, силу тока или электрическое сопротивление).

Если подключить трансформатор по схеме, показанной на картинке выше, формулу коэффициента трансформации можно определить следующим образом:

Ктр = Uвх/Uвых = (E*N1 + I1*R1)/ (E*N2 + I2*R2),

где:

  • E – электродвижущая сила, которая наводится в одиночном витке;
  • I, R – токи, активные электрические сопротивления (значения для соответствующих обмоток).

Масштабирование силы тока

В этом примере первичную обмотку подключают к источнику питания последовательно через небольшую нагрузку (Ктр = I1/I2). Зависимость токов и количества витков:

В этом выражении Ix – ток холостого хода, который обусловлен отмеченными выше вихревыми явлениями и потерями на повышение температуры магнитопровода. Простым математическим преобразованием можно получить значение коэффициента трансформации через количество витков (без учета сопутствующих энергетических затрат):

Масштабирование сопротивления

В отдельных ситуациях функциональность электротехнического устройства (отдельных блоков) будет определять именно сопротивление подключаемой нагрузки. Наглядный пример – согласование типовых низкоомных динамиков (6-8 Ом) и выходного тракта усилителя мощности звукового диапазона.

При воспроизведении технологии сварки в рабочей области фактически поддерживается режим короткого замыкания. Если не отделить эту часть от источника питания, сеть будет подвергаться чрезмерным нагрузкам. В этой ситуации пригодится трансформатор, который сохраняет путь передачи электроэнергии с одновременным выполнением необходимых защитных функций.

Для этих примеров особое значение приобретает баланс:

В этом выражении приведены обозначения мощностей:

  • W1 – потребления;
  • W2 – передаваемой в нагрузку;
  • Wп – потерь.

Последовательность элементарных преобразований позволит получить следующие выражения, по которым будут вычисляться отдельные параметры:

  • W1 = I1 * U1 = U12/Z1;
  • W2 = I2 * U2 = U22/Z2;
  • с исключением потерь: U12/Z1 = U22/Z2;
  • Ктр (по сопротивлению) = U12/U22 = Z1/ Z2 = Ктр2 (по напряжению).

К сведению. В этих выражениях Z1 (Z2) – это сопротивления нагрузки для источника питания при подключенном трансформаторе или без него, соответственно.

Итоговые замечания

Следует подчеркнуть неизменность воспроизведения трансформатором рабочих процессов в любом из представленных выше примеров. Тип масштабирования будет определяться целевым назначением определенной схемы. В зависимости от необходимости учитывают коэффициент трансформатора по соответствующему параметру (U, I или Z). Способность повышать, понижать или поддерживать равный уровень напряжения объясняется только количеством витков.

К сведению. При расчете измерительной аппаратуры и в других ситуациях для повышения точности учитывают энергетические потери, фазовый сдвиг электрических параметров и влияние внешних факторов.

Коэффициент трансформации трансформатора

Чтобы определить Ктр опытным путем, применяют несколько вольтметров. Рекомендуется использовать однотипные приборы с одинаковым классом точности.

Методики

РисунокТрансформаторИсточник питания
а)однофазныйоднофазный
б)трехфазныйтрехфазная схема возбуждения
в)трехфазныйоднофазная схема возбуждения
г)трехфазныйнулевой вывод, однофазная схема возбуждения

Формула коэффициента трансформации трансформатора

Устройства этой категории не преобразуют энергию в разные виды. Трансформаторы изменяют электрические параметры. Специальным коэффициентом (Ктр) обозначают соответствующий множитель. При выходном напряжении большем, чем входное, Ктр становиться меньше единицы. Такой трансформатор будет называться повышающим. В обратной ситуации (Ктр = 220/ 110 = 2>1) – понижающим.

Виды трансформаторов и их коэффициенты

Для изменения определенных проектом параметров применяют соответствующие схемы включения и расчетные формулы:

  • первичная обмотка подсоединена к источнику питания параллельно (масштабирование по напряжению): Ктрu = Uвх/Uвых = N1/N2;
  • аналогичный способ, но с учетом изменения сопротивления: Ктрz = Uвх2/Uвых2 = Z1/ Z2 = Ктрu2;
  • последовательное подключение для масштабирования силы тока: Ктрi = Iвх/Iвых = N2/N1 (для повышения точности следует добавить энергетические потери, которые определяют в режиме холостого хода).

Особенность учета витков

При рассмотрении отдельных конструкций следует обратить внимание на несколько важных деталей. Энергия передается с помощью электромагнитного поля. Сердечник, созданный из ферромагнитного материала, улучшает распределение силовых линий. Это снижает сопутствующие потери. Однако и в этом случае отдельные линии проходят через воздушную среду. Приходится учитывать взаимное влияние разных витков. Основные полезные функции выполняет часть поля, сформированная во внутреннем пространстве магнитопровода.

Видео

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...