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.
Содержание:
- Базовая классификация устройств трансформаторного тока
- Классификация в зависимости от коэффициента трансформации
- Как выбрать трансформатор тока по коэффициенту трансформации?
- Как определить коэффициент трансформации самостоятельно?
- Особенности расчетов коэффициента трансформации
- Примеры расчетов
- Особенности значений, получаемых при измерении коэффициента трансформации
- На что еще обратить внимание при выборе трансформатора?
Базовая классификация устройств трансформаторного тока
Это очень большая группа приборов, которая может делиться на различные группы. Среди самых распространенных:
- 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.
- 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.
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.
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.
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.
Проверка коэффициента трансформации, методы и приборы для его измерения
Зачем измеряют коэффициент трансформации, методы и приборы для его измерения
Измерение и расчет коэффициента трансформации (Кт) – это функциональное действие, которое не может применяться для определения точности согласно международным стандартам.
В ГОСТ 16110-82: дано определение: «коэффициент трансформации принимают равным отношению напряжений на зажимах двух обмоток трансформатора в режиме холостого хода». Измерение производится без подключенной нагрузки.
Зачем нужно измерять коэффициент трансформации
Проверка коэффициента трансформации позволяет определить правильность числа витков обмоток трансформатора, на всех регулировочных ответветвлениях обмоток и на всех трех фазах.
Совместно с измернием угла сдвига между обмотками измерние коэффициента трансформации поможет выявить сбои в работе трансформатора, определить наличие межвиткого замыкания иои обрыва в цепи.
Полезная информация о коэффициенте трансформации
Проверка коэффициента трансформации позволяет определить правильность числа витков обмоток трансформатора, на всех регулировочных ответветвлениях обмоток и на всех трех фазах.
Коэффициент трансформации для трехобмоточного трансформатора бывает трех соотношений напряжения: высшего и низшего, высшего и среднего, среднего и низшего.
Для фазного и линейного напряжения трехфазного трансформатора, Кт отличается в √3, (корень из трех раз). А это означает, что в протоколе испытаний обязательно указывается какие, фазные или линейные напряжения измерялись при определении Кт.
Коэффициент трансформации определяется, как отношение большей величины напряжения к меньшему значению.
Таким образом. Величина Кт вычисляется путем деления значения ЭДС обмоток исследуемого трансформатора: ЭДС первичной на ЭДС вторичной обмотки. То есть определяется отношением количества витков первичной обмотки к количеству витков вторичной.
Цели и функциональность определения коэффициента трансформации
Коэффициент трансформации измеряется для силовых и измерительных трансформаторов, однако, несмотря на внешнее сходство целей и задачи, назначение измерения различное.
Задачи измерения k для силового трансформатора
Основная задача определения коэффициента трансформации для силового трансформатора с тремя обмотками убедиться в правильности работы РПН, соответсвия числа витков обмотки положениям устройства регулировки под нагрузкой (РПН) или устройства переключения без возбуждения (ПБВ)
Однако при совместном измерении фазового угла между обмотками, k позволяет оценить качество работы силового трансформатора и выявить межвитковое короткое замыкание или присутствие обрывов в электрической цепи.
Задачи проверки k для измерительного трансформатора
Цель измерения k для измерительных трансформаторов, в принципе таже самая, что и для силового трансформатора. Выявляются отклонения значений напряжения и тока со спецификацией, определяются внутренние неполадки: обрыв цепи или наличие кз.
Главная задача измерения коэффициента трансформации – это определить функциональность измерительного трансформатора после повреждений произошедших в системе, и для проверки оборудования в процессе промышленного производства, во время приемочных испытаний и при пусконаладке.
Выявление погрешности в значении коэффициента трансформации по сравнению с прошлыми замерами помогут выявить возможные сбои в работе релейной защиты и предотвратить ошибочную оценку величин напряжения и тока во всей системе.
Определение коэффициента трансформации силовых трансформаторов
Для трехобмоточных трансформаторов коэффициентом трансформации является отношение напряжений обмоток ВН/СН, ВН/НН и СН/НН.
В процесс испытания трехобмоточного трансформатора достаточно измерить Кт для двух пар обмоток, у которых напряжение короткого замыкания имеет наименьшее значение.
При испытании трансформатора с расщепленной вторичной обмоткой вычисляют Кт первичной обмотки с каждой из частей расщепленной обмотки. Для одной из частей расщепленной обмотки определяется k на всех ступенях РПН при одном из положений ПБВ, а также в одном из положений РПН в остальных положениях ПБВ. Для остальных частей расщепленной обмотки проверяется Кт только в одном положении РПН и в одном положении ПБВ.
Особенности процесса и методика измерения
ГОСТ 3484.1 — 88 указывает на измерение коэффициента трансформации с помощью метода моста переменного тока, как на более предпочтительное, но на практике чаще применяют методику двух вольтметров, которая также используется во время приемосдаточных испытаний.
На одну из обмоток подают напряжение и измеряют его одним из вольтметров. Другим прибором в это же время производят измерение напряжение на другой обмотке. В измерениях применяются вольтметры класса точности не ниже 0,2.
Порядок применения на практике метода двух вольтметров для измерения коэффициента трансформации
- Обесточить трансформатор.
- Перевести трансформатор в режим холостого хода, отключив нагрузку в нагрузочной цепи.
- К выводам обеих обмоток подключить вольтметры соответствующего класса точности.
- К обмотке более высокого напряжения подключить питание. Напряжение питания не должно превышать номинальное, но и не должно быть ниже 1% от номинального.
- Снять показания вольтметров.
- Произвести расчёт Кт по формуле, приведенной выше.
Особенности метода двух вольтметров
Вольтметр на стороне подводимого напряжения допускается присоединять к питающим проводам. Это не должно повлиять на достоверность измерений (ввиду падения напряжения в питающем кабеле).
При измерении Кт сопротивление проводов в цепи измерения должно составлять не более 0,001 внутреннего сопротивления вольтметра.
Величина подводимого к трансформатору напряжения выбирается из условий удобства измерений, но не выше номинального напряжения трансформатора и не менее 0,1% от номинального.
Особенности измерения k для измерительного трансформатора цифровыми приборами
При определении коэффициента трансформации для измерительных трансформаторов (ИТ) объектом измерения служат: трансформатор тока (ТТ) или трансформатор напряжения (ТН) с нагрузкой и без нее.
Особенности измерения
- Если к измерительному трансформатору не подключена нагрузка, вторичную обмотку ТТ следует закоротить, а вторичную обмотку ТН — разомкнуть.
- Проверочный сигнал подается на высокую или низкую сторону. Все измерения выполняются на противоположной стороне трансформатора.
- Способ подачи напряжения на вторичную обмотку подходит для измерения коэффициента трансформации по соотношению витков, погрешности k и полной погрешности. Коэффициент трансформации для трансформаторов тока можно измерить с помощью подачи сигналов на вторичную обмотку.
- Для правильного расчета коэффициента трансформации по соотношению витков требуется учесть падение напряжения на сопротивление вторичной обмотки.
- С помощью точных пофазных измерений можно выявить КЗ в магнитной цепи (что особенно важно на этапе изготовления оборудования).
Для чего измеряется коэффициент трансформации
Измерения обязательны для проверки:
- вторичного напряжения;
- тока намагничивания;
- индуцированного напряжения на первичной обмотке.
Для емкостных ТН отдельно измеряются:
- коэффициенты емкостного делителя
- коэффициента трансформации индуктивного промежуточного ТН.
Благодаря измерениям можно точно определить, где случилось отклонение в значениях или возникла неисправность: в емкостном делителе или в электромагнитной цепи.
Если во время измерений получились спорные и сомнительные результаты желательно произвести дополнительную проверку измерительных трансформаторов. С помощью современных цифровых приборов, предназначенных для измерения коэффициента трансформации можно использовать метод моделирования.
По этому методу измерительные трансформаторы моделируются с использованием их эквивалентных схем. На основе всех измеренных и выявленных параметров схемы рассчитываются необходимые значения ИТ, такие как точность, коэффициент трансформации и полярность.
Современные цифровые приборы для измерения коэффициента трансформации
Благодаря точным и портативным приборам испытания измерительных трансформаторов можно проводить как в лаборатории, так и на месте эксплуатации. Применение специальных измерительных приборов допускает использование как однофазного, ткак и трехфазного источника питания.
Испытательное напряжение подается на каждую фазу обмотки и измеряется на высоковольтной и соответствующей низковольтной обмотке, но от стороны ВН к стороне НН. Это делается для того чтобы избежать опасного напряжения на вводах для измерения.
При использовании приборов на результаты измерения влияют:
- Намагниченность сердечника
- Отсутствие подключения к заземлению
Для этого, перед измерениями убеждаются, что размагничивание сердечника выполнено, а обмотки заземлены должным образом.
В случае использования трехфазного источника — это измерение производится для всех трех фаз одновременно. Выполняется измерение напряжения на сторонах ВН и НН и вычисляется коэффициент трансформации в зависимости от группы соединений трансформатора.
Преимущества использования цифровых устройств для измерения коэффициента трансформации
- Получение k непосредственно при подключении трехфазного измерительного устройства без расчетов значительно экономит время испытательных мероприятий.
- Достигается сокращение времени на испытания за счет того, что измерительные схемы, определения группы соединения обмоток и схемы измерения коэффициента трансформации однофазных и трехфазных (для трехфазного возбуждения) трансформаторов одинаковы, что позволяет совмещать эти измерения без дополнительных затрат времени.
- Революционная методика, которая используется в устройствах, позволяет проводить целый ряд измерений на трансформаторе, включая трёхфазное изменение коэффициента трансформации.
- Приборы имеют встроенное и внешнее программное обеспечение, которое служит для управления интерфейсом и обеспечивает нормальное функционирование устройства.
Работа и интерфес управления почти всех измерителей, за некоторыми отличиями, в целом характерен для большинства приборов.
Принцип действия современных измерителей коэффициента трансформации
Работа приборов основана на одновременном измерении напряжения, на входе и выходе трансформатора. От внутреннего источника питания измерителя подается напряжение на вход (первичную обмотку) проверяемого трансформатора и фиксирует индуцируемое напряжение на вторичной обмотке, на выходе. Полученное отношение напряжений прямо пропорционально коэффициенту трансформации. Есть инновационные дополнения, например, измерители производителя Omikron, они кроме стандартных схем измерения могут моделировать поведение трансформатора.
Почти все устройства представляют собой измерительный комплекс, который делает замер испытательного тока (тока возбуждения), определяют полярность обмоток, отображают процент отклонения полученного коэффициента трансформации от номинального значения.
Разновидности измерителей коэффициента трансформации
Приборов по измерению коэффициента трансформации существует множество модификаций, которые получили распространение в Российской Федерации. Вот некоторые модели от ведущих мировых и российских производителей.
- Измеритель трехфазный СА540
- Цифровой измеритель коэффициента трансформации C.A 8510 Chauvin Arnoux
- Трехфазные измерители коэффициента трансформации трансформатора TRI-PHASE, TRF-250A, ATRT-03 S2 | Vanguard Instruments
- CPC 100, CT Analyzer, VOTANO 100, COMPANO 100 от производителя OMICRON
- Измерители коэффициента трансформации DTR 8510
- Измеритель параметров силовых трансформаторов К540-3
- Трехфазный измеритель коэффициента трансформации Megger TTRU3
- Коэффициент-1 Измеритель коэффициента трансформации
- TRT63. Измеритель коэффициента трансформации
- Комплекс РЕТОМ-21
Трехфазное выходное напряжение экономит ценное время во время испытания.
К дополнительным возможностям цифровых устройств и их достоинствам относятся:
- подача проверочных сигналов мощностью до 2 кА и 12 кВ
- использование приборов для прямого и непрямого метода испытаний, в первом случае подача сигнала осуществляется на первичную обмотку, во втором на вторичную обмотку
- возможность проводить испытания нестандартных измерительных трансформаторов по международному стандарту IEC 61850
- комплексная оценка точности измерений
- определение первоначальных параметров трансформатора, которые должны содержаться в паспортной табличке, если эти данные невозможно прочесть
- гарантированная безопасность испытаний благодаря применению низковольтных проверочных сигналов
- высокая точность измерений (0,05-0,2 %), то есть для трансформаторов тока различного класса точности, от использования только в релейных цепях, для цепей измерения или для учета электроэнергии.
Коэффициент трансформации относится к наиболее важным параметрам трансформатора, таким как номинальная мощность, коэффициент полезного действия, падение напряжения.
Рабочий пример. Протокол испытания силовых трансформаторов
В протоколе проверки силового трансформатора приведен перечень основных испытаний, которые произведены нами в процессе профилактических испытаний электроустановки. В список диагностических мероприятий по проверки трансформатора собственных нужд напряжением 10/04кВ входят следующие:
- Измерения характеристик изоляции.
- Испытания повышенным напряжением промышленной частоты.
- Измерение сопротивления изоляции обмоток постоянному току.
- Проверка коэффициента трансформации.
- Измерение тока и потерь холостого хода при малом напряжении.
Результаты проверки сведены в единую таблицу, в которой также указаны нормативные документы, требованиями которых мы руководствуемся.
Нормативные документы
Статья. определение коэффициента трансформации
Основу всех испытаний и измерений составляет руководство требованиями нормативных документов. измерение коэффициента трансформации не является исключением. При проведении испытаний и измерений силовых и измерительных трансформаторов в обязательном порядке придерживаются нормативов обозначенных в государственных стандартах и требованиях Правил устройства электроустановок.
Что такое коэффициент трансформации и как его найти
Содержание
- 1 Как трансформатор работает
- 2 Суть коэффициента трансформации
- 3 Расчёт коэффициента
- 4 Практическое применение
- 5 Видео по теме
Одна из важнейших характеристик трансформатора — коэффициент трансформации. Он определяет параметры выходной обмотки. Поэтому необходимо знать, что такое коэффициент трансформации и как его можно определить.
Как трансформатор работает
Данное устройство позволяет увеличить или понизить параметры входного электротока (напряжения, сопротивления и т. п.). Трансформаторы энергию не преобразовывают, а лишь изменяют значение параметров электроцепи, то есть, масштабируют. При преобразовании сохраняется частота.
Работа трансформатора основана на электромагнитной индукции. Типовая конструкция такого прибора представляет собой замкнутую рамку из ферромагнитного материала, на которую намотан электрический провод от входной и выходной обмоток.
Использование переменного электротока приводит к тому, что внутри входной катушки образуется магнитное поле, которое по ферромагнитной рамке передается в выходную цепь. Под воздействием магнитного поля образуется напряжение или ток с необходимыми параметрами.
Каждая катушка трансформатора называется обмоткой, а рамка — сердечником. Обмотка, на которую поступает входное напряжение является первичной. Находящаяся в выходной цепи — вторичной. Существуют устройства не только с двумя, но и с тремя и большим количеством обмоток.
Величина ЭДС зависит от количества витков обмотки. Это выражается
следующими соотношениями:
Данная зависимость — это формула коэффициента трансформации трансформатора. Он чаще всего обозначается буквой «k». Для идеального трансформаторного устройства определяется как соотношение напряжений на обмотках.
Если учитываются потери в обмотках, то коэффициент находим по формуле:
Изменяя количество витков, можно менять соотношение напряжений. Если обмоток существует более двух, то коэффициент трансформации трансформатора тока рассчитывают отдельно для каждой рассматриваемой пары.
Суть коэффициента трансформации
С помощью трансформаторного устройства переменный ток преобразуют таким путем, чтобы обеспечить нужные параметры в выходной цепи. Получение необходимых характеристик обеспечивает правильное количество витков в обмотках трансформаторов тока (ТТ) или других типов. Если требуется подключить не одну, а большее количество различных нагрузок, то применяют устройство с соответствующим количеством вторичных трансформаторных обмоток.
Понятие коэффициента трансформации поясняется в ГОСТе, имеющем номер 17596-72. Здесь приведена формулировка, с помощью которой можно найти коэффициент в определенной ситуации. Она выглядит так:
Трансформаторные устройства с учетом коэффициента трансформации делят на две большие группы. Когда он превышает 1, то речь идёт о понижающих трансформаторах. Если же коэффициент меньше единицы, то устройство считается повышающим. Для определенного прибора коэффициент является постоянной величиной, ведь он обуславливается конструкционными особенностями.
Расчёт коэффициента
Коэффициент, используемый при трансформации, не указывается в паспортных данных трансформаторов тока. Из технических характеристик можно узнать лишь значения электротоков на обмотках. Поэтому необходимо понимать, как рассчитать коэффициент трансформации, оперируя подобными данными. Для этого используется формула:
Примером преобразования по току можно считать применение трансформатора в устройствах, с помощью которых осуществляется измерение характеристик мощных электроустановок. В данной ситуации электронапряжение на вторичной обмотке померить затруднительно. Поэтому используется следующая схема подключения трансформатора:
Нагрузку и первичную обмотку подключают последовательно. Расчет значения коэффициента трансформации выполняется по формуле:
Данное выражение показывает, что рассматриваемый коэффициент является обратной величиной к соотношению витков.
Если коэффициент трансформации определяется по электронапряжению, то используется другая схема:
Существует три способа как определить коэффициент трансформации:
- Измерение электронапряжения вольтметром.
- Применение моста переменного тока.
- Использование паспортных данных.
Реальное значение коэффициента находят с помощью двух вольтметров. Его номинальное значение рассчитывают как соотношение напряжений, определенных в холостом режиме (указываются в техническом паспорте). Холостым называется режим работы трансформатора с разомкнутой вторичной цепью.
Проверяя трехфазный прибор, измерение проводят для тех двух обмоток, на которых присутствует ток КЗ с наименьшими показателями. Если часть выводов такого устройства закрывает кожух, то коэффициент находят для выводов, являющихся доступными для подсоединения измерительных приборов.
Коэффициент трансформации силового однофазного трансформатора несложно посчитать, разделив значение электронапряжения, присутствующего на первичной обмотке, на то значение, что получено с помощью вольтметра.
Если известно обозначение трансформатора, то коэффициент трансформации поможет узнать таблица, представленная в справочной литературе.
Коэффициент для трансформаторов тока определяют опытным путем: величину заданного электротока на первичной обмотке следует разделить на значение электротока, измеренного на вторичной обмотке. Значение коэффициента, определенного экспериментально, следует сравнить с тем, что указано в технической документации.
При наличии нескольких вторичных обмоток у трансформаторного устройства проведение измерений представляет опасность для человека. Перед их выполнением обязательно надо все вторичные обмотки закоротить. Требуется также заземлить магнитопровод, используя клемму, возле которой имеется обозначение «З».
Наилучшим способом определения коэффициента трансформации считается измерение величины электронапряжения между обмотками высокоточным вольтметром, а еще лучше — специальным универсальным измерителем. При использовании последнего отпадает необходимость в присоединении к трансформатору дополнительных источников питания.
Практическое применение
При пользовании электроэнергией часто бывает необходимо изменить переменное напряжение, поступаемое с генератора. Его можно масштабировать (понижать или повышать) практически без энергетических потерь. Это особенно важно при передаче электроэнергии на большие расстояния. Масштабирование выполняется с помощью трансформаторов.
Данные устройства широко используются в быту. Например, домашняя электросеть рассчитана на 220 В, а для зарядки телефона используется источник питания 6 В. Поэтому напряжение сети нужно понизить в 36.7 раз (220:6).
Во время передачи электроэнергии в квартиры и частные дома требуется учёт её количества. При этом нужно учитывать, что потребление в разных домохозяйствах различно. Точную величину можно определить с помощью измерительных приборов. Но если пропускать используемую жильцами электроэнергию непосредственно через счетчик, то это приведет к его поломке. Поэтому напряжение и ток преобразуют с помощью трансформатора.
Видео по теме
Главная > Теория > Коэффициент трансформации
Трансформатор представляет собой одно,- или многообмоточную систему на общем магнитопроводе, связанные взаимоиндукцией и предназначенные для преобразования (трансформации) величины напряжения переменного тока без изменения частоты. Что такое коэффициент трансформации, и как определяется эта величина? Коэффициентом трансформации называется характеристика трансформатора, которая определяет его преобразовательные свойства. Данное свойство является основным и находится в общем случае отношением числа витков в обмотках.
Кроме преобразования, трансформаторы выполняют роль гальванической развязки входных и выходных цепей (исключение – автотрансформатор).
2.4. Определение группы соединения обмоток трансформатора.
Группа соединения обмоток трансформатора имеет особо важное значение для параллельной работы его с другими трансформаторами.
Метод двух вольтметров для определения группы соединения обмоток является распространенным и доступным. Метод основан на совмещении векторных диаграмм первичного и вторичного напряжений, измерении напряжений между соответствующими выводами и последующем сравнении этих напряжений с условным.
Для проведения опыта собирают схему, показанную на рис.3.
Рис.3 Определение группы соединения обмоток трансформатора методом двух вольтметров.
Вводы А-а соединяют между собой, а на линейные вводы А, В, С обмотки ВН подают трехфазовое напряжение 220 В. это напряжение измеряется вольтметром PV1. вольтметром PV2 измеряется напряжение между вводами В-в, С-с, В-с, С-в. измеренные напряжения сравнивают с условным Uусл. Условное напряжение определяется по формуле:
Где U2л – линейное напряжение на вводах обмотки НН во время опыта В.
Кл – линейный коэффициент трансформации.
Где Uл1 – линейное напряжение, подведенное к обмотке ВН при опыте.
Результаты измерений группы соединений заносятся в таблицу 3
Напряжение на вводах
Полученные напряжения сравнивают с условным напряжением. На основании сравнения и по таблице 4 определяется группа соединений обмоток трансформатора.
Сравнение на вводах Uусл
Примечание: М – меньше, Б – больше, Р – равно.
2.5 Определение сопротивления обмоток трансформатора постоянному току.
При заданном измерении могут выявится следующие характерные дефекты:
а) недоброкачественная пайка и плохие контакты в обмотке и в присоединении вводов;
б) обрыв одного или нескольких параллельных проводников в обмотке.
Измерение сопротивления обмоток в данном случае производится мостовым методом – мостом Р 353. Измерение производится на всех ответвлениях и на всех фазах. При наличии выведенной нейтрали (0) измерение производится между фазными выводами и нулем. Если обмотка соединена в «звезду», то сопротивление фазы можно определить /1/
Где RAB, RВС, RАС – сопротивления на линейных зажимах АВ, ВС, АС.
Полученные значения сопротивления разных фаз при одном положении переключателя не должны отличаться друг от друга более чем на 2%. Данные измерений следует занести в таблицу 5.
Примечание в данной работе трансформатор имеет одно положение переключателя.
Назначение, устройство и работа прибора Э236.
Прибор Э236 предназначен для контроля технического состояния и испытания изоляции при техническом обслуживании и ремонте якорей автотракторных генераторов, стартеров и электродвигателей постоянного тока с номинальным напряжением 12 и 24 В. Диаметр проверяемых якорей от 25 до 180 мм при питании прибора от однофазной электрической цепи переменного тока напряжением 220В. /2/
Рис.4 Вид на лицевую панель прибора Э236
Конструктивно прибор представляет собой настольную измерительную установку, имеющую дроссель, измерительную цепь, контактные устройства.
С черным проводом (левое) контактное устройство используется при испытании электрической прочности изоляции. При нажатии рукоятки стержень утопает до упора, замыкая цепь. В свободном состоянии цепь обесточена.
С синим проводом (правое) контактное устройство служит для снятия с коллектора наводимой в якоре ЭДС, и применяется при определении короткозамкнутых секций и витков, обрывов и т.д. Верхняя пластина устройства – подвижная и позволяет установить в зависимости от шага и ширины пластин коллектора якоря необходимый размер между торцами пластин. В нерабочем положении оба контактных устройства должны быть установлены на задней стенке прибора в кронштейнах.
На рис.5 приведена принципиальная электрическая схема прибора.
Рис.5 Принципиальная электрическая схема прибора Э236.
Дроссель L1 имеет основную обмотку (1000 витков проводом ПЭВ-2 диаметром 0,4мм) для создания магнитного потока в магнитопроводе и проверяемом якоре, и дополнительную обмотку (1100 витков проводом ПЭВ-2 диаметром 0,2мм). Питание обмоток дросселя осуществляется напряжением 220В. Основная обмотка дросселя имеет отвод от 54 витка, что обеспечивает питание лампы HL2, служащей для сигнализации включенного состояния прибора. Для защиты питающей сети от перегрузок и КЗ в цепи основной обмотки установлен предохранитель F1.
Разные виды трансформаторов и их коэффициенты
Хотя конструктивно преобразователи мало чем отличаются друг от друга, назначение их достаточно обширно. Существуют следующие виды трансформаторов, кроме рассмотренных:
- силовой;
- автотрансформатор;
- импульсный;
- сварочный;
- разделительный;
- согласующий;
- пик-трансформатор;
- сдвоенный дроссель;
- трансфлюксор;
- вращающийся;
- воздушный и масляный;
- трехфазный.
Особенностью автотрансформатора является отсутствие гальванической развязки, первичная и вторичная обмотка выполнены одним проводом, причем вторичная является частью первичной. Импульсный масштабирует короткие импульсные сигналы прямоугольной формы. Сварочный работает в режиме короткого замыкания. Разделительные используются там, где нужна особая безопасность по электротехнике: влажные помещения, помещения с большим количеством изделий из металла и подобное. Их k в основном равен 1.
Пик-трансформатор преобразует синусоидальное напряжение в импульсное. Сдвоенный дроссель – это две сдвоенные катушки, но по своим конструктивным особенностям относится к трансформаторам. Трансфлюксор содержит сердечник из магнитопровода, обладающего большой величиной остаточной намагниченности, что позволяет использовать его в качестве памяти. Вращающийся передает сигналы на вращающиеся объекты.
Воздушные и масляные трансформаторы отличаются способом охлаждения. Масляные применяются для масштабирования большой мощности. Трехфазные используются в трехфазной цепи.
Более подробную информацию можно узнать о коэффициенте трансформации трансформатора тока в таблице.
| Номинальная вторичная нагрузка, В | 3 | 5 | 10 | 15 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 75 | 100 |
| Коэффициент, n | Номинальная предельная кратность | ||||||||||
| 3000/5 | 37 | 31 | 25 | 20 | 17 | 13 | 11 | 9 | 8 | 6 | 5 |
| 4000/5 | 38 | 32 | 26 | 22 | 20 | 15 | 13 | 11 | 10 | 8 | 6 |
| 5000/5 | 38 | 29 | 25 | 22 | 20 | 16 | 14 | 12 | 11 | 10 | 8 |
| 6000/5 | 39 | 28 | 25 | 22 | 20 | 16 | 15 | 13 | 12 | 10 | 8 |
| 8000/5 | 38 | 21 | 20 | 19 | 18 | 14 | 14 | 13 | 12 | 11 | 9 |
| 10000/5 | 37 | 16 | 15 | 15 | 14 | 12 | 12 | 12 | 11 | 10 | 9 |
| 12000/5 | 39 | 20 | 19 | 18 | 18 | 12 | 15 | 14 | 13 | 12 | 11 |
| 14000/5 | 38 | 15 | 15 | 14 | 14 | 12 | 13 | 12 | 12 | 11 | 10 |
| 16000/5 | 36 | 15 | 14 | 13 | 13 | 12 | 10 | 10 | 10 | 9 | 9 |
| 18000/5 | 41 | 16 | 16 | 15 | 15 | 12 | 14 | 14 | 13 | 12 | 12 |
Почти у всех перечисленных приборов есть сердечник для передачи магнитного потока. Поток появляется благодаря движению электронов в каждом из витков обмотки, и силы токов не должны быть равны нулю. Коэффициент трансформации тока зависит и от вида сердечника:
Коэффициентом трансформации трансформаторов называется отношение напряжения обмотки высшего напряжения (ВН) к напряжению обмотки низшего напряжения (НН) при холостом ходе:
Где: Кл- коэффициент трансформации линейных напряжений;
U1 — линейное напряжение обмотки ВН;
U2 — линейное напряжение обмотки НН.
При определении коэффициента трансформации однородных трансформаторов или фазного коэффициента трансформации трехфазных
трансформаторов отношение напряжения можно приравнять к отношению чисел витков обмотки
где: Кф — фазный коэффициент трансформации;
U1ф,U2ф — фазные напряжения обмоток ВН и НН соответственно;
WI,W2 — число витков обмоток ВН и НН соответственно.
При измерении линейного коэффициента трансформации трехфазного трансформатора равенство отношения высшего и низшего линейных напряжения обмоток и соответственно числа витков ВН и НН сохраняется лишь при одинаковых группах соединения этих обмоток.
Если первичная и вторичная обмотки соединены по одинаковой схеме, например, обе в звезду, обе в треугольник и так далее, фазный и линейный коэффициенты трансформации равны друг другу. При различных схемах соединений обмоток, например, одной в звезду, а другой в треугольник, линейньй и фазный коэффициенты трансформации неодинаковы (они в данном случае отличаются друг от друга в 3 раз).
Определение коэффициента трансформации производится на всех ответвлениях обмоток и для вех фаз. Эти измерения, кроме проверки самого коэффициента трансформации дают возможность проверить также правильность установки переключателя напряжения на соответствующих ступенях, а также целостность обмоток.
Для определения коэффициента трансформации применяют метод двух вольтметров (рис.2)
Рис.2 Определение коэффициента трансформации.
Со стороны высокого напряжения (ВН) подводится трехфазовое напряжение 220 В и измеряется напряжение на вторичной обмотке.
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.
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.
Трансформатор напряжения
Наиболее известное устройство. Включается параллельно нагрузке.
Его задача состоит в изменении входного напряжения с заданным коэффициентом. Как определить этот коэффициент? В простейшем случае он численно равен отношению количества витков в обмотках.
Говорят о понижающем трансформаторе, когда количество витков первичной (сетевой) обмотки меньше, чем у вторичной. Тогда на выходе напряжение также будет меньше. У повышающего, наоборот, количество витков вторичной (нагрузочной) обмотки превосходит количество первичной.
Включение трансформатора напряжения
Обратите внимание!В более общем случае устройство может иметь не две, а более обмоток. Для каждой из обмоток будет иметься свой коэффициент трансформации, причем часть обмоток будут понижающими, а часть –повышающими.
Любой трансформатор напряжения обратим, то есть, подав на любую из вторичных обмоток переменное напряжение, получим его и на выходе первичной, с тем же коэффициентом преобразования (трансформации).
Определение коэффициента трансформации производится по формуле:
N=U1/U2.
Как уже говорилось, коэффициент трансформации определяется отношением количества витков. Это справедливо только для режимов холостого хода, когда сопротивления проводов обмоток не вносят потерь.
Ток, который протекает в обмотках, создает на их сопротивлении падение напряжения, которое вычитается из ЭДС ненагруженного преобразователя. Таким образом, при увеличении нагрузки коэффициент трансформации падает. Аналогичная ситуация возникает для обмоток, выполненных проводами различного сечения.
Пример.Имеем понижающий трансформатор с коэффициентом трансформации, равным 10, на двух вторичных обмотках, но одна из которых выполнена проводом, сечением в два раза меньше. При одинаковых нагрузках напряжение на той обмотке, где использовался более тонкий провод, будет ниже на величину падения напряжения на сопротивлении обмоточного провода.
У трансформатора может быть и одна обмотка. В таком случае он называется автотрансформатором. Обмотка в таком случае имеет как минимум три вывода.
К одной из пары выводов подключается входное напряжение. Выходное напряжение снимается с одного из входных и оставшегося свободным. Автотрансформатор также может быть повышающим и понижающим.
Автотрансформатор
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.
Что такое коэффициент трансформации
Трансформатор не меняет один параметр в другой, а работает с их величинами. Тем не менее его называют преобразователем. В зависимости от подключения первичной обмотки к источнику питания, меняется назначение прибора.
В быту широко распространены эти устройства. Их цель – подать на домашнее устройство такое питание, которое бы соответствовало номинальному значению, указанному в паспорте этого прибора. Например, в сети напряжение равно 220 вольт, аккумулятор телефона заряжается от источника питания в 6 вольт. Поэтому необходимо понизить сетевое напряжение в 220:6 = 36,7 раз, этот показатель называется коэффициент трансформации.
Свойства трансформатора
Большинство людей знакомо с трансформаторами только в том смысле, что они являются преобразователями переменного напряжения, повышающими или понижающими.
К сведению.На самом деле трансформатор не является преобразователем. Он масштабирует в определенных пределах электрические величины.
Соответственно, можно говорить о трансформаторах:
- напряжения;тока;сопротивления.
Коэффициент трансформации трансформатора
По специальной формуле определяется число проводов в обмотке, учитываются все особенности используемого сердечника. Поэтому в разных приборах в первичных катушках число витков будет разным, несмотря на то что подключаются к одному и тому же источнику питания. Витки рассчитываются относительно напряжения, если к трансформатору необходимо подключить несколько нагрузок с разным напряжением питания, то количество вторичных обмоток будет соответствовать количеству подключаемых нагрузок.
Зная число витков провода в первичной и вторичной обмотке, можно рассчитать k устройства. Согласно определения из ГОСТ 17596-72 “Коэффициент трансформации – отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной или отношение напряжения на вторичной обмотке к напряжению на первичной обмотке в режиме холостого хода без учета падения напряжения на трансформаторе.” Если этот коэффициент k больше 1, то прибор понижающий, если меньше – повышающий. В ГОСТе такого различия нет, поэтому большее число делят на меньшее и k всегда больше 1.
В электроснабжении преобразователи помогают снизить потери при передаче электроэнергии. Для этого напряжение, вырабатываемое электростанцией, увеличивается до нескольких сотен тысяч вольт. Затем этими же устройствами напряжение понижается до требуемого значения.
На тяговых подстанциях, обеспечивающих производственный и жилой комплекс электроэнергией, установлены трансформаторы с регулятором напряжения. От вторичной катушки отводятся дополнительные выводы, подключение к которым позволяет менять напряжение в небольшом интервале. Это делается болтовым соединением или рукояткой. В этом случае коэффициент трансформации силового трансформатора указывается в его паспорте.
Трансформатор тока
Данное устройство более известно тем, кто занимается измерениями и обслуживанием мощных электрических установок. Измерение токов больших величин связано с определенными затруднениями, связанными с обеспечением безопасности и трудностями в изготовлении измерительных приборов для непосредственного измерения. Кроме измерений, сигналы с данных устройств используются системами защиты и сигнализации.
Включение трансформатора тока
Трансформатор тока подключается в цепь последовательно с нагрузкой. Соответственно, ток в первичной обмотке в точности равен току нагрузки. На вторичной обмотке получается напряжение, пропорциональное коэффициенту трансформации тока.
Коэффициент трансформации определяется таким же образом, как и для трансформаторов напряжения, но с поправкой на ток холостого хода, который вызван намагничиванием и потерями в магнитопроводе.
Данные устройства тока имеют специфические области применения, поэтому их строго классифицируют по нескольким критериям:
По назначению бывают защитные, измерительные, лабораторные, промежуточные;По типу установки – внутренние, наружные, переносные, накладные, встроенные;По типу конструкции – одно,- и многовитковые или шинные;По типу изоляции – сухие, масляно-бумажные, с компаундной заливкой или газонаполненные;По рабочему напряжению. Для трансформаторов тока отечественного производства установлен ряд стандартных рабочих напряжений от 0.66 до 1150 кВ;По номинальному первичному току.
Также существует диапазон градаций от 1 до 40000 А. Это основной показатель, по которому выбирается необходимый трансформатор тока;По номинальному вторичному току. Обычно 1 или 5 А, но в некоторых случаях может быть 2 или 2.5 А;По мощности вторичной нагрузки – от 1 до 120 ВА;По числу ступеней преобразования – одно,- и многоступенчатые.
К сведению.Характеристики, определяющие тип и назначение трансформаторов тока, указываются на заводской бирке изделия.
Коэффициент трансформации трансформатора тока в характеристиках не указывается, но его легко определить самостоятельно, зная значения первичного и вторичного токов, указанных в технических характеристиках. Коэффициент трансформации тока равен их отношению:
N=I1/I2.
В отличие от аналогичных устройств, токовые трансформаторы нельзя включать без нагрузки, поскольку это приведет к выходу их из строя и появлению на выходных клеммах опасно высокой ЭДС.
Определение и формула коэффициента трансформации трансформатора
Получается, что коэффициент – это постоянная величина, показывающая масштабирование электрических параметров, она полностью зависит от конструкторских особенностей устройства. Для разных параметров расчет k производится по-разному. Существуют следующие категории трансформаторов:
- по напряжению;
- по току;
- по сопротивлению.
Перед определением коэффициента необходимо замерить напряжение на катушках. ГОСТ указано, что производить такое измерение нужно при холостом ходе. Это когда к преобразователю не подключена нагрузка, показания могут быть отображены на паспортной табличке этого устройства.
Затем показания первичной обмотки делят на показания вторичной, это и будет коэффициентом. При наличии сведений о количестве витков в каждой катушке производят дробление числа витков первичной обмотки на число витков вторичной. При этом расчете пренебрегают активным сопротивлением катушек. Если вторичных обмоток несколько, для каждой находят свой k.
Трансформаторы тока имеют свою особенность, их первичная обмотка включается последовательно нагрузке. Перед вычислением показателя k измеряют ток первичной и вторичной цепи. Производят разложение значения первичного тока на ток вторичной цепи. При наличии паспортных данных о количестве витков допускается произвести вычисление k путем деления числа оборотов провода вторичной обмотки на число оборотов провода первичной.
При расчете коэффициента для трансформатора сопротивления, его еще называют согласующим, сначала находят входное и выходное сопротивление. Для этого вычисляют мощность, которая равняется произведению напряжения и тока. Затем мощность делят на квадрат напряжения и получают сопротивление. Дробление входного сопротивления трансформатора и нагрузки по отношению к его первичной цепи и входного сопротивления нагрузки во вторичной цепи даст k прибора.
Есть другой способ вычисления. Необходимо найти коэффициент k по напряжению и возвести его в квадрат, результат будет аналогичным.
Трансформатор сопротивления
Подобное устройство можно назвать еще согласующим трансформатором, так как его задача – согласовывать сопротивления источника и нагрузки для точной передачи сигнала в различных каскадах электронных схем. В данном случае не важны значения напряжений и токов в цепях, поскольку определяющим является согласованная работа каскадов с разными сопротивлениями, которые и трансформируют трансформатор сопротивления.
Включение согласующего трансформатора
Коэффициент трансформации трансформатора сопротивления также определяется отношением количества витков обмоток, но в отношении сопротивления нагрузки и источника используется квадратичная зависимость, формула такова:
Ri=N2·Rn.
Таким образом, если известны сопротивления нагрузки и источника, требуемый коэффициент трансформации находится из зависимости:
N=√Ri/Rn.
В дальнейшем найденный коэффициент трансформации используется для расчета обмоток.
Трансформатор — электронное устройство, способное менять рабочие величины, измеряется коэффициентом трансформации, k. Это число указывает на изменение, масштабирование какого-либо параметра, например напряжения, тока, сопротивления или мощности.
Содержание
- 1 Что такое коэффициент трансформации
- 2 Коэффициент трансформации трансформатора
- 3 Определение и формула коэффициента трансформации трансформатора
- 4 Разные виды трансформаторов и их коэффициенты
Что такое коэффициент трансформации
Трансформатор не меняет один параметр в другой, а работает с их величинами. Тем не менее его называют преобразователем. В зависимости от подключения первичной обмотки к источнику питания, меняется назначение прибора.
В быту широко распространены эти устройства. Их цель — подать на домашнее устройство такое питание, которое бы соответствовало номинальному значению, указанному в паспорте этого прибора. Например, в сети напряжение равно 220 вольт, аккумулятор телефона заряжается от источника питания в 6 вольт. Поэтому необходимо понизить сетевое напряжение в 220:6 = 36,7 раз, этот показатель называется коэффициент трансформации.
Чтобы точно рассчитать этот показатель, необходимо вспомнить устройство самого трансформатора. В любом таком устройстве имеется сердечник, выполненный из специального сплава, и не менее 2 катушек:
- первичной;
- вторичной.
Первичная катушка подключается к источнику питания, вторичная — к нагрузке, их может быть 1 и более. Обмотка — это катушка, состоящая из намотанного на каркас, или без него, электроизоляционного провода. Полный оборот провода называется витком. Первая и вторая катушки устанавливаются на сердечник, с его помощью энергия передается между обмотками.
Коэффициент трансформации трансформатора
По специальной формуле определяется число проводов в обмотке, учитываются все особенности используемого сердечника. Поэтому в разных приборах в первичных катушках число витков будет разным, несмотря на то что подключаются к одному и тому же источнику питания. Витки рассчитываются относительно напряжения, если к трансформатору необходимо подключить несколько нагрузок с разным напряжением питания, то количество вторичных обмоток будет соответствовать количеству подключаемых нагрузок.
Зная число витков провода в первичной и вторичной обмотке, можно рассчитать k устройства. Согласно определения из ГОСТ 17596-72 «Коэффициент трансформации — отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной или отношение напряжения на вторичной обмотке к напряжению на первичной обмотке в режиме холостого хода без учета падения напряжения на трансформаторе.» Если этот коэффициент k больше 1, то прибор понижающий, если меньше — повышающий. В ГОСТе такого различия нет, поэтому большее число делят на меньшее и k всегда больше 1.
В электроснабжении преобразователи помогают снизить потери при передаче электроэнергии. Для этого напряжение, вырабатываемое электростанцией, увеличивается до нескольких сотен тысяч вольт. Затем этими же устройствами напряжение понижается до требуемого значения.
На тяговых подстанциях, обеспечивающих производственный и жилой комплекс электроэнергией, установлены трансформаторы с регулятором напряжения. От вторичной катушки отводятся дополнительные выводы, подключение к которым позволяет менять напряжение в небольшом интервале. Это делается болтовым соединением или рукояткой. В этом случае коэффициент трансформации силового трансформатора указывается в его паспорте.
Определение и формула коэффициента трансформации трансформатора
Получается, что коэффициент — это постоянная величина, показывающая масштабирование электрических параметров, она полностью зависит от конструкторских особенностей устройства. Для разных параметров расчет k производится по-разному. Существуют следующие категории трансформаторов:
- по напряжению;
- по току;
- по сопротивлению.
Перед определением коэффициента необходимо замерить напряжение на катушках. ГОСТ указано, что производить такое измерение нужно при холостом ходе. Это когда к преобразователю не подключена нагрузка, показания могут быть отображены на паспортной табличке этого устройства.
Затем показания первичной обмотки делят на показания вторичной, это и будет коэффициентом. При наличии сведений о количестве витков в каждой катушке производят дробление числа витков первичной обмотки на число витков вторичной. При этом расчете пренебрегают активным сопротивлением катушек. Если вторичных обмоток несколько, для каждой находят свой k.
Трансформаторы тока имеют свою особенность, их первичная обмотка включается последовательно нагрузке. Перед вычислением показателя k измеряют ток первичной и вторичной цепи. Производят разложение значения первичного тока на ток вторичной цепи. При наличии паспортных данных о количестве витков допускается произвести вычисление k путем деления числа оборотов провода вторичной обмотки на число оборотов провода первичной.
При расчете коэффициента для трансформатора сопротивления, его еще называют согласующим, сначала находят входное и выходное сопротивление. Для этого вычисляют мощность, которая равняется произведению напряжения и тока. Затем мощность делят на квадрат напряжения и получают сопротивление. Дробление входного сопротивления трансформатора и нагрузки по отношению к его первичной цепи и входного сопротивления нагрузки во вторичной цепи даст k прибора.
Есть другой способ вычисления. Необходимо найти коэффициент k по напряжению и возвести его в квадрат, результат будет аналогичным.
Разные виды трансформаторов и их коэффициенты
Хотя конструктивно преобразователи мало чем отличаются друг от друга, назначение их достаточно обширно. Существуют следующие виды трансформаторов, кроме рассмотренных:
- силовой;
- автотрансформатор;
- импульсный;
- сварочный;
- разделительный;
- согласующий;
- пик-трансформатор;
- сдвоенный дроссель;
- трансфлюксор;
- вращающийся;
- воздушный и масляный;
- трехфазный.
Особенностью автотрансформатора является отсутствие гальванической развязки, первичная и вторичная обмотка выполнены одним проводом, причем вторичная является частью первичной. Импульсный масштабирует короткие импульсные сигналы прямоугольной формы. Сварочный работает в режиме короткого замыкания. Разделительные используются там, где нужна особая безопасность по электротехнике: влажные помещения, помещения с большим количеством изделий из металла и подобное. Их k в основном равен 1.
Пик-трансформатор преобразует синусоидальное напряжение в импульсное. Сдвоенный дроссель — это две сдвоенные катушки, но по своим конструктивным особенностям относится к трансформаторам. Трансфлюксор содержит сердечник из магнитопровода, обладающего большой величиной остаточной намагниченности, что позволяет использовать его в качестве памяти. Вращающийся передает сигналы на вращающиеся объекты.
Воздушные и масляные трансформаторы отличаются способом охлаждения. Масляные применяются для масштабирования большой мощности. Трехфазные используются в трехфазной цепи.
Более подробную информацию можно узнать о коэффициенте трансформации трансформатора тока в таблице.
Почти у всех перечисленных приборов есть сердечник для передачи магнитного потока. Поток появляется благодаря движению электронов в каждом из витков обмотки, и силы токов не должны быть равны нулю. Коэффициент трансформации тока зависит и от вида сердечника:
- стержневой;
- броневой.
В броневом сердечнике магнитные поля оказывают большее влияние на масштабирование.