Чему равен коэффициент трансформации повышающего трансформатора

Коэффициент трансформации трансформатора

На практике при использовании энергии электрического тока часто появляется необходимость изменять напряжение, которое подается от генератора. Переменное напряжение можно масштабировать (повышать или понижать) почти без потерь энергии.

Устройства при помощи которых производят преобразование напряжения (силы тока, сопротивления и т.д.) называют трансформаторами.

Трансформаторы не преобразовывают виды энергии, а изменяют величину заданного параметра цепи, уменьшая его или увеличивая, поэтому, когда в данном случае говорят о преобразовании, то имеют в виду масштабирование.

Или, проще говоря, коэффициент трансформации показывает, во сколько раз трансформатор изменяет напряжение (силу тока и т.д.).

Обозначают коэффициент трансформации чаще всего буквами k или n (могут встречаться другие обозначения).

Если , то такой трансформатор называют повышающим, если больше единицы — то понижающим.

Разные виды трансформаторов и их коэффициенты трансформации

Так, при помощи трансформатора с параллельным подключением обмотки к источнику электрической энергии производят масштабирование напряжения (трансформатор напряжения), при этом коэффициент трансформации рассчитывают:

где — напряжение на входе трансформатора (на первичной обмотке); — напряжение на выходе трансформатора (на вторичной обмотке); — количество витков на первичной обмотке; — число витков на вторичной обмотке.

Если потерями в обмотках трансформатора пренебрегать нельзя, то коэффициент трансформации можно найти по формуле:

где — сопротивление первичной обмотки трансформатора — сопротивление вторичной обмотки; — ЭДС, которая наводится в каждом из витков обмоток; и — силы токов в соответствующих обмотках.

При помощи трансформатора с параллельным подключением можно масштабировать сопротивление. Расчет коэффициента трансформации при этом связывают с равенством мощности получаемой трансформатором от источника и отдаваемой во вторичную цепь. При этом потерями пренебрегают. Обозначим коэффициент трансформации сопротивления . Можно записать, что:

где — коэффициент трансформации по напряжению; — входное сопротивление трансформатора и нагрузки по отношению к его первичной цепи, — сопротивление нагрузки во вторичной цепи.

Если проводят масштабирование силы тока, то используют трансформатор с последовательным подключением первичной обмотки к источнику (трансформатор тока). Тогда коэффициент трансформации вычисляют как:

Последнее равенство в выражении (3) справедливо, только если не учитывать потери и считать, что:

Иначе возникает сила тока , которая показывает ток, составленный из тока намагничивания и активных потерь в магнитопроводе (этот ток еще называют током «холостого хода»). Если то мы имеем связь между силами токов, текущими в обмотках трансформатора в виде:

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Источник: http://ru.solverbook.com/spravochnik/koefficienty/koefficient-transformacii-transformatora/

Коэффициент трансформации трансформатора тока и напряжения

Это почти то же, что и передаточное отношение двух сцепленных шестеренок. Только в шестеренках берется отношение количества зубцов в одной и другой шестеренке, а в трансформаторе коэффициент трансформации — это тоже отношение, только количества витков в первичной обмотке к количеству витков во вторичной обмотке.

В трансформаторе электроэнергия никуда не преобразуется. Изменению подвергаются только ее параметры «протекания» по проводнику, а с характером энергии — электрическая — и передаваемой мощностью — то есть, количеством энергии — ничего не происходит. Действительно, мы знаем, что трансформатор может уменьшить или увеличить напряжение, при этом ток пропорционально изменится тоже, но в сторону противоположную.

Понижающий трансформатор

Трансформатор, у которого количество витков вторичной обмотки больше, чем количество витков первичной, является повышающим. А трансформатор, у которого количество витков во вторичной обмотке меньше, чем количество витков в первичной — понижающим. Поэтому такое изменение параметров и называется не преобразованием, а масштабированием, или трансформацией. 

Масштаб — это, как известно, всего одно число, несмотря на то, что трансформации подвергаются сразу два параметра — ток и напряжение.

Трансформатор — устройство, в котором нет подвижных частей, имеет конструкцию жесткую, очень консервативную. То есть, в ней обычно нет деталей, которые можно легко отсоединить и посчитать, например, количество витков в обмотке. Да и обмотки бывают намотаны одна поверх другой. Обмотку что при этом, всю перематывать?

Имеется паспорт устройства, в нем прописаны номиналы входного и выходного напряжений. Как рассчитать коэффициент трансформации?

Имеются формулы, но они немного разные для разных вариантов подключения и целей трансформирования.

Расчет коэффициента трансформации по напряжениям

При прямом подключении трансформатора к источнику задача трансформатора — подать на нагрузку напряжение, масштабированное относительно напряжения в сети питания.

Прямое подключение трансформатора

В сетях потребления трансформатор потребителя включают параллельно ко всем другим подобным трансформаторам потребителей. Коэффициент трансформации силового трансформатора n можно вычислить по формуле

Формула

где

• U1, U2  – входное и выходное напряжения на трансформаторе;
• ε – ЭДС, возникающая в обмотках трансформатора на каждом витке;
• W1, W2 – количество витков в обмотках, первичной (1) и вторичной (2);
• I1, I2 – ток в каждой из обмоток — первичной и вторичной;
• R1, R2 – активные сопротивления обмоток.

Обычные трансформаторы делаются так, чтобы минимизировать потери на активное сопротивление в них самих. А они пропорциональны токам в обмотках и обратно пропорциональны напряжениям. Поэтому первичные обмотки у понижающих трансформаторов делают из тонких медных эмалированных проводов, а вторичные — из довольно толстых. 

В нашей формуле, если пренебречь активными сопротивлениями обмоток, то есть R1, R2 ~ 0, то

Формула

Трансформаторы, используемые в цепях потребления для масштабирования напряжений к номиналам потребляющих приборов, обычно и называют трансформаторы напряжения.

Коэффициент трансформации трансформатора тока

Измерительные трансформаторы располагают на линии, проходящей «мимо», они являются трансформаторами тока, и напряжение на вторичной обмотке у них померить просто нереально. Поэтому пользуются другим способом определения коэффициента трансформации: «пляшут» от токов, а не от напряжений. Получается коэффициент трансформации тока

Косвенное подключение к линии

Первичная обмотка включена в линию последовательно со всеми ее остальными нагрузками, и измерение коэффициента трансформации проводят по току, протекающему во вторичной обмотке.

Формула

Эти токи также зависят от количества витков в обмотках. Однако от силы тока в обмотках и от количества витков зависит ток «холостого хода» I0, который складывается из тока намагничивания и тока, идущего на потери от разогрева трансформаторного магнитопровода:

Формула

Если эти потери невелики, то есть I0 ~ 0, то

Формула

То есть в трансформаторах тока коэффициент трансформации находят как равный обратному отношению количества витков в обмотках — во вторичной обмотке к количеству витков в первичной обмотке.

Как определить этот показатель в цепях передачи мощности

При передаче энергии в конкретную нагрузку стараются согласовать мощность нагрузки во вторичной цепи с мощностью, извлекаемой трансформатором из цепи его первичной обмотки, то есть от источника. Такого согласования можно добиться, используя балластные сопротивления во вторичных цепях, а можно для этого использовать согласующий трансформатор.

Соотношение мощностей в этом случае будет

Соотношение

где  S1 — мощность, потребляемая трансформатором из сети и S2 — мощность, отдаваемая трансформатором в нагрузку;

ΔS — потери мощности в самом трансформаторе — обычно их находят как равные 1–2% от мощности.

Пренебрегая этими малыми потерями трансформирующего устройства, получаем зависимости для мощностей

Формулы

            где       Z1 — входное сопротивление цепи трансформатора с нагрузкой относительно первичной цепи,

                        Z2 — входное сопротивление цепи нагрузки трансформатора, подключенной к вторичной обмотке.

Так как цепи согласованы, то

Формула

Получается значение еще одного показателя, который называется коэффициентом трансформации по сопротивлению, и такой коэффициент трансформации равен отношению квадратов напряжений на первичной обмотке и на вторичной.

Как определить опытным путем?

В реальных практических случаях не всегда бывает возможно найти коэффициент трансформации чисто аналитическим путем, чему не помогает даже и использование калькуляторов. Например, трансформаторы, имеющие несколько обмоток.

Коэффициент трансформации трехфазного трансформатора, вообще говоря, не один, а несколько, так как трехфазный трансформатор содержит несколько вторичных обмоток, которые намотаны на одном сердечнике.

Или когда мы имеем перед собой трансформатор, но не знаем точное количество витков в обмотках.   

Поэтому существуют методы опытного определения, основанные на измерении напряжений на входе трансформатора и напряжения на вторичных обмотках. Такие замеры необходимо делать на холостом ходу, причем одновременно на первичной и на вторичных обмотках. Из них и найдете искомые коэффициенты трансформации. Найденное значение послужит основой для дальнейших расчетов.  

Источник: https://domelectrik.ru/oborudovanie/transformator/koefficient-transformacii

Принцип действия и устройство трансформаторов

Современное электроснабжение невозможно представить без трансформаторов, кроме того, они используются практически во всех источниках питания как в старой технике— сетевые железные трансформаторы, так и в современной – миниатюрные импульсные трансформаторы. В этой статье мы расскажем об их устройстве и принципе работы .

Что такое трансформатор?

Для начала заглянем в ГОСТ 16110 «Силовые трансформаторы. Термины и определения», в нём сказано:

Трансформатор — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

Явление электромагнитной индукции заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре, расположенном в изменяющемся или подвижном магнитном потоке, возникает ЭДС. Его открыл в 1831 году Майкл Фарадей.

Майкл Фарадей

С помощью трансформаторов можно повысить или понизить переменное напряжение для питания чего-либо, а также измерять большие величины. Например, с помощью трансформатора тока можно измерить любые значения тока даже амперметром или ваттметром с малым пределом измерения, нужно лишь умножить показания измерительного прибора на коэффициент трансформации.

Обмотки трансформаторов связаны индуктивно, то есть между ними нет электрического контакта, поэтому с помощью трансформаторов не только преобразовывают параметры электрической энергии, силу тока и напряжение, но и выполняют гальваническую развязку цепей.

Гальваническая развязка — это и есть передача электрического сигнала или энергии без электрического контакта систем, взаимодействующих друг с другом.

Что бывает необходимым для обеспечения безопасности как для компонентов электрических схем, так и для людей, которые их будут использовать.

Кратко о принципе работы

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. В простейшем случае у трансформатора есть две обмотки, на одну из них подают переменный ток, а с другой его снимают.

Ток, который протекает в первичной обмотке порождает магнитное поле, поток которого изменяет свою величину и направление соответственно изменению направления и величины тока в первичной обмотке, например в отечественной электросети ток и напряжение изменяются по синусоидальному закону с частотой в 50 герц.

Магнитный поток замыкается в сердечнике трансформатора, и пронизывает витки вторичной обмотки. Согласно закону электромагнитной индукции в каждом витке вторичной обмотки наводится ЭДС, величина которого прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока и количеству витков, который он пронизывает. В следующем видеоролике автор наглядно демонстрирует вышесказанное.

Устройство

Итак, поговорим о том, как устроен трансформатор, на примере простейшего однофазного трансформатора. Состоит он из двух и более обмоток (1, 2), расположенных на сердечнике (3). Сердечник – это магнитопровод или устройство для прохождения магнитного потока с определенными потерями, зависящими от материала, из которого он выполнен.

Устройство трансформатора: 1 – первичная обмотка, 2 – вторичная обмотка, 3 – сердечник

Если трансформатор работает в низкочастотной цепи, например, в электросети с частотой 50 Гц, то сердечник набирается из тонких пластин электротехнической стали толщиной 0.3-0.5 мм (или другого магнитомягкого материала), изолированных друг от друга диэлектриком.

Сами же тонкие пластины используются для снижения потерь в виде тепла на вихревые токи, или, как их еще называют, токи Фуко.

В некоторых случаях сердечник может отсутствовать, а сердечники трансформаторов импульсных источников питания, которые работают на высокой частоте в десятки и сотни килогерц, делают цельными (не из пластин) и зачастую из феррита. У высокочастотных трансформаторов сердечник и вовсе отсутствует.

Листы железа для сердечника и ферритовый сердечник трансформатора

Одна из обмоток называется первичной — на неё подают напряжение от источника переменного тока, например, из электросети. Остальные обмотки называются вторичными — с них снимают напряжение, к ним подключают нагрузку, измерительные приборы и прочее.

Если необходимо получать разные напряжения на вторичной обмотке или обеспечить возможность подключения первичной обмотки к источникам переменного тока с разным напряжением, то делают отводы от обмоток, или несколько обмоток, соединенных одним из концом между собой.

Отношение напряжения на первичной обмотке к напряжению на вторичной обмотке называют коэффициентом трансформации. То есть если на первичную обмотку подают 220В, а со вторичной обмотки снимают 110В, то коэффициент трансформации (k) такого трансформатора равен:

k=220/110=2

Соответственно такой трансформатор называют понижающим, если на вторичной обмотке напряжение больше, чем на первичной — он повышающий, а если напряжения равны – разделительный.

Коэффициент трансформации (k) определяется соотношением количества витков первичной обмотки ко вторичной:

k=w1/w2

Один и тот же трансформатор может быть, как понижающим, так и повышающим это зависит от того, на какую обмотку подаётся напряжение. То есть, понятия «первичная» и «вторичная» обмотки относительны, и применяются в зависимости от конкретного включения трансформатора.

Допустим, у нас есть понижающий трансформатора 220/12 вольт, обмотка 12 вольт помечена в документации как вторичная, а 220 как первичная.

Но если подать 12 вольт переменного тока на «вторичную» обмотку, то этот трансформатор будет уже повышающим, и на обмотке 220 вольт появится такое напряжение, таким образом, первичная и вторичная обмотки поменяются ролями.

Ток в первичной и вторичной обмотки также соотносится с коэффициентом трансформации, а напряжения в первичной и вторичной обмотках обратно пропорциональны токам вторичной и первичной обмотки. То есть в понижающем трансформаторе на вторичной обмотке напряжение (U2) ниже, чем на первичной (U1) в k раз, а ток вторичной обмотки во столько же раз выше, чем в первичной и наоборот.

Коэффициент полезного действия трансформаторов зависит потерь в сердечнике, сопротивления обмоток, коэффициента мощности, но самое большое влияние на КПД оказывает коэффициент нагрузки. В общем виде формула имеет вид:

η = P2 / P1

На холостом ходу КПД трансформатора стремится к нулю, поскольку никакой полезной работы не совершается, максимальный же КПД стремится к единице и приходится на область от 50% и выше от номинальной мощности, а далее незначительно снижается.

Зависимость КПД от коэффициента нагрузки

Условное графическое обозначение (УГО) трансформаторов на схемах соответствует их устройству и отражает количество первичных, вторичных обмоток и отводов от них.

УГО трансформатора на схеме бывает разным

Виды трансформаторов

Трансформаторы классифицируют по ряду критериев, по назначению выделяют:

1. Силовые — используются в системах передачи и распределения электроэнергии.
2. Сетевые —для питания отдельных приборов и устройств, зачастую понижающие, например, 220/12, 220/5.
3. Специального назначения — для конкретного применения, например, как сварочные трансформаторы.
4. Измерительные – трансформаторы тока или напряжения. Используются для измерения высокого напряжения или большой силы тока.
5. Испытательные — используются для испытания электрической прочности изоляционных материалов высоким напряжением.
6. Радиотрансформаторы или трансформаторы связи — используются в автоматике, телемеханике, звуковой и радиоаппаратуре для согласования сопротивлений электрических цепей (согласующие транфсорматоры).
7. Разделительные — для гальванической развязки от сети, используются с целью повышения электробезопасности.

По виду охлаждения:

1. Сухие. Охлаждаются воздухом, а именно при его естественной или принудительной циркуляции.
2. Масляные. Сердечник и обмотки находятся в корпусе, заполненном трансформаторным маслом, которое также выполняет роль диэлектрика. Масляное охлаждение также может быть естественным или с принудительной циркуляцией.

Устройство трансформатора с масляным охлаждением: 1 — магнитопровод; 2,3 — концентрические обмотки; 4 – бак; 5 – трубы радиатора; 6 – регулятор напряжения; 7,8 – вводы низкого и высокого напряжений

По числу фаз:

1. Однофазные. На примере таких и было рассмотрено устройство и принцип работы выше.
2. Трёхфазные. Содержат три одинаковых группы обмоток (по одной на каждую фазу), установленных на одном сердечнике.

А также различаются по форме магнитопровода:

2. Броневые.

3. Тороидальные.

4. Овальные.

Внешний вид сердечников разной конфигурации

В последнее время наблюдается большее распространение тороидальных трансформаторов для питания отдельных устройств, благодаря их относительной компактности, тем не менее броневые сердечники использовались и продолжают использоваться чаще остальных, а стержневая конструкция используется на силовых трёхфазных трансформаторах.

Сами же магнитопроводы бывают ленточными и шихтованными. Шихтованные магнитопроводы набираются из плоских штампованных пластин, а ленточные из ленты, намотанной спиралью или выгнутой по форме сердечника. Эти конструкции сердечников разборные, позволяют разъединять их на части для установки или замены обмоток после перемотки.

Конструкция и внешний вид ленточного и броневого магнитопровода трансформаторов

Есть и другие критерии для классификации, например соотношению первичного и вторичных напряжений: повышающие и понижающие; по числу обмоток различают двухобмоточные и многообмоточные трансформаторы, в которых используется одна первичная и две или больше вторичных обмоток; а по конструкции выделяют: цилиндрические, концентрические и дисковые.

На самом деле классификацию трансформаторов можно продолжать и далее углубляясь в особенности каждой из сфер применения, коих великое множество.

Заключение

Тема трансформаторов в электротехнике очень обширна, как и их сфера применения, а целью этой статьи было познакомить читателя с общими сведениями, которые следует знать о трансформаторах.

Каждый из разделов статьи достоин отдельной статьи, и вложить всё необходимое в небольшой объём крайне сложно. Поэтому будет отлично, если вы напишите в комментариях, о чем хотели бы узнать в следующих статьях.

А для более детального самостоятельного изучения темы этой мы предлагаем прочесть книгу, приложенную к посту.

Источник: https://vk.com/@etm_company-princip-deistviya-i-ustroistvo-transformatorov

Что такое коэффициент трансформации — от чего зависит и что показывает

Для преобразования электроэнергии в технике применяют трансформаторы (ТР). Важнейшим параметром каждого ТР является его коэффициент трансформации (Кт). Чтобы понять, что такое коэффициент трансформации, необходимо рассмотреть принцип работы ТР.

Что такое коэффициент трансформации

Трансформаторы могут предназначаться для преобразования напряжения, тока или для развязки электрических цепей. Основными элементами конструкции являются магнитопровод, состоящий из стальных пластинок, и несколько обмоток из провода.

Преобразование — это изменение значения какого-либо из параметров цепи в сторону увеличения или уменьшения.

В работе ТР используется явление электромагнитной индукции. Если к первичной обмотке с числом витков N1 подвести переменное напряжение (U1), в конструкции возникает переменное магнитное поле (МП), которое в основном концентрируется в магнитопроводе. При этом в другой (вторичной) обмотке, имеющей N2 витков, появляется электродвижущая сила (ЭДС).

Обе обмотки обладают незначительным сопротивлением и большой индуктивностью

От чего зависит величина электродвижущей силы

Величина этой ЭДС (U2) зависит от величины напряжения U1 и соотношения витков первичной и вторичной обмоток, то есть: U2=U1(N2/ N1).

При этом отношение количества витков вторичной и первичной обмоток Кт данного трансформатора и обозначается n:
n= N2/ N1. Таким образом, коэффициент трансформации — величина, показывающая масштабирующую характеристику ТР относительно какого-нибудь параметра электрической цепи.

Для силовых трансформаторов ГОСТ 16110–82 определяет коэффициент трансформации как «отношение напряжений на зажимах двух обмоток в режиме холостого хода» и «принимается равным отношению чисел их витков»

Классификация

ТР могут быть понижающими или повышающими.

В понижающем ТР Кт n < 1, а напряжение на вторичной обмотке меньше U1. Такие устройства применяются, например, при передаче электроэнергии для того, чтобы снизить U1 высоковольтных ЛЭП до сетевого бытового напряжения в 220 В. Устройства такого типа могут быть использованы также для блоков питания компьютеров или блоков зарядки аккумуляторов смартфонов.

В повышающем — Кт n > 1 и, соответственно, U2 > U1. Трансформаторы повышающего типа используются в промышленности. Например, типа ТП-1 повышают напряжение с 220 В до 380 В.

Как определить коэффициент трансформации на видео

Коэффициент трансформации является важнейшим параметром трансформатора. Он определяется соотношением чисел витков обмоток трансформатора. В зависимости от величины Кт трансформатор может повышать или понижать входное переменное напряжение.

Источник: https://elektro.guru/osnovy-elektrotehniki/chto-takoe-koeffitsient-transformatsii.html

Понижающий трансформатор

Понижающий трансформатор — это обычный трансформатор который работает по тем же принципам и только нужен для преобразования определенное переменного напряжения с большого значения в меньшее. То есть если определенному устройству необходимо напряжение 12 Вольт, а с розетки подается стандартно 220 Вольт, нужно использовать понижающий трансформатор. Используется понижающий трансформатор так же в различных отраслях энергетики, электротехники.

схема понижающего трансформатора с 220 В на 12 В

ТН 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.

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.

Например.

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.

Существуют различные типы понижающих трансформаторов. Они могут быть одно-, двух- или трехфазными, что позволяет использовать их в различных областях энергетики. Конструкция этих устройств включает в себя две обмотки и шихтованный сердечник, для изготовления которого используется электротехническая сталь. 

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

В чем различие между повышающим и понижающим трансформатором

При наличии огромного количества электроприборов и электроники нередко возникает необходимость использования электрического трансформатора.

Это электромагнитное устройство позволяет изменить значение тока благодаря явлению самоиндукции. Корень «трансформ», собственно, и означает «изменение».

Использование трансформаторов в быту и в производстве связано с особенностями оборудования. Обычно это устройства иностранного производства, например, произведенные в Азии и Америке, где стандартная электросеть выдает отличные от российских стандартов значения тока. Трансформатор позволяет защитить электрооборудования от выхода из строя или просто обеспечить необходимое питание для его эффективной работы.

Понижающими называются трансформаторы, преобразующие ток с больших значений на меньшие – например, с 220 до 110 В.

Повышающими трансформаторами называют устройства с обратным эффектом: протекающий по ним ток за счет индукции в катушках изменяется с меньших на большие значения. Например, повысить напряжение с 35 кВольт на 110 кВ для передачи электроэнергии на большие расстояния.

Таким образом, становится понятно, какой трансформатор нужно выбирать для тех или иных целей. Отдельно можно рассматривать регулируемые модели, в которых доступна функция быстрого переключения с повышения на повышение вольтажа. Универсальные трансформирующие приборы несколько дороже по цене, но и удобнее.

Понижающий трансформаторы часто применяют трехфазные трансформаторы для снабжения электроэнергией промышленные предприятия и жилые дома.

Маркировка понижающих трансформаторов зависит от его свойств

Основными свойствами понижающих трансформаторов являются:

• Мощность.
• Напряжение выхода.
• Частота.
• Габаритные размеры.
• Масса.

Частота тока для разных моделей трансформаторов будет одинаковой, в отличие от других перечисленных характеристик. Габаритные размеры и масса будут больше при повышении мощности модели. Максимальная величина мощности у промышленных образцов понижающих трансформаторов, так же как габаритные размеры и масса.

Напряжение на выходе вторичных обмоток может быть различным, и зависит от назначения прибора. Модели трансформаторов для бытовых нужд имеют малые габариты и вес. Их легко устанавливать и перевозить.

Обмотки трансформатора

Обмотки находятся на магнитопроводе прибора. Ближе к сердечнику как правило, располагают низковольтную обмотку, так как ее легче изолировать. Между обмотками укладывают изоляционные прокладки и другие диэлектрики, например электротехнический картон.

Первичная обмотка соединяется с сетью питания переменного напряжения. Вторичная обмотка выдает низкое напряжение и подключается к потребителям электроэнергии.  К одному трансформатору можно подключать сразу несколько бытовых устройств.

Для намотки катушек применяют изолированные провода, с изоляцией каждого слоя кабельной бумагой

Проводники бывают различных форм сечения:

• Круглая.
• Прямоугольная (шина).

По способу намотки обмотки делят:

• Концентрические, на стержне.
• Дисковые, намотанные чередованием.

Применение понижающих трансформаторов заключается в их достоинствах:

• необходимостью уменьшения рабочего напряжения до 12 вольт для создания безопасности человека.
• Другой причиной применения низкого напряжения является нетребовательность трансформаторов к значению входного напряжения, так как они могут функционировать, например, при 110 В, при этом обеспечивая стабильное напряжение на выходе.
• Компактные размеры.
• Малая масса.
• Удобство транспортировки и монтажа.
• Отсутствие помех.
• Плавная регулировка напряжения.
• Незначительный нагрев.

Недостатки

• Недолгий срок службы.
• Незначительная мощность.
• Высокая цена.

Как выбрать понижающие трансформаторы

Торговая сеть электротехнических изделий предлагает модели бытовых понижающих трансформаторов на все случаи жизни. При выборе конкретного устройства, рекомендуется воспользоваться следующими критериями выбора:

• Величина напряжения на входе. На корпусе устройства обычно есть маркировка входного напряжения 220, либо 380 вольт. Для бытовой сети подходит модель на 220 В.
• Величина напряжения выхода. Зависит от назначения и применения устройства. Обычно это 12 или 36 вольт, о чем также должна быть маркировка.
• Мощность устройства. Чтобы правильно подобрать стабилизатор по мощности, нужно сложить мощности всех планируемых к подключению потребителей, и добавить резервное значение 20%.

Эксплуатация и ремонт

Основным условием правильной и надежной эксплуатации понижающего трансформатора является специально оборудованное место для его монтажа и функционирования.

Понижающие трансформаторы необходимо содержать в чистоте, сухом виде, защищать от пыли и влаги. В домашних бытовых условиях для трансформатора используют специальный шкаф или металлический корпус.

Заземление для понижающего трансформатора является обязательным условием.

Трансформатор требует периодического обслуживания и ухода, в зависимости от выполняемых им задач и условий эксплуатации.

Чаще всего обслуживание включает в себя следующие работы:

• Наружный осмотр, очистка от пыли и грязи.
• Осмотр деталей уплотнения, колец, прокладок, подтяжка клемм.
• Проверка изоляции на пробой.

В трансформаторе могут появиться неисправности и повреждения обмоток в виде трещин секций катушек. При этом не требуется демонтировать трансформатор. На поврежденную изоляцию накладывают лакоткань.

При серьезных неисправностях, связанных с обрывом или коротким замыканием, осуществляют снятие трансформатора и его ремонт в электромастерской.

Понижающий трансформатор 220-110В 1500Вт . Как выбрать понижающий трансформатор

Источник: https://transformator220.ru/harakteristiki/setevye/ponizhayushhij-transformator.html

Устройство и принцип действия трансформатора

Принцип действия трансформатора (понижающего или повышающего) — трансформация переменного напряжения (как повышение, так и понижение) с некоторой потерей мощности. Трансформаторы работают только с переменным напряжением. Именно по этой причине все электрические сети имеют переменное напряжение.

Повышающие трансформаторы повышают напряжение, понижающие трансформаторы понижают. Большинство источников питания используют понижающие трансформаторы, чтобы уменьшить высокое опасное напряжение сети (220В) до низкого напряжения питания электронных схем и других бытовых приборов.

Купить понижающий трансформатор

Чаще всего бывает нужно купить понижающий трансформатор. Ведь для питания всевозможных бытовых приборов требуется именно пониженное напряжение (относительно сети 220В). Что вообще надо знать, если необходимо купить трансформатор? Прежде всего, конечно, необходимо чётко понимать, надо купить трансформатор понижающий или повышающий? Далее необходимо определить мощность, на которую он должен быть рассчитан.

Она складывается из нагрузки, которую необходимо питать плюс учесть потери на КПД трансформатора. Также, желательно определиться с типом, т.е. на каком «железе» (магнитопроводе) он должен быть намотан. Есть два основных типа: тороидальные трансформаторы и, так называемые, обычные. Разница между ними весьма существенная, у обоих типов есть свои плюсы и минусы и определиться с этим надо заранее. Про тороидальные трансформаторы читайте не нашем сайте.

О том, какие обмотки должны быть на покупаемом трансформаторе, читайте далее.

Первичная и вторичная обмотки трансформатора

Обмотку трансформатора, на которую подаётся напряжение, называют первичной обмоткой, с которой снимают напряжение — вторичной. Между первичной и вторичной обмоткой нет никакого электрического контакта. Они связаны между собой переменным магнитным полем, наведённым в сердечнике трансформатора напряжением, поданным на первичную обмотку. (Здесь речь не идёт об автотрансформаторах, где первичная и вторичная обмотки являются частью друг друга)

В процессе преобразования напряжения теряется очень небольшая часть мощности. Поэтому мощность, снимаемая с вторичной обмотки трансформатора, практически равна мощности, которую способна принять первичная обмотка. Необходимо отметить, что если трансформатор понижающий, то ток, на который может быть рассчитана вторичная обмотка, будет выше, чем на первичной. При повышающем трансформаторе — наоборот.

Коэффициент трансформации напряжения

Соотношение числа витков первичной и вторичной обмоток трансформатора, называемое коэффициентом трансформации напряжения, определяет соотношение напряжений на обмотках. Понижающий трансформатор имеет большее количество витков у первичной обмотки, которая соединяется с источником высокого сетевого питания и меньшее количество витков у вторичной обмотки для выдачи пониженного выходного напряжения.

Коэффициент трансформации =	Vp	=	Np
Vs	Ns

Вых мощ = вх мощ

Vs × Is = Vp × Ip

Vp = Напряжение на первичной обмотке трансформатора Np = Число витков первичной обмотки трансформатораIp = Ток первичной обмотки трансформатора

Vs = Напряжение на вторичной обмотке трансформатора Ns = Число витков вторичной обмотки трансформатораIs = Ток вторичной обмотки трансформатора

Источник: http://katod-anod.ru/articles/26

Что такое коэффициент трансформации

1. Что такое коэффициент трансформации?
2. Методы расчета коэффициент трансформации.
3. Как подготовить приборы к расчету?
4. Измерение потерь холостого хода

Что такое коэффициент трансформации?

Проверка коэффициента трансформации подразумевает расчет отношения напряжений U1 и U2. U1 – это напряжение концов обмотки трансформатора. U2 – это напряжение выводов вторичной обмотки, которое определяется во время холостого хода.

В теории устройство не претерпевает потери мощности. Но на практике часто встречаются ситуации, при которых наблюдается понижающий или повышающий коэффициент. В таком случае без специальных расчетов не обойтись.

Коэффициент можно найти с помощью простой формулы:

Данное значение показывает, насколько токовое напряжение в одной обмотке отличается от другой при воздействии определенных нагрузок. Такие измерения позволяют вовремя устранить неисправности и предотвратить риск возникновения аварийной ситуации.

Методы расчета коэффициент трансформации

Для проведения испытаний вам понадобится вольтметр. С помощью этого прибора можно убедиться в том, что соотношение количества витков соответствует техническим стандартам. Для этого необходимо измерить коэффициенты на холостом ходу. Эти проверки также позволяют определить полярности и возможные повреждения трансформатора.

Существует 3 метода определения коэффициента трансформации:

• технические документы от производителя;
• мост переменного тока;
• последовательные измерения вольтметром.

Классический метод измерений предполагает использование двух вольтметров. Номинальный коэффициент определяется путем деления показателей напряжения, которые фиксируются на холостом ходу.

При работе с новым прибором эти данные можно посмотреть в техническом паспорте производителя. При проверке трехфазных трансформаторов измерения проводятся одновременно для одной и другой обмотки.

Встречаются ситуации, при которых прибор имеет скрытые выводы. В таком случае измерения проводятся только в том месте, в котором провода соединяются с устройством и не находятся под кожухом. Они находятся снаружи, поэтому доступны для проведения проверки. При работе с устройством одной фазы задача упрощается. Для исследования понадобятся значения двух вольтметров, расположенных в разных концах обмотки. Такая схема учитывает подключенную нагрузку цепи №2.

Наиболее современный способ определения коэффициентов позволит быстро получить показатели должного уровня точности. Универсальные приборы не требуют подведения к трансформатору каких-либо источников напряжения. Данным методом пользуются профессиональные электрики. При наличии специальных приборов с такой задачей справится и неподготовленный человек.

При анализе токов трансформатора создается цепь, в которой величина тока от 20 до 100 процентов пропускается по обмотке первичного типа. При этом должно и измеряться ответвление – вторичный ток.

Стоит быть предельно осторожными при работе с трансформаторами, имеющими несколько обмоток вторичного типа. Такие устройства могут быть опасными. Вторичные обмотки в таком случае изолируются с целью предотвращения возникновения риска для жизни и рабочего оборудования.

Некоторые типы трансформаторов требуют заземления. Для работы с ними требуется найти в корпусе найти клемму со специальным обозначением «З» (то есть, заземление).

Как подготовить приборы к расчету?

Современные устройства для измерения коэффициентов способны работать в полуавтоматическом режиме, поэтому сложностей при их настройке не возникает. Несмотря на это, пользователю следует знать некоторые особенности выполнения такого задания.

Для определения коэффициентов в трансформаторах с одной и тремя фазами воспользуйтесь схемами, представленными ниже.

Инженерные универсальные приборы для измерения показателей должны соответствовать государственным стандартам. Используйте только ту технику, которая имеет сертификаты качества и соответствия. Важно обращать внимание на материал корпуса и комплектующих. Они должны состоять из надежных составляющих. Такие материалы переносят большие напряжения и отличаются длительным сроком эксплуатации.

Перед использованием прибора убедитесь в том, что датчики находятся на нулевом значении. Несмотря на высокую точность измерений, следует снизить уровень погрешности путем проведения нескольких испытаний. Более точные значения можно получить после нахождения общего арифметического всех полученных результатов.

Стоит запомнить, что номинальное напряжение всегда выше подводимого. Универсальные приборы современного типа предназначены не только для определения коэффициента трансформации. Такие приспособления показывают полярность катушек и значение тока возбуждения в трансформаторах различного типа.

Измерение потерь холостого хода

Такие испытания проводятся для трансформаторов, мощность которых превышает 1000 кВт. Установки мощностью до 1000 кВт можно проверять только после проведения капитального ремонта и частичным изменением магниопровода.

Потери холостого хода у трансформаторов трехфазного типа фиксируются при наличии однофазного возбуждения тока. При проведении работ следует использовать схемы, предоставленные производителем.

Обратите внимание, что коэффициенты установок во время ремонта или эксплуатации не должны отличаться от заводских стандартов более чем на 5%. Для трансформаторов однофазного типа аналогичные значение не превышают 10%.

Решение о начале измерений принимается техническим руководителем на предприятии. Поводом для начала исследований могут стать данные хроматографического анализа газов, растворенных в масле.

В этом случае полученные показатели не должны отличаться от исходных норм более чем на 30%. В конце исследования все технические параметры заносятся в соответствующий отчет.

Этот документ может использоваться в будущем технологами предприятия для определения уровня амортизации оборудования и его общего технического состояния.

Источник: https://t-zamer.ru/v-pomosh-energetiku/chto_takoe_koeffitsient_transformatsii/

Трансформатор электрический

статьи

Трансформатор электрический, не имеющее подвижных частей электромагнитное устройство, служащее для передачи посредством магнитного поля электрической энергии из одной цепи переменного тока в другую без изменения частоты.

Трансформатор может повышать его напряжение (повышающий трансформатор), понижать (например, измерительный трансформатор) или передавать энергию при том же напряжении, при каком он ее получил (разделительный трансформатор). Трансформаторы обладают высоким КПД: от 97% при небольших мощностях до свыше 99% при больших.

Они имеют достаточно прочную конструкцию и относительно низкую стоимость на единицу передаваемой мощности.

Трансформатор состоит из магнитопровода, представляющего собой набор пластин, которые обычно изготавливаются из кремнистой стали (рис. 1). На магнитопроводе располагаются две обмотки – первичная P и вторичная S. Для простоты обмотки показаны на разных стержнях магнитопровода.

На самом деле при таком расположении обмоток переменный магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой в магнитопроводе, недостаточно эффективно используется для наведения ЭДС во вторичной обмотке. Кроме того, такой трансформатор плохо поддавался бы регулированию.

На практике первичные и вторичные обмотки располагают близко друг к другу (рис. 2).

На рис. 1 генератор переменного тока A подает ток I0 напряжения E1 на первичную обмотку P. В рассматриваемый момент ток в верхнем проводнике имеет положительное направление и возрастает, так что первичная обмотка создает в магнитопроводе магнитный поток Fпо часовой стрелке.

Этот поток, пронизывающий обе обмотки, называется потоком взаимоиндукции; его изменение индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) как в первичной, так и во вторичной обмотке. ЭДС, индуцированная в первичной обмотке, направлена против тока питания в ней и соответствует противо-ЭДС электродвигателя.

ЭДС, индуцированная во вторичной обмотке, соответствует ЭДС электрогенератора и может быть подана на нагрузку.

Величина индуцированной в обмотке трансформатора ЭДС дается формулой E = 4,44 Fm fN 10-8 В, где Fm – максимальное мгновенное значение магнитного потока F в максвеллах, f – частота в герцах и N – число витков. Поскольку поток Fm является общим для обеих обмоток, индуцированная в каждой из них ЭДС пропорциональна числу витков в соответствующей обмотке:

E2 /E1 = N2 /N1.

В обычном трансформаторе напряжения на зажимах отличаются от индуцированных ЭДС лишь на несколько процентов, так что для большинства практических целей указанные напряжения фактически пропорциональны соответствующим числам витков, V2 /V1 = N2 /N1.

Ток I0 в отсутствие нагрузки (ток холостого хода) создает магнитный поток F и вместе с приложенным напряжением является источником потерь в магнитопроводе на гистерезис и вихревые токи. В режиме холостого хода потери I02R в меди первичной обмотки ничтожны. Ток холостого хода I0составляет обычно от 1 до 2% номинального тока трансформатора, хотя в низкочастотных (25 Гц) трансформаторах он может достигать величины 5 или 6%.

Если на рис. 1 переключатель X вторичной цепи замкнут, в ней течет ток. Согласно правилу Ленца, направление тока во вторичной обмотке таково, что он противодействует потоку F. Когда этот поток уменьшается, противо-ЭДС E1первичной обмотки тоже уменьшается и ток в ней становится больше, обеспечивая передачу мощности, которая снимается затем со вторичной обмотки. Противо-ЭДС E1 отличается от приложенного напряжения V1всего на 1–2%.

Напряжение V1 постоянно. Если E1 постоянна, то поток взаимоиндукцииF также постоянен, и, следовательно, постоянна магнитодвижущая сила (число ампер-витков), действующая на магнитопровод. Таким образом, увеличение МДС вторичной обмотки при приложении нагрузки должно уравновешиваться противоположной величиной МДС первичной обмотки. Ток холостого хода мал по сравнению с токами нагрузки и обычно значительно отличается от них по фазе.

Пренебрегая им, имеем

N2 I2 = N1 I1 и I2 /I1 = N1 /N2.

Таким образом, в трансформаторе токи практически обратно пропорциональны количеству витков в соответствующих обмотках.

Зависимость напряжения от нагрузки

На рис. 2 показан поперечный разрез одного плеча трансформатора со связанными первичной и вторичной обмотками P и S, причем первичная охватывает вторичную. Практически всегда имеется некоторая часть потока F, создаваемого первичным током, которая замыкается на одной лишь первичной обмотке P; это первичный поток рассеяния. Аналогично существует вторичный поток рассеяния.

Оба эти потока создают реактивное сопротивление рассеяния в соответствующих цепях, что в сочетании с активным сопротивлением уменьшает напряжение на зажимах вторичной обмотки с включенной нагрузкой. На рис. 3 величина V1представляет напряжение на зажимах первичной обмотки, а I1 – ток в ней, запаздывающий по отношению к V1 на q градусов.

Напряжение I1R01 (находящееся в фазе с I1)и напряжение I1X01 (сдвинутое по отношению к I1 на 90° и опережающее его) суммируются векторно с V1, давая E1. В результате имеем

Опережающий ток берется со знаком минус. Если коэффициент мощности равен 1, то cosq = 1 и sinq = 0. При этом относительное изменение напряжения на первичной обмотке трансформатора при изменении нагрузки от оптимальной до режима холостого хода определяется отношением

Для вторичной обмотки имеем R02 = R01(N2 /N1)2 и X02 = X01(N2 /N1)2. Записывая аналогично предыдущему уравнение для Е2, получим такое же соотношение. Потери на активном и реактивном сопротивлениях трансформатора составляют от одного до трех процентов от напряжения на зажимах (на рис. 3 они показаны в увеличенном масштабе).

КПД преобразования трансформаторов настолько близок к единице, что при прямых измерениях на входе и выходе точность оказывается недостаточной. Более точный метод определения КПД состоит в измерении потерь Pc в магнитопроводе путем измерения мощности одной из обмоток без нагрузки, когда эта обмотка работает при номинальном напряжении. Тогда КПД (h) можно получить из формулы

Автотрансформаторы

Автотрансформатором называют трансформатор, в котором часть обмотки является общей как для первичной, так и для вторичной цепи. При низком коэффициенте трансформации автотрансформатор обеспечивает значительную экономию в стоимости и увеличение КПД по сравнению с обычным двухобмоточным трансформатором.

На рис. 4,а показан автотрансформатор с коэффициентом трансформации 2. Предполагается, что коэффициент мощности равен 1, а потери и ток холостого хода незначительны. Непрерывная обмотка ac на магнитопроводе трансформатора может быть распределена между несколькими катушками на противоположных плечах магнитопровода.

Чтобы получить коэффициент трансформации 2, делается отвод b от средней точки обмотки ac, а нагрузка вторичной обмотки подсоединяется между точками b и c. Для преобразования мощности обмотка ab является первичной, а bc – вторичной. Допустим, что ток нагрузки I составляет 20 А при 50 В. Ток 10 А течет от a к b и отсюда к нагрузке dd ў.

Мощность, создаваемая током 10 А при падении напряжения 50 В на участке ав, составляет 500 Вт; эта мощность наводит магнитное поле в магнитопроводе, которое проявляется в индуцированном токе I2 = 10 А при напряжении 50 В между c и b.

Таким образом, из суммарной мощности 1000 Вт на нагрузке 500 Вт передаются от a к b по проводам без трансформации, а 500 Вт – в результате трансформации. В обычном двухобмоточном трансформаторе потребовалась бы не только обмотка ac, рассчитанная на 100 В и 10 А, но также вторичная обмотка, рассчитанная на 50 В и 20 А и содержащая то же количество меди.

Более того, при одной обмотке нужно меньше железа для магнитопровода (сердечника). Следовательно, в автотрансформаторе с коэффициентом трансформации 2 или 1/2 требуется вдвое меньше, чем в двухобмоточном трансформаторе, материала, да и потери сокращаются примерно наполовину.

На рис. 4,б показан автотрансформатор с первичной обмоткой на 100 В и коэффициентом трансформации 4/3. Нагрузка вторичной обмотки составляет 20 А при 75 В, что соответствует мощности на выходе 1500 Вт. Следовательно, первичный ток должен иметь величину 15 А. Отвод b сделан в точке, соответствующей трем четвертям числа витков от c к a. Ток 15 А течет от a к b и отсюда к нагрузке dd ў.

Этот ток при падении напряжения 25 В на ab дает 15ґ25 = 375 Вт магнитному полю, которое индуцирует ток между c и b 5 А при 75 В, так что подвергаются трансформации только 375 Вт, а остальные 1125 Вт мощности передаются от 100 В- к 75 В-цепи по проводам.

Таким образом, чтобы осуществлять трансформацию всей заданной мощности, для указанного трансформатора достаточно всего одной четвертой от того значения мощности, которое должен иметь соответствующий двухобмоточный трансформатор.

Автотрансформаторы обычно используются для регулирования вторичного напряжения и трансформации с небольшими коэффициентами, такими, как 2 или 1/2. Они используются также для пускателей двигателей, уравнительных катушек и для многих других целей, требующих небольших коэффициентов трансформации.

Измерительные трансформаторы

При высоких напряжениях трудно проводить измерения, поскольку высоковольтные приборы дороги и обычно громоздки; их точность подвержена воздействию статического электричества, к тому же они небезопасны. Когда ток превышает 60 А, нелегко обеспечить высокую точность амперметров из-за больших проводов и значительных ошибок, обусловленных паразитным полем концевых выводов.

Кроме того, амперметры и катушки тока в высоковольтных цепях опасны для оператора. В измерительных трансформаторах тока и напряжения используются катушки напряжения на 100 В и катушки тока на 5 А. Вторичные обмотки должны быть заземлены. Если шкалы приборов не откалиброваны в коэффициентах трансформации, то показания надо умножать на соответствующий коэффициент трансформации.

Источник: https://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/tehnologiya_i_promyshlennost/TRANSFORMATOR_ELEKTRICHESKI.html

Что такое коэффициент трансформации трансформатора?

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.

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.

Источник: https://odinelectric.ru/equipment/chto-takoe-koeffitsient-transformatsii-transformatora