Что характеризует коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации трансформатора

В основе работы каждого типа трансформаторов лежит принцип, связанный с электромагнитной индукцией. Стальные пластины, собранные в замкнутую раму различной формы, исполняют роль сердечника. На нем размещаются две обмотки (S1 иS2) с определенным количеством витков (W1 иW2). Обе обмотки обладают незначительным сопротивлением и большой индуктивностью. Одной из основных величин, характеризующих работу устройства, служит коэффициент трансформации трансформатора.

Понятие коэффициента трансформации

Если к обоим концам первичной обмотки S1 приложить переменное напряжение U1, то по обмотке будет проходить переменный ток I, намагничивающий сердечник и создающий в нем переменный магнитный поток.

С постепенным нарастанием тока, наблюдается и рост магнитного потока в сердечнике. При этом, в витках катушки возбуждается электродвижущая сила самоиндукции. При достижении величины прилагаемого напряжения, прекращается увеличение тока в первичной обмотке.

Переменный магнитный поток, который возникает в сердечнике, проходит и по виткам во вторичной обмотке, в которых возбуждается такая же электродвижущая сила, как и в первичной обмотке. Таким образом, соотношение напряжений на концах обмоток равно соотношению витков на первичной и вторичной обмотке. Это соотношение и представляет собой коэффициент трансформации трансформатора.

Как повысить напряжение

В случае необходимости повышения напряжения, во вторичной обмотке добавляется необходимое количество витков. Такое устройство становится повышающим трансформатором. Для того, чтобы сделать понижающий трансформатор, количество витков на вторичной обмотке, наоборот, уменьшается. В зависимости от первичной обмотки, один и тот же трансформатор может иметь либо повышающий, либо понижающий коэффициент трансформации.

При разомкнутой вторичной обмотке, в ней отсутствует ток, и работа трансформатора происходит вхолостую. Потребление энергии становится минимальным, ее передача из первичной цепи во вторичную отсутствует.

Во время нагрузки трансформатора происходит процесс непрерывной передачи электроэнергии во вторичную цепь из первичной обмотки.

Согласно закону превращения и сохранения энергии в первичной и вторичной цепи мощность тока совершенно одинакова. Однако, на практике, это равенство не может быть сохранено, поскольку во время работы трансформатора возникают потери, хотя и в небольшом количестве.

Таким образом, средний коэффициент трансформации будет находиться в пределах от 94 до 99%.

Как определить коэффициент трансформации трансформатора

Источник: https://electric-220.ru/news/koehfficient_transformacii_transformatora/2014-01-17-494

Безопасность. Орловская область

Часто возникают ситуации, когда необходимо преобразовать некоторые электрические величины для получения возможности моделировать необходимые процессы в электроустановках, либо обезопасить процесс измерений. Для решения этих вопросов применяется трансформатор тока. Он способен трансформировать определенную величину в пониженное пропорциональное значение. 

Прежде, чем совершать покупку, необходимо определиться, как правильно выбрать трансформатор тока для корректной работы. Много фирм предлагают свои услуги по решению этого вопроса, например, http://elektrovrn.ru/produkciya/transformatory_toka/ Мы рассмотрим основные моменты выбора этого прибора.

Основные паспортные характеристики 

Выбирая подходящее устройство, необходимо первым делом ознакомиться с его рабочими параметрами. 

Трансформаторы тока — характеристики, которые необходимо учитывать:

• Номинальное напряжение прибора (можно посмотреть в паспорте трансформатора). Этот параметр характеризует уровень напряжения, при котором прибор будет устойчиво работать. 
• Величина номинального тока, проходящего в первичной цепи (обмотке) устройства. Указан в паспорте как I1н.
• Номинальный вторичный ток (который протекает по второй обмотке трансформатора). Этот показатель имеет одно из двух значений: либо 1 А, либо 5 А. При необходимости по индивидуальному заказу изготавливают трансформаторы с показателем 2 А или 2,5А. Обозначается I2н. На самом трансформаторе номинальный ток первичной и вторичной цепи указывается через косую линию, например, 600/5.
• Вторичная нагрузка. Этот параметр характеризует способность к полному сопротивлению всем элементам внешней вторичной сети. Обозначается Z2н и измеряется в Омах, либо в вольт-амперах (в случае, когда она выражается через полную мощность, обозначается S2н.ном). Если значение дано в вольт-амперах, и его необходимо перевести в Омы, можно воспользоваться формулой, по которой полное сопротивление всех элементов вторичной сети равна частному полной потребляемой мощности и квадрату номинального вторичного тока.
• Величина электродинамической стойкости (Iд) – максимально возможная величина амплитуды тока короткого замыкания, которую может выдержать данный трансформатор тока без повреждений.
• Коэффициент трансформации характеризуется величиной отношения первичного тока к показателю вторичного тока. Выделяют действительный и номинальный показатель коэффициента. 
• Величина термической стойкости (ItТ) – показывает, на сколько токоведущие части трансформатора могут противостоять нагреву, осуществляемому током короткого замыкания в определённый промежуток времени. Температура медных токоведущих частей не должна подниматься выше 250 градусов, а алюминиевых – выше 200 градусов.

Как выбрать трансформатор тока по его типу

Выбирая трансформатор, для начала стоит определиться с существующими разновидностями этого прибора. Выделяют несколько классификаций.

Трансформаторы могут предназначаться:

• для проведения измерений (тут можно отдельно выделить подгруппу трансформаторов, которые используются для измерений показаний в различных режимах);
• в целях применения в устройствах защиты;
• комбинированные.

В зависимости от своего применения, могут работать:

• внутри помещений;
• на улице;
• они могут встраиваться в полости электрооборудования;
• могут использоваться в специальных установках.

Также необходимо определиться, куда Вам необходимо установить трансформатор, он может быть:

• встраиваемым (встраивается в полости электрооборудования);
• проходным;
• опорным (устанавливается на опорную плоскость);
• разъемные – могут быстро устанавливаться на шинах либо кабелях, не требуют отключения токовой цепи.

Выбор трансформатора по классу точности

Выбирая трансформатор тока, обязательно необходимо учитывать его класс точности. Необходимый класс зависит от области применения трансформатора:

• 1 – если к трансформатору будут подключаться лишь измерительные приборы;
• 0,5 – если к нему необходимо подключить счётчик электроэнергии.

Как правило, для измерений показаний на коммерческих предприятиях необходимо использовать трансформаторы, имеющие высокий класс точности.

На этот показатель существенное влияние оказывает материал магнитопровода. В трансформаторах для коммерческих измерений, как правило, используется магнитопровод из аморфных (нанокристаллических) сплавов.

Выбор трансформатора тока по его характеристикам

При выборе, необходимо знать такие параметры:

• напряжение сети;
• показатель номинального первичного тока; 
• уровень мощности вторичной цепи (он зависит от показателей потребляемых нагрузок);
• коэффициент трансформации.

Для корректного выбора используется ряд правил.

• Напряжение сети
• Величина номинального напряжения трансформатора не должна быть меньшей максимального рабочего напряжения.
• Выбор трансформатора по току

Иногда возникает вопрос, по какому току выбирать трансформатор тока. Все подобные аппараты выбираются исходя из показателей номинального тока. Он должен быть равен или превышать максимальный рабочий ток установки. При этом должны быть учтены показатели электродинамической и термической стойкости.

Говоря про ток, стоит учесть ещё один момент. Трансформатор переменного тока нельзя подключать к источнику постоянного тока. Во-первых, в этом случае количество выделяемого тепла может резко увеличиться, и прибор может сгореть. Во-вторых, такое подключение не даст никакого результата, так как не будет возникать переменное электромагнитное поле в сердечнике, и во вторичной обмотке не появится напряжение. Для работы в сетях постоянного тока необходимо выбрать трансформатор постоянного тока.

Оценка нагрузки на трансформатор

Следующим шагом необходимо рассчитать предполагаемую нагрузку на прибор. Нагрузка вторичной цепи не должна превышать номинальную нагрузку трансформатора. 

Вторичная нагрузка рассчитывается путём сложения суммарного сопротивления всех приборов, величины сопротивления соединительных проводов и величины переходного сопротивления контактов.

Как правило, нам известна суммарная мощность, которая потребляется приборами. Для того, чтобы определиться, как выбрать трансформатор тока по мощности, потребляемой приборами, необходимо рассчитать сопротивление всех приборов, используя этот показатель и провести оценку нагрузки на прибор. 

Таким образом, суммарное сопротивление будет результатом деления суммарной мощности на квадрат номинального тока по вторичной обмотке.

Также, выбирая трансформатор тока, нельзя забывать о необходимом в Вашем случае коэффициенте трансформации. Существуют приборы, которые имеют несколько коэффициентов трансформации.

Выбирая производителя, стоит обратить свое внимание на наличие всей технической документации. Помимо этого, заслуживающие доверия производители предоставляют на свой товар услуги по гарантийному и сервисному обслуживанию, что может оказаться немаловажным фактором в процессе эксплуатации прибора.

Для того, чтобы найти подходящий трансформатор, можно воспользоваться поисковыми системами, которые показывают огромное количество предложений самых различных моделей. Учитывая приведённые выше рекомендации, Вы сможете сделать правильный выбор.

Источник: https://mchs-orel.ru/kak-vybrat-transformator-toka/

Стандартные значения коэффициентов трансформации. Коэффициент трансформации понижающих и повышающих трансформаторов

:

При использовании различных типов трансформаторов, а также счетчиков электрической энергии нередко возникает вопрос, что такое коэффициент трансформации. По своей сути, данный параметр представляет собой техническую величину. В качестве примера можно взять счетчик электроэнергии прямого включения, работающий с малыми токами нагрузки.

Однако токи, которые нужно измерить, имеют гораздо более высокое значение. Их требуется уменьшить, чтобы прибор учета не сгорел. С этой целью используются , подбираемые в соответствии с нагрузкой потребителя, а также силовой трансформатор.

В связи с этим, коэффициент трансформации может быть разным, в зависимости от оборудования, установленного в квартире.

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

Основной параметр трансформатора

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

Формула

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

В понижающих трансформаторах коэффициент трансформации будет выше единицы, в повышающих устройствах этот показатель составляет от 0 до 1. Фактически этот показатель определяет во сколько раз трансформатор напряжения понижает подаваемое напряжение.

С его помощью можно определить правильность числа витков. Данный коэффициент определяется на всех имеющихся фазах и на каждом ответвлении сети.

Полученные данные используются для расчетов, позволяют выявить обрывы проводов в обмотках и определить полярность каждой из них.

Определить реальный коэффициент трансформации тока трансформатора можно с использованием двух . 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.

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.

оказывает прямое влияние на точность получаемых данных.

Как определить коэффициент трансформации

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.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Коэффициентом трансформации называют физическую величину, которая показывает относительное изменение параметра электрической сети, на который направлено преобразование.

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

ПРИМЕР 1

Задание	Первичная обмотка трансформатора имеет 2000 витков, а вторичная 200 витков. Каков коэффициент трансформации? Трансформатор работает как повышающий или как понижающий? Чему будет равно напряжение на вторичной обмотке трансформатора, если на первичную обмотку подается напряжение ?
Решение	В качестве основы для решения задачи используем выражение:Так как число витков нам известно, вычислим коэффициент трансформации:Title=»Rendered by QuickLaTeX.com»>Выразим из формулы (1.1) , имеем:Вычислим искомое напряжение:
Ответ	1) 2) Трансформатор понижающий. 3) В.

ПРИМЕР 2

Задание

Автотрансформатор — это катушка, которая надета на железный сердечник и имеет несколько отводов (рис.1) через назначенное количество витков. Между зажимами 1-2 имеется 100 витков, между точками 2-3 имеется 200 витков, между зажимами 3 и 4 — 300 витков. К зажимам 1 и 3 подано напряжения 220 В. Каким будет напряжение если снимать его между зажимами 1 и 2? Каков при этом коэффициент трансформации?

Инструкция

Возьмите обычный трансформатор. Он состоит из двух катушек. Найдите количество витков катушек N1 и N2, которые являются основой трансформатора и соединены магнитопроводом. Определите коэффициент трансформации k. Для этого поделите количество витков первичной катушки N1, которая подключается к источнику тока, на количество витков вторичной катушки N2, к которой подключается нагрузка: k=N1/N2.

Пример. Обмотка трансформатора, подключенная к источнику тока, имеет 200 витков, а другая обмотка 1200 витков. Определите коэффициент трансформации и тип трансформатора. Найдите первичную и вторичную обмотку. Первичная – это та, которая подключена к источнику тока, она имеет 200 витков. Вторичная обмотка имеет, соответственно, 1200 витков. Рассчитайте коэффициент трансформации по формуле : k=N1/N2=200/1200=1/6≈0,167. Трансформатор повышающий.

Измерьте электродвижущую силу (ЭДС) на обоих обмотках трансформатора ε1 и ε2, если нет возможности узнать количество витков в них. Для этого подключите первичную обмотку трансформатора к источнику тока. Этот режим называется холостым ходом.

С помощью тестера найдите напряжение на первичной и вторичной обмотке. Оно будет равно ЭДС каждой из обмоток. Учитывайте, что потери энергии за счет сопротивления обмоток пренебрежимо малы.

Рассчитайте коэффициент трансформации через отношение ЭДС первичной и вторичной обмотки: k= ε1/ε2.

Пример. Напряжение на первичной обмотке после подключения к источнику тока равно 220 В. На разомкнутой вторичной обмотке напряжение составляет 55 В. Найдите коэффициент трансформацииработает на холостом ходу, поэтому напряжения на обмотках считайте равными ЭДС. Рассчитайте коэффициент трансформации по формуле: k=ε1/ε2=220/55=4.

Найдите коэффициент трансформации работающего трансформатора, когда к вторичной обмотке присоединен потребитель. Рассчитайте его, поделив ток в первичной I1 обмотке, на ток во вторичной I2 обмотке. Ток измерьте, присоединяя последовательно обмоткам тестер, переключенный в режим работы амперметра: k=I1/I2.

Источник: https://csgoshik.ru/useful-tips/standard-values-of-transformation-ratios-coefficient-of-transformation-of-stepdown-and-stepup-transformers/

Устройство и схема трансформатора

Всем доброго времени суток! В прошлой статье я рассказывал об основных типах трансформаторов и их классификации. Не смотря на большое разнообразие их типов, трансформаторы имеют ряд параметров, которые характеризуют все типы, например, номинальная мощность, КПД, коэффициент трансформации и т.д. О значении данных параметров и их расчёте я расскажу в данной статье.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Устройство трансформатора

Трансформатором называется статическое (то есть не имеющее движущихся частей) электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменной ток другого напряжения при неизменной частоте.

Простейший трансформатор имеет две обмотки, электрически изолированные друг от друга, за исключением автотрансформатора, и объединённые общим магнитным потоком.

Для усиления магнитной связи обмоток и уменьшения паразитных параметров большинство трансформаторов выполняют на замкнутом магнитопроводе из ферромагнитных материалов (электротехнические стали и сплавы, ферриты, магнитодиэлектрики).

Рассмотрим устройство трансформатора на броневом Ш-образном сердечнике.

Устройство трансформатора: 1 – магнитопровод, 2 – каркас обмоток трансформатора (изоляция магнитопровода), 3 и 6 – обмотки трансформатора, 4 – межслоевая изоляция обмоток, 5 – межобмоточная изоляция трансформатора.

На рисунке выше изображён трансформатор, состоящий из двух катушек 3 и 6, называемых обмотками. Обмотки наматываются на каркас или гильзу 2, выполняющую роль изоляции магнитопровода трансформатора. Кроме изоляции магнитопровода необходимо выполнять изоляцию между обмотками 5 для предотвращения электрического контакта между ними, так как разность потенциалов может достигать десятки тысяч вольт.

Для предотвращения замыкания обмоточного провода внутри обмотки выполняют межслоевую изоляцию, а также для намотки катушек используют только изолированный провод.

Принцип действия трансформатора

От устройства трансформатора перейдём к принципу его работы. Для этого рассмотрим трансформатор изображённый на рисунке ниже.

Рабочий процесс трансформатора.

Данный трансформатор состоит из двух катушек (обмоток) I и II, находящихся на стержневом магнитопроводе. К катушке I подводится переменное напряжение u1; это катушка называется первичной обмоткой. На выводах катушки II, называемой вторичной обмоткой, формируется напряжение u2, которое передается приёмникам электрической энергии.

Работа трансформатора заключается в следующем.

При протекании переменного тока i1 в первичной обмотке I создаётся магнитное поле, магнитный поток, которого пронизывает не только создавшую его обмотку (магнитный поток Ф1), но и частично вторичную обмотку (магнитный поток Ф0). То есть обмотки трансформатора являются магнитно связанными, при этом степень связи зависит от взаимного расположения обмоток: чем дальше обмотки друг от друга, тем меньше магнитная связь между ними и меньше магнитный поток Ф0.

Так как через первичную обмотку протекает переменный ток, то и создаваемый им магнитный поток непрерывно изменяет свою величину и свое направление. Согласно закону электромагнитной индукции, при изменении пронизывающего катушку магнитного потока, в катушке индуцируется переменная электродвижущая сила. Таким образом, в первичной обмотке индуцируется электродвижущая сила самоиндукции, а во вторичной обмотке – электродвижущая сила взаимноиндукции.

Если присоединить концы вторичной обмотки к приемнику электрической энергии (нагрузке), то через неё потечёт ток i2. В тоже время в первичную обмотку будет поступать ток i1 от источника энергии (генератора). Таким образом энергия от первичной обмотки во вторичную будет передаваться при помощи переменного магнитного потока Ф0.

На рисунке видно, что часть магнитного потока первичной  Ф1 и вторичной Ф2 обмотки не замыкается через магнитопровод. Они не участвуют в передаче энергии, а образуют так называемое магнитное поле рассеяния.

Одной из задач проектирования трансформаторов является сведение магнитного потока рассеяния к минимуму.

Что такое коэффициент трансформации?

Одним из основных параметров трансформатора является его коэффициент трансформации. Рассмотрим в чём его смысл. Для этого примем допущение, что магнитное поле рассеяния сведено к минимуму и практически равно нулю. Тогда первичная и вторичная обмотки пронизываются одним и тем же магнитным потоком ФВ. И в соответствии с законом электромагнитной индукции электродвижущая сила на выводах обмоток трансформатора определяется следующими выражениями

где E1 и Е2 – ЭДС на выводах первичной и вторичной обмотки соответственно,

ω1 и ω2 – число витков первичной и вторичной обмотки соответственно,

dФВ/dt – скорость изменения магнитного потока.

Тогда приравняв последнюю часть обоих выражение получим соотношение определяющее значение коэффициента трансформации

где n – коэффициент трансформации.

Таким образом, коэффициентом трансформации n называется отношение числа витков первичной ω1 к числу витков вторичной ω2 обмотки.

В зависимости от величины коэффициента трансформации, трансформатор может быть понижающим, когда n > 1, и повышающим, когда n < 1. В повышающем трансформаторе ЭДС вторичной обмотки больше, чем в первичной E1 < Е2, а в понижающем – E1 > Е2.

Приведённые параметры трансформатора

Для анализа работы трансформатора как электрического устройства используется так называемая эквивалентная схема или схема замещения. Данная схема содержит в себе все основные параметры трансформатора, используемые в расчёте и теории.

Эквивалентную схему строят для так называемого приведённого трансформатора, когда число витков вторичной и первичной обмоток считают одинаковыми. Приведение числа витков обмотки сопровождается приведением и всех остальных параметров трансформатора: напряжения, токов и сопротивлений.

Приведённые параметры вторичной обмотки вычисляются по следующим выражениям

где n – коэффициент трансформации,

U’2, I’2, Z’2 – приведённые параметры вторичной обмотки: напряжение, ток, сопротивление,

U2, I2, Z2 – реальные параметры вторичной обмотки: напряжение, ток, сопротивление.

Данные выражение соответствуют параметрам вторичной обмотки приведённые к первичной. В случае необходимости можно привести параметры первичной обмотки ко вторичной. В этом случае коэффициент трансформации будет равен отношению витков вторичной обмотки ω2 к первичной обмотке ω1.

Эквивалентная схема трансформатора

Для расчёта электрических параметров трансформатора применяют различные эквивалентные схемы. Данные схемы должны соответствовать следующим условиям:

• схема должна учитывать наиболее существенные электромагнитные процессы и обеспечивать достаточную точность расчётных характеристик различных режимов трансформаторов;
• схема должна описываться уравнениями невысокого порядка, чтобы в явном виде определялась связь между электрическими характеристиками и конструктивными параметрами трансформатора.

Ввиду противоречивости данных условий возможно опустить из расчётов ряд конструктивных параметров, которые незначительно влияют на электрические характеристики трансформатора. Кроме того при практической реализации трансформатора его конструктивные размеры всегда отличаются в той или иной степени от расчётных значений.

Поэтому для анализа и расчёта трансформатора используют эквивалентную схему трансформатора изображённую ниже

Эквивалентная схема замещения двухобмоточного трансформатора.

В данной схеме используют следующие параметры:

LC – индуктивность намагничивания трансформатора, усчитывающая запасание энергии в основном потоке взаимной индукции магнитопроводе при приложении напряжения к первичной обмотке,

RC – эквивалентное сопротивление активных потерь в магнитопроводе на перемагничивание и вихревые токи,

LS1и L’S2 – индуктивность рассеивания первичной обмотки и приведённая индуктивность вторичной обмотки, учитывающие запасание энергии в потоках рассеяния,

R1­ и R’2 – активное  сопротивление первичной обмотки и приведённое сопротивление вторичной обмотки, учитывающие потери энергии при протекании по ним тока нагрузки,

С01 и С’02 – собственная емкость первичной обмотки и приведённая емкость вторичной обмотки,

С12 – межобмоточная емкость трансформатора.

С учётом данной эквивалентной схемы запишем уравнения работы трансформатора

Большинство параметров эквивалентной схемы трансформатора рассчитываются по таким же выражениям, что и параметры эквивалентной схемы дросселя, рассмотренной в одной из предыдущих статей. Однако для трансформатора вводится новый параметр – межобмоточная ёмкость С12.

Как определить паразитные параметры трансформатора?

К паразитными параметрами трансформатора, определяющие качество его работы относятся индуктивность рассеяния и емкость обмоток. При правильном расчёте и конструктивном исполнении трансформатора при частотах до сотен кГц и напряжениях в десятки вольт их влияние незначительно. Поэтому есть смысл вести расчёт только суммарных значений паразитных параметров трансформатора в целом.

Так суммарная индуктивность рассеяния трансформатора, приведённая к первичной обмотке, определяется следующим выражением

где μ0 – магнитная постоянная, μ0 = 4π * 10-7 Гн/м,

ω1 – число витков первичной обмотки,

lcp – средняя длина витка обмотки,

b1 и b2 – толщина первичной и вторичной обмоток соответственно

hок – высота окна магнитопровода,

сок – ширина окна магнитопровода,

δ12 – межобмоточное расстояние. Так как данная величина по сравнению с толщиной обмоток незначительна, то её можно не учитывать в расчётах и упростить формулу.

Суммарная емкость обмоток трансформатора, приведённая к первичной обмотке можно вычислить по следующей формуле

где ω1 и ω2 – число витков первичной и вторичной обмотки соответственно,

Vm – объем магнитопровода в см3.

Данные выражение позволяют рассчитать паразитные параметры приблизительно, так как они зависят от различных конструктивных характеристик. Так индуктивность рассеяния зависит от толщины изоляции обмоток и обмоточного провода, а емкость – от расположения обмоточного провода на каркасе сердечника.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Источник: http://www.electronicsblog.ru/silovaya-elektronika/ustrojstvo-i-sxema-transformatora.html

Трансформаторы, их виды и назначение

Что такое трансформатор
Принцип работы трансформатора
Виды трансформаторов
Режимы работы трансформатора
Уравнения идеального трансформатора
Магнитопровод трансформатора
Обмотка трансформатора
Применение трансформаторов
Схема трансформатора

Что такое трансформатор

Трансформатор представляет собой устройство, которое преобразовывает напряжение переменного тока (повышает или понижает). Состоит трансформатор из нескольких обмоток (двух или более), которые намотаны на общий ферромагнитный сердечник.

Если трансформатор состоит только из одной обмотки, то он называется автотрансформатором. Современные трансформаторы тока бывают: стержневыми, броневыми или тороидальными.

Все три типа трансформаторов имеют похожие характеристики, и надежность, но отличаются друг от друга способом изготовления.

В трансформаторах стержневого типа обмотка намотана на сердечник, а в трансформаторах стержневого типа обмотка включается в сердечник. В трансформаторе стержневого типа обмотки хорошо видны, а из сердечника видна только нижняя и верхняя часть.

Сердечник броневого трансформатора скрывает в себе практически всю обмотку.

Обмотки трансформатора стержневого типа расположены горизонтально, в то время как это расположение в броневом трансформаторе может быть как вертикальным, так и горизонтальным.

Независимо от типа трансформатора, в его состав входят такие три функциональные части: магнитная система трансформатора (магнитопровод), обмотки, а также система охлаждения.

В начало

Принцип работы трансформатора

В трансформаторе принято выделять первичную и вторичную обмотку. К первичной обмотке напряжение подводится, а от вторичной отводится. Действие трансформатора основано на законе Фарадея (законе электромагнитной индукции): изменяющийся во времени магнитной поток через площадку, ограниченную контуром, создает электродвижущую силу. Справедливо также обратное утверждение: изменяющийся электрический ток индуцирует изменяющееся магнитное поле.

В трансформаторе есть две обмотки: первичная и вторичная. Первичная обмотка получает запитку от внешнего источника, а с вторичной обмотки напряжение снимается. Переменный ток первичной обмотки создает в магнитопроводе переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, создает ток во вторичной обмотке.

В начало

Режимы работы трансформатора

Существуют такие три режима работы трансформатора: холостой ход, режим короткого замыкания, рабочий режим. Трансформатор «на холостом ходу», когда выводы от вторичных обмоток никуда не подключены. Если сердечник трансформатора изготовлен из магнитомягкого материала, тогда ток холостого хода показывает, какие в трансформаторе происходят потери на перемагничивание сердечника и вихревые токи.

В режиме короткого замыкания выводы вторичной обмотки соединены между собой накоротко, а на первичную обмотку подают небольшое напряжение, с таким расчетом, чтобы ток короткого замыкания был равен номинальному току трансформатора. Величину потерь (мощность) можно посчитать, если напряжение во вторичной обмотке умножить на ток короткого замыкания. Такой режим трансформатора находит свое техническое применение в измерительных трансформаторах.

Если подключить нагрузку к вторичной обмотке, то в ней возникает ток, индуцирующий магнитный поток, направленный противоположно магнитному потоку в первичной обмотке. Теперь в первичной обмотке ЭДС источника питания и ЭДС индукции питания не равны, поэтому ток в первичной обмотке увеличивается до тех пор, пока магнитный поток не достигнет прежнего значения.

Для трансформатора в режиме активной нагрузки справедливо равенство:
U_2/U_1 =N_2/N_1 , где U2, U1 – мгновенные напряжения на концах вторичной и первичной обмоток, а N1, N2 – количество витков в первичной и вторичной обмотке. Если U2 > U1, трансформатор называется повышающим, в противном случае перед нами понижающий трансформатор. Любой трансформатор принято характеризовать числом k, где k – коэффициент трансформации.

В начало

Виды трансформаторов

В зависимости от своего применения и характеристик трансформаторы бывают нескольких видов. К примеру, в электрических сетях населенных пунктов, промышленных предприятий применяют трансформаторы силовые, основной задачей которых является понижение напряжения в сети до общепринятого – 220 В.

Если трансформатор предназначен для регулировки тока, он называется трансформатор тока, а если устройство регулирует напряжение – то это трансформатор напряжения. В обычных сетях применяются однофазные трансформаторы, в сетях на три провода (фаза, ноль, заземление) нужен трехфазный трансформатор.

Бытовой трансформатор, 220В предназначается для защиты бытовой техники от перепадов напряжения.

Сварочный трансформатор предназначен для разделения сварочной и силовой сети, для понижения напряжения в сети до нужной для сварки величины.

Масляный трансформатор предназначается для использования в сетях с напряжением выше 6 000 Вольт. Конструкция трансформатора включает в себя: магнитопровод, обмотки, бак, а также крышки с вводами. Магнитопровод состоит из 2 листов электротехнической стали, которые изолированы друг от друга, обмотки, как правило, делают из алюминиевого или медного провода. Регулировка напряжения производится с помощью ответвления, которое соединяется с переключателем.

Существует два вида переключения ответвлений: переключение под нагрузкой — РПН (регулирование под нагрузкой), а также без нагрузки, после того, как трансформатор отключен от внешней сети (ПБВ, или переключение без возбуждения). Большее распространение получил второй способ регулировки напряжения.

Говоря о видах трансформаторов, нельзя не рассказать об электронном трансформаторе. Электронный трансформатор представляет собой специализированный источник питания, который служит для преобразования напряжения 220В в 12 (24)В, при большой мощности. Электронный трансформатор намного меньше обычного, при тех же самых параметрах нагрузки.

В начало

Уравнения идеального трансформатора

Для того чтобы рассчитать основные характеристики трансформаторов, принято пользоваться простыми уравнениями, которые знает каждый современный школьник. Для этого используют понятие идеального трансформатора.

Идеальным трансформатором называется такой трансформатор, в котором нет потерь энергии на нагрев обмоток и вихревые токи. В идеальном трансформаторе энергия первичной цепи превращается полностью в энергию магнитного поля, а затем – в энергию вторичной обмотки.

Именно поэтому мы можем написать:
P1= I1*U1 = P2 = I2*U2,
где P1, P2 – мощности электрического тока в первичной и вторичной обмотке соответственно.

В начало

Магнитопровод трансформатора

Магнитопровод представляет собой пластины из электротехнической стали, которые концентрируют в себе магнитное поле трансформатора. Полностью собранная система с деталями, скрепляющими трансформатор в единое целое – это остов трансформатора. Та часть магнитопровода, на которой крепятся обмотки, называется стержнем трансформатора. Часть магнитопровода, которая не несет на себе обмотку и замыкает магнитную цепь, называется ярмом.

В трансформаторе стержни могут располагаться по-разному, поэтому выделяют такие четыре типа магнитопроводов (магнитных систем): плоская магнитная система, пространственная магнитная система, симметричная магнитная система, несимметричная магнитная система.

В начало

Обмотка трансформатора

Теперь поговорим об обмотке трансформатора. Основная часть обмотки – виток, который однократно обхватывает магнитопровод и в котором индуцируется магнитное поле. Под обмоткой понимают сумму витков, ЭДС всей обмотки равна сумме ЭДС в каждом витке.

В силовых трансформаторах обмотка обычно состоит из проводников, имеющих квадратное сечение. Такой проводник по-другому еще называется жилой. Проводник квадратного сечения используется для того, чтобы более эффективно использовать пространство внутри сердечника. В качестве изоляции каждой жилы может использоваться либо бумага, либо эмалевый лак. Две жилы могут быть соединены между собой, и иметь одну изоляцию – такая конструкция называется кабелем.

Обмотки бывают следующих типов: основные, регулирующие и вспомогательные. Основной называется обмотка, к которой подводится или от которой отводится ток (первичная и вторичная обмотка). Обмотка с выводами для регулирования коэффициента трансформации напряжения называется регулирующей.

В начало

Применение трансформаторов

Из курса школьной физики известно, что потери мощности в проводах прямо пропорциональны квадрату силы тока. Поэтому для передачи тока на большие расстояния напряжение повышают, а перед подачей потребителю наоборот, понижают. В первом случае нужны повышающие трансформаторы, а во втором – понижающие. Это основное применение трансформаторов.

Трансформаторы применяются также в схемах питания бытовых приборов. Например, в телевизорах применяют трансформаторы, имеющие несколько обмоток (для питания схем, транзисторов, кинескопа, и т.д.).

В начало

Схема трансформатора

1. Изоляция трансформатора на основе безматричной вакуумной пропитки и работает в среде с высокой влажностью воздуха и в химически агрессивной атмосфере.
2. Минимальное выделение энергии горения (например, 43 кг для трансформатора 1600 кВА соответствуют 1,1% веса). Другие изоляционные материалы являются практически негорючими, самозатухающими и не содержат каких-либо токсичных добавок.
3. Устойчивость трансформатора к загрязнениям благодаря конвекционным самоочищающимся дискам обмотки.
4. Большая длина утечки по поверхности дисков обмотки, которые создают эффект изоляционных барьеров.
5. Устойчивость трансформатора к температурной ударной нагрузке даже при крайне низких температурах (-50°С).
6. Керамические блоки прокладки (без возможности возгорания) между дисками обмотки.
7. Изоляция проводников стекло-шелк.
8. Безопасность эксплуатации трансформатора благодаря специальной структуре обмотки Воздействие напряжения на изоляцию никогда не превышает напряжение изоляции (не более 10 В). Частичные разряды в изоляции физически невозможны.
9. Охлаждение трансформатора обеспечивается вертикальными и горизонтальным каналам охлаждения, а минимальная толщина изоляции обеспечивают возможность работы трансформатора при больших кратковременных перегрузках в защитном корпусе IP 45 без принудительного охлаждения.
10. Изоляционный цилиндр сделан и практически негорючего и самозатухающего материала, армированного стекловолокном.
11. Обмотка низкого напряжения из стандартного провода или фольги; в качестве материала обмотки используется медь.
12. Динамическая устойчивость трансформатора к коротким замыканиям обеспечивается керамическими изоляторами.

В начало

Источник: http://etcenter.ru/transformatory.html

������� �������� ������������� ���������������

������� / .. / 2016 / ������� �������� ������������� ���������������

������������� �������������� �������� ������������ ������� ������������������ �������.

� ����������� �� ����������� ���������� ������������� ��������������� ���� � ���������� �������� � ��� ����������� �������� ���������� ������������� ����� (���������� ��� ���), �������� �� �������� �� ��������� ��������.

������� ������ ����������� � ���������� ����������� ����������, ��� ������� ����� � ��������� �������� ����������-������������� ����������.

��� ������������� �������������� ������� �� ��� ������ ������ �� �������� ���������:

� ����������� �� �� �������������� � ����� �� ��������� ����������� ���������� ����������� � ������� ������ �������. ������� ����� �������� ���������� �������� �������������� ����������� � ���������� ������������� ��������������� ������ ������.

������� �������� ������������� ��������������� ���������� ������� �� ��������� ����������� ���������� � ������������ ������������ ����� ���� ������������� �������� �� ������� ����������� ���������� � ����� ����������� ����.

������������� ���������� ������� ������������ ��� ���������, ������� ����������� �������������� ���� � ������� ����������� ��������� � ��������. ������� ���������� ����� ������� �������� � �������� �������������� �������� ������ � � ��������� �����������������.

��������� ��������� � ���� ������� ����� �������������� ����� ������������ ����������� ����������-������������� ������� ��� ������ ������ ��������� � ������ � ������� ��������� ����������.

� ��������� ������ �������� �� ����������� ������ ����������� ������������� ���������� � ����������� �� � �������� �� ���� �������������� ������� �������������, �������� � ������ ���������.

������� �������� ������������� ��������������� ���� ����������� � �������� �� ������������ ������ ���� ���� �� ���������� ���������, � �������� ������� ������������� ������. ������� ���������� ����� ��������������� � �������� � ������ ������ ��������� � �������������� �����.

�������� ����������� ���������� ����������� � ������ �������� ���� ���� � ����������� ���������� ������ � ������������ ����������-������������� �����������, �� ������� ���������� ������ ���� �������� ��������.

�������� ����������

�� ������ ������� ����� ��������� ��������� ����������, ������� ������� ��������� ���������� ���������� ������ �� �������� ���������� �������� �������������. ���������� ������������� ��������������� ����������� � ����������� �� ���� ����������.

���, ��� ��������������� ���� ���������� ��������� ������� � �����������:

• �һ (������ �����) � ������������� ����;
• ������ ����� � ����������� �������� �� ��� �����������. ����� ���� ������ ��������: �λ, �ϻ, �Ի, �ػ, ��� �������� �������, ���������, ������, ������;
• ������� ������ ����������� �������� �������� � ����� (�), �������� (�) ��� ������� (�).

����� ��������� ���������� ����������� �������� ��������, ������� ������������� ����� ��������, ������ � ����������� �������������. ��� �������: ���������� ���-3�2 100/3 �������� ��� �������������� ���� ������� � �������� ���������, 3��, ��� ���������� ������� ������� ������ � ������������� 100:3�.

� ��������������� ���������� ���������� ���������� ������� ����������� ����, ������� ���������� ���������� ���, ��� ��������, ����� ������� � ��� ����������, ��� �����������.

����� �������� ��� �������� ��������� �������:

• ����� �������������� � � (����������);
• �� ���������� ��� � ���� (�) ��� ��� (�);
• �������������� � ������������� (�);
• ����������� ����������� � ����������� ��������� ������� (�);
• ������������� � ��������� (�), ��������������� (�), ����������� ������ �� �������� (�), ������� ���������� �������� (��), ���������� �������� (�);
• ��� ���������� � �������� (�), ����� (�).

������ ���������� ����������� ��������� ����� ������������� ���������������.

����������� �������

������ ������������� ��������������� ������������ ������������������������ �������������, ������� ������� ����� ��������� ������� � ������������������ ������� �� ���� �������� ������. ����� ���������� ���������� �������� �������� �� ��������� ��������� ��������.

��� ��������������� ���� ������������� ���������� ��������� ��������:

• ���������� ������ ������� �� ������� ������������ �����������;
• �������� ������������ ������������� �� ������������ �������� ����������;
• ��������� ��������� ������� (���������� �������);
• ��������� �� �������������� ��� ������ ��� ����������� � ��������� ������� � ����������-������������� ����������;
• ����������� ���������� �������� � ������������ �������.

����� ����������� ������� ����� ���������� � �������� ��������� � ����������� �������� � ������������.

��� ��������������� ���������� ����� �������� ���������� ������ ����� ����������.

�������� �������� �� ��������� �������:

• ����������� �������;
• ���������� ���� �����;
• ��������������� ��������� ������������� ��������������� (���������� ���������� � ������� ��� ������� � ������� ����������, �������� ����������� �������������, ��������� �������� ������������� �������);
• �������� ������ �����. � ������� ����������� ���������� ����� ���������� �� ������������ ����������, � � ���������� �������� ��� ����������� �� �������� ����� �������� �� 2-3 ���������� �� ������. �������������� ��������� ������ � ����� ������ ���� �����������.

��� ��������� � �������� ������ ���������� � ������������ � ���������� ������������ � � ����������� ������ ������������.

������������

������������ ������������� ��������������� ������ ����������� ������ � ������������ � �������������� � ������������� �����-������������. � �������� ������������� ��������� ������������� ���������� ���������������� ������ � ����� ��������� ��������� �������������� � �������� �� ����������.

���������� ������������ ��� ��������������� ���� ��������������� ��������� �����������:

• �������� �������� ������� ���� � ����� ����������� ���������� (����������� ��������������� ����� �� ����� ���� ������ 20%);
• ������� ������ ��������� ���������� ���������;
• �������� ����������� ���������� ����������;
• ������ ������� ��������, �������� ����������� � �����.

��� ��������������� ���������� ������������� ��������� ���������� ���������������� �������:

• ��������� �������� ������ �� ������� ������� ����������� � �������� �����;
• �������� ������ �����;
• ���������� �������� �������� �� ������� ������������� ������� � ����������� ����� ������ �������;
• �������� ����������� ���������� ���������� � ������� ����.

��� ����������� ������ ���� ��������� ���������� �������������� � ��������� �� ������������.

������ ������������� ��������������� �������� ������������������ ����������� (������ ��� ����������������� ���������� �� ���� �������������� ������������).

����� ������ ������ � �������� � ���� ��������������, ������� ����������� ������������ � ������ � ��������� ����������� � ���������� ��������, ���������� �������� �������� ��������.

������� ������������� ���������� ����� ��������� ����������� �� ���������� ��� �����������.

�� �������� ����� ������ ������ ������ � ����������, �������� �������� ������������� ���������������, � ����� ������������ ������� � ������� ���������.

������� ������ ���� ������:

��������������, ������, ������������, ������������ ������ ����������������

�������������������
�������� ������ �����

Источник: https://www.elektro-expo.ru/ru/articles/2016/princip-dejstviya-izmeritelnyh-transformatorov/

Выбор коэффициента трансформации измерительных трансформаторов тока 6-10 кВ

Измерительные трансформаторы тока 6-10 кВ используются в реклоузерах (ПСС), пунктах коммерческого учета (ПКУ), камерах КСО — везде, где требуется учет электроэнергии или контроль тока для защиты линии от перегрузки.

Одним из основных параметров трансформатора тока (ТТ) является коэффициент трансформации, который чаще всего имеет обозначение 10/5, 30/5, 150/5 или аналогичное. Попробуем разобраться, что это означает, и как правильно выбрать коэффициент трансформации трансформатора тока.

Важно! Трансформатор тока по природе является повышающим, поэтому его вторичная обмотка должна быть всегда замкнута накоротко через амперметр или просто перемычкой. Иначе он сгорит или ударит кого-нибудь током.

Зачем нужны трансформаторы тока

Электрики, знакомые с электрооборудованием ~220 В могут заметить, что квартирные счетчики электроэнергии подключаются непосредственно к линии без использования трансформаторов тока. Однако уже в трехфазных сетях трансформаторное подключение встречается чаще, чем прямое включение. В цепях же ПКУ и распределительных устройств 6-10 кВ все измерительные устройства подключаются через трансформаторы тока.

Трансформатор тока предназначен для уменьшения величины измеряемого тока и приведения его к стандартному диапазону. Как правило, ток преобразуется к стандартному значенияю 5 А (реже — 1 А или 10 А).

Еще одним назначением трансформаторов тока является создание гальванической развязки между измеряемой и измерительной цепями.

Как выбрать трансформатор тока

Максимальный рабочий ток первичной обмотки трансформатора определяется мощностью силового трансформатора на понижающей подстанции.

Например, если мощность подстанции 250 кВА, то при номинальном напряжении линии 10 кВ ток не будет превышать 15 А. Значит коэффициент трансформации трансформаторов тока должен быть не менее 3 или, как это часто обозначают, 15/5.

Использование трансформаторов тока меньшего номинала может привести к тому, что ток во вторичной обмотке будет значительно превышать заданное значение 5 А, что может привести к существенному снижению точности измерений или даже выходу из строй счетчика электроэнергии.

Таким образом, минимальное значение коэффициента трансформации ТТ ограничивается номинальным током линии.

А существуют ли ограничения на коэффициент трансформации с другой стороны? Можно ли использовать, например, вместо трансформаторов 15/5 трансформаторы 100/5? Да, такие ограничения существуют.

Если использовать трансформаторы тока с непропорционально большим номиналом, то результатом будет слишком малый ток во вторичной обмотке трансформатора, который счетчик электроэнергии не сможет измерять с необходимой точностью.

Чтобы не производить каждый раз громоздкие математические вычисления, был выработан ряд правил по выбору коэффициента трансформации ТТ. Эти правила зафиксированы в настольной книге каждого энергетика — в «Правилах устройсва электроустановок» (ПУЭ).

Правила устройства электроустановок допускают использование трансформаторов тока с коэффициентом трансформации выше номинального. Однако такие трансформаторы ПУЭ называют «трансформаторами с завышенным коэффициентом трансформации» и ограничивают их использование следующим образом.

1.5.17. Допускается применение трансформаторов тока с завышенным коэффициентом трансформации (по условиям электродинамической и термической стойкости или защиты шин), если при максимальной нагрузке присоединения ток во вторичной обмотке трансформатора тока будет составлять не менее 40 % номинального тока счетчика, а при минимальной рабочей нагрузке — не менее 5 %.

Поскольку упомянутое в ПУЭ понятие минимальной рабочей нагрузки является не очень понятным, то используют и другое правило:

Завышенным по коэффициенту трансформации нужно считается трансформатор тока, у которого при 25% расчетной присоединяемой нагрузке (в нормальном режиме) ток во вторичной обмотке менее 10% номинального тока счетчика.

Таким образом, максимально возможное значение коэффициента трансформации применяемых трансформаторов тока ограничивается чувствительностью счетчиков электроэнергии.

Расчет минимального и максимального значения коэффициента трансформации

Для расчета номинала трансфоррматора тока необходимо знать диапазон рабочих токов в первичной обмотке трансформатора.

Минимальный коэффициент трансформации ТТ рассчитывается, исходя измаксимального рабочего тока в линии. Максимальный рабочий ток можно вычислить, исходя из общей мощности потребителей электроэнергии, находящихся в одной сети.

Но производить эти вычисления нет необходимости, так как все расчеты уже были проделаны ранее при проектировании трансформаторной подстанции.

Как правило, номинал силового трансформатора выбран таким, чтобы регулярная нагрузка не превышала номинальную мощность трансформатора, а кратковременная пиковая нагрузка превышала мощность трансформатора не более, чем на 40%.

Нужно различать полную мощность (измеряется в кВА) и полезную мощность (измеряется в кВт). Полная мощность связана с полезной через коэффициент мощности, характеризующий реактивные потери в сети. Больше информации по теме можно получить на другой странице нашего сайта.

Поделив потребляемую мощность на номинальное напряжение сети и уменьшив полученное значение на корень из 3, получим максимальный рабочий ток. Отношение максимального рабочего тока к номинальному току счетчика электроэнергии и даст искомый минимальный коэффициент трансформации.

Например, для подстанции мощностью 250 кВА при номинальном напряжении сети 10 кВ максимальный рабочий ток составит около 15 А. Поскольку кратковременный максимальный рабочий ток может достигать 20 А, то минимальный номинал трансформатора тока лучше взять с небольшим запасом — 20/5.

Максимальный коэффициент трансфортмации ТТ определим, умножив минимальный коэффициент трансформации на отношение уровеня рабочего тока (в процентах от максимального) к уровеню тока во вторичной обмотке трансформатора (также в процентах от максимального).

Например, минимальный коэффициент трансформации — 15/5, расчетный уровень рабочего тока — 25% от максимального, ток во вторичной обмотке трансформатора — 10% от номинального тока счетчика. Тогда искомый минимальный номинал ТТ — 15/5 * 25/10, то есть 7,5 или в традиционной записи 37,5/5. Но, поскольку ТТ с таким номиналом не выпускаются, то нужно взять ближайшее значение — 30/5.

Требования, предъявляемые нормативными документами к выбору коэффициента трансформации измерительных трансформаторов тока, оставляют очень мало места для маневра, позволяя выбрать трансформатор только из двух-трех близких номналов

Источник: https://tmtrade.ru/vybor-transformatorov-toka

Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации – величина, показывающая во сколько раз входной параметр (напряжение, ток) меньше либо больше выходного. Если цифра выше единицы, выполняется понижение, наоборот – меньше единицы демонстрирует устройство повышающее. Соответственно, различают коэффициенты трансформации по напряжению или току. Чисто практическое деление, соответствующее решаемым задачам. Магнитное поле наводит в витках выходной обмотки ЭДС, током не являющуюся определенно.

Измеритель коэффициента трансформации

Устройство трансформаторов

Встречается полное непонимание принципов действия трансформатора. Почему малое количество витков выполняется толстым проводом, прочие вопросы – возникают у новичков. Начнем рассмотрением сердечников. Выполняются из ферромагнитных материалов. Чтобы внутри распространялось поле. Именно оно является причиной генерации вторичной обмоткой ЭДС. Майкл Фарадей изготовил сердечник опытного трансформатора (1831 год) из мягкой стали, ввиду выраженности свойств, сегодня поступают иначе:

1. Электротехническая сталь содержит изрядную долю кремния (несколько %), значительно повышает удельное сопротивление материала. Жесткий сплав с долей углерода до 1%. Ферромагнитные свойства выражены нечетко, падают тепловые потери. В первую очередь – на вихревые токи Фуко. Наводятся переменным магнитным полем в железном сплаве, некоторых других материалах. При работе трансформатора резко растут потери с увеличением частоты, повышение удельного сопротивления подмешиванием кремния является эффективной мерой борьбы с указанным явлением. Потери перемагничивания снижаются применением жесткой стали. Марки Э42, 43, 320, 330, 340, 350, 360. Первая цифра указывает процентное содержание кремния (3 – порядка 4,8%), вторая – характеризует магнитные потери, конкретные значения приводятся ГОСТ (например, 3836), не являются определенными.
2. Пермаллой представлен сплавом железо-никель. Характерной особенностью материала становится чрезвычайная высокая магнитная проницаемость. Поле внутри многократно усиливается. Пермаллой применяется в маломощных трансформаторах, где потери перемагничивания не могут быть большими по определению. Маркировка дополнена процентным содержанием металлов, Н указывает никель, Х — хром, С — кремний, А — алюминий.

До 60-х годов стоимость трансформаторов считалась по совокупности материалов, потери волновали мало. Но с 70-х цены на нефть выросли порядком, закономерно поднимая стоимость прочих энергоносителей. Ранее горячекатаную сталь заменили холоднокатаной (ГОСТ 21427.

2), имеющую ориентированную структуру зерен. Закономерно повысилась магнитная проницаемость в продольном направлении. Саму сталь нарезают пластинами сообразно этому факту, одновременно блокируется возникновение вихревых токов.

Процесс называется шихтованием, слои отделяются друг от друга пленкой лака.

Формула коэффициента трансформации

Технология литья стали, внесение новых свойств являются определяющими. Отвечают наравне с активным сопротивлением меди за возникающие потери, закономерно определяющие КПД устройства. Зависит от параметров сердечника, коэффициента трансформации, магнитный поток несет некоторые потери, ослабляется. Этот факт в полной мере замалчивается в формуле, которую видим на рисунке. Где R1 и R2 – потери в активном сопротивлении меди, факт перемагничивания сердечника замалчивается.

Попутно проанализируем формулу. Видно: активные потери входят таким образом, что коэффициент трансформации повышается.

Казалось бы, если требуется понизить напряжение, только на руку, на деле энергия потребляется источником питания, приходится оплатить расход. Вот почему активные потери медных обмоток стремятся сделать нулевыми.

Не распространяется без затухания поле, совершенно не учитывается формулой. Чтобы улучшить характеристики трансформатора, приходится выбирать электротехнический сплав.

Другая сторона монеты: активные потери уменьшим, снизив число витков. Требуется повысить магнитную индукцию поля, что требует создания совершенно особых сталей. Другим путем решения проблемы стало использование толстого провода, резко усложняя технологию намотки, одновременно существенно повышая стоимость, габариты изделия.

Затем, на высоких частотах эффективность метода снижает скин-эффект, большое сечение создает пространство возникновению вихревых токов. Частично снимает проблему применение транспонированного провода, физически состоящего из большого числа изолированных друг от друга тонких жил (иногда полос).

Изоляция эпоксидной смолой после отвердевания придает проводникам прочность.

Касательно трансформаторной стали к решению проблемы потерь (появлению возможности работать с большой индукцией) идут тремя путями:

• Улучшение ориентации доменов (процесс производства).
• Уменьшение толщины листов (сегодня – до 0,27 мм, более тонкая сталь редка).
• Поверхностная обработка стали.

Отдельной строкой идут акустические потери (трансформаторы гудят), если общий урон удается снизить, упомянутый аспект остался на уровне середины прошлого века. В общем смысле вихревые токи, магнитный гистерезис вносят теперь равные доли. По этой причине технологи бьются за снижение толщины листов, формируя повышение чувствительности к механическим воздействиям, деформациям.

Тонкая сталь: коэффициент трансформации

В смысле уменьшения толщины листов большая перспектива видится в использовании аморфной стали. Главное ограничение накладывает магнитострикция (изменение геометрических размеров материала действием поля).

Эффект снижает коэффициент передачи на вторичную обмотку, аналогично гистерезису. Однако, несмотря на хрупкость, сложности отжига в технологическом цикле, удаётся получить листы толщиной единицы сотых долей мм.

Специалисты называют основным препятствием применению высокую стоимость, не названные выше особенности.

Основной сегмент использования находится в рамках намотанных магнитопроводов. Здесь (в отличие от шихтования) сердечник сложен не полосами, является одним цельным куском, образующим тесно свитую спираль. Касаемо прочих методик сборки, надежду дает факт независимости потерь от направления вдоль кристаллической решётки. Поскольку ориентированных доменов нет, упраздняются требования поверхностной обработки листов стали.

Ввиду описанных особенностей из аморфной стали становится возможным собирать трансформаторы с приемлемым коэффициентом передачи высокочастотных сигналов.

Токи циркуляции, коэффициент трансформации, параметры короткого замыкания

Чаще на подстанции трансформаторы включаются параллельно по очевидным причинам. Потребление слишком велико, чтобы нагрузку выдержало одно-единственное изделие. Казалось бы, никаких особенностей здесь не имеется, на практике технические характеристики трансформаторов даже одной заводской партии отличаются. Нормы выбираются согласно ГОСТ 14209, IEC 905. Считается допустимой установки совместно указанных отклонений коэффициента трансформации:

1. Для изделий с коэффициентом трансформации 3 и менее, на неосновном ответвлении – 1% (в обе стороны).
2. Для изделий с коэффициентом трансформации свыше 3, на основном ответвлении – 0,5% в каждую сторону.

На подстанциях, где стоят изделия с разным коэффициентом трансформации, уравнительные токи между ними возникают при отсутствии нагрузки. Нагрузка ситуацию усугубляет. Токи распределяются обратно пропорционально сопротивлениям короткого замыкания. Предъявляются требования к другим параметрам. Допустимое отклонение напряжения короткого замыкания ограничено пределами 19%, отдают предпочтение трансформаторам одной парии.

Сила тока обмоток

В трехфазных сетях требования к коэффициенту распространяются только на обмотки в рамках отдельной фазы. Если значения отличаются, начинает циркулировать ток. Даже если нет никакой нагрузки.

Иногда феномен называют уравнительным, уравнивает падение напряжения двух параллельно включенных ветвей (обмоток). В формуле зависимости амплитуды этого тока от коэффициента трансформации: в числителе с правой стороны относительная разница (см.

список выше), знаменателе сформирован удвоенным относительным напряжением (короткого замыкания). Левая часть равенства содержит отношение тока циркуляции к номинальному.

Здесь поясним: напряжение короткого замыкания берется в процентах номинального. Значение устанавливается опытным путем. На первичную обмотку подают некое напряжение, вторичную замыкают накоротко. Добиваются соответствия тока рабочему. Регулируют амплитуду входного напряжения. Значение, при котором достигаются указанные выше условия, в дальнейшем называют напряжением короткого замыкания. Обычно выражается в процентах от номинального, что отражено формулой.

Отношение токов

Соотношение показывает: при Uk% = 5, разнице между коэффициентами трансформации 1% циркуляционные токи достигнут 10% номинала. Вызовет нагрев обмоток, усугубит на участке ситуацию с тепловыми потерями.

В случае если напряжения короткого замыкания отличаются для двух трансформаторов, полагается воспользоваться вместо удвоения операцией суммирования. Вдобавок номинальная мощность различна – приведите цифры к общему знаменателю.

Для этого (на выбор) одна цифра делится на собственную мощность, умножается на номинальную мощность другого трансформатора.

Иногда меньше ошибок, если воспользоваться абсолютными величинами вместо относительных. Здесь под U понимается фазное напряжение со стороны обмотки НН; Zk1, Zk2 – комплексные сопротивления (импеданс короткого замыкания) изделий.

k1, k2 – коэффициенты трансформации обоих изделий, а буквой греческого алфавита дельта обозначена разница. Токи разного направления, стремятся уравновесить разницу потенциалов через падение напряжения.

Комплексность сопротивления напоминает об индуктивной составляющей, поскольку обмотка – это катушка.

Формула трансформаторов, количеством больше двух

При количестве трансформаторов большем двух формула усложняется. Приводится изображение, поскольку физический смысл каждой величины понятен из сказанного ранее. Ток формулы суммарный, для каждой параллельной обмотки меньше в число раз, равное коэффициенту трансформации. Точка над символом означает: число комплексное.

Ощутимо улучшает ситуацию наличие специальных устройств регулирования напряжения. В этом случае число витков изменяется, и коэффициенты трансформации выравниваются. Под нагрузкой токи распределяются неравномерно. В идеальном случае значение обратно пропорционально входному комплексному сопротивлению изделия.

При разнице индуктивностей возможно применение реакторов, в любом случае понятно, при параллельном включении параметры обоих трансформаторов не должны слишком расходиться. Отрадно, что для режима нагрузки точный расчет коэффициентов не требуется потому что явное различие выводит систему в аварийный режим. Конкретика не важна.

Главное – избежать окончательного выхода изделий из строя.

Источник: https://vashtehnik.ru/enciklopediya/koefficient-transformacii.html

Трансформатор

При одинаковых напряжениях первичной обмотки, трансформатор, разработанный для частоты 50 Гц, может использоваться при частоте сети 60 Гц, но не наоборот.

При частоте меньше номинальной увеличивается индукция в магнитопроводе, что может повлечь его насыщение и как следствие резкое увеличение тока холостого хода и изменение его формы.

При частоте больше номинальной повышается величина паразитных токов в магнитопроводе, повышенный нагрев магнитопровода и обмотки, приводящие к ускоренному старению и разрушению изоляции.

Габариты трансформатора напрямую зависят от частоты тока в цепи, в которой он будет установлен. Зависимость эта обратная, т.е. с увеличением частоты габариты трансформатора значительно уменьшаются. Именно поэтому, импульсные блоки питания (с импульсными высокочастотными трансформаторами) намного компактнее обычных линейных.

Объясняется данный факт до неприличия просто. По сути, все объяснение можно вывести из закона электромагнитной индукции Фарадея (формулы рассматривались в разделе индуктивность.

Габаритные размеры практически полностью определяют величину индуктивности, т.е. коэффициент пропорциональности между магнитным потоком и электрическим током. Соответственно, в обычном сетевом трансформаторе на 50 Гц, для увеличения пропускаемой мощности, которая определяется величиной ЭДС индукции, необходимо увеличивать габариты магнитопровода. Однако если Вы внимательно посмотрите на формулу ЭДС индукции, то сможете разглядеть там частоту тока, вызывающего эту самую ЭДС индукции.

И если Ваш мозг не спит, то он сразу же скажет вам, что «Вот оно, решение! И чего это люди раньше до такого не додумались?». На самом деле, так и есть, но изготовление таких трансформаторов само по себе сложнее, чем в случае с обычными. К тому же, высокая рабочая частота тока требует совершенно иной схемотехники и конструкции прибора, а также полупроводниковых приборов, способных работать на такой частоте.

Именно поэтому данный класс устройств получил широкое распространение лишь в последнее время.

При работе на высоких частотах, начинает значительно проявляться поверхностный эффект (скин-эффект), выражается это проявление в разогреве обмоточных проводов, уменьшении КПД и появлению паразитных гармоник напряжения и тока.

Чтобы снизить данный эффект в высокочастотных трансформаторах и катушках индуктивности, в качестве обмоточного применяется специальный вид провода — литцендрат (нем. Litzen — пряди и Draht — провод) — многожильный провод, каждая жила которого покрыта изолирующим лаком.

Однако данный вид провода вызывает значительное удорожание продукции, т.к. сложен в изготовлении и пайке.

Коэффициент трансформации:

Трансформаторы могут быть как понижающими, так и повышающими, соответственно коэффициент трансформации может быть больше единицы или меньше. Коэффициент трансформации численно равен отношению числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной.

Основные параметры трансформаторов:

• Коэффициент трансформации:

Определяет тип трансформатора – понижающий или повышающий. Может указываться в неявном виде, т.е. просто задается рабочее напряжение первичной и вторичной обмоток, например, 220В/24В.

• Количество вторичных обмоток;
• Номинальная мощность:

Максимальная мощность, которую трансформатор способен пропустить через себя. Часто вместо мощности указывают максимальный ток вторичной обмотки.

Данный параметр указывается только для измерительных трансформаторов. Характеризует точность и стабильность коэффициента трансформации.

Этот параметр нормируется только для согласующих трансформаторов.

Маркировка трансформаторов:

Так как габариты даже высокочастотных трансформаторов не такие уж и маленькие, по сравнению с остальными электронными приборами, то информация обычно указывается в явном виде.

На трансформаторах указывается:

• Тип трансформатора, например, ТП – трансформатор питания (т.е. силовой);
• Рабочее напряжение первичной и всех вторичных обмоток;
• Указывается либо номинальная мощность, либо максимальный ток для каждой вторичной обмотки;
• Число вторичных обмоток;
• Рабочая частота;
• Для измерительных трансформаторов указывается классточности;
• Для согласующих трансформаторов указывается индуктивность обмоток.

Условное обозначение трансформаторов на схемах:

Рисунок 1 — УГО трансформаторов.

1. – трансформатор с ферритовым сердечником;
2. – трансформатор с сердечником из магнитодиэлектрика, т.е.

   диэлектрического магнитного материала;

3. – трансформатор с ферритовым сердечником с 2 вторичными обмотками;
4. – трансформатор с ферритовым сердечником с отводами из вторичной обмотки.

Рядом с условным обозначением указывается тип элемента (T) и порядковый номер, также рядом с условным обозначением может указываться (не является обязательным требованием) коэффициент трансформации.

Внешний вид трансформаторов:

Импульсные:

Рисунок 2 — Внешний вид импульсных трансформаторов.

Сетевые (силовые):

Рисунок 3 — Внешний вид силовых трансформаторов.

Измерительные трансформаторы тока:

Рисунок 4 — Внешний вид измерительных трансформаторов (трансформаторов тока).

Источник: https://electronov.net/info-part/index/passive-elements/transformer/2/

Коэффициент трансформации это — советы электрика — Electro Genius

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.