Коэффициент трансформации понижающих и повышающих трансформаторов. Если коэффициент трансформации больше 1 то трансформатор является


Что такое коэффициент трансформации

Содержание:
  1. Основной параметр трансформатора
  2. Коэффициент трансформации электросчетчика
  3. Как определить коэффициент трансформации

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

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

Основной параметр трансформатора

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

Формула

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

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

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

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

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

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

Коэффициент трансформации электросчетчика

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

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

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

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

Как определить коэффициент трансформации

electric-220.ru

36.Уравнения трансформатора. Коэффициент трансформации.

Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — электрическая машина, состоящая из набора индуктивно связанных обмоток на каком-либо магнитопроводе или без него и предназначенный для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока без изменения частоты систем(системы) переменного тока.

Трансформатор осуществляет преобразование напряжения переменного тока и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения — электроэнергетике, электронике и радиотехнике.

Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.

Уравнения идеального трансформатора

Идеальный трансформатор — трансформатор, у которого отсутствуют потери энергии на нагрев обмоток и потоки рассеяния обмоток. В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток, и поскольку изменяющееся магнитное поле порождает одну и ту же ЭДС в каждом витке, суммарная ЭДС, индуцируемая в обмотке, пропорциональна полному числу её витков. Такой трансформатор всю поступающую энергию из первичной цепи трансформирует в магнитное поле и, затем, в энергию вторичной цепи. В этом случае поступающая энергия равна преобразованной энергии:

Где

P1 — мгновенное значение поступающей на трансформатор мощности, поступающей из первичной цепи,

P2 — мгновенное значение преобразованной трансформатором мощности, поступающей во вторичную цепь.

Соединив это уравнение с отношением напряжений на концах обмоток, получим уравнение идеального трансформатора:

Таким образом получаем, что при увеличении напряжения на концах вторичной обмотки U2, уменьшается ток вторичной цепи I2.

Для преобразования сопротивления одной цепи к сопротивлению другой, нужно умножить величину на квадрат отношения.[10] Например, сопротивление Z2 подключено к концам вторичной обмотки, его приведённое значение к первичной цепи будет . Данное правило справедливо также и для вторичной цепи:.

Устройство однофазного трансформатора с сердечником из электротехнической стали

Условные графические обозначения трансформаторов: однофазного (1, 2, 3) и трехфазного (4, 5, 6)

Коэффициент трансформации – это отношение ЭДС обмоток, равное отношению чисел витков обмоток. Приблизительно можно считать коэффициент трансформации равным отношению действующих значений напряжений обмоток:

или

где Е1 и Е2 – действующие значения ЭДС первичной и вторичной обмоток;

w1 и w2 – числа витков первичной и вторичной обмоток;

Фm – амплитудное значение магнитного потока.

37.Полупроводниковые резисторы.

Полупроводниковый резистор — полупроводниковый прибор с двумя выводами, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от напряжения. В полупроводниковых резисторах применяют полупроводник, равномерно легированный примесями. В зависимости от типа примесей удаётся получить различные зависимости сопротивления от напряжения.

Классификация и условные обозначения полупроводниковых резисторов.

Тип резисторов Условное обозначение

Линейные резисторы

Варисторы

Тензорезисторы

Терморезисторы

Фоторезисторы

Первые две группы полупроводниковых резисторов в соответствии с этой классификацией — линейные резисторы и варисторы — имеют электрические характеристики, слабо зависящие от внешних факторов: температуры окружающей среды, вибрации, влажности, освещённости и др. Для остальных групп полупроводниковых резисторов, наоборот, характерна сильная зависимость их электрических характеристик от внешних факторов. Так, характеристики терморезисторов существенно зависят от температуры, характеристики фоторезисторов — от освещённости, характеристики тензорезисторов — от механических напряжений.

Резисторы являются элементами РЭА и могут применяться как дискретные компоненты или как составные части интегральных микросхем.. Они предназначены для перераспределения и регулирования электрической энергии между элементами схемы. Принцип действия резисторов основан на использовании свойства материалов оказывать сопротивление протекающему через них электрическому току. Особенностью резисторов является то, что электрическая энергия в них превращается в тепло, которое рассеивается в окружающую среду.

38.Понятие о трехфазных цепях. Получение ЭДС трехфазного генератора.

studfiles.net

Расчет коэффициента трансформации для трансформаторов: формула

Трансформатор представляет собой одно,- или многообмоточную систему на общем магнитопроводе, связанные взаимоиндукцией и предназначенные для преобразования (трансформации) величины напряжения переменного тока без изменения частоты. Что такое коэффициент трансформации, и как определяется эта величина? Коэффициентом трансформации называется характеристика трансформатора, которая определяет его преобразовательные свойства. Данное свойство является основным и находится в общем случае отношением числа витков в обмотках.

Устройство трансформатора

Кроме преобразования, трансформаторы выполняют роль гальванической развязки входных и выходных цепей (исключение – автотрансформатор).

Свойства трансформатора

Большинство людей знакомо с трансформаторами только в том смысле, что они являются преобразователями переменного напряжения, повышающими или понижающими.

К сведению. На самом деле трансформатор не является преобразователем. Он масштабирует в определенных пределах электрические величины.

Соответственно, можно говорить о трансформаторах:

  • напряжения;
  • тока;
  • сопротивления.

Трансформатор напряжения

Наиболее известное устройство. Включается параллельно нагрузке. Его задача состоит в изменении входного напряжения с заданным коэффициентом. Как определить этот коэффициент? В простейшем случае он численно равен отношению количества витков в обмотках. Говорят о понижающем трансформаторе, когда количество витков первичной (сетевой) обмотки меньше, чем у вторичной. Тогда на выходе напряжение также будет меньше. У повышающего, наоборот, количество витков вторичной (нагрузочной) обмотки превосходит количество первичной.

Включение трансформатора напряжения

Обратите внимание! В более общем случае устройство может иметь не две, а более обмоток. Для каждой из обмоток будет иметься свой коэффициент трансформации, причем часть обмоток будут понижающими, а часть –повышающими.

Любой трансформатор напряжения обратим, то есть, подав на любую из вторичных обмоток переменное напряжение, получим его и на выходе первичной, с тем же коэффициентом преобразования (трансформации).

Определение коэффициента трансформации производится по формуле:

N=U1/U2.

Как уже говорилось, коэффициент трансформации определяется отношением количества витков. Это справедливо только для режимов холостого хода, когда сопротивления проводов обмоток не вносят потерь. Ток, который протекает в обмотках, создает на их сопротивлении падение напряжения, которое вычитается из ЭДС ненагруженного преобразователя. Таким образом, при увеличении нагрузки коэффициент трансформации падает. Аналогичная ситуация возникает для обмоток, выполненных проводами различного сечения.

Пример. Имеем понижающий трансформатор с коэффициентом трансформации, равным 10, на двух вторичных обмотках, но одна из которых выполнена проводом, сечением в два раза меньше. При одинаковых нагрузках напряжение на той обмотке, где использовался более тонкий провод, будет ниже на величину падения напряжения на сопротивлении обмоточного провода.

У трансформатора может быть и одна обмотка. В таком случае он называется автотрансформатором. Обмотка в таком случае имеет как минимум три вывода. К одной из пары выводов подключается входное напряжение. Выходное напряжение снимается с одного из входных и оставшегося свободным. Автотрансформатор также может быть повышающим и понижающим.

Автотрансформатор

Трансформатор тока

Данное устройство более известно тем, кто занимается измерениями и обслуживанием мощных электрических установок. Измерение токов больших величин связано с определенными затруднениями, связанными с обеспечением безопасности и трудностями в изготовлении измерительных приборов для непосредственного измерения. Кроме измерений, сигналы с данных устройств используются системами защиты и сигнализации.

Включение трансформатора тока

Трансформатор тока подключается в цепь последовательно с нагрузкой. Соответственно, ток в первичной обмотке в точности равен току нагрузки. На вторичной обмотке получается напряжение, пропорциональное коэффициенту трансформации тока.

Коэффициент трансформации определяется таким же образом, как и для трансформаторов напряжения, но с поправкой на ток холостого хода, который вызван намагничиванием и потерями в магнитопроводе.

Данные устройства тока имеют специфические области применения, поэтому их строго классифицируют по нескольким критериям:

  • По назначению бывают защитные, измерительные, лабораторные, промежуточные;
  • По типу установки – внутренние, наружные, переносные, накладные, встроенные;
  • По типу конструкции – одно,- и многовитковые или шинные;
  • По типу изоляции – сухие, масляно-бумажные, с компаундной заливкой или газонаполненные;
  • По рабочему напряжению. Для трансформаторов тока отечественного производства установлен ряд стандартных рабочих напряжений от 0.66 до 1150 кВ;
  • По номинальному первичному току. Также существует диапазон градаций от 1 до 40000 А. Это основной показатель, по которому выбирается необходимый трансформатор тока;
  • По номинальному вторичному току. Обычно 1 или 5 А, но в некоторых случаях может быть 2 или 2.5 А;
  • По мощности вторичной нагрузки – от 1 до 120 ВА;
  • По числу ступеней преобразования – одно,- и многоступенчатые.

К сведению. Характеристики, определяющие тип и назначение трансформаторов тока, указываются на заводской бирке изделия.

Коэффициент трансформации трансформатора тока в характеристиках не указывается, но его легко определить самостоятельно, зная значения первичного и вторичного токов, указанных в технических характеристиках. Коэффициент трансформации тока равен их отношению:

N=I1/I2.

В отличие от аналогичных устройств, токовые трансформаторы нельзя включать без нагрузки, поскольку это приведет к выходу их из строя и появлению на выходных клеммах опасно высокой ЭДС.

Трансформатор сопротивления

Подобное устройство можно назвать еще согласующим трансформатором, так как его задача – согласовывать сопротивления источника и нагрузки для точной передачи сигнала в различных каскадах электронных схем. В данном случае не важны значения напряжений и токов в цепях, поскольку определяющим является согласованная работа каскадов с разными сопротивлениями, которые и трансформируют трансформатор сопротивления.

Включение согласующего трансформатора

Коэффициент трансформации трансформатора сопротивления также определяется отношением количества витков обмоток, но в отношении сопротивления нагрузки и источника используется квадратичная зависимость, формула такова:

Ri=N2·Rn.

Таким образом, если известны сопротивления нагрузки и источника, требуемый коэффициент трансформации находится из зависимости:

N=√Ri/Rn.

В дальнейшем найденный коэффициент трансформации используется для расчета обмоток.

Видео

Оцените статью:

elquanta.ru

что это такое и как определить?

 

Коэффициент трансформации трансформатора определяется отношением количества витков первичной обмотки к количеству витков вторичной.

Его можно также рассчитать, поделив соответствующие показатели ЭДС в обмотках. В идеальных условиях (если отсутствуют электрические потери) показатель коэффициента трансформации рассчитывается отношением напряжений на зажимах обмоток. У трансформаторов, имеющих более двух обмоток, этот параметр определяется для каждой обмотки поочередно.

Коэффициент трансформации понижающих трансформаторов превышает единицу, повышающих – находится в пределах от 0 до 1. Фактически, коэффициент трансформации показывает, во сколько раз трансформатор понижает поданное на него напряжение.

С помощью коэффициента трансформации есть возможность проверить правильность количества витков, поэтому он определяется для всех имеющихся фаз и на каждом из ответвлений. Подобные измерения и расчеты помогают выявить обрывы проводов в обмотках и узнать полярность каждой из обмоток.

Значение коэффициента трансформации определить можно несколькими способами:

  • измерением напряжений на обмотках двумя вольтметрами;
  • с помощью моста переменного тока;
  • по паспортным данным.

Реальный показатель рекомендуется измерять с использованием 2-х вольтметров. Номинальный показатель коэффициента трансформации также возможно вычислить, используя номинальные значения напряжений на обмотках в режиме ХХ (холостого хода), указанные в паспорте трансформатора.

Трехобмоточные трансформаторы требуют выполнения измерений минимум для 2-х пар обмоток, имеющих меньший ток короткого замыкания. Если электрические элементы трансформатора расположены в защитном кожухе, под которым скрыты некоторые ответвления, то коэффициент трансформации определяется только для выведенных наружу зажимов обмоток.

Для однофазных трансформаторов рабочее значение коэффициента трансформации рассчитывают путем деления напряжения, подведенного к первичной цепи, на одновременно измеренное напряжение во вторичной цепи.

Для трехфазных трансформаторов эта процедура может выполняться несколькими методами: с подключением к высоковольтной обмотке напряжения от трехфазной сети, путем запитывания однофазным напряжением, с выведенной нулевой точкой и без нее. В любом случае, на одноименных зажимах противоположных обмоток замеряют показания линейных напряжений.

К обмоткам нельзя подключать напряжение, выше или существенно ниже номинального, значение которого указано в паспорте. В таком случае, возрастает погрешность измерений из-за потерь тока, потребляемого подключенным измерительным прибором и тока холостого хода.

Для проведения измерений должны использоваться вольтметры с классом точности в пределах 0,2-0,5. Ускорить и упростить определение коэффициента трансформации могут универсальные приборы (например, УИКТ-3), позволяющие производить измерения без подключения сторонних источников переменного напряжения.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.

podvi.ru

Назначение и принцип действия трансформатора. Что такое коэффициент трансформации?

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 5Следующая ⇒

Назначение трансформатора. Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

Трансформаторы позволяют значительно повысить напряжение, вырабатываемое источниками переменного тока, установленными на электрических станциях, и осуществить передачу электроэнергии на дальние расстояния при высоких напряжениях (110, 220, 500, 750 и 1150 кВ). Благодаря этому сильно уменьшаются потери энергии в проводах и обеспечивается возможность значительного уменьшения площади сечения проводов линий электропередачи.

форматоры бывают однофазные и трехфазные, двух- и многообмоточные.

Рис. 212. Схема включения однофазного трансформатора

Принцип действия трансформатора. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор состоит из стального магнитопровода 2 (рис. 212) и двух расположенных на нем обмоток 1 и 3. Обмотки выполнены из изолированного провода и электрически не связаны. К одной из обмоток подается электрическая энергия от источника переменного тока. Эту обмотку называют первичной. К другой обмотке, называемой вторичной, подключают потребители (непосредственно или через выпрямитель).

При подключении трансформатора к источнику переменного тока (электрической сети) в витках его первичной обмотки протекает переменный ток i1, образуя переменный магнитный поток Ф. Этот поток проходит по магнитопроводу трансформатора и, пронизывая витки первичной и вторичной обмоток, индуцирует в них переменные э. д. с. е1 и е2. Если к вторичной обмотке присоединен какой-либо приемник, то под действием э. д. с. е2 по ее цепи проходит ток i2.

Коэффициент трансформации- Отношение напряжения на зажимах двух обмоток в режиме холостого кода. Коэффициент трансформации является основной характеристикой трансформатора. Он показывает, насколько изменяются основные параметры электрического тока, после того как он проходит через это устройство. Когда коэффициент трансформации больше 1 – трансформатор называется понижающим, если меньше – повышающим.

, , где

· , — входное и выходное напряжения соответственно

· , — число витков первичной и вторичной обмоток

· , — токи в первичной и вторичной цепях трансформатора

 

35.Какие потери мощности существуют в трансформаторе и как они определяются? Что такое внешняя характеристика трансформатора?

Основными характеристиками трансформатора являются прежде всего напряжение обмоток и передаваемая трансформатором мощность. Передача мощности от одной обмотки к другой происходит электромагнитным путем, при этом часть мощности, поступающей к трансформатору из питающей электрической сети, теряется в трансформаторе. Потерянную часть мощности называют потерями.

При передаче мощности через трансформатор напряжение на вторичных обмотках изменяется при изменении нагрузки за счет падения напряжения в трансформаторе, которое определяется сопротивлением короткого замыкания. Потери мощности в трансформаторе и напряжение короткого замыкания также являются важными характеристиками. Они определяют экономичность работы трасформатора и режим работы электрической сети.

Потери мощности в трансформаторе являются одной из основных характеристик экономичности конструкции трансформатора. Полные нормированные потери состоят из потерь холостого хода (XX) и потерь короткого замыкания (КЗ). При холостом ходе (нагрузка не присоединена), когда ток протекает только по обмотке, присоединенной к источнику питания, а в других обмотках тока нет, мощность, потребляемая от сети, расходуется на создание магнитного потока холостого хода, т.е. на намагничивание магнитопровода, состоящего из листов трансформаторной стали. Поскольку переменный ток изменяет свое направление, то направление магнитного потока также меняется. Это значит, что сталь намагничивается и размагничивается попеременно. При изменении тока от максимума до нуля сталь размагничивается, магнитная индукция уменьшается, но с некоторым запаздыванием, т.е. размагничивание задерживается (при достижении нулевого значения тока индукция не равна нулю точка N). Задерживание в перемагничивании является следствием сопротивления стали переориентировке элементарных магнитов.

При протекании магнитного потока по магнитопроводу возникают потери на вихревые токи. Как известно, магнитный поток индуктирует электродвижущую силу (ЭДС), создающую ток не только в обмотке, находящейся на стержне магнитопровода, но и в самом его металле. Вихревые токи протекают по замкнутому контуру (вихревое движение) в месте стали в направлении, перпендикулярном направлению магнитного потока. Для уменьшения вихревых токов магнитопровод собирают из отдельных изолированных листов стали. При этом чем тоньше лист, тем меньше элементарная ЭДС, меньше созданный ею вихревой ток, т.е. меньше потери мощности от вихревых токов. Эти потери тоже нагревают магнитопровод. Для уменьшения вихревых токов, потерь и нагревов увеличивают электрическое сопротивление стали путем введения в металл присадок.

Внешняя характеристика трансформатора представляет собой зависимость между вторичными током и напряжением при изменении нагрузки, неизменном значении первичного напряжения U1 и заданном коэффициенте мощности cos φ2 во вторичной цепи.

Рис. 6.3. Внешняя характеристика трансформатора

Вторичное напряжение U2 при нагрузке отличается от напряжения холостого хода на величину изменения напряжения, которое зависит от величины нагрузки.

Внешняя характеристика может быть построена как по расчетным данным активного и индуктивного падений напряжения (расчетная внешняя характеристика), так и по опытным данным (внешняя характеристика конкретного трансформатора). Построение внешней характеристики показано на рис. 6.3. По оси ординат откладывается вторичное напряжение U2, а по оси абсцисс — величина нагрузки α (в % или долях от номинальной мощности). Начальная точка внешней характеристики начинается от ординаты, равной U2НОМ, а другой ее конец, против абсциссы α = 1(т. е. при номинальной нагрузке), будет опущен против начала на величину ΔU — изменения напряжения.

Так как изменение напряжения пропорционально нагрузочному току I2 (см. § 6.1), то внешняя характеристика практически представляет прямую линию. На рис. 6.3 построены две внешние характеристики — для cos φ2=1и cos φ2= 0,8.

Положения характеристик зависят от мощности и характера нагрузки трансформатора и при малой мощности они могут поменяться местами (при активной и активно-индуктивной нагрузках).

 

36.Электроника. Виды электроники. Устройства информационной электроники.

Электро́ника — наука о взаимодействии электронов с электромагнитными полями и методах создания электронных приборов и устройств для преобразования электромагнитной энергии, в основном для передачи, обработки и храненияи нформации.

Читайте также:

lektsia.com

Коэффициент трансформации: особенности и вычисления

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

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

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

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.

Формула с выражением в процентах

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 для трёх и более трансформаторов

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.

vashtehnik.ru

Понятие о коэффициенте трансформации

В электротехнике и радиотехнике часто возникает необходимость преобразовать переменное напряжение одной величины в переменное напряжение другой ве­личины. В этих случаях пользуются устройством, ко­торое называется трансформатором.

Обмотка трансформатора

Обмотка трансформатора.

Трансформатор представляет собой систему из двух или более обмоток, размещенных на одном об­щем железном стержне (сердечнике). Одна из этих обмоток подключается к внешнему источнику пере­менной э. д. с. и называется первичной обмот­кой. Все остальные обмотки носят название вто­ричныхобмоток, и к ним подключаются соот­ветствующие потребители энергии (рис. 1).

Принцип работы трансформатора основан на явле­нии взаимоиндукции.

Схема трансформатора

Рис. 1 Схема трансформатора.

При включении источника пе­ременной э. д. с. в первичной обмотке протекает переменный ток, а в сердечнике трансформатора соз­дается переменный магнитный поток. Этот поток про­низывает витки первичной и вторичной обмоток и на каждом отдельном витке, согласно закону электро­магнитной индукции, наводит индуктированную э. д. с. Так как витки каждой обмотки наматываются в одну сторону, то э. д. с., действующая на концах данной об­мотки, будет равна сумме э. д. с. ее отдельных витков.

Если число витков вторичной обмотки W2 меньше числа витков первичной обмотки W1, то и напряжение на концах вторичной обмотки U2 будет меньше напря­жения, действующего на концах первичной обмотки, т. е. U1. В этом случае трансформатор понижает напряжение внешнего источника, поэтому он назы­вается понижающим. Если число витков вторич­ной обмотки W2 больше числа витков первичной обмотки W1, то напряжение U2 будет больше напря­жения U1. В таком случае трансформатор повы­шает напряжение, создаваемое внешним источником, и называется повышающим.

Разделив амплитуду напряжения на вторичной об­мотке U2 на амплитуду напряжения, действующего на первичной обмотке U1 получим величину, которая ха­рактеризует степень преобразования величины напря­жения и называется коэффициентом транс­формации:

n = U2 : U1

Так как магнитный поток является общим для обоих обмоток, то отношение напряжения на вторич­ной обмотке к напряжению на первичной обмотке можно заменить отношением чисел витков этих об­моток:

n = U2 : U1 = W2 : W1

Если n> 1, то трансформатор повышающий, если n< 1, то — понижающий.

Из этого выражения можно определить величины U2 и W2

U2 = U1n,   W2 = W1n

Схема измерения коэффициента трансформации силовых трансформаторов

Схема измерения коэффициента трансформации силовых трансформаторов.

При работе трансформатора на концах нагрузоч­ного сопротивления Rн действует напряжение U2 и во вторичной обмотке протекает ток I2. Следовательно, во вторичной обмотке развивается некоторая мощ­ность Р2. Эта мощность во вторичной обмотке суще­ствует за счет того, что электрическая энергия, по­требляемая первичной обмоткой из питающей сети, передается во вторичную обмотку. Если считать ко­эффициент полезного действия трансформатора близ­ким к единице (— 100%), то мощность, потребляемая первичной обмоткой из питающей сети, должна быть равна мощности, созданной во вторичной обмотке:

P1 = P2

Мощности в обеих обмотках можно выразить через напряжение и ток данной обмотки:

P1 = U1I1,   P2 = U2I2

Подставив выражения для мощностей в формулу, получим:

U1I1 = U2I2

Разделим обе части полученного равенства на одну и ту же величину I1U2:

U1I1 : I1U2 = U2I2 : I1U2,

Произведя сокращение, окончательно получим:

U1U2 = I2I1

Из формулы видно, что напряжения на обмотках обратно пропорциональны токам, протекающим в этих обмотках. Чем больше напряжение на обмотке, тем меньше должен быть ток в этой обмотке и тем меньше сечение провода обмотки. Поэтому вторичная обмотка в понижающем трансформаторе наматывается, как правило, проводом с большим сечением, т. е. прово­дом, сечение которого намного больше сечения про­вода первичной обмотки.

Из формулы определим I2

I2 = I1 (U1 : U2),

Но выражение (U1 : U2) представляет собой величину, обратную коэффициенту трансформации, т. е.

U1 : U2 = 1 : n, тогда I2 = I1 : n,

Данные формулы справедливы для случая, когда у трансформатора имеются всего лишь две обмотки — первичная и вторичная. В более общем случае у трансформатора может быть большее количество вторичных обмоток, и тогда соотношения между токами и напряжениями в отдельных обмотках будут выглядеть иначе. Однако и в этих случаях остается справедли­вым равенство мощностей первичной и всех вторич­ных обмоток.

Поделитесь полезной статьей:

Top

fazaa.ru