Хотя трансформатор называют преобразователем, на самом деле это не так. не трансформирует одну характеристику в другую. Устройство изменяет значение параметра цепи в большую или меньшую сторону. Это преобразование влияет на остальное текущее чтение, но остается второстепенным по отношению к “главному” чтению.
Хотя трансформатор называют преобразователем, на самом деле он не является таковым не меняет характеристику на другую характеристику.. устройство изменяет значение какого-либо параметра схемы в большую или меньшую сторону. Это преобразование влияет на остальное текущее чтение, но остается второстепенным по отношению к “главному” чтению.
В повседневной жизни такие устройства встречаются очень часто. Например, для того, чтобы для зарядки аккумулятора необходим источник питания 6 ВНапример, дома для зарядки телефонной батареи необходим источник питания 6 В. Но напряжение в розетке поднимается до 220. Чтобы не сжечь телефон, нужно каким-то образом снизить напряжение в 36,7 раза. Вот что делает “зарядное устройство” – Преобразователь, понижающий напряжение.
Коэффициент трансформации трансформатора – это величина, характеризующая масштаб или мощность обработки устройства относительно какого-либо параметра электрической цепи: напряжения, тока, сопротивления. В приведенном примере коэффициент трансформации “заряда” равен 36,7.
Формула для расчета коэффициента трансформации
Трансформатор тока
Формула для расчета коэффициента трансформации КТ:
Значения коэффициентов обычно очень велики по сравнению с силовым трансформатором. Значения могут быть такими, как показано в таблице:
Определим коэффициент трансформации: Возьмите ТТ со значениями, отмеченными в таблице 600/5 = 120. Вы также можете взять любой трансформатор 750/5 = 150; 800/2 = 400 и т.д.
Узнайте больше о трансформаторах тока: Читать статью
Ктр = Uin/Uin = N1/N2, где N – число витков в первичной и вторичной обмотках соответственно.
Характеристики трансформатора
В схеме, показанной выше для серийного изделия, функциональность обеспечивается двумя индукционными катушками, прикрепленными к металлическому сердечнику. При подключении к сети переменного тока создается электромагнитное поле, которое, согласно фундаментальным законам электродинамики, генерирует ток во второй обмотке. В упрощенном варианте пренебрегают затратами энергии на повышение температуры проводников и потерями, вызванными вихревыми токами. Для грубых расчетов используется формула:
Ктр = Uin/Uin = N1/N2, где N – число витков в первичной и вторичной обмотках соответственно.
Масштабирование напряжения
Этот термин подчеркивает суть обсуждаемого явления. Фактически, в этом случае не происходит трансформации (преобразования) энергии. Это изменение определенного параметра в сторону увеличения (уменьшения). Хотя все основные компоненты взаимосвязаны, отдельно рассматривается только наиболее важный для данной инженерной задачи параметр (напряжение, ток или электрическое сопротивление).
Если трансформатор подключен, как показано на схеме выше, то формула для коэффициента трансформации может быть представлена следующим образом:
Ктр = Uin/Uv = (E*N1 + I1*R1)/ (E*N2 + I2*R2),
где:
- E – электродвижущая сила, которая индуцируется в одной катушке;
- I, R – токи, активное сопротивление (значения для соответствующих обмоток).
Текущее масштабирование
В данном примере первичная обмотка соединена последовательно с небольшой нагрузкой (Ктр = I1/I2). Зависимость от токов и количества обмоток:
В этом выражении Ix – это ток холостого хода, который обусловлен описанным выше вихревым явлением и потерями из-за повышения температуры магнитной цепи. Путем простого математического преобразования значение коэффициента трансформации может быть получено через количество оборотов (без соответствующих затрат энергии):
Масштабирование сопротивления
В некоторых ситуациях именно сопротивление подключенной нагрузки определяет функциональность электрического устройства (отдельных блоков). Хорошим примером является согласование типичного низкоомного динамика (6-8 Ом) с выходным трактом усилителя мощности.
При воспроизведении технологии сварки происходит фактическое короткое замыкание рабочей зоны. Если эта часть не отделена от источника питания, сеть будет перегружена. В этой ситуации на помощь приходит трансформатор, который сохраняет путь передачи электроэнергии, выполняя при этом необходимые защитные функции.
В этих примерах особое значение имеет баланс:
В этом выражении приведены обозначения мощностей:
- W1 – потребление;
- W2 – передается в нагрузку;
- Wp – потери.
В результате последовательности элементарных преобразований получаем следующие выражения, из которых будем вычислять отдельные параметры:
- W1 = I1 * U1 = U12/Z1;
- W2 = I2 * U2 = U22/Z2;
- без учета потерь: U12/Z1 = U22/Z2;
- Ктр (резистивный) = U12/U22 = Z1/Z2 = Ктр2 (резистивный).
В качестве напоминания. В этих выражениях Z1 (Z2) – это сопротивления нагрузки для источника питания с подключенным трансформатором или без него, соответственно.
Резюме
Следует отметить, что рабочие параметры трансформатора в каждом из приведенных выше примеров будут неизменными. Тип масштабирования будет определяться предполагаемым использованием рассматриваемой схемы. В зависимости от необходимости учитывается коэффициент трансформации для данного параметра (U, I или Z). Способность повышать, понижать или поддерживать равномерный уровень напряжения объясняется только количеством витков.
Для информации. При расчете измерительных устройств и в других ситуациях для повышения точности учитываются потери энергии, электрические фазовые сдвиги и влияние внешних факторов.
Коэффициент трансформации трансформатора тока можно разделить на:
Как выбрать коэффициент трансформации трансформатора тока? ↑
При выборе этого типа трансформатора существуют некоторые ограничения и правила установки дополнительного оборудования. Например, установка трансформатора тока со слишком высоким Kt нежелательна. При высоких К дозирующее оборудование может быть установлено непосредственно на стороне всасывания. Однако для силовых трансформаторов счетчики следует устанавливать на стороне напряжения с наименьшим значением.
Трансформаторы с одним ТТ в настоящее время являются наиболее популярными на рынке, поскольку они гарантируют неизменность параметров в течение всего срока службы.
Инженерный центр “ПрофЭнерго” имеет все необходимые инструменты для проверки качества оборудования постоянного тока, слаженную команду специалистов и лицензии, дающие право на проведение всех необходимых испытаний и измерений. Выбирая электротехническую лабораторию ProfEnergy, вы выбираете надежную и качественную работу ваших приборов!
Если вы хотите заказать испытание машин постоянного тока или задать вопрос, свяжитесь с нами по телефону: +7 (495) 181-50-34 .
Или когда перед вами трансформатор, но вы не знаете точное количество витков в его обмотках.
Как рассчитать коэффициент трансформации
Все счетчики электроэнергии, рассчитанные на большие токи (100 А и более), имеют понижающие трансформаторы.
Они уменьшают ток, протекающий непосредственно в дозирующую часть. Одним из основных параметров для потребителя в данном случае является коэффициент трансформации счетчика электроэнергии.
Это необходимо для правильного считывания показаний таких счетчиков.
Технические характеристики индикатора
Коэффициент трансформации – это отношение токов нагрузки к току электросчетчика. В этом случае он всегда будет больше единицы, поскольку токи нагрузки больше токов счетчика. При расчете потребленной электроэнергии показания на циферблате или панели умножаются на этот коэффициент. Полученное значение является правильным количеством потребленных киловатт-часов.
Трансформеры также имеют класс точности. Для счетчиков электроэнергии это 0,2 или 0,5. Чем меньше значение класса, тем выше точность счетчиков.
Типы счетчиков электроэнергии
Существует большое количество различных счетчиков электроэнергии. Однако их можно разделить на три основных типа:
- индуктивные или механические;
- электронный;
- гибридный.
Механические устройства
Индуктивные измерители устроены следующим образом – между двумя катушками, тока и напряжения, находится алюминиевый диск, который механически соединен со шкалой.
Принцип работы заключается в том, что ток, протекающий в катушках, создает электромагнитное поле, которое заставляет диск вращаться. Диск через червячную передачу передает свое вращение эталонному механизму. Чем больше ток, протекающий через катушки, тем больше индуктивность электромагнитного поля, что заставляет циферблат, а значит и шкалу, вращаться быстрее.
В классификации счетчиков индуктивные счетчики являются самыми неточными. Это связано с неточностями, возникающими при преобразовании электромагнитного поля во вращающийся диск. Также могут быть довольно серьезные ошибки во вращающемся механизме баланса.
Основным преимуществом этого типа является его низкая цена.
С электронным механизмом
Электронные счетчики электроэнергии являются относительно новой разработкой. Они основаны на измерении тока с помощью аналоговых датчиков. Информация с датчиков поступает на микроконтроллер, где она обрабатывается и выводится на ЖК-экран.
К преимуществам электронных датчиков относятся:
- Небольшой размер.
- Возможность установки нескольких алгоритмов подсчета электрической энергии.
- Самый высокий класс точности среди других типов благодаря отсутствию большого количества элементов в измерении.
- Возможность создания системы AMR.
Основными недостатками являются высокая цена и высокая чувствительность к резким изменениям напряжения в сети.
Смешанные модели
Этот тип был создан для снижения цены устройств, которые могут быть подключены к системе AMR. Этот тип нечувствителен к скачкам напряжения.
Недостатками являются большие размеры и низкая точность по сравнению с электронными.
Определение коэффициента пересчета
Как уже упоминалось, при расчете потребления электроэнергии важно знать коэффициент трансформации счетчика. Эту информацию можно найти в техническом паспорте счетчика и на передней панели счетчика. Иногда в электронных счетчиках его можно найти в меню. Он обозначается знаком деления или просто числом. Обычно значения находятся в диапазоне 10, 20, 30 и 40.
Однако нередки случаи, когда технический паспорт отсутствует. В этом случае вы можете самостоятельно рассчитать коэффициент трансформации. Для этого вам понадобятся два мультиметра или специальные приборы.
В первом случае один мультиметр измеряет напряжение на первичной обмотке, а другой – на вторичной. Обратите внимание, что измерения проводятся только тогда, когда трансформатор находится в состоянии покоя, т.е. без нагрузки. Никогда не превышайте номинальное напряжение, указанное в техническом паспорте, так как это значительно увеличивает погрешность.
Применение специального оборудования позволяет использовать внешний источник питания, что значительно упрощает процедуру измерения.
При измерении коэффициента трансформации необходимо использовать измерительные приборы с классом точности не менее 0,5.
Видео по теме: Как рассчитать потребление электроэнергии по счетчику с трансформаторами тока
Коэффициент трансформации
На практике при использовании электроэнергии часто возникает необходимость изменить напряжение, подаваемое генератором. Напряжение переменного тока можно масштабировать (увеличивать или уменьшать) с незначительными потерями энергии или вообще без них.
Устройства, преобразующие напряжение (ток, сопротивление и т.д.), называются трансформаторами.
Трансформаторы не преобразуют виды энергии, а изменяют значение заданного параметра цепи, уменьшая или увеличивая его, поэтому, когда мы говорим о преобразовании, в данном случае мы имеем в виду масштабирование.
Коэффициент трансформации обычно обозначается буквами k или n (возможны и другие обозначения).
Если она больше единицы, то называется повышающим трансформатором, если больше единицы – понижающим трансформатором.
Различные типы трансформаторов и их коэффициенты трансформации
Таким образом, с помощью трансформатора с параллельным соединением обмотки с источником питания производится масштабирование напряжения (трансформатор напряжения), и рассчитывается коэффициент трансформации
где – напряжение на входе трансформатора (первичная обмотка); – напряжение на выходе трансформатора (вторичная обмотка); – число витков на первичной обмотке; – число витков на вторичной обмотке.
Если потерями в обмотках трансформатора нельзя пренебречь, коэффициент трансформации можно найти по формуле:
где – сопротивление первичной обмотки трансформатора; – сопротивление вторичной обмотки; – ЭДС, наводимая в каждой обмотке; и – токи в соответствующих обмотках.
С помощью параллельно подключенного трансформатора можно масштабировать сопротивление. Расчет коэффициента трансформации связан с равенством мощности, получаемой трансформатором от источника и возвращаемой во вторичную цепь. Потерями пренебрегают. Обозначим коэффициент трансформации сопротивления. Можно написать следующее:
Для масштабирования тока используется трансформатор с первичной обмоткой, соединенной последовательно с источником (трансформатор тока). Затем рассчитывается коэффициент трансформации:
Последнее равенство в выражении (3) справедливо только в том случае, если потери не учитываются и не предполагаются:
В противном случае возникает ток, который обозначает ток, состоящий из тока намагничивания и активных потерь в магнитной цепи (этот ток также называют током “холостого хода”). Если мы имеем соотношение между силами токов, протекающих в обмотках трансформатора в виде:
Примеры решений
| Нравится эта страница? Расскажите своим друзьям! |
Коэффициент трансформации тока и примеры его расчета
Все трансформаторы тока имеют ряд особенностей, которые позволяют использовать устройство в конкретной ситуации, в зависимости от индивидуального назначения. Выбор конкретного трансформатора определяется, в частности, коэффициентом трансформации тока. Как рассчитать это значение и применить его на практике? Рассмотрим основные типы трансформаторов этого типа.
Если для крепления пластин используются металлические штифты, они должны быть изолированы от железного сердечника бумажными вставками и картонными прокладками.
Как рассчитать коэффициент трансформации
Коэффициент трансформации “k” – это отношение напряжения U1 на концах первичной обмотки трансформатора к напряжению U2 на выводах его вторичной обмотки, определяемое при отсутствии нагрузки (при наличии нескольких вторичных обмоток коэффициентов k также несколько, в этом случае они определяются индивидуально). Предполагается, что это отношение равно отношению числа витков в каждой обмотке.
Значение коэффициента трансформации можно легко рассчитать, разделив ЭДС обмоток данного трансформатора: ЭДС первичной обмотки на ЭДС вторичной обмотки.
Коэффициент трансформации очень важен, так как это величина, на которую вторичная обмотка соединена с первичной обмоткой. В рабочих условиях коэффициент трансформации напряжения, который представляет собой отношение номинальных напряжений трансформатора
Для однофазных трансформаторов нет разницы между коэффициентами трансформации ЭДС и напряжения, но в трехфазных трансформаторах они должны быть строго разделены.
В идеальных условиях потери мощности (на токи Фуко и на нагрев выводов обмотки) в трансформаторе полностью отсутствуют, поэтому коэффициент трансформации для идеальных условий рассчитывается простым делением напряжений обмоток на выводы обмоток. Но ничто в мире не совершенно, поэтому иногда приходится прибегать к измерениям.
В действительности мы всегда имеем дело с повышающим или понижающим трансформатором. Для повышающих трансформаторов напряжения коэффициент трансформации всегда меньше единицы (и больше нуля), а для понижающих трансформаторов – больше единицы. То есть, коэффициент трансформации показывает, во сколько раз вторичный ток под нагрузкой отличается от первичного тока или во сколько раз вторичное напряжение ниже первичного напряжения.
Например, трансформатор TP-112-1 имеет коэффициент трансформации 7,9/220 = 0,036, поэтому номинальный ток (согласно паспортным данным) вторичной обмотки 1,2 ампера соответствует току первичной обмотки 43 мА.
Если коэффициент трансформации трансформатора известен и измерен, например, двумя вольтметрами без нагрузки, можно проверить правильность соотношения числа витков в обмотке. Если имеется несколько клемм, измерения проводятся на каждой ветви. Измерения такого типа помогают обнаружить дефектные обмотки и определить их полярность.
Существует несколько способов определения коэффициента трансформации:
метод прямого измерения напряжения с помощью вольтметров;
метод моста переменного тока (например. с помощью портативного факторного аппарата для анализа трехфазных и однофазных трансформаторов)
в соответствии с техническим паспортом данного трансформатора.
Традиционно для определения фактического коэффициента трансформации используются два вольтметра. Номинальный коэффициент трансформации рассчитывается путем деления напряжений, измеренных в режиме холостого хода (они указаны в техническом паспорте трансформатора).
Если испытывается трехфазный трансформатор, измерения следует проводить на двух парах обмоток с наименьшим током короткого замыкания. Если трансформатор имеет выводы, некоторые из которых скрыты под корпусом, то коэффициент трансформации определяется только для тех выводов, которые доступны снаружи для подключения приборов.
Если трансформатор однофазный, коэффициент полезного действия можно легко рассчитать, разделив напряжение, подаваемое на первичную обмотку, на напряжение, измеренное в то же время вольтметром на вторичной обмотке (при подключенной к вторичной обмотке нагрузке).
Для трехфазных трансформаторов эта операция может быть выполнена различными способами. Первый способ заключается в подаче трехфазного напряжения на высоковольтную обмотку из трехфазной сети, или второй способ заключается в подаче однофазного напряжения только на одну высоковольтную обмотку из трех, с подключением или без подключения к нейтральной точке. В любом случае, напряжение сети должно измеряться на одних и тех же клеммах первичной и вторичной обмоток.
В любом случае, на обмотки не должно подаваться напряжение, значительно превышающее номинал, указанный в спецификации, поскольку в этом случае погрешность измерения будет высокой из-за потерь даже в режиме холостого хода.
Трансформаторы используются во многих областях. Они разработаны по-разному и уникальны для каждого применения.
Интересные факты о трансформаторах
Трансформатор является самым эффективным преобразователем. Его КПД (коэффициент полезного действия) может достигать 99% (силовые трансформаторы). С другой стороны, КПД двигателя внутреннего сгорания обычно составляет не более 30%.
Самым эффективным, но и самым сложным в производстве является тороидальный трансформатор. Он эффективен благодаря расположению катушек и магнитопровода. Это усложняет процесс производства, особенно в промышленных масштабах.
Читайте далее:- Расчет основных электрических величин и первичной изоляции обмоток трансформатора.
- Измерительный инструмент – это инструмент для измерения. Что такое измерительный инструмент?.
- Трансформатор напряжения (ТН, ТВ): принципиальные схемы и принцип работы.
- Сколько электроэнергии потребляет трамвай?.
- Шаговые двигатели: свойства и практические схемы управления. Часть 2.
- Как определить обмотки неизвестного трансформатора, первичную и вторичную обмотки.
- Снижение потерь напряжения – Экономика энергетики.