Как рассчитать коэффициент трансформации

Коэффициентом трансформации «k» называется отношение напряжения U1 на концах первичной обмотки трансформатора к напряжению U2 на выводах его вторичной обмотки, определенному на холостом ходу (когда вторичных обмоток несколько, то коэффициентов k – тоже несколько, они определяются в этом случае по очереди). Это отношение принимается равным соотношению количеств витков в соответствующих обмотках.

Величина коэффициента трансформации легко вычисляется путем деления показателей ЭДС обмоток исследуемого трансформатора: ЭДС первичной обмотки — на ЭДС вторичной.

Коэффициент трансформации имеет очень важное значение как величина, при помощи которой вторичная обмотка приводится к первичной. В эксплуатационных условиях имеет большое значение коэффициент трансформации напряжения, под которым понимают отношение номинальных напряжений трансформатора.

Для однофазных трансформаторов между коэффициентами трансформации ЭДС и напряжений нет разницы, но в трехфазных трансформаторах следует строго различать их друг от друга.

В идеале потери мощности (на токи Фуко и на нагрев проводников обмоток) в трансформаторе полностью отсутствуют, поэтому и коэффициент трансформации для идеальных условий рассчитывается простым делением напряжений на выводах обмоток. Но ничего идеального в мире нет, поэтому иногда необходимо прибегать к замерам.

В реальности мы всегда имеем дело с повышающим или с понижающим трансформатором. У трансформаторов напряжения повышающих коэффициент трансформации всегда меньше единицы (и больше нуля), у понижающих — больше единицы. То есть коэффициент трансформации свидетельствует о том, во сколько раз ток вторичной обмотки под нагрузкой отличается от тока первичной обмотки, или во сколько крат напряжение вторичной обмотки меньше подаваемого на первичную обмотку.

Например, понижающий трансформатор ТП-112-1 имеет по паспорту коэффициент трансформации 7,9/220 = 0,036, значит номинальному току (по паспорту) вторичной обмотки в 1,2 ампера соответствует ток первичной обмотки 43 мА.

Зная коэффициент трансформации, измерив его например двумя вольтметрами на холостом ходу, можно убедиться в правильности соотношения количеств витков в обмотках. Если зажимов несколько, то измерения проводят на каждом ответвлении. Измерения такого рода помогают обнаруживать поврежденные обмотки, определять их полярности.

Есть несколько путей определения коэффициента трансформации:

путь непосредственного измерения напряжений вольтметрами;

методом моста переменного тока (например портативным прибором типа «коэффициент» для анализа параметров трехфазных и однофазных трансформаторов);

по паспорту данного трансформатора.

Для нахождения реального коэффициента трансформации традиционно применяют два вольтметра . Номинальный коэффициент трансформации рассчитывают путем деления значений напряжений, измеренных на холостом ходу (они и указаны в паспорте на трансформатор).

Если проверяется трехфазный трансформатор, то измерения следует провести для двух пар обмоток с наименьшим током КЗ. Когда трансформатор имеет выводы, часть которых скрыта под кожухом, то значение коэффициента трансформации определяется только для тех концов, которые доступны снаружи для присоединения приборов.

Если трансформатор однофазный, то рабочий коэффициент трансформации легко рассчитать, разделив напряжение приложенное к первичной обмотке, на в этот же момент измеренное вольтметром напряжение на вторичной обмотке (с подключенной нагрузкой ко вторичной цепи).

Применительно к трехфазным трансформаторам, данная операция может быть выполнена различными путями. Первый путь — подача на высоковольтную обмотку трехфазного напряжения от трехфазной сети, или второй путь — подача однофазного напряжения только на одну высоковольтную обмотку из трех, без выведения или с выведением нулевой точки. В каждом варианте измеряют линейные напряжения на одноименных зажимах первичных и вторичных обмоток.

В каждом случае нельзя подавать на обмотки напряжение существенно превосходящее номинальное значение, указанное в паспорте, ведь тогда погрешность измерения окажется высокой из-за потерь даже на холостом ходу.

Наилучший метод — измерение соотношений напряжений между вторичной и первичной обмотками с применением высокоточных вольтметров (класса точности максимум 0,5). Еще лучше, если есть возможность, применять специальный прибор типа «коэффициент-3» — универсальный измеритель коэффициента трансформации, который не потребует присоединения к трансформатору дополнительных источников сетевого напряжения.

Для анализа трансформаторов тока, для расчета его коэффициента трансформации, собирают цепь, где ток величиной от 20 до 100 % номинала пропускают по первичной обмотке трансформатора, при этом измеряется и вторичный ток.

Так и находят коэффициент трансформации трансформатора тока опытным путем: численную величину заданного первичного тока I1 делят на значение измеренного тока во вторичной обмотке I2. Это и будет коэффициент трансформации трансформатора тока. Найденное значение сравнивают с паспортным, если паспорт имеется.

Трансформатор тока с несколькими вторичными обмотками может быть опасен. Прежде чем начинать измерения, все вторичные обмотки трансформатора тока закорачивают, иначе в них может навестись ЭДС, измеряемая киловольтами, что опасно для жизни человека и для оборудования. Большинство трансформаторов тока требуют заземления магнитопровода, для этого на их корпусах есть специальная клемма, обозначенная буквой «З» — заземление.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Как определить коэффициент трансформации трансформатора

Трансформатор – устройство, способное изменить рабочие величины тока. Однако действовать оно способно только в некоторых пределах. Этот диапазон и описывается коэффициентом трансформации.

Понятие коэффициента трансформации

Хотя трансформатор и называют преобразователем, на деле он не превращает характеристику в другую. Установка меняет значение какого-либо параметра цепи в сторону возрастания или уменьшения. Такое преобразование влияет и на остальные показатели тока, но по сравнению с «главным» они остаются вторичными.

В быту такие приборы встречаются очень часто. Например, чтобы зарядить телефонный аккумулятор, необходим источник питания в 6В. Однако в розетке напряжение достигает 220 единиц. Чтобы не сжечь телефон, нужно каким-то образом понизить напряжение в 36,7 раз. Это и делает «зарядка» – преобразователь, снижающий напряжение.

Коэффициент трансформации трансформатора – величина, описывающая масштабирующую или преобразовательскую силу устройства по отношению к какому-то параметру электроконтура: напряжению, силе тока, сопротивлению. В приведенном примере коэффициент трансформации «зарядки» равен 36,7.

Как определить параметр

Чтобы вычислить коэффициент преобразования, нужно представлять, как работает трансформатор. Центром устройства выступает сердечник из специального сплава и 2 катушки. Катушка – это обмотка из электроизоляционного провода. Различают первичную и вторичную катушку. Первичная подключается к источнику питания, а вторичная – к нагрузке, причем потребителей может быть несколько. Обе обмотки установлены на сердечник.

Полный оборот провода называется витком. Число витков в разных устройствах отличается. Их количество рассчитывается относительно напряжения. Например, если к трансформатору подключают несколько потребителей, число вторичных обмоток должно соответствовать числу нагрузок.

Зная число витков на первичной и вторичной обмотке, можно определить коэффициент трансформации. Формулы таковы:

• k=N1/N2, где k – коэффициент, получаемый при делении числа витков первичной обмотки на число витков вторичной;
• другой вариант расчета – k=U1/U2, где коэффициент вычисляют, разделив ЭДС первичной обмотки на ЭДС вторичной катушки.

Виды трансформаторов и коэффициенты

Коэффициент – величина постоянная, так как зависит не от характера передаваемого тока, а от конструкции установки. Однако для разных параметров величину рассчитывают по разным формулам.

Различают 3 категории оборудования:

• преобразователь напряжения;
• трансформатор тока;
• преобразователь сопротивления.

Перед вычислением напряжения на катушках измеряют напряжение на холостом ходу — без подключения нагрузки. Показатели обычно указываются в паспорте трансформатора или в таблицах справочника.

Трансформатор тока

Преобразователь номинального тока включается в цепь последовательно с нагрузкой. Это означает, что ток в первичной обмотке будет равен току нагрузки. На вторичной катушке появляется напряжение, пропорциональное коэффициенту масштабирования. Здесь показатель рассчитывается с учетом тока холостого хода – он вызван намагничиванием.

Трансформаторы тока применяют при измерениях токов большой силы, которые оценивать напрямую опасно. Различают их по следующим параметрам:

• по функциям – измерительные, защитные, промежуточные;
• по конструкции – одно- и многовитковые;
• по методу монтажа – переносные, накладные, встроенные;
• по виду изоляции – сухие, газонаполненные, с компаундной заливкой;
• по напряжению – от 0,66 до 1150 кВ;
• по нормальному первичному и вторичному току;
• по допустимой величине нагрузки – от 1 до 120 Вт.

Показатель преобразования тока в характеристиках обычно не указывается. Но его легко рассчитать, зная показатели тока на первичной и вторичной катушках.

Трансформатор тока нельзя включать без нагрузки.

Трансформатор напряжения

В быту это самый известный вариант. Подсоединяется параллельно нагрузке. В простейшем случае коэффициент преобразования здесь равен результату деления числа витков первичной обмотки на число витков вторичной. Соответственно, у понижающего варианта число витков на первой обмотке будет больше. Такой вариант называют силовым. У повышающего, наоборот, число оборотов на первичной обмотке будет больше, чем на вторичной.

Любой преобразователь напряжения обратим. Если подавать на вторичную обмотку переменное напряжение, его получают и на выходе первичной с тем же коэффициентом трансформации.

Трансформатор сопротивления

Преобразователь часто называют согласующим. Он компенсирует разницу в сопротивлении между источником и нагрузкой для точной передачи сигнала. Используется в каскадных электронных схемах. В таких цепях показатели напряжении и тока менее важны, а важным выступает согласование работы каскадов с разным сопротивлением.

Коэффициент рассчитывается по близкой формуле, то есть по числу витков на катушках, но корреляция здесь квадратичная – k=√Ri/Rn, где:

• K – коэффициент трансформации;
• Ri – сопротивление источника;
• Rn – сопротивление подключенного прибора.

Такие преобразователи востребованы, например, в звуковых усилителях, где нагрузочное сопротивление собственно усилителя выше, чем у низкоомных динамиков. Другой вариант –высокочастотные устройства. Сварочные аппараты по большей части являются трансформаторами сопротивления, а не напряжения.

Автотрансформатор

Автотрансформатор – определение преобразователя напряжения. У него есть только одна обмотка, но зато как минимум 3 вывода. К одной паре выводов подсоединяют входное напряжение, а выходное снимают со свободного. Прибор так же может быть понижающим или повышающим.

Источник

Задачи на тему «Трансформатор» с решением

Трансформатор – устройство для изменения напряжения или тока. В сегодняшней статье рассмотрим несколько простых задач на расчет трансформаторов.

Подписывайтесь на нас в телеграме, чтобы не пропустить ничего важного. А если хотите получить скидку – загляните на наш второй канал с акциями и бонусами для клиентов.

Задачи на расчет трансформаторов

Задача на трансформатор №1

Определите напряжение на концах первичной обмотки трансформатора,имеющей N1=2000 витков, если напряжение на концах вторичной обмотки, содержащей N2=5000 витков, равно 50 В. Активными сопротивлениями обмоток трансформатора можно пренебречь.

Применим форулу для коэффициента трансформации:

Из данной формулы следует, что:

Подставим значения и вычислим:

Ответ: 20 В.

Задача на трансформатор №2

Первичная обмотка трансформатора находится под напряжением 220 В, по ней проходит ток 0,5 А. На вторичной обмотке напряжение составляет 9,5 В, а сила тока равна 11 А. Определите коэффициент полезного действия трансформатора.

Формула для коэффициента полезного действия трансформатора:

Здесь P=UI – мощность тока в обмотке.

Возьмем данные из условия и применим указанную формулу:

η = U 2 I 2 U 1 I 1 · 100 % η = 9 , 5 · 11 220 · 0 , 5 · 100 % = 95 %

Задача на трансформатор №3

Напряжение на первичной обмотке понижающего трансформатора 220 В, мощность 44 Вт. Определите силу тока во вторичной обмотке, если отношения числа витков обмоток равно 5. Потерями энергии можно пренебречь

Напряжение на вторичной обмотке будет равно:

U 2 = U 1 k U 2 = 220 5 = 44 В

Если считать, что потерь энергии нет, то мощность во вторичной обмотке будет такая же, как и в первичной:

I 2 = P 2 U 2 = 44 В т 44 В = 1 А

При решении задач не забывайте проверять размерности величин!

Задача на трансформатор №4

Понижающий трансформатор включен в сеть с напряжением 1000 В и потребляет от сети мощность, равную 400 Вт. Каков КПД трансформатора, если во вторичной обмотке течет ток 3,8 А, а коэффициент трансформации равен 10?

Сначала определим напряжение на вторичной обмотке трансформатора:

U 2 = U 1 k = 1000 10 = 100 В

Запишем формулу для КПД трансформатора и рассчитаем:

η = P 2 P 1 · 100 % = U 2 I 2 P 1 · 100 % η = 100 · 3 , 8 400 · 100 % = 95 %

Задача на трансформатор №5

Вторичная обмотка трансформатора, имеющая 95 витков, пронизывается магнитным потоком, изменяющимся со временем через один виток по закону Ф = 0 , 01 sin 100 π t . Напишите формулу, выражающую зависимость ЭДС во вторичной обмотке от времени.

По закону электромагнитной индукции:

Продифференцируем магнитный поток по времени:

d Ф d t = d ( 0 , 01 sin 100 π t ) d t = 0 , 01 · 100 π · cos 100 π t = πcos 100 πt

Подставим результат в формулу для ЭДС:

От минуса в данном выражении можно избавиться с помощью формул тригонометрии. Сделаем это и запишем окончательный результат:

ε = N π sin ( 100 π t — π 2 ) = 95 π sin ( 100 π t — π 2 )

Ответ: 95 π sin ( 100 π t — π 2 )

Вопросы на тему «Трансформаторы»

Вопрос 1. Что такое трансформатор?

Ответ. Трансформатор – статическое устройство, имеющее две или более связанные обмотки на магнитопроводе. Трансформатор предназначен для преобразования одной величины напряжения и тока в другое без изменения частоты посредством электромагнитной индукции.

Основное назначение трансформаторов: изменять напряжение переменного тока.

Вопрос 2. Где используются трансформаторы?

Ответ. Трансформатор – очень распространенное устройство в электронике и электротехнике. Трансформаторы используются:

1. В сетях передачи электроэнергии.
2. В радиоэлектронных приборах (услилители низкой частоты и т.д.)
3. В источниках электропитания практически всех бытовых приборов.

Вопрос 3. Какие бывают трансформаторы?

Ответ. Трансформаторы делятся на:

• силовые;
• сварочные;
• измерительные;
• импульсные;
• разделительные;
• согласующие и т.д.

Помимо этого трансформаторы разделяют по числу фаз: однофазные, двухфазные, трехфазные и многофазные.

Вопрос 4. Из чего состоит простейший трансформатор?

Ответ. Основными элементами любого трансформатора являются изолированные обмотки, намотанные на сердечник.

Вопрос 5. Когда изобрели трансформатор?

Ответ. Прообразом трансформатора считается индукционная катушка француза Г. Румкорфа, представленная в 1848-м. В 1876 году русский электротехник П. Н. Яблочков запатентовал трансформатор переменного тока с разомкнутым сердечником. Затем английские братья Гопкинсон, а также румыны К. Циперановский и О. Блати доработали устройство, добавив замкнутый магнитопровод. В таком виде конструкция трансформатора остается актуальной и по сей день.

В основе работы трансформатора лежит явление электромагнитной индукции, открытое Майклом Фарадеем.

Проблемы с учебой? Обращайтесь в сервис помощи студентам в любое время!

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Источник