Зачем нужен трансформатор с коэффициентом трансформации 1

Что такое коэффициент трансформации — от чего зависит и что показывает

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

Что такое коэффициент трансформации

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

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

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

Обе обмотки обладают незначительным сопротивлением и большой индуктивностью

От чего зависит величина электродвижущей силы

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

При этом отношение количества витков вторичной и первичной обмоток Кт данного трансформатора и обозначается n:

n= N2/ N1. Таким образом, коэффициент трансформации — величина, показывающая масштабирующую характеристику ТР относительно какого-нибудь параметра электрической цепи.

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

Классификация

ТР могут быть понижающими или повышающими.

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

Как определить коэффициент трансформации на видео

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

Источник

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

Что такое однофазный трансформатор

Однофазный трансформатор – статическое устройство, имеющее две обмотки связанные индуктивно на магнитопроводе, предназначенное для преобразования одной величины напряжение и тока в другое в одной фазе.

Конструкция однофазного трансформатора

Любой однофазный трансформатор может работать только в цепях переменного тока. За счёт него полученное электрическое напряжение изменяется в нужную величину. Ток, полученный таким способом, повышается, в результате того, что мощность отдаётся в действительности без потерь. С этого и следует вывод, что основное использование такого прибора – вывести необходимое для решения задачи напряжение, после чего можно применять в определённых целях.

Вникнуть в работу прибора поможет детальный разбор конструкции трансформатора. Состоит он из следующих основных частей:

• Сердечник, состоящий из материалов с ферромагнитными свойствами;
• Две катушки, вторая находится на отдельном каркасе;
• Защитный чехол (имеется не у всех моделей).

Конструкция однофазного трансформатора

Принцип работы

Однофазный трансформатор работает на определённом законе, ввиду которого идущее в витке переменное электромагнитное поле наводит электродвижущую силу в расположенном рядом проводнике. Действие названо законом электромагнитной индукции, которое было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году. В результате обоснования закона учёный создал общую теорию, используемую в работе огромного числа современных электрических приборов.

При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток I₁, который создает в сердечнике (магнитопроводе) переменный магнитный поток. Замыкаясь в сердечнике, этот поток сцепляется с первичной и вторичной обмотками и индуцирует в них ЭДС, пропорциональные числу витков W.

Принцип работы трансформатора

В первичной обмотке ЭДС самоиндукции:
во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции:
При подключение ко вторичной обмотке нагрузке потечет I2 и установиться U2.

Режимы работы

Как и любой другой преобразователь, однофазный трансформатор имеет три режима работы:

1. Режим холостого хода. Из названия понятно, что ток проходить не будет, в виду разомкнутой вторичной цепью устройства. А по первичной обмотке проходит холостой ток, основной элемент которого представлен реактивным током намагничивания. Режим используется в качестве определения КПД трансформатора, либо для вывода потерь в сердечнике.
2. Режим нагрузки. Режим определяется работой трансформатора с подсоединённым источником в первичной цепи, и определённой нагрузкой во вторичном канале устройства. Для вторичной цепи характерен протекающий ток нагрузки (посчитанного из отношения количества витков обмотки и вторичного тока) и ток холостого хода.
3. Режим короткого замыкания. Режим действует в процессе замыкания вторичной цепи из-за разностей значения потенциала. В этом режиме получаемое сопротивление от вторичной обмотки будет одним источником нагрузки. При проведении короткого замыкания можно вычислить убыток на нагрев обмотки в цепи устройства.

Коэффициент трансформации

Трансформаторы бывают повышающие и понижающие, что бы это определить нужно узнать коэффициент трансформации, с его помощью можно узнать какой трансформатор. Если коэффициент меньше 1 то трансформатор повышающий(также это можно определить по значениям если во вторичной обмотке больше чем в первичной то такой повышающий) и наоборот если К>1, то понижающий(если в первичной обмотке меньше витков чем во вторичной).

Формула по вычислению коэффициента трансформации

• U1 и U2 — напряжение в первичной и вторичной обмотки,
• N1 и N2 — количество витков в первичной и вторичной обмотке,
• I1 и I2 — ток в первичной и вторичной обмотки.

Виды магнитопроводов

Классификация однофазных трансформаторов

Силовой трансформатор

Трансформатор используется в преобразовании электроэнергии в сетях и в устройствах, используемых для получения и применения нужной величины электрической энергии. «Силовой» подразумевает его работу с высоким напряжением. Использование силовых трансформаторов вынуждается разными показателями рабочей мощности ЛЭП, сетей в городской полосе, выводящее напряжение для конечных объектов, а также для общей работы электрических устройств и машин. Мощность разнится от нескольких единиц вольт до сотен киловатт.

Автотрансформатор – один из видов преобразователя, где первичная и вторичная обмотки не разделены, а соединены друг с другом напрямую. Ввиду этого между ними образуется как электромагнитная, так и электрическая связь. Обмотка сопровождается как минимум тремя выводами, подсоединяясь к каждой из них, можно использовать разные мощности. Главным достоинством такого трансформатора – это его высокий уровень КПД, так как преобразуется не всё напряжение, а лишь некоторая часть. Разница особенно заметна, когда входная и выходная мощность имеют незначительные отличия.

Трансформатор тока

Такой трансформатора используется в основном для уменьшения тока первичной обмотки до нужного значения, подходящего в применении цепей измерения, защиты, регулирования и сигнализации. Помимо этого используется в гальванической развязке (передача электроэнергии или сигнала связанными электрическими цепями, при этом электрический контакт между ними отсутствует).

Нормируемое значение параметров тока вторичной обмотки – 1 А или 5 А. Первичная обмотка трансформатора подсоединяется ступенчато в цепь с нагрузкой, при этом переменный ток подвергается контролю, ко вторичной обмотке подключаются измерительные устройства.

Вторичной обмотке трансформатора тока необходимо постоянно находиться в режиме около короткого замыкания. Ведь при любом варианте разъединения цепи на неё поступает высокая мощность, способная выбить изоляцию и выхода из строя включённых приборов.

Высоковольтный ТТ(слева) и низковольтный ТТ(справа)

Трансформатор напряжения

Такой трансформатор получает энергию от источника напряжения. Используется в основном для изменения высокого напряжения в низкое в различных цепях, в том числе измерительных и релейной защиты и автоматики. Имеет возможность проводить изоляцию цепей защиты и измерения от цепей повышенной мощности.

Высоковольтный ТН(слева) и низковольтный ТН(справа)

Импульсный трансформатор

Применяется для изменения импульсных сигналов с откликом импульса в точности до десятков микросекунд. При этом форма импульса сопровождается лишь незначительным искажением. Главным назначением импульсного трансформатора является передача прямоугольного электрического импульса. Используется для преобразования коротких видеоимпульсов напряжения, зачастую воспроизводящихся с высокой скважностью.

Важный параметр при использовании импульсного трансформатора – это неискажённый вид передачи импульсных систем напряжения. При влиянии на вход устройства мощности, отличающейся друг от друга, важно получить напряжение, в точности совпадающее с той же самой формой, разве что, с другой амплитудой или различающейся полярностью.

Виды импульсных трансформаторов

Особенности

Как правило, однофазные трансформаторы используют в электрических сетях и в роли источников питания различных устройствах.

Исходя из того факта, что нагрев провода прямо пропорционален квадрату току, идущего через провод, то при передаче энергии на дальние расстояния выгоднее будет использовать высокие напряжения и небольшие токи. Для исключения повреждений электроприборов и уменьшения объёма изоляции в домашних условиях лучше использовать низкие мощности.

Ввиду этого, для уменьшения затрат на транспортировку электрической энергии в общей электросети в большом количестве применяются силовые трансформаторы: вначале увеличивают напряжение генераторов на электростанциях перед передачей энергии по кабелю, а уже после транспортировки уменьшают напряжение линий электропередач до нужного уровня в повсеместном использовании.

Однофазные трансформаторы

Эксплуатация

При использовании однофазных трансформаторов технике безопасности отводится особое место. Обусловлено это тем, что устройство находится под высоким напряжением, находящимся на первичных обмотках. При подключении и установке трансформатора в электрические схемы важно соблюдать ряд правил, для исключения поломок и нарушений работы прибора:

• Чтобы обмотки не выходили из строя (выгорали), необходимо поставить защиту от короткого замыкания на вторичной цепи;
• Необходимо контролировать температурный режим сердечника и обмоток. Желательно установить систему охлаждения, предусматривающую исключение критического повышения температуры при работе.

В случае различной нагрузки от электросети изменяется и её напряжение. Для стабильной работы устройств, получающих энергию, необходимо, чтобы напряжение не изменялось от установленного уровня выше допустимого диапазона. Ввиду этого допускается использование методов регулирования напряжения в сети.

Источник