Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки называется коэффициентом
Перейти к содержимому

Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки называется коэффициентом

  • автор:

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Отношение высшего напряжения к низшему при холостом ходе, примерно равное отношению числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки, называют коэффициентом трансформации силового трансформатора. [7]

Трансформатор напряжения представляет собой магнитопровод с расположенными на нем обмотками. Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки, равное отношению номинального напряжения первичной обмотки к номинальному напряжению вторичной обмотки, называют номинальным коэффициентом трансформации. Трансформаторы напряжения выполняют однофазными и трехфазными, двухобмоточными и трехобмоточны-ми, масляными и сухими. [8]

Обмотка понизительного трансформатора с большей величиной напряжения называется обмоткой высшего напряжения или первичной обмоткой и обозначается буквами ВН, а обмотка с меньшей величиной напряжения — обмоткой низшего напряжения или вторичной обмоткой — НН. Отношение первичного напряжения к вторичному приблизительно равно отношению числа витков первичной обмотки wl к числу витков вторичной обмотки а 2 и называется коэффициентом трансформации. [9]

Такое согласование необходимо для получения наибольшей выходной мощности и обеспечивается соответствующим коэффициентом трансформации, определяемым отношением числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки. [10]

У низкочастотных трансформаторов магнитный поток первичной обмотки почти целиком пронизывает витки вторичной обмотки. Эдс, наводимые в обмотках, пропорциональны их числам витков. Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной называют коэффициентом трансформации. Отношение витков пропорционально отношению эдс, а если пренебречь падением напряжения на самих обмотках, — отношению напряжений. Пренебрегая потерями энергии в трансформаторе, можно считать отношение токов в обмотках обратно пропорциональным отношению напряжений. [11]

Трансформатор является повышающим, если его вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная. В этом случае магнитные силовые линии пересекают сравнительно большее число витков и напряжение повышается. Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки называется коэффициентом трансформации. [13]

Как рассчитать коэффициент трансформации трансформатора

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.

Трансформаторы напряжения

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.

Коэффициент трансформации

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.

Понижающий трансформатор ТП-112-1

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).

Определение коэффициента трансформации

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.

Определение коэффициента трансформации трансформатора тока

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.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

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

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации – соотношение количества витков намоточного провода в первичной обмотке к количеству витков обмоточного провода во вторичной обмотке. Теоретически его можно определить путем сравнения величины электродвижущей силы в обмотках трансформатора. В идеальном трансформаторе (при отсутствии потерь на перемагничивание) значение коэффициента трансформации рассчитывается отношением напряжений на обмотках. При наличии у трансформатора более 2 обмоток, значение коэффициента трансформации находят последовательно для каждой пары. С помощью коэффициента трансформации можно проверить количество витков в обмотке, по этой причине его определяют для каждой фазы и каждого ответвления. Проведение регулярных измерений коэффициента трансформации позволяет проверить полярность и своевременно обнаружить обрыв проводов. На практике для определения коэффициента трансформации используют три основных способа:

  1. Паспортные данные.
  2. Измерения при помощи моста переменного тока.
  3. Измерения напряжения на обмотках методом двух вольтметров.

Например, для трансформаторов ТМГ 100 этот параметр может иметь два значения, в зависимости от напряжения на первичной обмотке: 6 кВ или 10 кВ.

Новости

  • 18.11.2021 — CITIUS, ALTIUS, FORTIUS: Эволюция силового масляного трансформатора
  • 02.04.2021 — Лицензии на конструирование и изготовление оборудования для атомной энергетики. Истинные ценности и преимущества для компании ООО «Трансформер».
  • 01.03.2021 — Стратегия цифровой трансформации электросетей и технологии цифровых двойников силовых трансформаторов

© 2024 Все права защищены.
Политика конфиденциальности
Информация, размещенная на сайте не является офертой.

Т. Трансформатор

Трансформатор — устройство, служащее для преобразования силы и напряжения переменного тока при неизменной частоте.

Он был изобретен П.Н.Яблочковым в 1878 г., а технический трансформатор впервые создал И.Ф.Усагин в 1882 г.

Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор (рис. 1) представляет собой две изолированные друг от друга катушки (обмотки), намотанные на общий замкнутый сердечник.

По одной из обмоток (первичной) пропускается преобразуемый переменный ток, а вторичная обмотка соединяется с потребителем. Ток в первичной обмотке создает в сердечнике переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС самоиндукции \(~\varepsilon = -\frac \) в каждом витке первичной катушки (ΔΦ — изменение магнитного потока через один виток за время Δt). Этот же магнитный поток пронизывает витки вторичной катушки и создает в каждом ее витке ЭДС индукции \(~\varepsilon .\) Если первичная обмотка имеет N1 витков, а вторичная N2 витков, то в обмотках индуцируются (без учета потерь на рассеивание магнитного потока) соответственно электродвижущие силы \(~\varepsilon_1 = — N_1\frac , \varepsilon_2 = — N_2\frac ,\) а их отношение \(~\frac = \frac , \) т.е. возникающие в катушках ЭДС индукции (самоиндукции) пропорциональны числу витков в них:

Отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной называют коэффициентом трансформации k .

Коэффициент трансформации определяется обычно при холостом ходе трансформатора, т.е. при разомкнутой цепи вторичной обмотки. В этом случае в первичной обмотке проходит так называемый ток холостого хода, действующее значение которого Ix. На основании закона Ома для замкнутой цепи действующие значения напряжения U1, приложенного к первичной обмотке, ЭДС самоиндукции \(~\varepsilon_1\) и сила тока Ix в первичной обмотке связаны между собой соотношением \(~U_1 — \varepsilon_1 = I_x R_1,\) где R1 — активное сопротивление первичной обмотки. Знак минус обусловлен тем, что ЭДС \(~\varepsilon_1\) согласно правилу Ленца противофазна U1. Трансформатор проектируется так, чтобы в отсутствие нагрузки потребляемый из сети ток был незначительным. Это достигается выбором малого активного сопротивления R1 и достаточно большого индуктивного сопротивления ωL. Для увеличения индуктивности катушки в нее вводят стальной сердечник и наматывают достаточно большое число витков N1. Тогда сила тока \(~I_x \sim \frac 1>\) будет мала и величиной Ix R1 можно пренебречь. Следовательно, \(~U_1 \approx \varepsilon_1.\)

Цепь вторичной обмотки при холостом ходе разомкнута, вследствие чего в ней тока нет, и напряжение на зажимах вторичной обмотки равно индуцированной в ней ЭДС индукции \(~U_2 = \varepsilon_2.\) Поэтому коэффициент трансформации можно найти, измерив напряжения на концах катушек при холостом режиме

При включении во вторичную цепь какой-либо нагрузки (рабочий ход трансформатора) в ней начинает проходить ток нагрузки I2 (переменный, такой же частоты). Ток I2 создает в сердечнике магнитный поток, направленный по правилу Ленца навстречу потоку первичной обмотки. В результате суммарный поток магнитной индукции в первичной катушке уменьшается, уменьшается и ЭДС \(~\varepsilon_1,\) а следовательно, сила тока \(~I_1 = \frac \) увеличивается. Увеличение тока в первичной цепи приводит к увеличению магнитного потока, ЭДС индукции и силы тока во вторичной цепи. Но увеличение тока во вторичной цепи сопровождается увеличением тока самоиндукции и, следовательно, уменьшением магнитного потока (который только что возрастал). В конце концов при постоянной нагрузке устанавливаются определенные магнитный поток, ЭДС индукции во вторичной цепи, ток I1 в первичной цепи (I1 > Ix). Таким образом, увеличение тока I2 во вторичной цепи автоматически приводит к увеличению тока I1 в первичной цепи, т.е. трансформатор автоматически регулирует потребление энергии в зависимости от нагрузки во вторичной цепи.

При рабочем ходе трансформатора происходит непрерывная передача энергии из первичной цепи во вторичную. Мощность, потребляемая в первичной цепи \(~P_1 = I_1 U_1 \cos \varphi_1,\) а выделяемая на нагрузке \(~P_2 = I_2 U_2 \cos \varphi_2.\) Коэффициент полезного действия трансформатора

Не вся энергия, потребляемая от генератора, передается потребителю. При работе трансформатора имеются потери на нагревание обмоток трансформатора, на рассеивание магнитного потока в пространство, на вихревые токи Фуко (см. Закон электромагнитной индукции) в сердечнике и его перемагничивание. Для уменьшения этих потерь принимаются следующие меры: 1) обмотка низкого напряжения делается большего сечения, так как по ней проходит ток большей силы; 2) сердечник делают замкнутым, что уменьшает рассеивание магнитного потока; 3) сердечник делают из изолированных пластин для уменьшения токов Фуко и др. Благодаря этим мерам КПД современных трансформаторов достигает =95—99%, сдвиги фаз между колебаниями силы тока и напряжения близки к нулю \(~\left( \cos \varphi \approx 1\right).\)

Если иногда можно пренебречь потерями в трансформаторе, т.е. считать η =100%, то \(~P_1 = P_2 \Rightarrow I_1 U_1 = I_2 U_2 \Rightarrow \frac = \frac ,\) это значит, увеличивая с помощью трансформатора напряжение, мы во столько же раз уменьшаем силу тока и наоборот.

При рабочем режиме трансформатора напряжения на его обмотках уже не будут равны ЭДС. Учитывая потери только на активных сопротивлениях, напряжения U1 и U2 можно рассчитать, исходя из закона Ома для замкнутой цепи.

По закону Ома для замкнутой первичной цепи трансформатора алгебраическая сумма подводимого к трансформатору напряжения U1 и возникающей ЭДС \(~\varepsilon_1\) самоиндукции равна падению напряжения в цепи (на активном сопротивлении первичной обмотки R1):

\(~U_1 — \varepsilon_1 = I_1 R_1\) Отсюда \(~U_1 = \varepsilon_1 + I_1 R_1.\)

Для подключенной нагрузки R роль источника тока выполняет вторичная обмотка, ЭДС в которой \(~\varepsilon_2.\) Она должна быть равна падению напряжения во вторичной цепи (на нагрузке R и на активном сопротивлении R2 вторичной обмотки):

\(~ \varepsilon_2 = I_2 \left( R_2 + R\right), \) но \(~I_2 R = U_2.\) Следовательно, \(~ \varepsilon_2 = U_2 + I_2 R_2.\) Откуда \(~U_2 = \varepsilon_2 — I_2 R_2. \)

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 409-412.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *