Расчет коэффициента трансформации для трансформаторов: формула

Содержание
  1. Что такое коэффициент трансформации
  2. Основной параметр трансформатора
  3. Устройство и принцип действия
  4. Расшифровка маркировки
  5. Особенности
  6. Понятие потерь
  7. Магнитные потери
  8. Электрические потери
  9. Разные виды трансформаторов и их коэффициенты
  10. Техническая характеристика коэффициента
  11. Разновидности приборов учета электроэнергии
  12. Механические или индукционные приборы учёта
  13. Электронные приборы учёта
  14. Гибридные приборы учёта
  15. Свойства трансформатора
  16. Масштабирование напряжения
  17. Масштабирование силы тока
  18. Масштабирование сопротивления
  19. Как рассчитать коэффициент трансформации
  20. От чего зависит величина электродвижущей силы
  21. Расчетный коэффициент учета
  22. Как определить этот показатель в цепях передачи мощности
  23. Определение и формула коэффициента трансформации трансформатора
  24. Для силового трансформатора
  25. Трансформатор тока
  26. Трансформатор напряжения
  27. Зависимость КПД от коэффициента нагрузки
  28. Расчет на основе мощности
  29. Для масляных преобразователей
  30. Для сухих преобразователей
  31. В режиме после аварии
  32. Как проводится опыт холостого хода
  33. Для однофазного трансформатора
  34. Для трёхфазного трансформатора
  35. Для сварочного трансформатора
  36. Итоговые замечания
  37. Советы и рекомендации

Что такое коэффициент трансформации

Преобразователь не меняет один параметр на другой, а работает с их значениями. Однако его называют преобразователем. В зависимости от подключения первичной обмотки к источнику питания меняется назначение устройства.

Какой коэффициент трансформации трансформатора?

В быту эти устройства очень популярны. Их цель — обеспечить бытовой прибор такой мощностью, чтобы она соответствовала номиналу, указанному в паспорте этого устройства. Например, напряжение в сети 220 вольт, аккумулятор телефона заряжается от источника питания на 6 вольт. Следовательно, необходимо снизить напряжение сети в 220: 6 = 36,7 раз, этот показатель называется коэффициентом трансформации.

Чтобы точно рассчитать этот показатель, нужно вспомнить само устройство трансформатора. Любое такое устройство имеет сердечник из специального сплава и не менее 2-х катушек:

  • начальный;
  • вторичный.

Первичная катушка подключена к источнику питания, вторичная катушка подключена к нагрузке, их может быть 1 и более. Обмотка — это катушка, состоящая из электроизоляционного провода, намотанного на каркас или без него. Один полный оборот нити называется витком. Первая и вторая катушки установлены на сердечнике, с его помощью энергия передается между обмотками.

Какой коэффициент трансформации трансформатора?

Основной параметр трансформатора

Главная особенность любого трансформатора — коэффициент трансформации. Он определяется как отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки. Также это значение можно рассчитать, разделив соответствующие показатели ЭДС в обмотках.

Что такое коэффициент трансформации: от чего он зависит и что показывает

Формула

При наличии идеальных условий, когда отсутствуют электрические потери, решение проблемы определения коэффициента осуществляется по соотношению напряжений на выводах каждой из обмоток. Если трансформатор имеет более двух обмоток, это значение рассчитывается по одной для каждой обмотки.

В понижающих трансформаторах коэффициент трансформации будет больше единицы, в повышающих этот показатель идет от 0 до 1. Действительно, этот показатель определяет, во сколько раз трансформатор напряжения снижает подаваемое напряжение. С его помощью можно определить правильность количества витков. Этот коэффициент определяется на всех доступных фазах и на каждом ответвлении сети. Полученные данные используются для расчетов, они позволяют выявить обрывы проводов в обмотках и определить полярность каждого из них.

определить реальный коэффициент трансформации тока трансформатора можно с помощью двух вольтметров. В трансформаторах с тремя обмотками измерения проводятся как минимум для двух пар обмоток с наименьшим током короткого замыкания. Если некоторые элементы трансформатора и ответвления накрыть кожухом, определение коэффициента становится возможным только для выводов обмоток, выведенных наружу.

Что такое коэффициент трансформации: от чего он зависит и что показывает

В однофазных трансформаторах для расчета рабочего коэффициента трансформации используется специальная формула, в которой напряжение, подаваемое в первичную цепь, делится на напряжение, измеренное одновременно во вторичной цепи. Для этого нужно заранее знать, во что измеряется каждый показатель.

запрещается подключать к обмоткам напряжение значительно выше или ниже номинала, указанного в паспорте трансформатора. Это приведет к увеличению ошибок измерения из-за потерь тока, потребляемого измерительным устройством, к которому подключен трехфазный трансформатор. Кроме того, ток холостого хода влияет на точность измерения. Для большинства устройств разработана специальная таблица, в которой содержатся достаточно точные данные, которые можно использовать в расчетах.

Измерения производить вольтметрами с классом точности 0,2-0,5. Более легкое и быстрое определение коэффициента возможно с помощью специальных универсальных устройств, позволяющих обойтись без использования внешних источников переменного напряжения.

Устройство и принцип действия

В статическом оборудовании, предназначенном для преобразования частоты и напряжения тока, а также количества фаз, отсутствуют подвижные элементы конструкции, что исключает возникновение механических потерь. Но в процессе переключения нагрузки с первичной цепи на вторичную не вся мощность достигает приемника энергии, который выступает в роли конечного потребителя.

Статическое электромагнитное оборудование без вращающихся частей преобразует энергию и работает от сети. Блок питания представляет собой устройство, основными элементами которого являются стальной магнитопровод стержневой или броневой конструкции, а катушки — электрически изолированные несвязанные провода.

Трансформаторное оборудование бывает однофазного и многофазного типа, состоящее из двух и более цепей. По типу исполнения различают устройства с броневой, стержневой или броневой магнитной цепью. Принцип работы оборудования на примере простого однофазного устройства:

  • Первая катушка подключена к источнику переменного тока, а вторичная цепь подключена к приемнику энергии (конечному потребителю).
  • Переменный ток течет по виткам первичной обмотки и его величина соответствует значению нагрузки I1.
  • Магнитный поток пронизывает обе цепи и индуцирует электродвижущую силу в проводниках.
  • Когда вторая цепь подключена к источнику электричества в цепи, под действием ЭДС возникает ток нагрузки I2.
  • Блок трансформатора простаивает, если на вторичную обмотку устройства не подается нагрузка.

Расшифровка маркировки

Каждому типу трансформатора присвоены буквенно-цифровые символы, по которым можно определить его основные параметры:

  • Т — трансформатор тока;
  • П — буква, указывающая на то, что перед нами проходной трансформатор. Отсутствие буквы P указывает на принадлежность устройства к классу эталонных ТТ;
  • B — указывает на то, что трансформатор встроен в конструкцию масляного автоматического выключателя или в механизм другого устройства;
  • ВТ — интегрирован в структуру силового трансформатора;
  • L — с изоляцией из смолы (литой;
  • ФЗ — прибор в фарфоровом корпусе. Тип соединения первичной обмотки;
  • F — с надежным фарфоровым утеплителем;
  • Ш — пневматический;
  • О — однооборотный;
  • М — маленький по размеру;
  • К — катушка к катушке;
  • 3 — используется для защиты от последствий замыкания на землю;
  • U — усиленный;
  • H — для наружной установки;
  • Р — с сердечником, предназначенным для релейной защиты;
  • D — с вторичной обмоткой, предназначенной для подачи электроэнергии на устройства дифференциальной защиты;
  • М — залит маслом. Подходит для наружной установки.
  1. Номинальное напряжение (в кВ) указывается после буквенных знаков (первая цифра).
  2. Числа, разделенные дробью, указывают классы точности сердечников. Некоторые производители ставят вместо цифр буквы P или D.
  3. следующие две цифры «через дробь» указывают параметры первичного и вторичного токов;
  4. после позиции дробных знаков — код варианта оформления;
  5. буквы, расположенные после кода конструктивного варианта, указывают на тип климатического исполнения;
  6. цифра в последней позиции — это категория размещения.

Особенности

Величина индикатора электродвижущей силы тесно связана с количеством витков провода на катушках. Коэффициент ЭДС в обмотках, называемый коэффициентом трансформации, соответствует количеству витков медных катушек. Изменяя количество витков в цепях, можно регулировать напряжение в силовом приемнике.

Обмотки связаны между собой магнитными линиями, и близость / расстояние катушек влияет на степень их взаимосвязи. Из-за изменения силы тока в первой обмотке обе цепи пронизаны магнитным потоком, который постоянно меняет амплитуду и направление. Соединение концов вторичной обмотки с приемником передает к нему ток, а переменный магнитный поток служит средством передачи энергии — катушки гальванически не связаны друг с другом.

Также стоит учесть, что нельзя открывать вторичную обмотку трансформатора.

Понятие потерь

Когда агрегат работает, часть энергии идет на первичный контур. Он растворяется в системе. Следовательно, мощность, подаваемая на нагрузку, определяется на более низком уровне. Разница заключается в общем снижении мощности трансформатора.

Существует два типа причин увеличения энергопотребления оборудования. На них влияют разные факторы. Они делятся на следующие виды:

  1. Магнитный.
  2. Электрический.

Их следует понимать, чтобы снизить электрические потери в силовом трансформаторе.

Магнитные потери

В первом случае потери в стали магнитопровода складываются из вихревых токов и гистерезиса. Они прямо пропорциональны массе ядра и его магнитной индукции. Само утюг, из которого состоит магнитопровод, влияет на эту характеристику. Поэтому сердечник изготовлен из электротехнической стали. Посуду делают тонкой. Между ними есть изолирующий слой.

Электрические потери

Уменьшение мощности можно определить в обмотках при их нагреве током. В сетях эти затраты составляют 4-7% от общего количества потребляемой энергии. Они зависят от нескольких факторов. Это включает:

  • Электрическая нагрузка системы.
  • Конфигурация внутренних сетей, их длина и сечение.
  • Рабочий режим.
  • Средневзвешенный коэффициент мощности системы.
  • Расположение компенсирующих устройств.

Потери мощности в трансформаторах переменные. На него влияет квадрат тока в цепях.

Разные виды трансформаторов и их коэффициенты

Хотя конструктивно преобразователи мало чем отличаются друг от друга, сфера их применения довольно широка. Помимо рассмотренных, существуют следующие типы трансформаторов:

  • власть;
  • автотрансформатор;
  • запястье;
  • сварка;
  • разделение;
  • координировать;
  • пиковый трансформатор;
  • двойной дроссель;
  • трансфлюссор;
  • вращающийся;
  • воздух и масло;
  • трехфазный.

Особенностью автотрансформатора является отсутствие гальванической развязки, первичная и вторичная обмотки выполнены одним проводом, а вторичная является частью первичной. Pulse масштабирует прямоугольные сигналы короткими импульсами. Сварщик работает в режиме короткого замыкания. Разделительные устройства используются там, где в электротехнике требуется особая безопасность: влажные помещения, помещения с большим количеством металлических изделий и тому подобное. Их k в основном равно 1.

Пиковый трансформатор преобразует синусоидальное напряжение в импульсное. Двойная индуктивность состоит из двух двойных катушек, но по конструктивным особенностям относится к трансформаторам. Transfluxor содержит сердечник, состоящий из магнитопровода с большой остаточной намагниченностью, что позволяет использовать его в качестве памяти. Спиннер передает сигналы вращающимся объектам.

Воздушные и масляные трансформаторы различаются по способу охлаждения. Масло используется для масштабирования высокой мощности. Трехфазные используются в трехфазной цепи.

Для получения дополнительной информации см. Таблицу коэффициента трансформации трансформатора тока.

Номинальная вторичная нагрузка, В 351015203040506075100

Коэффициент, n Номинальная предельная кратность
3000/5 37 31 год 25 ветры 17 13 одиннадцать девять восемь 6 5
4000/5 38 32 26 22 ветры 15 13 одиннадцать 10 восемь 6
5000/5 38 29 25 22 ветры 16 14 12 одиннадцать 10 восемь
6000/5 39 28 год 25 22 ветры 16 15 13 12 10 восемь
8000/5 38 21 год ветры 19 18 14 14 13 12 одиннадцать девять
10000/5 37 16 15 15 14 12 12 12 одиннадцать 10 девять
12000/5 39 ветры 19 18 18 12 15 14 13 12 одиннадцать
14000/5 38 15 15 14 14 12 13 12 12 одиннадцать 10
16000/5 36 15 14 13 13 12 10 10 10 девять девять
18000/5 41 год 16 16 15 15 12 14 14 13 12 12

Практически все эти устройства имеют магнитопровод. Поток появляется за счет движения электронов в каждом из витков обмотки, а сила токов не должна быть нулевой. Текущий коэффициент трансформации также зависит от типа сердечника:

Рекомендуем изучить контур заземления

Коэффициент трансформации трансформаторов — это соотношение между напряжением обмотки высокого напряжения (HV) и напряжением обмотки низкого напряжения (LV) в режиме холостого хода:

Где: Kl — коэффициент трансформации линейных напряжений;

U1 — линейное напряжение обмотки ВН;

U2 — линейное напряжение обмотки НН.

При определении коэффициента трансформации однородных трансформаторов или коэффициента трансформации трехфазных

трансформаторов, соотношение напряжений можно приравнять к соотношению количества витков обмотки

где: Кф — коэффициент фазового превращения;

U1f, U2f — фазные напряжения обмоток ВН и НН соответственно;

WI, W2 — количество витков обмоток ВН и НН соответственно.

При измерении коэффициента линейной трансформации трехфазного трансформатора равенство отношения наибольшего и наименьшего линейного напряжения обмоток и, как следствие, количества витков ВН и НН сохраняется только при одних и тех же группах включения этих обмоток обмотки.

Если первичная и вторичная обмотки соединены одинаково, например, как в звезду, так и в треугольник и так далее, коэффициенты фазового и линейного преобразования равны между собой. При разных схемах соединения обмоток, например, одна в звезду, а другая в треугольник, коэффициенты линейного и фазового преобразования не совпадают (в этом случае они отличаются друг от друга в 3 раза).

Техническая характеристика коэффициента

Коэффициент трансформации — это соотношение между токами нагрузки и счетчиком электроэнергии. В этом случае он всегда будет больше единицы, так как токи потребления превышают измеренные. При расчете потребляемой электроэнергии показания на циферблате или панели умножаются на этот коэффициент. Полученное значение является правильным потребленным киловатт-часом.

И трансформаторы тоже имеют класс точности. Для приборов учета электроэнергии — 0,2 или 0,5. Чем ниже значение класса, тем выше точность средств измерений.

Разновидности приборов учета электроэнергии

Счетчики — это многофункциональные устройства для измерения потребления, а также для хранения информации о потреблении электроэнергии. На сегодняшний день существует три варианта приборов учета, предназначенных для учета потребляемой электроэнергии. К ним относятся индукционные, электронные и гибридные модели. Последний вариант — наименее распространенный.

Механические или индукционные приборы учёта


Первая катушка для напряжения ограничивает параметры переменного тока, блокируя помехи и формируя на основе напряжения особый магнитный поток.

К достоинствам механических моделей можно отнести высокую надежность и простоту конструкции, длительный срок службы, независимость от перепадов напряжения и доступную стоимость. Выбирая индукционные устройства, необходимо учитывать довольно большие габариты устройства.

Электронные приборы учёта

Ассортимент электронных устройств отличается довольно высокой стоимостью, что полностью оправдывается достойным качеством устройства, в том числе более высоким классом точности и возможностью работы в многотарифном режиме.

Принцип работы основан на методе преобразования аналоговых входных сигналов в специальный цифровой код, который может быть декодирован микроконтроллером.

Однофазный многофункциональный электронный счетчик электроэнергии DDS28U

Расшифрованные данные поступают на дисплей или в так называемый оптический порт. Помимо высокой точности и многотарифной системы использования, преимущества включают в себя возможность измерения энергии в двух направлениях, хранение данных, возможность удаленного получения показаний, а также длительность и компактный размер.

Гибридные приборы учёта

Сегодня гибридные приборы учета редко используются потребителями. Такой промежуточный вариант электросчетчика имеет цифровой интерфейс, а измерительная часть прибора может быть представлена ​​индукционным или электронным типом. Характерно наличие механического счетного устройства.

Свойства трансформатора

На приведенной выше схеме серийного продукта функциональность обеспечивается двумя индукционными катушками, закрепленными на металлическом сердечнике. При подключении к источнику переменного тока образуется электромагнитное поле, которое создает ток во второй обмотке в соответствии с фундаментальными законами электродинамики. В упрощенном варианте не учитываются энергозатраты из-за повышения температуры проводников и потери, обусловленные вихревыми токами. Для приблизительного расчета воспользуйтесь формулой:

Ktr = Uin / Uout = N1 / N2, где N — количество витков в первичной и вторичной обмотке соответственно.

Масштабирование напряжения

Этот термин подчеркивает суть рассматриваемого явления. Фактически преобразования (преобразования) энергии в этом случае не происходит. Некий параметр изменяется в сторону увеличения (уменьшения). Несмотря на взаимосвязь всех основных компонентов, отдельно рассматривается только самый важный показатель для решения конкретной технической проблемы (напряжение, ток или электрическое сопротивление).

Если подключить трансформатор по схеме, показанной на изображении выше, формулу коэффициента трансформации можно определить следующим образом:

Ktr = Uin / Uout = (E * N1 + I1 * R1) / (E * N2 + I2 * R2),

где это находится

  • E — электродвижущая сила, индуцируемая в одиночном кольце;
  • I, R — токи, активные электрические сопротивления (значения для соответствующих обмоток).

Масштабирование силы тока

В этом примере первичная обмотка подключена к последовательному источнику питания через небольшую нагрузку (Ktr = I1 / I2). Зависимость от токов и количества оборотов:

I1 * N1 = I2 * N2 + Iх.

В этом выражении Ix — это ток холостого хода, который возникает из-за вышеупомянутых вихревых явлений и потерь из-за повышения температуры магнитной цепи. С помощью простого математического преобразования значение коэффициента трансформации получается через количество оборотов (без учета соответствующих затрат на энергию):

Ктр = N2 / N1.

Масштабирование сопротивления

В некоторых ситуациях функциональность электрического устройства (отдельных блоков) точно определяет сопротивление подключенной нагрузки. Наглядным примером является соединение типичных громкоговорителей с низким импедансом (6-8 Ом) и выходного тракта усилителя мощности звука.

При воспроизведении технологии сварки в рабочей зоне эффективно сохраняется режим короткого замыкания. Если эту часть не отделить от источника питания, сеть будет перегружена. В этой ситуации полезен трансформатор, который сохраняет путь передачи электроэнергии, одновременно выполняя необходимые функции защиты.

В этих примерах особое значение имеет баланс:

W1 = W2 + Wp.

В этом выражении даны обозначения полномочий:

  • W1 — расход;
  • W2 — передано в нагрузку;
  • Wп — потери.

Последовательность элементарных преобразований позволит получить следующие выражения, по которым будут вычисляться единичные параметры:

  • W1 = I1 * U1 = U12 / Z1;
  • W2 = I2 * U2 = U22 / Z2;
  • без учета потерь: U12 / Z1 = U22 / Z2;
  • Ktr (для сопротивления) = U12 / U22 = Z1 / Z2 = Ktr2 (для напряжения).

Довожу до вашего сведения. В этих выражениях Z1 (Z2) — сопротивление нагрузки для источника питания с подключенным трансформатором или без него, соответственно.

Как рассчитать коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации «k» — это отношение между напряжением U1 на первичной обмотке трансформатора и напряжением U2 на его вторичной обмотке, определяемое как минимум (когда вторичных обмоток больше, существуют также другие коэффициенты k, в данном случае они определяются по очереди). Это отношение считается равным отношению количества витков в соответствующих обмотках.

Величину коэффициента трансформации легко вычислить, разделив показатели ЭДС обмоток рассматриваемого трансформатора: ЭДС первичной обмотки — на ЭДС вторичной.

Коэффициент трансформации так же важен, как и величина, на которую вторичная обмотка подводится к первичной. В рабочих условиях большое значение имеет коэффициент трансформации напряжения, который понимается как отношение номинального напряжения трансформатора.

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

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

По сути, мы всегда имеем дело с повышающим или понижающим трансформатором. Трансформаторы напряжения, увеличивающие коэффициент трансформации, всегда меньше единицы (и больше нуля), для понижающих — больше единицы. То есть коэффициент трансформации показывает, во сколько раз ток вторичной обмотки под нагрузкой отличается от тока первичной обмотки или во сколько раз напряжение вторичной обмотки ниже, чем напряжение, подаваемое на первичную обмотку.

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

Зная коэффициент трансформации, измерив его, например, минимум двумя вольтметрами, можно убедиться, что соотношение количества витков обмоток правильное. Если терминалов несколько, измерения выполняются на каждой ветви. Измерения этого типа помогают обнаружить поврежденные обмотки, определить их полярность.

Есть несколько способов определить коэффициент трансформации:

прямое измерение напряжений с помощью вольтметров;

мостовым методом переменного тока (например, портативный прибор «коэффициентного» типа для анализа параметров трехфазных и однофазных трансформаторов);

по паспорту этого трансформатора.

Для определения реального коэффициента трансформации традиционно используются два вольтметра. Номинальный коэффициент трансформации рассчитывается путем деления значений напряжения, измеренных в режиме холостого хода (они указаны в паспорте трансформатора).

Если проверяется трехфазный трансформатор, измерения следует проводить для двух пар обмоток с наименьшим током короткого замыкания. Если в трансформаторе есть проводники, некоторые из которых скрыты под кожухом, значение коэффициента трансформации определяется только для тех концов, которые доступны извне для подключения устройств.

Если трансформатор однофазный, рабочий коэффициент трансформации можно легко рассчитать, разделив напряжение, приложенное к первичной обмотке, на напряжение на вторичной обмотке, измеренное одновременно с помощью вольтметра (с нагрузкой, подключенной ко вторичной цепи).

Что касается трехфазных трансформаторов, это можно сделать разными способами. Первый способ — подать трехфазное напряжение на обмотку высокого напряжения от трехфазной сети, или второй способ — подать однофазное напряжение только на одну из трех обмоток высокого напряжения, без или с нулевая точка. В каждом варианте линейные напряжения измеряются на одноименных выводах первичной и вторичной обмоток.

В любом случае нельзя подавать на обмотки напряжение, значительно превышающее номинальное значение, указанное в паспорте, потому что погрешность измерения будет большой из-за даже малейших потерь.

От чего зависит величина электродвижущей силы

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

В этом случае соотношение количества витков вторичной и первичной обмоток Kt данного трансформатора обозначается n:
п = N2 / N1. Следовательно, коэффициент трансформации — это величина, которая показывает масштабную характеристику TR по отношению к некоторым параметрам электрической цепи.

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

Расчетный коэффициент учета

Чтобы уточнить реальный уровень потребления электроэнергии, необходимо снять показания электросчетчика, а затем умножить их на КТ.

На практике ТТ трансформатора, понижающего напряжение в доме, составляет 20 единиц, поэтому показание счетчика необходимо умножить на эту цифру, после чего будет получено реальное потребление электроэнергии.

Как определить этот показатель в цепях передачи мощности

Когда они передают энергию определенной нагрузке, они пытаются согласовать мощность нагрузки во вторичной цепи с мощностью, извлекаемой трансформатором из его первичной цепи обмотки, то есть из источника. Такое согласование может быть достигнуто за счет использования балластных резисторов во вторичных цепях или согласующего трансформатора.

Коэффициент мощности в этом случае будет

Отношение
Отношение

где S1 — мощность, потребляемая трансформатором из сети, а S2 — мощность, подаваемая трансформатором в нагрузку;

ΔS — потери мощности в самом трансформаторе — обычно составляют 1–2% от мощности.

Пренебрегая этими малыми потерями трансформатора, получаем зависимости для мощностей

Формула
Формула

где Z1 — входное сопротивление цепи нагруженного трансформатора относительно первичной цепи,

Z2 — входное сопротивление цепи нагрузки трансформатора, подключенной к вторичной обмотке.

Поскольку цепи совпадают, то

Формула
Формула

Получается значение другого показателя, который называется коэффициентом трансформации для сопротивления, и такой коэффициент трансформации равен отношению квадратов напряжений на первичной и вторичной обмотках.

Определение и формула коэффициента трансформации трансформатора

Получается, что коэффициент — это постоянная величина, показывающая шкалу электрических параметров, она полностью зависит от конструктивных особенностей устройства. Для разных параметров k рассчитывается по-разному. Выделяют следующие категории трансформаторов:

  • по напряжению;
  • по току;
  • для сопротивления.

Перед определением коэффициента необходимо измерить напряжение на катушках. ГОСТ указывает, что проводить такое измерение необходимо по минимуму. Это когда к инвертору не подключена нагрузка, показания можно увидеть на паспортной табличке этого устройства.

Затем показания первичной обмотки делятся на показания вторичной, это будет коэффициент. Если есть информация о количестве витков в каждой катушке, количество витков первичной обмотки делится на количество витков вторичной. В этом расчете не учитывается активное сопротивление катушек. Если имеется несколько вторичных обмоток, они находят свой k для каждой.

Трансформаторы тока имеют свою особенность, их первичная обмотка включена последовательно с нагрузкой. Перед вычислением индекса k измеряются первичный и вторичный токи. Значение первичного тока разлагается на ток вторичной цепи. При наличии паспортных данных о количестве витков допускается вычислять k путем деления количества витков провода вторичной обмотки на количество витков первичного провода.

Какой коэффициент трансформации трансформатора?

При расчете коэффициента для трансформатора сопротивления его еще называют соответствующим, сначала определяется входное и выходное сопротивление. Для этого рассчитайте мощность, которая равна произведению напряжения и тока. Затем разделите мощность на квадрат напряжения и получите сопротивление. Разделив входное сопротивление трансформатора и нагрузки по отношению к его первичной цепи и входное сопротивление нагрузки во вторичной цепи, мы получим k устройства.

Какой коэффициент трансформации трансформатора?

Есть еще один способ расчета. Вам нужно найти коэффициент напряжения k и возвести его в квадрат, результат будет таким же.

Для силового трансформатора

Есть повышающие и понижающие трансформаторы, для его определения нужно узнать коэффициент трансформации, с его помощью можно узнать, какой трансформатор. Если коэффициент меньше 1, трансформатор является повышением (это также можно определить по значениям, если во вторичной обмотке больше, чем в первичной, то такое увеличение) и наоборот, если K> 1, затем понижающий (если в первичной обмотке меньше витков, чем во вторичной).

Формула для расчета коэффициента трансформации
Формула для расчета коэффициента трансформации

где это находится:

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

Трансформатор тока

Формула для расчета коэффициента трансформации ТА:

коэффициент трансформации TA

Значения коэффициента обычно очень большие по сравнению с силовым трансформатором. Значения могут быть такими, как показано в таблице:

значения mt

Определить коэффициенты трансформации: взять ТТ со значениями, выделенными в таблице 600/5 = 120. Также можно взять любой трансформатор 750/5 = 150; 800/2 = 400 и т.д.

Трансформатор напряжения

Формула для расчета коэффициента трансформации ТВ:

коэффициент трансформации tn

Рассчитаем коэффициент трансформации для ТН, который показан на фото ниже:

Значение TN

Возьмите первичное напряжение (красная стрелка) и разделите на вторичное напряжение (желтая стрелка). 35000/100 = 350.

Зависимость КПД от коэффициента нагрузки

При эксплуатации любого оборудования важна его эффективность. Для трансформаторного оборудования на подстанции или на производстве это отношение напряжения, подаваемого сетью, к напряжению, подаваемому потребителям:

  • КПД = P2 / P1

В основном это эффективность преобразования напряжения.

На практике используется более точная формула:

  • КПД = 1- (∑P — (P2 + ∑P)), где:

∑P — это сумма потерь в обмотках и в железе.

Потери определяются на основании испытаний на короткое замыкание (Pk) и без нагрузки (P0).

КПД достигает максимального значения, если потери в стали и в обмотках равны.

Трансформатор

Поскольку отношение потерь холостого хода к выходному напряжению (P0 / P1) составляет 0,25-0,4, максимальный КПД достигается при коэффициенте нагрузки 0,5-0,7.

Как на практике определить коэффициент нагрузки трансформатора? Существуют каталоги и стандарты с таблицами Pk и P0.

Для расчета оптимального значения используется формула:

  • βopt = √P0 / Pк.

Это примерно 0,45-0,5.

При понижении или превышении показателя КПД снижается, что приводит к увеличению эксплуатационных расходов.

Если токи малы, полезная работа равна потерям. При превышении оптимальной нагрузки провода обмотки нагреваются и сердечник насыщается, преобразователь нагревается. Во время работы большую часть времени можно регулировать уровень нагрузки таким образом, чтобы получить оптимальное значение КПД.

Трансформатор

Расчет на основе мощности

При выборе трансформаторов для подстанций, обслуживающих жилые дома, в обязательном порядке собирается и анализируется информация о требуемых потребителями мощностях. Второй показатель — это распределение этих мощностей во времени. Расход может варьироваться в зависимости от времени суток и сезона. Образцы графиков есть в справочниках.

Предприятия учитывают технологические характеристики оборудования, время его включения и выключения, периоды зарядки и недогрузки, возможность расширения производства и подключения дополнительных потребителей.

необходимо определить коэффициент загрузки по формуле:

  • β = Sр / S, где:

Sр — расчетная нагрузка;

S — номинальная нагрузка.

Если дневной график имеет большие провалы и пики, значение всегда одно и то же.

Трансформатор

Есть рекомендуемые значения коэффициентов:

  • 0,65-0,7 — для потребителей первой категории;
  • 0,7-0,8 — для потребителей второй категории;
  • 0,9-0,95 — для потребителей третьей категории.

При этих значениях один трансформатор может взять на себя нагрузку другого в случае неисправности.

В первую категорию входят потребители, которые без электричества могут нанести ущерб, нарушить сложный техпроцесс и остановить дорогостоящее оборудование. Чаще всего у них есть собственные источники питания (батареи, аккумуляторы, линии электропередач, собственные электростанции).

Вторая категория — это потребители, которые без электричества могут иметь брак, простой, нарушение распорядка дня большого количества лиц. Третья категория — это все остальные.

Для масляных преобразователей

Для масляных конвертеров допускаются перегрузки:

  • 30% — 2 часа;
  • 45% — 80 минут;
  • 60% — 45 минут;
  • 75% — 20 минут;
  • 100% — 10 минут.

Для автотрансформатора эти показания относятся к наиболее нагруженной обмотке.

Трансформатор

Для сухих преобразователей

  • 20% — сейчас;
  • 30% — 45 минут;
  • 40% — 32 минуты;
  • 50% — 18 минут;
  • 60% — 5 минут.

Маслопреобразователи легче переносят перегрузки.

При установке трансформаторов их проверяют на подзарядку в аварийных ситуациях:

  • β = Sр / S.

Показатель может достигать 1,7-1,8.

Трансформатор

В режиме после аварии

  • 1,4 * S≥ Sр.

Показатель можно уменьшить только до значения, позволяющего покрыть нагрузку в случае выхода из строя одного из преобразователей. Его завышение приводит к необходимости установки дополнительного оборудования. Если на подстанции или установке есть два трансформатора, выбирается значение β = 0,7.

Если на подстанции или предприятии есть суточные расписания преобразователей, они выбираются по ГОСТ 1420985. Как определяется коэффициент загрузки трансформатора, если расписаний нет?

Как проводится опыт холостого хода

При проведении неактивного эксперимента становится возможным определить следующие характеристики агрегата:

  • коэффициент трансформации;
  • потери мощности в стали;
  • параметры намагничивающей ветви схемы замещения.

Для эксперимента к устройству прикладывается номинальная нагрузка.

При проведении неактивного эксперимента и вычислении характеристик по этой методике необходимо учитывать тип устройства.

В этом состоянии трансформатор имеет нулевую полезную мощность из-за отсутствия электрического тока на выходной катушке. Приложенная нагрузка преобразуется в тепловые потери на входной катушке I02 × r1 и потери в магнитном сердечнике Pm. Из-за неактуальности величины тепловых потерь на входе в большинстве случаев они не учитываются. Следовательно, общие потери холостого хода определяются магнитной составляющей.

Для однофазного трансформатора

Испытание на обрыв цепи проводится для однофазного трансформатора с подключением:

  • вольтметры на первичной и вторичной катушках;
  • ваттметр на первичной обмотке;
  • амперметр на входе.

Подключение устройств осуществляется по следующей схеме:

1

Для определения тока покоя я использую показания амперметра. Его сравнивают со значением номинального тока по следующей формуле, получая общий процент:

I% = I0 × 100 / I10.

Для определения коэффициента трансформации k определите значение номинального напряжения U1n по показаниям вольтметра V1, подключенного к входу. Затем с помощью выходного вольтметра V2 снимается значение номинального напряжения U2O.

Коэффициент рассчитывается по формуле:

К = w1 / w2 = U1n / U2O.

Сумма потерь складывается из электрической и магнитной составляющих:

P0 = I02 × r1 + I02 × r0.

Но, если пренебречь электрическими потерями, первую часть суммы можно исключить из формулы. Однако незначительное количество электрических потерь характерно только для маломощного оборудования. Поэтому при расчете характеристик мощных агрегатов следует учитывать эту часть формулы.

потеря-xx
Потери холостого хода для трансформаторов мощностью 30-2500 кВА

Для трёхфазного трансформатора

Аналогичным образом испытываются трехфазные блоки. Но напряжение подается отдельно на каждую фазу, при соответствующей установке вольтметров. Их потребуется 6 единиц. Вы можете провести эксперимент с устройством, поочередно подключая его к нужным точкам.

При номинальном напряжении электрического тока обмотки более 6 кВ на испытание предусматривается 380 В. Высоковольтный режим проведения эксперимента не позволит получить необходимую точность определения показателей. Помимо точности, режим низкого напряжения обеспечивает безопасность.

Действует следующая схема:

2

Работа устройства в режиме ожидания определяется его магнитной системой. Если говорить о типе устройства, аналогичного однофазному трансформатору или бронированной системе, то замыкание третьей гармонической составляющей в каждой из фаз будет происходить отдельно, с усилением до 20 процентов от активного магнитного потока.

В результате появляется дополнительная ЭДС с довольно высокой скоростью, до 60 процентов от основной. Есть риск повреждения изоляционного слоя покрытия с вероятностью выхода устройства из строя.

предпочтительно использовать трехстержневую систему, когда один из компонентов не проходит через сердечник, при коротком замыкании в воздухе или другой среде (например, масле), с низкой магнитной проницаемостью. В такой ситуации не произойдет развития дополнительного сильного электромагнитного поля, которое приведет к сильным искажениям.

Для сварочного трансформатора

Для сварочных трансформаторов холостой ход — один из режимов их постоянного использования в работе. В процессе сварки в рабочем режиме вторая обмотка замыкается между электродом и металлом детали. В результате края сливаются и образуется прочное соединение.

После окончания работы электрическая цепь разрывается и агрегат переходит в режим холостого хода. Если вторичная цепь разомкнута, значение напряжения в ней соответствует значению ЭДС. Эта составляющая энергетического потока отделена от основной и замкнута в воздушной среде.

Во избежание опасности для людей при работе аппарата на холостом ходу значение напряжения не должно превышать 46 В. Учитывая, что для некоторых моделей значение этих характеристик превышает указанное значение, достигая 70 В, сварочный агрегат выполняется с ограничителем возможностей для минимум.

Блок срабатывает в течение времени, не превышающего 1 секунду с момента прерывания рабочего режима. Дополнительной защитной мерой является заземляющее устройство корпуса сварочного аппарата.

Итоговые замечания

Следует подчеркнуть, что преобразователь воспроизводит рабочие процессы в любом из приведенных выше примеров. Тип масштабирования будет определяться назначением конкретной схемы. В зависимости от потребностей коэффициент трансформации учитывается согласно соответствующему параметру (U, I или Z). Возможность увеличивать, уменьшать или поддерживать равный уровень напряжения обусловлена ​​только количеством витков.

Довожу до вашего сведения. При расчете средств измерений и в других ситуациях для повышения точности учитываются потери энергии, фазовый сдвиг электрических параметров и влияние внешних факторов.

Советы и рекомендации

Однако в условиях использования большого количества бытовой техники с разными показателями мощности рекомендуется отдавать предпочтение трехфазным счетчикам, которые позволяют подключать энергоемкие устройства, рассчитанные на напряжения 220В и 380В.

При выборе устройства обязательно обращайте внимание на рассчитываемые текущие показатели, а также на класс точности, который представляет собой наибольшая допустимая относительная погрешность, выраженная в процентах.

Все вновь устанавливаемые трехфазные счетчики обязательно должны иметь государственные поверочные пломбы, срок давности которых не превышает двенадцать месяцев. Срок давности пломбы на однофазном счетчике не может превышать двух лет.

 

Оцените статью
Блог об электричестве
Adblock
detector