что это такое и как определить?

Коэффициент трансформации трансформатора определяется отношением количества витков первичной обмотки к количеству витков вторичной.

Его можно также рассчитать, поделив соответствующие показатели ЭДС в обмотках. В идеальных условиях (если отсутствуют электрические потери) показатель коэффициента трансформации рассчитывается отношением напряжений на зажимах обмоток. У трансформаторов, имеющих более двух обмоток, этот параметр определяется для каждой обмотки поочередно.

Коэффициент трансформации понижающих трансформаторов превышает единицу, повышающих – находится в пределах от 0 до 1. Фактически, коэффициент трансформации показывает, во сколько раз трансформатор понижает поданное на него напряжение.

С помощью коэффициента трансформации есть возможность проверить правильность количества витков, поэтому он определяется для всех имеющихся фаз и на каждом из ответвлений. Подобные измерения и расчеты помогают выявить обрывы проводов в обмотках и узнать полярность каждой из обмоток.

Значение коэффициента трансформации определить можно несколькими способами:

• измерением напряжений на обмотках двумя вольтметрами;
• с помощью моста переменного тока;
• по паспортным данным.

Реальный показатель рекомендуется измерять с использованием 2-х вольтметров. Номинальный показатель коэффициента трансформации также возможно вычислить, используя номинальные значения напряжений на обмотках в режиме ХХ (холостого хода), указанные в паспорте трансформатора.

Трехобмоточные трансформаторы требуют выполнения измерений минимум для 2-х пар обмоток, имеющих меньший ток короткого замыкания. Если электрические элементы трансформатора расположены в защитном кожухе, под которым скрыты некоторые ответвления, то коэффициент трансформации определяется только для выведенных наружу зажимов обмоток.

Для однофазных трансформаторов рабочее значение коэффициента трансформации рассчитывают путем деления напряжения, подведенного к первичной цепи, на одновременно измеренное напряжение во вторичной цепи.

Для трехфазных трансформаторов эта процедура может выполняться несколькими методами: с подключением к высоковольтной обмотке напряжения от трехфазной сети, путем запитывания однофазным напряжением, с выведенной нулевой точкой и без нее. В любом случае, на одноименных зажимах противоположных обмоток замеряют показания линейных напряжений.

К обмоткам нельзя подключать напряжение, выше или существенно ниже номинального, значение которого указано в паспорте. В таком случае, возрастает погрешность измерений из-за потерь тока, потребляемого подключенным измерительным прибором и тока холостого хода.

Для проведения измерений должны использоваться вольтметры с классом точности в пределах 0,2-0,5. Ускорить и упростить определение коэффициента трансформации могут универсальные приборы (например, УИКТ-3), позволяющие производить измерения без подключения сторонних источников переменного напряжения.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.

2.3 — Определение коэффициента трансформации трансформатора.

Коэффициентом трансформации трансформаторов называется отношение напряжения обмотки высшего напряжения (ВН) к напряжению обмотки низшего напряжения (НН) при холостом ходе:

Кл = U1/U2

Где: Кл- коэффициент трансформации линейных напряжений;

U1 — линейное напряжение обмотки ВН;

U2 — линейное напряжение обмотки НН.

При определении коэффициента трансформации однородных трансформаторов или фазного коэффициента трансформации трехфазных

трансформаторов отношение напряжения можно приравнять к отношению чисел витков обмотки

Кф =U1ф/U2ф=W1/W2

где: Кф — фазный коэффициент трансформации;

U1ф,U2ф — фазные напряжения обмоток ВН и НН соответственно;

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

При измерении линейного коэффициента трансформации трехфазного трансформатора равенство отношения высшего и низшего линейных напряжения обмоток и соответственно числа витков ВН и НН сохраняется лишь при одинаковых группах соединения этих обмоток.

Если первичная и вторичная обмотки соединены по одинаковой схеме, например, обе в звезду, обе в треугольник и так далее, фазный и линейный коэффициенты трансформации равны друг другу. При различных схемах соединений обмоток, например, одной в звезду, а другой в треугольник, линейньй и фазный коэффициенты трансформации неодинаковы (они в данном случае отличаются друг от друга в 3 раз).

Определение коэффициента трансформации производится на всех ответвлениях обмоток и для вех фаз. Эти измерения, кроме проверки самого коэффициента трансформации дают возможность проверить также правильность установки переключателя напряжения на соответствующих ступенях, а также целостность обмоток.

Для определения коэффициента трансформации применяют метод двух вольтметров (рис.2)

Рис.2 Определение коэффициента трансформации.

Со стороны высокого напряжения (ВН) подводится трехфазовое напряжение 220 В и измеряется напряжение на вторичной обмотке.

Внимание! Напряжение подводится только к обмоткам ВН (А, В, С).

Результаты измерений заносятся в таблицу 2. Пределы измерения вольтметров: PV1-250 В,PV2-15В.

Таблица 2.

Положение переключателя	UAB	U	Kав	UАС	Uас	Kас	UВС	Uвс	Kвс
1
2
3

Примечание: В данной работе трансформатор имеет одно положение переключателя.

Коэффициент трансформации отдельных фаз, замеренных на одних и тех же ответвлениях не должен отличаться друг от друга более чем на 2%.

2.4. Определение группы соединения обмоток трансформатора.

Группа соединения обмоток трансформатора имеет особо важное значение для параллельной работы его с другими трансформаторами.

Метод двух вольтметров для определения группы соединения обмоток является распространенным и доступным. Метод основан на совмещении векторных диаграмм первичного и вторичного напряжений, измерении напряжений между соответствующими выводами и последующем сравнении этих напряжений с условным.

Для проведения опыта собирают схему, показанную на рис.3.

Рис.3 Определение группы соединения обмоток трансформатора методом двух вольтметров.

Вводы А-а соединяют между собой, а на линейные вводы А, В, С обмотки ВН подают трехфазовое напряжение 220 В. это напряжение измеряется вольтметром PV

1. вольтметром PV₂ измеряется напряжение между вводами В-в, С-с, В-с, С-в. измеренные напряжения сравнивают с условным U_усл. Условное напряжение определяется по формуле:

U_усл=U_{2л } К_л²+1

Где U_2л – линейное напряжение на вводах обмотки НН во время опыта В.

К_л – линейный коэффициент трансформации.

U_2л=U_л1/К_л; К_л=U_ВН/U_НН;

Где U_л1 – линейное напряжение, подведенное к обмотке ВН при опыте.

Результаты измерений группы соединений заносятся в таблицу 3

Таблица 3

Вводы обмоток	Напряжение на вводах	Кл	U2	Uусл
В-в
С-с
С-в
В-с

Полученные напряжения сравнивают с условным напряжением. На основании сравнения и по таблице 4 определяется группа соединений обмоток трансформатора.

Таблица 4

Группа соединения

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Угловое смещение

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

Сравнение на вводах Uусл

В-в

М

М

М

Р

Б

Б

Б

Б

Б

Р

М

М

В-с

М

Р

Б

Б

Б

Б

Б

Р

М

М

М

М

С-в

М

М

М

М

М

Б

Б

Б

Б

Б

Б

Р

С-с

М

М

М

Р

Б

Б

Б

Б

Б

Р

М

М

Примечание: М – меньше, Б – больше, Р – равно.

2.5 Определение сопротивления обмоток трансформатора постоянному току.

При заданном измерении могут выявится следующие характерные дефекты:

а) недоброкачественная пайка и плохие контакты в обмотке и в присоединении вводов;

б) обрыв одного или нескольких параллельных проводников в обмотке.

Измерение сопротивления обмоток в данном случае производится мостовым методом – мостом Р 353. Измерение производится на всех ответвлениях и на всех фазах. При наличии выведенной нейтрали (0) измерение производится между фазными выводами и нулем. Если обмотка соединена в «звезду», то сопротивление фазы можно определить /1/

R_A=(R_AB+R_AC-R_BC)/2

R_В=(R_ВА+R_ВС-R_АC)/2

R_С=(R_СB+R_СА-R_АВ)/2

Где R_AB, R_ВС, R_АС – сопротивления на линейных зажимах АВ, ВС, АС.

При соединении обмоток в звезду R_АВ=R_A+R_В, R_ВС=R_В+R_С, R_СА=R_С+R_А, где R_A, R_В, R_С – сопротивления фазных обмоток А-Х, B-Y, C-Z.

Полученные значения сопротивления разных фаз при одном положении переключателя не должны отличаться друг от друга более чем на 2%. Данные измерений следует занести в таблицу 5.

Таблица 5

Положение переключателя	Обмотка ВН						Обмотка НН			Примечание
	RAB	RВС	RАС	RA	RВ	RС	Rао	Rbo	Rсо
1
2
3

Примечание в данной работе трансформатор имеет одно положение переключателя.

1. Назначение, устройство и работа прибора Э236.

Прибор Э236 предназначен для контроля технического состояния и испытания изоляции при техническом обслуживании и ремонте якорей автотракторных генераторов, стартеров и электродвигателей постоянного тока с номинальным напряжением 12 и 24 В. Диаметр проверяемых якорей от 25 до 180 мм при питании прибора от однофазной электрической цепи переменного тока напряжением 220В. /2/

Рис.4 Вид на лицевую панель прибора Э236

Конструктивно прибор представляет собой настольную измерительную установку, имеющую дроссель, измерительную цепь, контактные устройства.

С черным проводом (левое) контактное устройство используется при испытании электрической прочности изоляции. При нажатии рукоятки стержень утопает до упора, замыкая цепь. В свободном состоянии цепь обесточена.

С синим проводом (правое) контактное устройство служит для снятия с коллектора наводимой в якоре ЭДС, и применяется при определении короткозамкнутых секций и витков, обрывов и т.д. Верхняя пластина устройства – подвижная и позволяет установить в зависимости от шага и ширины пластин коллектора якоря необходимый размер между торцами пластин. В нерабочем положении оба контактных устройства должны быть установлены на задней стенке прибора в кронштейнах.

На рис.5 приведена принципиальная электрическая схема прибора.

Рис.5 Принципиальная электрическая схема прибора Э236.

Дроссель L1 имеет основную обмотку (1000 витков проводом ПЭВ-2 диаметром 0,4мм) для создания магнитного потока в магнитопроводе и проверяемом якоре, и дополнительную обмотку (1100 витков проводом ПЭВ-2 диаметром 0,2мм). Питание обмоток дросселя осуществляется напряжением 220В. Основная обмотка дросселя имеет отвод от 54 витка, что обеспечивает питание лампы HL2, служащей для сигнализации включенного состояния прибора. Для защиты питающей сети от перегрузок и КЗ в цепи основной обмотки установлен предохранитель F1.

Работа прибора.

Испытание электрической прочности изоляции обмоток и других изолированных деталей производится приложением к ним действующего значения испытательного напряжения величиной 0,22 кВ, частотой 50 Гц, мощностью 25 Вт, снятого с дополнительной обмотки дросселя с помощью контактного устройства А1.

При пробое изоляции загорается лампа HL1. Резистор R1 совместно с лампой HL1 обеспечивает необходимую мощность испытательной схемы.

Принцип действия прибора при контроле технического состояния обмоток якоря основан на сравнении ЭДС, которые индуцируются в секциях обмотки якоря под действием магнитного потока, создаваемого дросселем.

Амплитудное значение ЭДС, наводимой в обмотке якоря, снимается с помощью контактного устройства А2 и регистрируется по индикаторному прибору pmA, который подключен к пиковому детектору

выполненному на транзисторе VT1 и конденсаторе С1.

Для увеличения чувствительности схемы в качестве выпрямительного элемента пикового детектора используется коллекторно-базовый переход транзистора VT1.

Для защиты индикаторного прибора от перегрузок применен диод VD1, включенный в прямом направлении, и резистор R2, которым устанавливается рабочий ток диода.

Чувствительность измерительного прибора регулируется переменным резистором R3.

Внимание! Прикасаться к частям испытываемого оборудования во время испытания изоляции не допускается!

5. Порядок проверки прибора на работоспособность.

1. Внешним осмотром убедиться в отсутствии наружных повреждений прибора.

2. Поставить переключатель в положение «0» и включить прибор в сеть.

3. Поставить переключатель в положение «1», при этом загорится сигнальная лампа «~220В». Нажать штырем левого контактного устройства (с черным проводом) на полюса до упора и убедиться в наличии тока в цепи (лампа « » должна загореться).

4. Поставте переключатель в положение «0».

5. Уложите якорь генератора (стартера, двигателя постоянного тока) на полюса дросселя и поставьте переключатель в положение «2». Коснитесь пластинами контактного устройства (с синим проводом) соседних пластин коллектора и, вращяя якорь, убедитесь в возможности регулировки положения стрелки индикатора измерительного прибора. Поставьте переключатель в положение «0» и снимите якорь.

6. Перед проверкой якорь очищается от пыли и грязи и производится его внешний осмотр.

2. Определение короткозамкнутой секции обмотки якоря.

3.2.1. Определение при помощи стальной пластины.

1. Уложите якорь генератора на полюса дросселя.

2. Поставьте переключатель в положение «2».

3. Возьмите пластину сломанного ножевого полотна и, слегка касаясь поверхности якоря, медленно поворачивайте якорь вокруг его оси руками или механическим зажимным устройством.

При наличии короткого замыкания в какой либо секции, пластина будет притягиваться и вибрировать над пазами, в которых расположена эта секция.

4. Поставьте переключатель в положение «0», снимите якорь с полюсов дросселя.

3.2.2. Определение при помощи измерительного прибора.

1. Уложите якорь на полюса дросселя и установите переключатель в положение «2».

2. Установите контактное устройство (правое) так, чтобы пластины устройства были прижаты к двум рядом расположенным пластинам коллектора, на которых ЭДС секции максимальная.

3. Установите ручной регулятора «» стрелку индикатора в средней части шкалы.

4. Не отнимая контактного устройства, проворачиваем ротор на несколько миллиметров вперед и назад, находим положение якоря, при котором стрелка индикатора максимально отклонится. Запомните это показание.

5. Поворачивайте якорь генератора так, чтобы рядом расположенная пластина коллектора занимала положение предыдущей. Показания прибора при этом не должны изменяться более чем на 1 деление шкалы. Проверьте таким образом весь коллектор.

Если имеется короткозамкнутая секция, то при касании коллекторных пластин этой секции стрелка индикатора упадет до нуля (если короткое замыкание близко к коллектору), или показания будут значительно ниже, чем на остальных позициях (если короткое замыкание между витками в центре якоря, или на противоположном коллектору конце якоря).

6. Поставьте переключатель в положение «0», снимите якорь с полюсов дросселя.

7. Измерение ЭДС в секциях обмотки якоря нужно производить при одном выбранном неизменном положении контактного устройства по отношению к коллектору.

8. Якорь стартера имеет 1 или 2 витка в каждой секции, что при проверке усложняет определение короткозамкнутых секций, т.к. их сопротивление при этом меняется незначительно. Но все показания индикатора дают возможность увидеть в какой секции имеется замыкание. Разница в отклонении стрелки индикатора будет зависеть от того, насколько надежно короткое замыкание и где расположено (если у коллектора, то показания индикатора будут равны 0, если же в якоре, то они будут отличаться на несколько делений).

2. Определение обрывов в обмотке якоря.

1. Уложите якорь на полюса дросселя и установите переключатель в положение «2».

Установите контактное устройство (правое) так, чтобы пластины устройства были прижаты к двум рядом расположенным пластинам коллектора и поверните рукоятку регулятора так, чтобы индикатор показал наличие тока в цепи. Поворачивая якорь, касайтесь поочередно щупами соседних

2. пластин коллектора. Проведите проверку всего якоря. Если в секции имеется обрыв, то стрелка индикатора не отклонится при касании пластин коллектора этой секции.

3. Поставьте переключатель в положение «0», снимите якорь с полюсов дросселя.

   4. Определение замыкания на массу обмотки якоря.

1. Уложите якорь на полюса дросселя и установите переключатель в положение «1».

Коснитесь поочередно 2-х – 3-х пластин коллектора штырем левого контактного устройства, нажимая при этом на рукоятку до упора.

Если обмотка якоря на «массу» не замкнута, лампа « » не загорится (левая). Загорание лампы указывает на наличие замыкания с «массой».

4. Содержание отчета.

Отчет должен содержать цель работы, таблицы и схемы исследований, общее заключение о состоянии трансформатора и якоря генератора.

5. Контрольные вопросы по диагностике трансформатора.

1. Какие неисправности встречаются в силовых трансформаторах?

2. Какими приборами и как определить витковое замыкание в обмотках трансформатора?

3. Что такое коэффициент абсорбции?

4. С какой целью и как измеряется сопротивление обмотки трансформатора постоянному току?

5. С какой целью и как определяется коэффициент трансформации?

6. Как изменяется коэффициент абсорбции в зависимости от степени увлажнения изоляции и чем это объясняется?

7. При измерении коэффициента трансформации получены следующие данные: К_ав=25; К_вс=25; К_ас=10. Определить неисправность в трансформаторе.

6. Контрольные вопросы по диагностике якоря генератора.

1. Какие неисправности встречаются в якорях генераторов?

2. Каков порядок проверки прибора Э236 на работоспособность?

3. Как определить короткозамкнутую секцию обмотки якоря?

4. Как определить обрыв в обмотке якоря?

5. Как определить замыкание на массу обмотки якоря?

6. Литература.

1. Технические указания по производству пусконаладочных работ и лабораторных испытаний электрической части сельских электростанций, электросетей и потребительских электроустановок. М.: 1961.

2. Паспорт прибора для проверки якорей генераторов и стартеров. Модель Э236. 1978. Новгород.

Учебно-методическое издание

Методические указания к лабораторным работам по эксплуатации электрооборудования для студентов специальности 110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» очного и заочного обучения / сост. В.В.Шмигель. –

Ярославль: ООО «ИНВЕСТ», 2009. –51 С.

Гл. редактор А.Б. Абрамова

Редактор выпуска И.К. Укоев

Корректор В.А. Бабаян

@ ООО «ИНВЕСТ» Ярославская область, г. Ярославль.

Лицензия на издательскую деятельность ЛР № 020384. Выдана 07.06.2000.

Компьютерный набор. Подписано в печать 15/01/2009.

Заказ №579. Тираж 100 экз. Усл. Печ л 0,75. Бумага офсетная. Отпечатано

10/03/2009.

Отпечатано с готовых оригинал-макетов.

Расчет коэффициента трансформации для трансформаторов: формула

Трансформатор представляет собой одно,- или многообмоточную систему на общем магнитопроводе, связанные взаимоиндукцией и предназначенные для преобразования (трансформации) величины напряжения переменного тока без изменения частоты. Что такое коэффициент трансформации, и как определяется эта величина? Коэффициентом трансформации называется характеристика трансформатора, которая определяет его преобразовательные свойства. Данное свойство является основным и находится в общем случае отношением числа витков в обмотках.

Устройство трансформатора

Кроме преобразования, трансформаторы выполняют роль гальванической развязки входных и выходных цепей (исключение – автотрансформатор).

Свойства трансформатора

Большинство людей знакомо с трансформаторами только в том смысле, что они являются преобразователями переменного напряжения, повышающими или понижающими.

К сведению. На самом деле трансформатор не является преобразователем. Он масштабирует в определенных пределах электрические величины.

Соответственно, можно говорить о трансформаторах:

• напряжения;
• тока;
• сопротивления.

Трансформатор напряжения

Наиболее известное устройство. Включается параллельно нагрузке. Его задача состоит в изменении входного напряжения с заданным коэффициентом. Как определить этот коэффициент? В простейшем случае он численно равен отношению количества витков в обмотках. Говорят о понижающем трансформаторе, когда количество витков первичной (сетевой) обмотки меньше, чем у вторичной. Тогда на выходе напряжение также будет меньше. У повышающего, наоборот, количество витков вторичной (нагрузочной) обмотки превосходит количество первичной.

Включение трансформатора напряжения

Обратите внимание! В более общем случае устройство может иметь не две, а более обмоток. Для каждой из обмоток будет иметься свой коэффициент трансформации, причем часть обмоток будут понижающими, а часть –повышающими.

Любой трансформатор напряжения обратим, то есть, подав на любую из вторичных обмоток переменное напряжение, получим его и на выходе первичной, с тем же коэффициентом преобразования (трансформации).

Определение коэффициента трансформации производится по формуле:

N=U1/U2.

Как уже говорилось, коэффициент трансформации определяется отношением количества витков. Это справедливо только для режимов холостого хода, когда сопротивления проводов обмоток не вносят потерь. Ток, который протекает в обмотках, создает на их сопротивлении падение напряжения, которое вычитается из ЭДС ненагруженного преобразователя. Таким образом, при увеличении нагрузки коэффициент трансформации падает. Аналогичная ситуация возникает для обмоток, выполненных проводами различного сечения.

Пример. Имеем понижающий трансформатор с коэффициентом трансформации, равным 10, на двух вторичных обмотках, но одна из которых выполнена проводом, сечением в два раза меньше. При одинаковых нагрузках напряжение на той обмотке, где использовался более тонкий провод, будет ниже на величину падения напряжения на сопротивлении обмоточного провода.

У трансформатора может быть и одна обмотка. В таком случае он называется автотрансформатором. Обмотка в таком случае имеет как минимум три вывода. К одной из пары выводов подключается входное напряжение. Выходное напряжение снимается с одного из входных и оставшегося свободным. Автотрансформатор также может быть повышающим и понижающим.

Автотрансформатор

Трансформатор тока

Данное устройство более известно тем, кто занимается измерениями и обслуживанием мощных электрических установок. Измерение токов больших величин связано с определенными затруднениями, связанными с обеспечением безопасности и трудностями в изготовлении измерительных приборов для непосредственного измерения. Кроме измерений, сигналы с данных устройств используются системами защиты и сигнализации.

Включение трансформатора тока

Трансформатор тока подключается в цепь последовательно с нагрузкой. Соответственно, ток в первичной обмотке в точности равен току нагрузки. На вторичной обмотке получается напряжение, пропорциональное коэффициенту трансформации тока.

Коэффициент трансформации определяется таким же образом, как и для трансформаторов напряжения, но с поправкой на ток холостого хода, который вызван намагничиванием и потерями в магнитопроводе.

Данные устройства тока имеют специфические области применения, поэтому их строго классифицируют по нескольким критериям:

• По назначению бывают защитные, измерительные, лабораторные, промежуточные;
• По типу установки – внутренние, наружные, переносные, накладные, встроенные;
• По типу конструкции – одно,- и многовитковые или шинные;
• По типу изоляции – сухие, масляно-бумажные, с компаундной заливкой или газонаполненные;
• По рабочему напряжению. Для трансформаторов тока отечественного производства установлен ряд стандартных рабочих напряжений от 0.66 до 1150 кВ;
• По номинальному первичному току. Также существует диапазон градаций от 1 до 40000 А. Это основной показатель, по которому выбирается необходимый трансформатор тока;
• По номинальному вторичному току. Обычно 1 или 5 А, но в некоторых случаях может быть 2 или 2.5 А;
• По мощности вторичной нагрузки – от 1 до 120 ВА;
• По числу ступеней преобразования – одно,- и многоступенчатые.

К сведению. Характеристики, определяющие тип и назначение трансформаторов тока, указываются на заводской бирке изделия.

Коэффициент трансформации трансформатора тока в характеристиках не указывается, но его легко определить самостоятельно, зная значения первичного и вторичного токов, указанных в технических характеристиках. Коэффициент трансформации тока равен их отношению:

N=I1/I2.

В отличие от аналогичных устройств, токовые трансформаторы нельзя включать без нагрузки, поскольку это приведет к выходу их из строя и появлению на выходных клеммах опасно высокой ЭДС.

Трансформатор сопротивления

Подобное устройство можно назвать еще согласующим трансформатором, так как его задача – согласовывать сопротивления источника и нагрузки для точной передачи сигнала в различных каскадах электронных схем. В данном случае не важны значения напряжений и токов в цепях, поскольку определяющим является согласованная работа каскадов с разными сопротивлениями, которые и трансформируют трансформатор сопротивления.

Включение согласующего трансформатора

Коэффициент трансформации трансформатора сопротивления также определяется отношением количества витков обмоток, но в отношении сопротивления нагрузки и источника используется квадратичная зависимость, формула такова:

Ri=N2·Rn.

Таким образом, если известны сопротивления нагрузки и источника, требуемый коэффициент трансформации находится из зависимости:

N=√Ri/Rn.

В дальнейшем найденный коэффициент трансформации используется для расчета обмоток.

Видео

Оцените статью:

Коэффициент трансформации трансформатора | Режимщик

Коэффициент трансформации трансформатора

 

Современные силовые трансформаторы напряжением 6 кВ и мощностью 25 кВА и выше, выпускаются в двух модификациях, со встроенным устройством РПН и ПБВ. переключатели ПБВ долгое время устанавливались на большинстве маломощных трансформаторов и поэтому чрезвычайно распространены, переключатели этого типа позволяют изменением положения рукоятки устанавливать три или пять коэффициентов трансформации с диапазоном регулирования ± 5 %.

 

 

При изменении напряжения со стороны питания можно, используя переключатель ПБВ и устанавливая соответствующий коэффициент трансформации, сохранить напряжение на стороне нагрузки неизменным. Очевидно, что при повышении напряжения следует увеличивать коэффициент трансформации, и наоборот. Так как цели, преследуемые изменением коэффициента трансформации, могут быть различными, то правомерно поставить вопрос о выборе наивыгоднейшего коэффициента трансформации требует полного отключения трансформатора от сети и принятия мер безопасности, поэтому не может производиться частично.

 

Наивыгоднейшим называется коэффициентом трансформации, при котором обеспечивается наименьшие отклонения напряжения у приемников или наиболее полно удовлетворяются другие поставленные требования. Выбор коэффициента трансформации для трансформаторов предприятий должен производиться в следующих случаях: при необходимости поддержания напряжения у приемников в заданных пределах и при изменении напряжения на стороне питания; при переходе питания (системы) с зимнего графика нагрузки на летний; при переходе предприятия с сезонным графиком работы на новый режим работы; при расчетах минимальной необходимой мощности компенсирующих средств (конденсаторов, синхронных двигателей).

 

Для расчета наивыгоднейшего коэффициента трансформации существует несколько методов.
а) Расчетный метод определения коэффициента трансформации. Этот метод является наиболее простым и рациональным для заводских сетей. Рассмотрим его на примере сети, приведенной на рисунке выше. предположим, что изображенный на схеме трансформатор, связывающий сеть 10 кВ с заводской сетью 0,38 кВ, имеет три коэффициента трансформации:
k1 = 10500/400 = 26,25;
k1 = 10000/400 = 2;
k1 = 9500/400 = 23,25.

 

Для упрощения дальнейших рассуждений предположим также, что приемник допускает отклонение напряжения в пределах ± 5 % от Uн=380 В. Определив параметры линейных элементов и трансформатора по приведенным выше формулам и зная активную и реактивную составляющие мощности для режимов максимальной и минимальной нагрузок, можно определить фактическую потерю напряжения в сети, рассматривая ее по отдельным участкам. В рассматриваемом примере сеть имеет три участка: участок сети высокого напряжения, трансформатор и участок сети низкого напряжения. Для расчета необходимо сопротивление трансформатора отнести к высокому напряжению, а сопротивление сети низкого напряжения привести к высокому напряжению. Зная напряжение в начале сети высокого напряжения U1макс и U2 мин и вычитая из него потери напряжения в сети для соответствующих режимов, можно получить напряжение на выводах потребителя U2макс и U2 мин. Это напряжение приведено к высокому, принятому за базисное, и поэтому называется приведенным.

 

Так как желаемые напряжения по условию заключены между U2жел.макс = 0,95Uн = 361 В и U2жел.мин = 1,05Uн = 399 В, а приведенное напряжение у потребителя предположим равным:
U2макс = U1макс — Δ Uмакс = 11000 — 1650 = 9350 В
U2мин = U1мин — Δ Uмин = 10000 — 550 = 9450 В,

где Kx — искомый коэффициент трансформации, подставим найденные значения и получим:
Kx = (U2макс + U2 мин) / (U2жел.макс + U2жел.мин)
Kx = (9350 + 9450) / (361 + 399) = 24,7.

Сравнивая полученный коэффициент со стандартными (26,25; 23,75), принимаем ближайший из них за наивыгоднейший. Среднюю величину желаемых напряжений у потребителя иногда называют напряжением среднего уровня Uур. С другой стороны, коэффициент трансформации можно определить как отношение номинального напряжения искомого регулировочного ответвления Uотв к напряжению обмотки низшего напряжения холостого хода Uхх.
Kx = Uотв / Uхх.

Отсюда получается простая формула для расчета напряжения искомого ответвления трансформатора, то есть:
Uотв = ((U2макс + U2 мин)· Uхх) / 2Uур
Найденная величина сравнивается с номинальным напряжением ответвлений.

 

б) Графический метод. Данный способ выбора наивыгоднейшего коэффициента трансформации основан на применении метода потенциальных диаграмм и позволяет производить не только выбор, но и последующий анализ полученных коэффициентов трансформации.

Составление плана электроснабжения. Часть 1
Способы и средства регулирования напряжения
Источники и схемы оперативного тока, применяемые на ПС

 

 

Коэффициент трансформации — это… Что такое Коэффициент трансформации?

Коэффициент трансформации трансформатора — это величина, выражающая масштабирующую (преобразовательную) характеристику трансформатора относительно какого-нибудь параметра электрической цепи (напряжения, тока, сопротивления и т. д.).

Общие сведения

Термин «масштабирование» используется в описании вместо термина «преобразование» с целью акцентировать внимание на том, что трансформаторы не преобразовывают один вид энергии в другой, и даже не один из параметров электрической сети в другой параметр (как иногда привыкли говорить о преобразовании, например, напряжения в ток понижающими трансформаторами). Преобразование — это всего лишь изменение значения какого-либо из параметров цепи в сторону увеличения или уменьшения. И хотя такие преобразования затрагивают практически все параметры электроцепи, принято выделять из них самый «главный» и с ним связывать термин коэффициента трансформации. Это выделение обосновывается функциональным назначением трансформатора, схемой включения к питающей стороне и т. д.

Масштабирование напряжения

Для трансформаторов с параллельным подключением первичной обмотки к источнику энергии интересует, как правило, масштабирование в отношении напряжения, а значит, коэффициент трансформации n выражает отношение первичного (входного) и вторичного (выходного) напряжений :

где

Если пренебречь падениями напряжений в обмотках, то есть , считать равными нулю, то

Такие трансформаторы еще называют трансформаторами напряжения.

Масштабирование тока

Для трансформаторов с последовательным подключением первичной обмотки к источнику энергии вычисляют масштабирование в отношении силы тока, то есть коэффициент трансформации n выражает отношение первичного (входного) и вторичного (выходного) токов :

Кроме того эти токи связаны еще одной зависимостью

где

Если пренебречь всеми потерями намагничивания и нагрева магнитопровода, то есть считать равным нулю, то

=>

Такие трансформаторы еще называют трансформаторами тока.

Масштабирование сопротивления

Еще одно из применений трансформаторов с параллельным подключением первичной обмотки к источнику энергии — масштабирование сопротивления.

Этот вариант используется, когда не интересует непосредственно само изменение напряжения или тока, а требуется подключить к источнику энергии нагрузку с входным сопротивлением, значительно отличающимся от величин, предъявляемых этим источником.

Например, выходные каскады звуковых усилителей мощности требуют нагрузочное сопротивление выше, чем имеют низкоомные динамики. Другой пример — высокочастотные устройства, для которых равенство волновых сопротивлений источника и нагрузки позволяет получить максимальную выделяемую мощность в нагрузке. И, даже, сварочные трансформаторы, по сути, являются преобразователями сопротивления, в большей мере, чем напряжения, поскольку последнее служит для повышения безопасности работ, а первое является требованием к сопротивлению нагрузки электрических сетей. Хотя сварщику может быть и не важно, каким образом была получена из сети требуемая тепловая энергия для нагрева металла, но вполне понятно, что практически «короткое замыкание» в сети не приветствуется энергоснабжающей стороной.

Соответственно, можно сказать, что масштабирование сопротивления предназначено для передачи мощности из источника в любую нагрузку наиболее «цивилизованным» способом, без «шоковых» режимов для источника и с минимальными потерями (например, если сравнивать трансформаторное масштабирование и простое повышение сопротивления нагрузки с помощью последовательного балластного сопротивления, которое «съест» значительную долю энергии у источника).

Принцип расчета такого масштабирования тоже основан на передаче мощности, а именно, на условном равенстве мощностей: потребляемой трансформатором из первичной цепи (от источника) и отдаваемой во вторичную (нагрузке), пренебрегая потерями внутри трансформатора.

где

• ,  — мощности соответственно потребляемая и отдаваемая трансформатором
•  — потери в самом трансформаторе (в среднем 1-2 % от ), которыми можно пренебречь в данном случае

…..

где

• ,  — входное сопротивление трансформатора вместе с нагрузкой относительно его первичной цепи и входное сопротивление нагрузки во вторичной цепи соответственно (то есть первое — это нагрузка для источника энергии при наличии трансформатора, второе — при отсутствии)

=> =>

Как видно выше, коэффициент трансформации по сопротивлению равен квадрату коэффициента трансформации по напряжению.

Такие трансформаторы иногда называют согласующими (особенно в радиотехнике).

Итоговые замечания

Несмотря на различия в схемах включения, принцип работы самого трансформатора не изменяется и, соответственно, все зависимости напряжений и токов внутри трансформатора будут такими, как показано выше. То есть, даже трансформатор тока, кроме своей «главной» задачи масштабировать силу тока, будет иметь зависимости первичных и вторичных напряжений такие же, как если бы он был трансформатором напряжения, и вносить в последовательную цепь, в которую он включен, сопротивление своей нагрузки, измененное по принципу согласующего трансформатора.

Следует также помнить, что токи, напряжения, сопротивления и мощности в переменных цепях имеют кроме абсолютных значений еще и сдвиг фаз, поэтому в расчетах (в том числе и вышеприведенных формулах) они являются векторными величинами. Это не так бывает важно учитывать для коэффициента трансформации трансформаторов общетехнического назначения, с невысокими требованиями по точности преобразования, но имеет огромное значение для измерительных трансформаторов токов и напряжений.

Для любого параметра масштабирования, если , то трансформатор можно назвать повышающим; в обратном случае — понижающим.

Дополнительные сведения

Особенность учета витков

Трансформаторы передают энергию из первичной цепи во вторичную посредством магнитного поля. За редким исключением так называемых «воздушных трансформаторов», передача магнитного поля осуществляется по специальным магнитопроводам (из электротехнической стали например, или других ферромагнитных веществ) с магнитной проницаемостью намного большей, чем у воздуха или вакуума. Это концентрирует магнитные силовые линии в теле магнитопровода, уменьшая магнитное рассеивание, а кроме того, усиливает плотность магнитного потока (индукцию) в этой части пространства, занятой магнитопроводом. Последнее приводит к усилению магнитного поля и меньшему потреблению тока «холостого хода», то есть меньшим потерям.

Как известно из курса физики, магнитные силовые линии — концентричные и замкнутые сами на себя «кольца», охватывающие проводник с током. Прямой проводник с током охватывается кольцами магнитного поля по всей длине. Если проводник изогнуть, то кольца магнитного поля с разных участков длины проводника сближаются на внутренней стороне изгиба (подобно витковой пружине, изогнутой набок, с прижатыми витками внутри и растянутыми снаружи изгиба). Этот шаг позволяет увеличить концентрацию силовых линий внутри изгиба и соответственно усилить магнитное поле в той части пространства. Еще лучше изогнуть проводник кольцом и тогда все магнитные линии распределенные по длине окружности «собьются в кучку» внутри кольца. Такой шаг называется созданием витка проводника с током.

Все вышеописанное очень хорошо подходит для трансформаторов без сердечника (либо других случаев с относительно однородной магнитной средой вокруг витков), но абсолютно бесполезно при наличии магнитных замкнутых сердечников, которые, к сожалению, по геометрическим причинам никак не могут заполнить все пространство вокруг обмотки трансформатора. И поэтому, магнитные силовые линии, охватывающие виток обмотки трансформатора находятся в неравных условиях по периметру витка. Одним силовым линиям «повезло» больше и они проходят только по облегченному маршруту магнитопроводника, другим же приходится часть пути проходить по сердечнику (внутри витка), а остальную по воздуху, для создания замкнутого силового «кольца». Магнитное сопротивление воздуха почти гасит такие линии поля и соответственно нивелирует наличие той части витка, которая породила эту магнитную линию.

Из всего вышесказанного и отображенного на рисунке существует вывод — в работе трансформатора с замкнутым ферромагнитопроводом принимает участие не весь виток, а только небольшая часть, которая полностью окружена этим магнитопроводом. Или другими словами — основной магнитный поток, проходящий через замкнутый сердечник трансформатора создается только той частью провода, которая проходит сквозь «окно» этого сердечника. Рисунок показывает, что для создания 2-х «витков» достаточно дважды пропустить провод с током через «окно» магнитопровода, экономя при этом на обмотке.

Коэффициент трансформации трансформатора

В основе работы каждого типа трансформаторов лежит принцип, связанный с электромагнитной индукцией. Стальные пластины, собранные в замкнутую раму различной формы, исполняют роль сердечника. На нем размещаются две обмотки (S1 иS2) с определенным количеством витков (W1 иW2). Обе обмотки обладают незначительным сопротивлением и большой индуктивностью. Одной из основных величин, характеризующих работу устройства, служит коэффициент трансформации трансформатора.

Понятие коэффициента трансформации

Если к обоим концам первичной обмотки S1 приложить переменное напряжение U1, то по обмотке будет проходить переменный ток I, намагничивающий сердечник и создающий в нем переменный магнитный поток.

С постепенным нарастанием тока, наблюдается и рост магнитного потока в сердечнике. При этом, в витках катушки возбуждается электродвижущая сила самоиндукции. При достижении величины прилагаемого напряжения, прекращается увеличение тока в первичной обмотке.

Переменный магнитный поток, который возникает в сердечнике, проходит и по виткам во вторичной обмотке, в которых возбуждается такая же электродвижущая сила, как и в первичной обмотке. Таким образом, соотношение напряжений на концах обмоток равно соотношению витков на первичной и вторичной обмотке. Это соотношение и представляет собой коэффициент трансформации трансформатора.

Как повысить напряжение

В случае необходимости повышения напряжения, во вторичной обмотке добавляется необходимое количество витков. Такое устройство становится повышающим трансформатором. Для того, чтобы сделать понижающий трансформатор, количество витков на вторичной обмотке, наоборот, уменьшается. В зависимости от первичной обмотки, один и тот же трансформатор может иметь либо повышающий, либо понижающий коэффициент трансформации.

При разомкнутой вторичной обмотке, в ней отсутствует ток, и работа трансформатора происходит вхолостую. Потребление энергии становится минимальным, ее передача из первичной цепи во вторичную отсутствует.

Во время нагрузки трансформатора происходит процесс непрерывной передачи электроэнергии во вторичную цепь из первичной обмотки. Согласно закону превращения и сохранения энергии в первичной и вторичной цепи мощность тока совершенно одинакова. Однако, на практике, это равенство не может быть сохранено, поскольку во время работы трансформатора возникают потери, хотя и в небольшом количестве. Таким образом, средний коэффициент трансформации будет находиться в пределах от 94 до 99%.

Как определить коэффициент трансформации трансформатора

Решение задач по теме: «Трансформаторы»

 «Если ученик в школе не научился сам

ничего творить, то в жизни он всегда

будет только подражать, т.к. мало таких,

которые бы, научившись копировать,

умели сделать самостоятельно применение этих сведений».

Л.Н. Толстой

Данная тема посвящена решению задач по теме «Трансформаторы».

Генератором переменного тока — устройством, преобразующим механическую энергию в электрическую.

Конструкций генераторов существует достаточное количество, однако, неизменными в каждом из них, остаются ротор — подвижная часть генератора, и статор — неподвижная часть генератора.

Трансформатор —устройство, служащее для преобразования силы и напряжения переменного тока при неизменной частоте. Любой трансформатор характеризуется коэффициентом трансформации, т.е. отношением числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке.

В зависимости от значения этого коэффициента, различают повышающий (если коэффициент трансформации меньше единицы) и понижающий (если коэффициент трансформации больше единицы) трансформаторы.

В задачах, где рассматривается работа трансформатора, основными являются формулы для определения коэффициента трансформации, определение коэффициента полезного действия и связи сил тока и напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора (если, конечно, его КПД близок к 100%). Если же в задачах указываются большие токи во вторичной цепи, то необходимо записать формулу закона Ома для замкнутой цепи.

где U₂ — напряжение на зажимах вторичной обмотки, I₂ — сила тока во вторичной обмотке, а r₂— ее сопротивление. В таких случаях коэффициент трансформации будет рассчитываться по формуле:

Упражнения.

Задача 1. Определите максимальное значение электродвижущей силы во вторичной обмотке трансформатора, если она имеет 100 витков и пронизывается магнитным потоком, изменяющимся со временем по закону Ф = 0,01 cos 314 t.

Анализируем условие задачи и определяем что нам дано, а что необходимо найти.

Задача 2. Задача 2. Трансформатор, содержащий в первичной обмотке 840 витков, повышает напряжение с 220 В до 660 В. Каков коэффициент трансформации и сколько витков содержится во вторичной обмотке трансформатора? В какой обмотке провод будет иметь большую площадь сечения?

Задача 3. Понижающий трансформатор с k = 10 включен в сеть напряжением 127 В. Сопротивление вторичной обмотки равно 2 Ом, а сила тока 3 А, то, каково напряжение на зажимах вторичной обмотки? Потерями энергии в первичной обмотке пренебречь.

Задача 4. Трансформатор включен в сеть с переменным напряжение 220 В. Напряжение на зажимах вторичной обмотки составляет 20 В, а сила тока 1 А. Определите коэффициент трансформации и сопротивление вторичной обмотки, если КПД данного трансформатора равен 91%. Потерями в первичной обмотке и сердечнике пренебречь.

Таким образом, в данной теме были рассмотрены общие принципы решения задач на тему «Трансформаторы».