Что показывает коэффициент трансформации для сварочных трансформаторов

Обновлено: 21.09.2024

Определение и формула коэффициента трансформации трансформатора

На практике при использовании энергии электрического тока часто появляется необходимость изменять напряжение, которое подается от генератора. Переменное напряжение можно масштабировать (повышать или понижать) почти без потерь энергии. Устройства при помощи которых производят преобразование напряжения (силы тока, сопротивления и т.д.) называют трансформаторами. Трансформаторы не преобразовывают виды энергии, а изменяют величину заданного параметра цепи, уменьшая его или увеличивая, поэтому, когда в данном случае говорят о преобразовании, то имеют в виду масштабирование.

Коэффициентом трансформации называют физическую величину, которая показывает относительное изменение параметра электрической сети, на который направлено преобразование.

Или, проще говоря, коэффициент трансформации показывает, во сколько раз трансформатор изменяет напряжение (силу тока и т.д.).

Обозначают коэффициент трансформации чаще всего буквами k или n (могут встречаться другие обозначения).

Если , то такой трансформатор называют повышающим, если больше единицы — то понижающим.

Разные виды трансформаторов и их коэффициенты трансформации

Так, при помощи трансформатора с параллельным подключением обмотки к источнику электрической энергии производят масштабирование напряжения (трансформатор напряжения), при этом коэффициент трансформации рассчитывают:

где — напряжение на входе трансформатора (на первичной обмотке); — напряжение на выходе трансформатора (на вторичной обмотке); — количество витков на первичной обмотке; — число витков на вторичной обмотке.

Если потерями в обмотках трансформатора пренебрегать нельзя, то коэффициент трансформации можно найти по формуле:

$k=\frac{U_1}{U_2}=\frac{N_1\cdot \varepsilon +I_1R_1}{N_2\cdot \varepsilon -I_2R_2}\left(2\right),$

где — сопротивление первичной обмотки трансформатора — сопротивление вторичной обмотки; — ЭДС, которая наводится в каждом из витков обмоток; и — силы токов в соответствующих обмотках.

При помощи трансформатора с параллельным подключением можно масштабировать сопротивление. Расчет коэффициента трансформации при этом связывают с равенством мощности получаемой трансформатором от источника и отдаваемой во вторичную цепь. При этом потерями пренебрегают. Обозначим коэффициент трансформации сопротивления . Можно записать, что:

где — коэффициент трансформации по напряжению; — входное сопротивление трансформатора и нагрузки по отношению к его первичной цепи, — сопротивление нагрузки во вторичной цепи.

Если проводят масштабирование силы тока, то используют трансформатор с последовательным подключением первичной обмотки к источнику (трансформатор тока). Тогда коэффициент трансформации вычисляют как:

Последнее равенство в выражении (3) справедливо, только если не учитывать потери и считать, что:

Иначе возникает сила тока , которая показывает ток, составленный из тока намагничивания и активных потерь в магнитопроводе (этот ток еще называют током «холостого хода»). Если то мы имеем связь между силами токов, текущими в обмотках трансформатора в виде:

Что такое коэффициент трансформации трансформатора?

Трансформатор — электронное устройство, способное менять рабочие величины, измеряется коэффициентом трансформации, k. Это число указывает на изменение, масштабирование какого-либо параметра, например напряжения, тока, сопротивления или мощности.

Что такое коэффициент трансформации

Трансформатор не меняет один параметр в другой, а работает с их величинами. Тем не менее его называют преобразователем. В зависимости от подключения первичной обмотки к источнику питания, меняется назначение прибора.

В быту широко распространены эти устройства. Их цель — подать на домашнее устройство такое питание, которое бы соответствовало номинальному значению, указанному в паспорте этого прибора. Например, в сети напряжение равно 220 вольт, аккумулятор телефона заряжается от источника питания в 6 вольт. Поэтому необходимо понизить сетевое напряжение в 220:6 = 36,7 раз, этот показатель называется коэффициент трансформации.

Чтобы точно рассчитать этот показатель, необходимо вспомнить устройство самого трансформатора. В любом таком устройстве имеется сердечник, выполненный из специального сплава, и не менее 2 катушек:

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

Коэффициент трансформации трансформатора

По специальной формуле определяется число проводов в обмотке, учитываются все особенности используемого сердечника. Поэтому в разных приборах в первичных катушках число витков будет разным, несмотря на то что подключаются к одному и тому же источнику питания. Витки рассчитываются относительно напряжения, если к трансформатору необходимо подключить несколько нагрузок с разным напряжением питания, то количество вторичных обмоток будет соответствовать количеству подключаемых нагрузок.

Зная число витков провода в первичной и вторичной обмотке, можно рассчитать k устройства. Согласно определения из ГОСТ 17596-72 «Коэффициент трансформации — отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной или отношение напряжения на вторичной обмотке к напряжению на первичной обмотке в режиме холостого хода без учета падения напряжения на трансформаторе.» Если этот коэффициент k больше 1, то прибор понижающий, если меньше — повышающий. В ГОСТе такого различия нет, поэтому большее число делят на меньшее и k всегда больше 1.

В электроснабжении преобразователи помогают снизить потери при передаче электроэнергии. Для этого напряжение, вырабатываемое электростанцией, увеличивается до нескольких сотен тысяч вольт. Затем этими же устройствами напряжение понижается до требуемого значения.

На тяговых подстанциях, обеспечивающих производственный и жилой комплекс электроэнергией, установлены трансформаторы с регулятором напряжения. От вторичной катушки отводятся дополнительные выводы, подключение к которым позволяет менять напряжение в небольшом интервале. Это делается болтовым соединением или рукояткой. В этом случае коэффициент трансформации силового трансформатора указывается в его паспорте.

Получается, что коэффициент — это постоянная величина, показывающая масштабирование электрических параметров, она полностью зависит от конструкторских особенностей устройства. Для разных параметров расчет k производится по-разному. Существуют следующие категории трансформаторов:

по напряжению;
по току;
по сопротивлению.

Перед определением коэффициента необходимо замерить напряжение на катушках. ГОСТ указано, что производить такое измерение нужно при холостом ходе. Это когда к преобразователю не подключена нагрузка, показания могут быть отображены на паспортной табличке этого устройства.

Затем показания первичной обмотки делят на показания вторичной, это и будет коэффициентом. При наличии сведений о количестве витков в каждой катушке производят дробление числа витков первичной обмотки на число витков вторичной. При этом расчете пренебрегают активным сопротивлением катушек. Если вторичных обмоток несколько, для каждой находят свой k.

Трансформаторы тока имеют свою особенность, их первичная обмотка включается последовательно нагрузке. Перед вычислением показателя k измеряют ток первичной и вторичной цепи. Производят разложение значения первичного тока на ток вторичной цепи. При наличии паспортных данных о количестве витков допускается произвести вычисление k путем деления числа оборотов провода вторичной обмотки на число оборотов провода первичной.

При расчете коэффициента для трансформатора сопротивления, его еще называют согласующим, сначала находят входное и выходное сопротивление. Для этого вычисляют мощность, которая равняется произведению напряжения и тока. Затем мощность делят на квадрат напряжения и получают сопротивление. Дробление входного сопротивления трансформатора и нагрузки по отношению к его первичной цепи и входного сопротивления нагрузки во вторичной цепи даст k прибора.

Есть другой способ вычисления. Необходимо найти коэффициент k по напряжению и возвести его в квадрат, результат будет аналогичным.

Разные виды трансформаторов и их коэффициенты

Хотя конструктивно преобразователи мало чем отличаются друг от друга, назначение их достаточно обширно. Существуют следующие виды трансформаторов, кроме рассмотренных:

силовой;
автотрансформатор;
импульсный;
сварочный;
разделительный;
согласующий;
пик-трансформатор;
сдвоенный дроссель;
трансфлюксор;
вращающийся;
воздушный и масляный;
трехфазный.

Особенностью автотрансформатора является отсутствие гальванической развязки, первичная и вторичная обмотка выполнены одним проводом, причем вторичная является частью первичной. Импульсный масштабирует короткие импульсные сигналы прямоугольной формы. Сварочный работает в режиме короткого замыкания. Разделительные используются там, где нужна особая безопасность по электротехнике: влажные помещения, помещения с большим количеством изделий из металла и подобное. Их k в основном равен 1.

Пик-трансформатор преобразует синусоидальное напряжение в импульсное. Сдвоенный дроссель — это две сдвоенные катушки, но по своим конструктивным особенностям относится к трансформаторам. Трансфлюксор содержит сердечник из магнитопровода, обладающего большой величиной остаточной намагниченности, что позволяет использовать его в качестве памяти. Вращающийся передает сигналы на вращающиеся объекты.

Воздушные и масляные трансформаторы отличаются способом охлаждения. Масляные применяются для масштабирования большой мощности. Трехфазные используются в трехфазной цепи.

Более подробную информацию можно узнать о коэффициенте трансформации трансформатора тока в таблице.

Номинальная вторичная нагрузка, В	3	5	10	15	20	30	40	50	60	75	100
Коэффициент, n	Номинальная предельная кратность
3000/5	37	31	25	20	17	13	11	9	8	6	5
4000/5	38	32	26	22	20	15	13	11	10	8	6
5000/5	38	29	25	22	20	16	14	12	11	10	8
6000/5	39	28	25	22	20	16	15	13	12	10	8
8000/5	38	21	20	19	18	14	14	13	12	11	9
10000/5	37	16	15	15	14	12	12	12	11	10	9
12000/5	39	20	19	18	18	12	15	14	13	12	11
14000/5	38	15	15	14	14	12	13	12	12	11	10
16000/5	36	15	14	13	13	12	10	10	10	9	9
18000/5	41	16	16	15	15	12	14	14	13	12	12

Почти у всех перечисленных приборов есть сердечник для передачи магнитного потока. Поток появляется благодаря движению электронов в каждом из витков обмотки, и силы токов не должны быть равны нулю. Коэффициент трансформации тока зависит и от вида сердечника:

Измерительный трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения – предназначен для понижения первичного напряжения до значений удобных для измерительных приборов и реле, а также для отделения цепей измерений и защиты от первичных цепей высокого напряжения. Используется в цепях переменного тока частотой 50 или 60 Гц с номинальными напряжениями от 0,22 до 750 кВ.

Высоковольтный ТН(слева) и низковольтный ТН(справа)

Принцип работы

Он состоит из стального сердечника, набранного из пластин листовой электротехнической стали, первичной обмотки и 1-ой или 2-х вторичных обмоток(конструкцию конкретного устройства можно посмотреть в паспорте или каталоге от производителя).

В результате изготовления должен быть достигнут необходимый класс точности по:

Измерительный трансформатор напряжения по принципу работы не отличается от силового понижающего трансформатора или от трансформатора тока.

Ещё раз опишем работу трансформатора тока. По первичной обмотке проходит переменный ток, этот ток образует магнитный поток, который пронизывает магнитопровод и обмотки ВН и НН. Если ко вторичной обмотке подключить нагрузку, то по ней начнёт течь ток, который возникает из-за действия ЭДС(электродвижущая сила). ЭДС наводится из-за действия магнитного потока. Подбирая разное количество витков первичной и вторичной обмоток можно получить нужное напряжение на выходе.

Принцип работы трансформатора

Такие устройства работаю только на переменном напряжение. Если на ТН подавать постоянное напряжение, т.к. ЭДС не будет создаваться постоянным магнитным потоком.

Расшифровка ТН

Н — трансформатор напряжения;
Т — трёхфазный;
О — однофазный;
С — сухой;
М — масляный;
К — каскадный либо с коррекцией;
А — антирезонансный;
Ф — в фарфоровом корпусе;
И — контроль Изоляции;
Л — в литом корпусе из эпоксида;
ДЕ — с ёмкостным делителем напряжения;
З — с заземляемой первичной обмоткой.

Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации – показывает во сколько раз увеличивается или уменьшается первичное значение напряжение.

Формула по вычислению коэффициента трансформации

Вторичное напряжение

Напряжения на вторичной обмотки:

Классы точности

0,1;
0,2;
0,5 – применяется для измерений;
1,0;
3,0;
3Р или 6Р – предназначены для защиты, управление, автоматика или сигнализация.

Номинальные мощности трансформаторов для любого класса точности следует выбирать из ряда(В·А): 10; 15; 25; 30; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 800; 1000; 1200.

Виды и классификации

Основные классификации трансформаторов:

По числу фаз.
По наличию или отсутствию заземления вывода,
По принципу действия.
По числу ступеней трансформации.
По наличию компенсационной обмотки или обмотки для контроля изоляции сети.
По виду изоляции:
По особенностям конструктивного исполнения.

наружная,
внутренняя,
встроенный в силовой трансформатор,
установка отдельным элементом.

Основные признаки трансформаторов и их обозначения приведены в таблице:

Трёхобмоточный трансформатор следует изготовлять с двумя вторичными обмотками:

Условия выбора ТН

Устройство выбирается по следующим критериям:

Номинальное напряжение ТН = Напряжение уставки.
Схема соединение обмоток должна совпадать со схемой приборов.
По классу точности.
Вторичной нагрузке ТН ⩽ нагрузке приборов.

Более подробно можете прочитать в учебнике(со страницы 301): Смотреть

Режим работы

ТН работает в режиме близко к холостому ходу, так как нагрузка на выходную катушку минимальная.

Цена трансформаторов напряжения

Цены сильно зависят от конструкции и класса напряжения:

Схемы подключения

Схемы соединений однофазных ТН:

Схемы соединений трёхфазных ТН:

Схемы и группы соединений обмоток трёхфазных трёхобмоточных трансформаторов с основной и дополнительной вторичными обмотками

Испытания на устойчивость к токам короткого замыкания

К первичным обмоткам трансформаторов подводят напряжение, равное 0,9-1,05 номинального, при разомкнутых вторичных обмотках. Затем одну из вторичных обмоток с помощью специального устройства закорачивают и выдерживают режим в течение 1 с. При этом напряжение на выводах первичной обмотки должно сохраняться в указанных пределах.

Видео

Видео про трансформатор напряжения ЗНОЛ.06-10.

Что такое коэффициент трансформации и как его найти

Одна из важнейших характеристик трансформатора — коэффициент трансформации. Он определяет параметры выходной обмотки. Поэтому необходимо знать, что такое коэффициент трансформации и как его можно определить.

Как трансформатор работает

Данное устройство позволяет увеличить или понизить параметры входного электротока (напряжения, сопротивления и т. п.). Трансформаторы энергию не преобразовывают, а лишь изменяют значение параметров электроцепи, то есть, масштабируют. При преобразовании сохраняется частота.

Работа трансформатора основана на электромагнитной индукции. Типовая конструкция такого прибора представляет собой замкнутую рамку из ферромагнитного материала, на которую намотан электрический провод от входной и выходной обмоток.

Использование переменного электротока приводит к тому, что внутри входной катушки образуется магнитное поле, которое по ферромагнитной рамке передается в выходную цепь. Под воздействием магнитного поля образуется напряжение или ток с необходимыми параметрами.

Каждая катушка трансформатора называется обмоткой, а рамка — сердечником. Обмотка, на которую поступает входное напряжение является первичной. Находящаяся в выходной цепи — вторичной. Существуют устройства не только с двумя, но и с тремя и большим количеством обмоток.

Величина ЭДС зависит от количества витков обмотки. Это выражается

Данная зависимость — это формула коэффициента трансформации трансформатора. Он чаще всего обозначается буквой «k». Для идеального трансформаторного устройства определяется как соотношение напряжений на обмотках.

Если учитываются потери в обмотках, то коэффициент находим по формуле:

Изменяя количество витков, можно менять соотношение напряжений. Если обмоток существует более двух, то коэффициент трансформации трансформатора тока рассчитывают отдельно для каждой рассматриваемой пары.

Суть коэффициента трансформации

С помощью трансформаторного устройства переменный ток преобразуют таким путем, чтобы обеспечить нужные параметры в выходной цепи. Получение необходимых характеристик обеспечивает правильное количество витков в обмотках трансформаторов тока (ТТ) или других типов. Если требуется подключить не одну, а большее количество различных нагрузок, то применяют устройство с соответствующим количеством вторичных трансформаторных обмоток.

Понятие коэффициента трансформации поясняется в ГОСТе, имеющем номер 17596-72. Здесь приведена формулировка, с помощью которой можно найти коэффициент в определенной ситуации. Она выглядит так:

Трансформаторные устройства с учетом коэффициента трансформации делят на две большие группы. Когда он превышает 1, то речь идёт о понижающих трансформаторах. Если же коэффициент меньше единицы, то устройство считается повышающим. Для определенного прибора коэффициент является постоянной величиной, ведь он обуславливается конструкционными особенностями.

Расчёт коэффициента

Коэффициент, используемый при трансформации, не указывается в паспортных данных трансформаторов тока. Из технических характеристик можно узнать лишь значения электротоков на обмотках. Поэтому необходимо понимать, как рассчитать коэффициент трансформации, оперируя подобными данными. Для этого используется формула:

Примером преобразования по току можно считать применение трансформатора в устройствах, с помощью которых осуществляется измерение характеристик мощных электроустановок. В данной ситуации электронапряжение на вторичной обмотке померить затруднительно. Поэтому используется следующая схема подключения трансформатора:

Нагрузку и первичную обмотку подключают последовательно. Расчет значения коэффициента трансформации выполняется по формуле:

Данное выражение показывает, что рассматриваемый коэффициент является обратной величиной к соотношению витков.

Если коэффициент трансформации определяется по электронапряжению, то используется другая схема:

Существует три способа как определить коэффициент трансформации:

Измерение электронапряжения вольтметром.
Применение моста переменного тока.
Использование паспортных данных.

Реальное значение коэффициента находят с помощью двух вольтметров. Его номинальное значение рассчитывают как соотношение напряжений, определенных в холостом режиме (указываются в техническом паспорте). Холостым называется режим работы трансформатора с разомкнутой вторичной цепью.

Проверяя трехфазный прибор, измерение проводят для тех двух обмоток, на которых присутствует ток КЗ с наименьшими показателями. Если часть выводов такого устройства закрывает кожух, то коэффициент находят для выводов, являющихся доступными для подсоединения измерительных приборов.

Коэффициент трансформации силового однофазного трансформатора несложно посчитать, разделив значение электронапряжения, присутствующего на первичной обмотке, на то значение, что получено с помощью вольтметра.

Если известно обозначение трансформатора, то коэффициент трансформации поможет узнать таблица, представленная в справочной литературе.

Коэффициент для трансформаторов тока определяют опытным путем: величину заданного электротока на первичной обмотке следует разделить на значение электротока, измеренного на вторичной обмотке. Значение коэффициента, определенного экспериментально, следует сравнить с тем, что указано в технической документации.

При наличии нескольких вторичных обмоток у трансформаторного устройства проведение измерений представляет опасность для человека. Перед их выполнением обязательно надо все вторичные обмотки закоротить. Требуется также заземлить магнитопровод, используя клемму, возле которой имеется обозначение «З».

Наилучшим способом определения коэффициента трансформации считается измерение величины электронапряжения между обмотками высокоточным вольтметром, а еще лучше — специальным универсальным измерителем. При использовании последнего отпадает необходимость в присоединении к трансформатору дополнительных источников питания.

Практическое применение

При пользовании электроэнергией часто бывает необходимо изменить переменное напряжение, поступаемое с генератора. Его можно масштабировать (понижать или повышать) практически без энергетических потерь. Это особенно важно при передаче электроэнергии на большие расстояния. Масштабирование выполняется с помощью трансформаторов.

Данные устройства широко используются в быту. Например, домашняя электросеть рассчитана на 220 В, а для зарядки телефона используется источник питания 6 В. Поэтому напряжение сети нужно понизить в 36.7 раз (220:6).

Во время передачи электроэнергии в квартиры и частные дома требуется учёт её количества. При этом нужно учитывать, что потребление в разных домохозяйствах различно. Точную величину можно определить с помощью измерительных приборов. Но если пропускать используемую жильцами электроэнергию непосредственно через счетчик, то это приведет к его поломке. Поэтому напряжение и ток преобразуют с помощью трансформатора.

Читайте также: