Что называют коэффициентом трансформации трансформатора

Что такое коэффициент трансформации — от чего зависит и что показывает

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

Что такое коэффициент трансформации

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

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

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

Обе обмотки обладают незначительным сопротивлением и большой индуктивностью

От чего зависит величина электродвижущей силы

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

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

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

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

Классификация

ТР могут быть понижающими или повышающими.

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

Как определить коэффициент трансформации на видео

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

Источник

Как определить коэффициент трансформации трансформатора

Трансформатор – устройство, способное изменить рабочие величины тока. Однако действовать оно способно только в некоторых пределах. Этот диапазон и описывается коэффициентом трансформации.

Понятие коэффициента трансформации

Хотя трансформатор и называют преобразователем, на деле он не превращает характеристику в другую. Установка меняет значение какого-либо параметра цепи в сторону возрастания или уменьшения. Такое преобразование влияет и на остальные показатели тока, но по сравнению с «главным» они остаются вторичными.

В быту такие приборы встречаются очень часто. Например, чтобы зарядить телефонный аккумулятор, необходим источник питания в 6В. Однако в розетке напряжение достигает 220 единиц. Чтобы не сжечь телефон, нужно каким-то образом понизить напряжение в 36,7 раз. Это и делает «зарядка» – преобразователь, снижающий напряжение.

Коэффициент трансформации трансформатора – величина, описывающая масштабирующую или преобразовательскую силу устройства по отношению к какому-то параметру электроконтура: напряжению, силе тока, сопротивлению. В приведенном примере коэффициент трансформации «зарядки» равен 36,7.

Как определить параметр

Чтобы вычислить коэффициент преобразования, нужно представлять, как работает трансформатор. Центром устройства выступает сердечник из специального сплава и 2 катушки. Катушка – это обмотка из электроизоляционного провода. Различают первичную и вторичную катушку. Первичная подключается к источнику питания, а вторичная – к нагрузке, причем потребителей может быть несколько. Обе обмотки установлены на сердечник.

Полный оборот провода называется витком. Число витков в разных устройствах отличается. Их количество рассчитывается относительно напряжения. Например, если к трансформатору подключают несколько потребителей, число вторичных обмоток должно соответствовать числу нагрузок.

Зная число витков на первичной и вторичной обмотке, можно определить коэффициент трансформации. Формулы таковы:

Виды трансформаторов и коэффициенты

Коэффициент – величина постоянная, так как зависит не от характера передаваемого тока, а от конструкции установки. Однако для разных параметров величину рассчитывают по разным формулам.

Различают 3 категории оборудования:

Перед вычислением напряжения на катушках измеряют напряжение на холостом ходу — без подключения нагрузки. Показатели обычно указываются в паспорте трансформатора или в таблицах справочника.

Трансформатор тока

Преобразователь номинального тока включается в цепь последовательно с нагрузкой. Это означает, что ток в первичной обмотке будет равен току нагрузки. На вторичной катушке появляется напряжение, пропорциональное коэффициенту масштабирования. Здесь показатель рассчитывается с учетом тока холостого хода – он вызван намагничиванием.

Трансформаторы тока применяют при измерениях токов большой силы, которые оценивать напрямую опасно. Различают их по следующим параметрам:

Показатель преобразования тока в характеристиках обычно не указывается. Но его легко рассчитать, зная показатели тока на первичной и вторичной катушках.

Трансформатор тока нельзя включать без нагрузки.

Трансформатор напряжения

В быту это самый известный вариант. Подсоединяется параллельно нагрузке. В простейшем случае коэффициент преобразования здесь равен результату деления числа витков первичной обмотки на число витков вторичной. Соответственно, у понижающего варианта число витков на первой обмотке будет больше. Такой вариант называют силовым. У повышающего, наоборот, число оборотов на первичной обмотке будет больше, чем на вторичной.

Любой преобразователь напряжения обратим. Если подавать на вторичную обмотку переменное напряжение, его получают и на выходе первичной с тем же коэффициентом трансформации.

Трансформатор сопротивления

Преобразователь часто называют согласующим. Он компенсирует разницу в сопротивлении между источником и нагрузкой для точной передачи сигнала. Используется в каскадных электронных схемах. В таких цепях показатели напряжении и тока менее важны, а важным выступает согласование работы каскадов с разным сопротивлением.

Коэффициент рассчитывается по близкой формуле, то есть по числу витков на катушках, но корреляция здесь квадратичная – k=√Ri/Rn, где:

Такие преобразователи востребованы, например, в звуковых усилителях, где нагрузочное сопротивление собственно усилителя выше, чем у низкоомных динамиков. Другой вариант –высокочастотные устройства. Сварочные аппараты по большей части являются трансформаторами сопротивления, а не напряжения.

Автотрансформатор

Автотрансформатор – определение преобразователя напряжения. У него есть только одна обмотка, но зато как минимум 3 вывода. К одной паре выводов подсоединяют входное напряжение, а выходное снимают со свободного. Прибор так же может быть понижающим или повышающим.

Источник

Что такое 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.

Определение и формула коэффициента трансформации трансформатора

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:

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:

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.

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:

Источник

Коэффициент трансформации

Этим термином обозначают пропорциональность изменения напряжения на выходе вторичной обмотке при подключении соответствующего устройства к источнику питания. Коэффициент трансформации определяет основные параметры трансформатора. Для рабочих расчетов функциональных компонентов и различных вариантов подключения нагрузки применяют специализированные алгоритмы.

Что такое коэффициент трансформации

По классическому определению коэффициентом трансформации трансформатора (Ктр) называют отношение напряжений (Uвых/Uвх) при отсутствии нагрузки. Режим холостого хода подразумевает отсутствие учета влияния подключенных потребителей энергии. Для оценки комбинированных устройств с несколькими вторичными обмотками отдельно рассматривают соответствующее количество коэффициентов.

К сведению. При работе с трехфазными сетями следует учитывать различия между Ктр по напряжению и ЭДС.

Свойства трансформатора

В представленной выше схеме серийного изделия функциональность обеспечивают две катушки индукции, закрепленные на сердечнике из металла. При подключении к источнику питания переменного тока формируется электромагнитное поле, которое создает ток во второй обмотке по базовым законам электродинамики. В упрощенном варианте пренебрегают затратами энергии на повышение температуры проводников и потерями, которые обеспечивают вихревые токи. Для приблизительного расчета применяют формулу:

Ктр = Uвх/Uвых = N1/N2, где N – количество витков в первичной и вторичной обмотках, соответственно.

Масштабирование напряжения

Этот термин подчеркивает суть рассматриваемого явления. Фактически трансформация (преобразование) энергии в данном случае не происходит. Изменяется в сторону увеличения (уменьшения) определенный параметр. Несмотря на взаимную связь всех базовых компонентов, отдельно рассматривают только важнейший показатель для решения определенной инженерной задачи (напряжение, силу тока или электрическое сопротивление).

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

Ктр = Uвх/Uвых = (E*N1 + I1*R1)/ (E*N2 + I2*R2),

где:

Масштабирование силы тока

В этом примере первичную обмотку подключают к источнику питания последовательно через небольшую нагрузку (Ктр = I1/I2). Зависимость токов и количества витков:

В этом выражении Ix – ток холостого хода, который обусловлен отмеченными выше вихревыми явлениями и потерями на повышение температуры магнитопровода. Простым математическим преобразованием можно получить значение коэффициента трансформации через количество витков (без учета сопутствующих энергетических затрат):

Масштабирование сопротивления

В отдельных ситуациях функциональность электротехнического устройства (отдельных блоков) будет определять именно сопротивление подключаемой нагрузки. Наглядный пример – согласование типовых низкоомных динамиков (6-8 Ом) и выходного тракта усилителя мощности звукового диапазона.

При воспроизведении технологии сварки в рабочей области фактически поддерживается режим короткого замыкания. Если не отделить эту часть от источника питания, сеть будет подвергаться чрезмерным нагрузкам. В этой ситуации пригодится трансформатор, который сохраняет путь передачи электроэнергии с одновременным выполнением необходимых защитных функций.

Для этих примеров особое значение приобретает баланс:

В этом выражении приведены обозначения мощностей:

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

К сведению. В этих выражениях Z1 (Z2) – это сопротивления нагрузки для источника питания при подключенном трансформаторе или без него, соответственно.

Итоговые замечания

Следует подчеркнуть неизменность воспроизведения трансформатором рабочих процессов в любом из представленных выше примеров. Тип масштабирования будет определяться целевым назначением определенной схемы. В зависимости от необходимости учитывают коэффициент трансформатора по соответствующему параметру (U, I или Z). Способность повышать, понижать или поддерживать равный уровень напряжения объясняется только количеством витков.

К сведению. При расчете измерительной аппаратуры и в других ситуациях для повышения точности учитывают энергетические потери, фазовый сдвиг электрических параметров и влияние внешних факторов.

Коэффициент трансформации трансформатора

Чтобы определить Ктр опытным путем, применяют несколько вольтметров. Рекомендуется использовать однотипные приборы с одинаковым классом точности.

Методики

Формула коэффициента трансформации трансформатора

Устройства этой категории не преобразуют энергию в разные виды. Трансформаторы изменяют электрические параметры. Специальным коэффициентом (Ктр) обозначают соответствующий множитель. При выходном напряжении большем, чем входное, Ктр становиться меньше единицы. Такой трансформатор будет называться повышающим. В обратной ситуации (Ктр = 220/ 110 = 2>1) – понижающим.

Виды трансформаторов и их коэффициенты

Для изменения определенных проектом параметров применяют соответствующие схемы включения и расчетные формулы:

Особенность учета витков

При рассмотрении отдельных конструкций следует обратить внимание на несколько важных деталей. Энергия передается с помощью электромагнитного поля. Сердечник, созданный из ферромагнитного материала, улучшает распределение силовых линий. Это снижает сопутствующие потери. Однако и в этом случае отдельные линии проходят через воздушную среду. Приходится учитывать взаимное влияние разных витков. Основные полезные функции выполняет часть поля, сформированная во внутреннем пространстве магнитопровода.

Видео

Источник