Kurs-ufa.ru

В помощь Электрику
7 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое коэффициент трансформации

Как_опытным_путем_определить_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.


Устройство типового трансформатора

Устройство трансформаторов

Встречается полное непонимание принципов действия трансформатора. Почему малое количество витков выполняется толстым проводом, прочие вопросы – возникают у новичков. Начнем рассмотрением сердечников. Выполняются из ферромагнитных материалов. Чтобы внутри распространялось поле. Именно оно является причиной генерации вторичной обмоткой ЭДС. Майкл Фарадей изготовил сердечник опытного трансформатора (1831 год) из мягкой стали, ввиду выраженности свойств, сегодня поступают иначе:

  1. Электротехническая сталь содержит изрядную долю кремния (несколько %), значительно повышает удельное сопротивление материала. Жесткий сплав с долей углерода до 1%. Ферромагнитные свойства выражены нечетко, падают тепловые потери. В первую очередь – на вихревые токи Фуко. Наводятся переменным магнитным полем в железном сплаве, некоторых других материалах. При работе трансформатора резко растут потери с увеличением частоты, повышение удельного сопротивления подмешиванием кремния является эффективной мерой борьбы с указанным явлением. Потери перемагничивания снижаются применением жесткой стали. Марки Э42, 43, 320, 330, 340, 350, 360. Первая цифра указывает процентное содержание кремния (3 – порядка 4,8%), вторая – характеризует магнитные потери, конкретные значения приводятся ГОСТ (например, 3836), не являются определенными.
  2. Пермаллой представлен сплавом железо-никель. Характерной особенностью материала становится чрезвычайная высокая магнитная проницаемость. Поле внутри многократно усиливается. Пермаллой применяется в маломощных трансформаторах, где потери перемагничивания не могут быть большими по определению. Маркировка дополнена процентным содержанием металлов, Н указывает никель, Х — хром, С — кремний, А — алюминий.

До 60-х годов стоимость трансформаторов считалась по совокупности материалов, потери волновали мало. Но с 70-х цены на нефть выросли порядком, закономерно поднимая стоимость прочих энергоносителей. Ранее горячекатаную сталь заменили холоднокатаной (ГОСТ 21427.2), имеющую ориентированную структуру зерен. Закономерно повысилась магнитная проницаемость в продольном направлении. Саму сталь нарезают пластинами сообразно этому факту, одновременно блокируется возникновение вихревых токов. Процесс называется шихтованием, слои отделяются друг от друга пленкой лака.

Формула коэффициента трансформации

Технология литья стали, внесение новых свойств являются определяющими. Отвечают наравне с активным сопротивлением меди за возникающие потери, закономерно определяющие КПД устройства. Зависит от параметров сердечника, коэффициента трансформации, магнитный поток несет некоторые потери, ослабляется. Этот факт в полной мере замалчивается в формуле, которую видим на рисунке. Где R1 и R2 – потери в активном сопротивлении меди, факт перемагничивания сердечника замалчивается.

Попутно проанализируем формулу. Видно: активные потери входят таким образом, что коэффициент трансформации повышается. Казалось бы, если требуется понизить напряжение, только на руку, на деле энергия потребляется источником питания, приходится оплатить расход. Вот почему активные потери медных обмоток стремятся сделать нулевыми. Не распространяется без затухания поле, совершенно не учитывается формулой. Чтобы улучшить характеристики трансформатора, приходится выбирать электротехнический сплав.

Другая сторона монеты: активные потери уменьшим, снизив число витков. Требуется повысить магнитную индукцию поля, что требует создания совершенно особых сталей. Другим путем решения проблемы стало использование толстого провода, резко усложняя технологию намотки, одновременно существенно повышая стоимость, габариты изделия. Затем, на высоких частотах эффективность метода снижает скин-эффект, большое сечение создает пространство возникновению вихревых токов. Частично снимает проблему применение транспонированного провода, физически состоящего из большого числа изолированных друг от друга тонких жил (иногда полос). Изоляция эпоксидной смолой после отвердевания придает проводникам прочность.

Читать еще:  Что такое ноль и фаза в электрике

Касательно трансформаторной стали к решению проблемы потерь (появлению возможности работать с большой индукцией) идут тремя путями:

  • Улучшение ориентации доменов (процесс производства).
  • Уменьшение толщины листов (сегодня – до 0,27 мм, более тонкая сталь редка).
  • Поверхностная обработка стали.

Отдельной строкой идут акустические потери (трансформаторы гудят), если общий урон удается снизить, упомянутый аспект остался на уровне середины прошлого века. В общем смысле вихревые токи, магнитный гистерезис вносят теперь равные доли. По этой причине технологи бьются за снижение толщины листов, формируя повышение чувствительности к механическим воздействиям, деформациям.

Виды электросчетчиков

Каждый хозяин, прежде чем совершить покупку оборудования для контроля расхода электроэнергии, должен понимать, что работа такого устройства будет зависеть от принципа действия. Именно принцип действия счетчиков электроэнергии разделяет их на два основных вида: электронные и индукционные. Электронные электрические счетчики всегда основываются на том, что проводят прямое измерение силы тока и напряжения на силовой линии, проходящей через систему. Шкала такого типа оборудования представляет собой электронный тип циферблата, а также имеет уникальную возможность сохранять значения потребленной электроэнергии во встроенной памяти.

В данном типе счетчика электроэнергии отсутствует механика, а сам ток будет проходить через микросхемы и полупроводники напрямую. К преимуществам данного типа оборудования относят его небольшой размер и вес, удобство в подключении, благодаря разнообразию производимых моделей. Электронные счетчики электроэнергии могут производиться специально для ведения одно- или двухтарифного учета. Их можно устанавливать в специальную автоматизированную систему для коммерческого учета потребляемого электричества.

Несмотря на то, что у данных приборов более широкий ассортимент функционала, чем у другого типа, его интерфейс достаточно простой и понятный. Благодаря цифровым значениям на шкале хозяева получают возможность точно считывать необходимую информацию с электронного счетчика. Данный вид считывающего оборудования имеет меньший гарантийный срок, поскольку он не так надежен как индукционный тип.

Индукционные электрические счетчики являются на текущий момент самыми распространенными. Они представляют собой механическую конструкцию, в которой установлено две специальные катушки – для тока и напряжения. Когда работает этот счетчик, то образовывается магнитное поле, которое и приводит эти катушки в движение. Диски, в свою очередь, начинают двигать шкалу со значениями на циферблате, что в результате выводит объем потребляемой электроэнергии.

Скорость работы системы будет напрямую зависеть от уровня напряжения в электрической сети. Чем больше будет значение мощности, чем выше будет и скорость оборота диска. При подсчете индукционный вид счетчиков энергоснабжения имеет погрешности при подсчете. Для того чтобы повысить класс точности показаний, потребуется дорогостоящая трата. Средний срок службы для такого оборудования обычно составляет около 15 лет.

Во время приобретения можно ознакомиться с техническим паспортом определенной модели электрического счетчика, чтобы узнать обо всех характеристиках и параметрах оборудования, которыми оно обладает. Это позволит подобрать оптимальный образец для вашего дома. Коэффициент трансформации электрического считывающего устройства напрямую не относится к самой конструкции, а является промежуточным показателем, которые преимущественно зависит от трансформатора.

Формула для определения коэффициента трансформации

Из соотношения видно, как отличаются входные показания напряжения и тока от выходных. При значениях больше единицы, проводятся мероприятия по снижению напряжения, при меньших, наоборот — повышают с помощью специальных устройств. Данные коэффициенты различаются для показания напряжения и тока. Формула расчета:

  • U1 и U2 – показания напряжения на 1 и 2 обмотке;
  • N1 и N2 – число витков первичной и вторичной обмотки;
  • I2 и I1 – сила тока в первичной и вторичной обмотке.
Читать еще:  Шаговое напряжение что это такое

Чаще всего данные показатели указаны в документах оборудования и приборов. Если документов нет, то все показатели можно определить по условным знакам на корпусах устройств. Возникает проблема, когда нужно произвести расчет КТ по экспериментальным данным. Для этого электричество пропускают через первичную обмотку электроприбора и замыкают на вторичной, а затем измеряют ток во вторичной обмотке.

Как определить коэффициент трансформации?

Часто бывает так, что на приобретенном трансформаторе, невозможно найти нужной информации, в частности данных, об уровне преобразования, подаваемого на него напряжения. Эта информация важна для выбора прибора учета электроэнергии. Обладая данными о коэффициенте трансформации используемого оборудования, можно понять, во сколько раз снижена электрическая нагрузка. Узнать эти показатели, можно проведя определенные расчеты.

Для этого, вам понадобиться выяснить уровень напряжения на вторичной обмотке. Далее цифры показателей тока, на первичной обмотке, делят на полученное значение (данные на вторичной обмотке). Таким образом, вы узнаете нужный вам коэффициент, для прибора учета электроэнергии.

Расчетный коэффициент учета, что это такое?

Для уточнения реального уровня электропотребления, необходимо снять показания с вашего прибора учета электроэнергии и умножить его на коэффициент трансформации трансформатора (то есть в 30,40 или 60 раз). Это будет выглядеть приблизительно следующим образом. На циферблате установленного у вас счетчика учета электроэнергии, показана цифра 60 кВт*ч. В доме используется трансформатор, понижающий напряжение в 20 раз (это коэффициент). Умножаем обе цифры (60*20=1200кВт*ч) . Получившаяся цифра и есть реальный расход электроэнергии.

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.

Читать еще:  Пускатель для электродвигателя 380 вольт

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.

Методы расчета коэффициент трансформации

Для проведения испытаний вам понадобится вольтметр. С помощью этого прибора можно убедиться в том, что соотношение количества витков соответствует техническим стандартам. Для этого необходимо измерить коэффициенты на холостом ходу. Эти проверки также позволяют определить полярности и возможные повреждения трансформатора.

Существует 3 метода определения коэффициента трансформации:

  • технические документы от производителя;
  • мост переменного тока;
  • последовательные измерения вольтметром.

Классический метод измерений предполагает использование двух вольтметров. Номинальный коэффициент определяется путем деления показателей напряжения, которые фиксируются на холостом ходу.

При работе с новым прибором эти данные можно посмотреть в техническом паспорте производителя. При проверке трехфазных трансформаторов измерения проводятся одновременно для одной и другой обмотки.

Встречаются ситуации, при которых прибор имеет скрытые выводы. В таком случае измерения проводятся только в том месте, в котором провода соединяются с устройством и не находятся под кожухом. Они находятся снаружи, поэтому доступны для проведения проверки. При работе с устройством одной фазы задача упрощается. Для исследования понадобятся значения двух вольтметров, расположенных в разных концах обмотки. Такая схема учитывает подключенную нагрузку цепи №2.

Наиболее современный способ определения коэффициентов позволит быстро получить показатели должного уровня точности. Универсальные приборы не требуют подведения к трансформатору каких-либо источников напряжения. Данным методом пользуются профессиональные электрики. При наличии специальных приборов с такой задачей справится и неподготовленный человек.

При анализе токов трансформатора создается цепь, в которой величина тока от 20 до 100 процентов пропускается по обмотке первичного типа. При этом должно и измеряться ответвление – вторичный ток.

Стоит быть предельно осторожными при работе с трансформаторами, имеющими несколько обмоток вторичного типа. Такие устройства могут быть опасными. Вторичные обмотки в таком случае изолируются с целью предотвращения возникновения риска для жизни и рабочего оборудования.

Некоторые типы трансформаторов требуют заземления. Для работы с ними требуется найти в корпусе найти клемму со специальным обозначением «З» (то есть, заземление).

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

  • первичная обмотка подсоединена к источнику питания параллельно (масштабирование по напряжению): Ктрu = Uвх/Uвых = N1/N2;
  • аналогичный способ, но с учетом изменения сопротивления: Ктрz = Uвх2/Uвых2 = Z1/ Z2 = Ктрu2;
  • последовательное подключение для масштабирования силы тока: Ктрi = Iвх/Iвых = N2/N1 (для повышения точности следует добавить энергетические потери, которые определяют в режиме холостого хода).

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.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector