Jaký je transformační poměr transformátoru a jak se určuje?

Jednou z nejdůležitějších vlastností transformátoru je jeho transformační poměr. Určuje parametry výstupního vinutí. Proto je nutné vědět, co je to transformační poměr a jak jej lze určit.

Jak funguje transformátor?

Toto zařízení umožňuje zvýšit nebo snížit parametry vstupního elektrického proudu (napětí, odpor atd.). Transformátory nepřeměňují energii, ale pouze mění hodnotu parametrů elektrického obvodu, tedy měřítko. Při převodu je frekvence zachována.

Provoz transformátoru je založen na elektromagnetické indukci. Typickou konstrukcí takového zařízení je uzavřený rám z feromagnetického materiálu, na který je navinut elektrický vodič ze vstupního a výstupního vinutí.

Použití střídavého elektrického proudu vede k vytvoření magnetického pole uvnitř vstupní cívky, které je přenášeno přes feromagnetický rám do výstupního obvodu. Pod vlivem magnetického pole vzniká napětí nebo proud s potřebnými parametry.

Každá cívka transformátoru se nazývá vinutí a rám se nazývá jádro. Vinutí, do kterého je přiváděno vstupní napětí, je primární. Nachází se ve výstupním obvodu – sekundární. Existují zařízení nejen se dvěma, ale také se třemi a více vinutími.

Velikost EMF závisí na počtu závitů vinutí. Toto je vyjádřeno

Tato závislost je vzorcem pro transformační poměr transformátoru. Nejčastěji se označuje písmenem „k“. Pro ideální transformátorové zařízení je definován jako poměr napětí na vinutích.

Pokud se vezmou v úvahu ztráty ve vinutí, koeficient se zjistí pomocí vzorce:

Změnou počtu závitů můžete změnit poměr napětí. Pokud existuje více než dvě vinutí, pak se transformační poměr proudového transformátoru vypočítá samostatně pro každý uvažovaný pár.

Podstata transformačního poměru

Pomocí transformátorového zařízení se střídavý proud převádí takovým způsobem, aby poskytoval požadované parametry ve výstupním obvodu. Získání požadovaných charakteristik zajišťuje správný počet závitů ve vinutí proudových transformátorů (CT) nebo jiných typů. Pokud potřebujete připojit ne jednu, ale větší počet různých zátěží, použijte zařízení s příslušným počtem sekundárních vinutí transformátoru.

Koncept transformačního poměru je vysvětlen v GOST číslo 17596-72. Zde je formulace, kterou lze použít k nalezení koeficientu v určité situaci. Vypadá to takto:

Transformátorová zařízení, s přihlédnutím k transformačnímu poměru, jsou rozdělena do dvou velkých skupin. Když překročí 1, pak mluvíme o snižujících transformátorech. Pokud je koeficient menší než jedna, pak se zařízení považuje za booster. Pro určité zařízení je koeficient konstantní hodnotou, protože je určen konstrukčními prvky.

Výpočet koeficientu

Koeficient použitý při transformaci není uveden ve jmenovitých datech proudových transformátorů. Z technických charakteristik můžete zjistit pouze hodnoty elektrických proudů na vinutí. Proto je nutné pochopit, jak vypočítat transformační poměr pomocí takových dat. Vzorec použitý k tomu je:

Příkladem převodu proudu je použití transformátoru v zařízeních, která měří charakteristiky výkonných elektrických instalací. V této situaci je obtížné měřit elektrické napětí na sekundárním vinutí. Proto se používá následující schéma zapojení transformátoru:

Zátěž a primární vinutí jsou zapojeny do série. Hodnota transformačního poměru se vypočítá pomocí vzorce:

Tento výraz ukazuje, že uvažovaný koeficient je převrácená hodnota poměru otáček.

Pokud je transformační poměr určen elektrickým napětím, použije se jiné schéma:

Existují tři způsoby, jak určit transformační poměr:

• Měření elektrického napětí voltmetrem.
• Aplikace AC můstku.
• Použití údajů z pasu.

Skutečná hodnota koeficientu se zjistí pomocí dvou voltmetrů. Jeho jmenovitá hodnota se vypočítá jako poměr napětí zjištěných v klidovém stavu (uvedených v technickém listu). Idle je provozní režim transformátoru s otevřeným sekundárním okruhem.

Při kontrole třífázového zařízení se měření provádí pro ta dvě vinutí, na kterých je zkratový proud s nejnižšími hodnotami. Pokud je část svorek takového zařízení zakryta pouzdrem, pak se koeficient zjistí pro svorky, které jsou přístupné pro připojení měřicích přístrojů.

Transformační poměr jednofázového výkonového transformátoru lze snadno vypočítat vydělením hodnoty elektrického napětí přítomného na primárním vinutí hodnotou získanou pomocí voltmetru.

Pokud znáte označení transformátoru, pak vám tabulka uvedená v referenční literatuře pomůže zjistit transformační poměr.

Koeficient pro proudové transformátory se určuje empiricky: hodnota zadaného elektrického proudu na primárním vinutí se vydělí hodnotou elektrického proudu naměřeného na sekundárním vinutí. Experimentálně zjištěná hodnota koeficientu by měla být porovnána s tím, co je uvedeno v technické dokumentaci.

Pokud je v transformátorovém zařízení několik sekundárních vinutí, měření představuje nebezpečí pro člověka. Před jejich provedením je bezpodmínečně nutné zkratovat všechna sekundární vinutí. Rovněž je nutné uzemnit magnetický obvod pomocí svorky označené „Z“.

Transformační poměr nejlépe určíte změřením elektrického napětí mezi vinutími velmi přesným voltmetrem, nebo ještě lépe speciálním univerzálním měřičem. Při použití posledně jmenovaného není potřeba k transformátoru připojovat další napájecí zdroje.

Praktická aplikace

Při použití elektřiny je často nutné měnit střídavé napětí dodávané z generátoru. Lze jej zmenšit (dolů nebo nahoru) prakticky bez ztráty energie. To je důležité zejména při přenosu elektřiny na velké vzdálenosti. Měřítko se provádí pomocí transformátorů.

Tato zařízení jsou široce používána v každodenním životě. Například domácí elektrická síť je dimenzována na 220 V a k nabíjení telefonu je použit 6V zdroj, proto je nutné napětí sítě snížit 36.7krát (220:6).

Při přenosu elektřiny do bytů a soukromých domů je třeba vzít v úvahu její množství. Je třeba vzít v úvahu, že spotřeba se v různých domácnostech liší. Přesnou hodnotu lze určit pomocí měřicích přístrojů. Pokud však elektřinu používanou obyvateli propustíte přímo přes měřič, povede to k jeho poruše. Proto se napětí a proud převádějí pomocí transformátoru.

Související videa

Transformační poměr je jedním z klíčových parametrů každého transformátoru. Správný provoz celé elektrické sítě závisí na její hodnotě a stabilitě. Pojďme se blíže podívat na to, co to je a proč je to tak důležité.

Stanovení transformačního poměru

V souladu s GOST 16110-82 je transformační poměr poměrem napětí na svorkách dvou vinutí transformátoru v režimu bez zatížení. V podstatě se jedná o indikátor toho, jak se mění parametry elektrického obvodu, když prochází transformátorem.

U napěťových transformátorů je transformační poměr vyjádřen poměrem primárního (vstupního) a sekundárního (výstupního) napětí:

A pro proudové transformátory – poměr primárního a sekundárního proudu:

Transformační poměr ukazuje, kolikrát se změní napětí nebo proud při průchodu transformátorem.

Jinými slovy, tento koeficient charakterizuje schopnost transformátoru škálovat elektrické parametry sítě.

Přiřazení transformačního poměru

Znalost transformačního poměru je důležitá z několika důvodů:

• Umožňuje vyhodnotit správnou činnost transformátoru a nepřítomnost vnitřních poruch;
• Používá se při výběru a výpočtu parametrů transformátoru pro konkrétní síť;
• Ovlivňuje vlastnosti celého obvodu, ke kterému je transformátor připojen.

Podle hodnoty koeficientu můžete také určit poměr počtu závitů vinutí transformátoru. A pravidelná měření pomáhají identifikovat možné problémy.

Metody měření

Existuje několik způsobů, jak určit transformační poměr:

1. Klasická metoda dvou voltmetrů;
2. Použití AC můstku;
3. Moderní digitální měřiče.

Zvažte je podrobněji.

Metoda dvou voltmetrů

Toto je nejběžnější metoda. Jeho podstata je následující:

1. Napětí je přivedeno na jedno z vinutí transformátoru;
2. Voltmetr 1 měří použité napětí;
3. Voltmetr 2 současně měří napětí na druhém vinutí;
4. Transformační poměr se vypočítá jako poměr odečtů přístroje.

Údaje voltmetru 1 (primární napětí)	U1
Údaje voltmetru 2 (sekundární napětí)	U2

Hlavní výhodou této metody je její jednoduchost. Hlavní nevýhodou je chyba vlivem odporu připojovacích vodičů.

AC most

Tato metoda poskytuje vysokou přesnost, ale vyžaduje speciální, drahé vybavení. Princip činnosti je založen na měření parametrů elektrického mostu, k jehož jednomu ramenu je připojen transformátor.

Oproti dvouvoltmetrové metodě nedochází k ovlivnění odporu připojovacího vodiče. Ale použití AC můstku vyžaduje vysoce kvalifikované specialisty.

Moderní digitální komplexy

Taková zařízení umožňují plně automatizovat měření transformačního poměru. Jsou založeny na dvouvoltmetrové metodě, ale realizované v kompaktní digitální jednotce.

Výhody moderních komplexů:

• Jednoduchost a snadné použití;
• Vysoká přesnost měření;
• Automatický výpočet koeficientů;
• Další diagnostické funkce.

Takové digitální měřiče mohou také určit polaritu vinutí, proud pole a další parametry.

Normální a přijatelné hodnoty

Transformační poměr se může v určitých mezích měnit. Uvažujme rozsahy normálních a přijatelných hodnot.

Pro transformátory s výkonem nad 1000 kVA je normální transformační poměr 0,9-1 jmenovité hodnoty. Odchylky do ±5 % jsou přijatelné.

Pro transformátory s výkonem do 1000 kVA je normální rozsah 0,95-1,05 jmenovité hodnoty. A maximální odchylky mohou dosáhnout ±10 %.

Pokud je naměřená hodnota mimo přijatelné limity, může to znamenat vnitřní poškození transformátoru nebo nepravidelnosti ve vinutí a vyžaduje hloubkovou diagnostiku.

Odstraňování problémů

Důvody odchylek v redukčním poměru mohou být různé. Podívejme se na ty nejtypičtější:

• Přestávka vinutí. Přerušení části závitů ve vinutí vede ke snížení indukčnosti a v důsledku toho k podhodnocení transformačního poměru. Pokud je jedno z vinutí zcela přerušeno, bude mít obecně tendenci k nule.
• Zkrat mezi zatáčkami. Zkrat mezi sousedními závity zvyšuje ztráty ve vinutí a může také způsobit snížení transformačního poměru.
• Porušení kontaktu. Špatný kontakt v místech, kde jsou sekundární obvody (vodiče) připojeny k vinutí transformátoru, zvyšuje přechodový odpor. To také ovlivňuje přesnost koeficientu.

Odchylky od normy tedy mohou naznačovat různé vady transformátoru.

Vliv na provoz systému

Nesprávný nebo nestabilní transformační poměr může mít významný dopad na provoz elektrických zařízení a systémů:

• Porušení odečtů měřicích přístrojů a ochrany relé;
• Nesprávné fungování automatizačních a řídicích systémů;
• Přetížení a výpadek síťových prvků.

Stabilita transformačního poměru je proto rozhodující pro normální provoz celého energetického zařízení.

Poskytnutí požadovaných parametrů

Jak v praxi zajistit normální hodnotu a stabilitu transformačního poměru?

Za prvé, potřebujete kompetentní výběr samotného transformátoru s nezbytnými vlastnostmi pro konkrétní úkoly.

Za druhé jsou důležité kvalitní instalační práce, připojení a uzemnění.

A konečně je nutné pravidelné měření koeficientu za provozu a včasná oprava nebo výměna transformátoru při zjištění závad.

Typické otázky k tématu

Podívejme se na nejčastější otázky související s transformačním poměrem:

• Proč potřebujete znát transformační poměr? Tento parametr je nezbytný pro správný výběr a provoz transformátoru a také pro výpočty elektrické sítě. Kromě toho analýza koeficientu umožňuje rychle identifikovat možné poruchy.
• Jak zjistit poměr transformátoru? Hodnota koeficientu je uvedena v technické dokumentaci k transformátoru. Lze jej ale měřit i pomocí speciálních přístrojů za provozu.
• Jaký poměr je považován za normální? Pro různé typy transformátorů jsou přípustné odchylky koeficientů v rozmezí 5-10 % jmenovité hodnoty. Větší nesrovnalosti mohou naznačovat problém.
• Co dělat, když je koeficient mimo přijatelné meze? V tomto případě musíte diagnostikovat a odstranit problémy s transformátorem. V případě potřeby se transformátor opraví nebo vymění za nový.
• Jak zlepšit přesnost měření koeficientů? Pro zvýšení přesnosti se doporučuje používat moderní digitální systémy. Kromě toho stojí za to věnovat pozornost kvalitní instalaci sekundárních okruhů.

Historické informace

První výzkumy v oblasti transformátorů se datují do let 1830-1850. Vědci Henry, Page, Ruhmkorf studovali fenomén elektromagnetické indukce a navrhli nejjednodušší transformátorová zařízení.

Transformátory našly praktické využití až na konci 19. století díky vynálezům Thomsona a dalších inženýrů. Tehdy se zrodily metody pro stanovení transformačního poměru vinutí.

Zábavná fakta

Mnoho lidí neví, ale transformátory mají široké využití nejen v elektrotechnice, ale i v jiných oborech. Například:

• V akustice – koordinovat zvukové systémy s reproduktory;
• V mikrovlnných zařízeních – pro přizpůsobení vlnové impedance;
• I ve vaření existují těstové transformátory – zařízení na hnětení těsta s nastavitelnou rychlostí!