Transformační poměr: co to je, vzorce pro výpočet

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

Tento termín označuje úměrnost změny napětí na výstupu sekundárního vinutí, když je odpovídající zařízení připojeno ke zdroji energie. Transformační poměr určuje hlavní parametry transformátoru. Pro pracovní výpočty funkčních komponent a různé možnosti připojení zátěže se používají specializované algoritmy.

Struktura typického transformátoru

Co je transformační poměr

Podle klasické definice je transformační poměr transformátoru (Ktr) poměr napětí (Uout/Uin) bez zátěže. Režim bez zátěže znamená, že se nezohledňuje vliv připojených spotřebičů energie. Pro vyhodnocení kombinovaných zařízení s několika sekundárními vinutími se odpovídající počet poměrů uvažuje samostatně.

Pro vaši informaci. Při práci s třífázovými sítěmi je třeba zohlednit rozdíly mezi koeficientem napětí a elektromotorickou silou (EMF).

Vlastnosti transformátoru

Ve výše uvedeném schématu sériového produktu je funkčnost zajištěna dvěma indukčními cívkami upevněnými na kovovém jádru. Po připojení ke zdroji střídavého proudu se vytvoří elektromagnetické pole, které vytváří proud ve druhém vinutí podle základních zákonů elektrodynamiky. Ve zjednodušené verzi se zanedbávají náklady na energii na zvýšení teploty vodičů a ztráty způsobené vířivými proudy. Pro přibližný výpočet použijte vzorec:

Ktr = Uin/Uout = N1/N2, kde N je počet závitů v primárním a sekundárním vinutí.

Škálování napětí

Tento termín zdůrazňuje podstatu uvažovaného jevu. Ve skutečnosti v tomto případě nedochází k transformaci (přeměně) energie. Určitý parametr se mění ve směru zvyšování (snížení). Navzdory vzájemné propojenosti všech základních složek je samostatně uvažován pouze nejdůležitější ukazatel pro řešení určitého inženýrského problému (napětí, proud nebo elektrický odpor).

Pokud zapojíte transformátor podle schématu znázorněného na obrázku výše, lze vzorec pro transformační poměr určit takto:

Ktr = Uin/Uout = (E*N1 + I1*R1)/ (E*N2 + I2*R2),

kde:

• E je elektromotorická síla indukovaná v jednom závitu;
• I, R – proudy, aktivní elektrické odpory (hodnoty pro odpovídající vinutí).

Aktuální škálování

V tomto příkladu je primární vinutí připojeno ke zdroji napájení sériově přes malou zátěž (Ktr = I1/I2). Závislost proudů a počtu závitů:

V tomto výrazu je Ix proud naprázdno, který je způsoben výše uvedenými vířivými proudy a ztrátami v důsledku zvýšení teploty magnetického obvodu. Pro získání hodnoty transformačního poměru prostřednictvím počtu otáček (bez zohlednění souvisejících energetických nákladů) lze použít jednoduchou matematickou transformaci:

Odolnost proti usazování vodního kamene

V některých situacích bude funkčnost elektrického zařízení (jednotlivých jednotek) určena odporem připojené zátěže. Jasným příkladem je přizpůsobení typických nízkoimpedančních reproduktorů (6-8 Ohmů) výstupní cestě výkonového zesilovače audio rozsahu.

Při reprodukci svařovací technologie je v pracovní oblasti skutečně udržován zkratový režim. Pokud tato část není oddělena od zdroje napájení, síť bude vystavena nadměrnému zatížení. V této situaci je užitečný transformátor, který udržuje cestu přenosu elektřiny a zároveň plní nezbytné ochranné funkce.

V těchto příkladech je rovnováha obzvláště důležitá:

Tento výraz ukazuje označení výkonu:

• W1 – spotřeba;
• W2 – přenášeno na zátěž;
• Zp – ztráty.

Posloupnost elementárních transformací nám umožní získat následující výrazy, pomocí kterých budou vypočítány jednotlivé parametry:

• W1 = I1 * U1 = U12/Z1;
• W2 = I2 * U2 = U22/Z2;
• bez započítání ztrát: U12/Z1 = U22/Z2;
• Ktr (odporově) = U12/U22 = Z1/ Z2 = Ktr2 (napětím).

Pro vaši informaci. V těchto výrazech Z1 (Z2) představují zatěžovací odpory pro napájecí zdroj s připojeným transformátorem, respektive bez něj.

Závěrečné poznámky

Je třeba zdůraznit, že transformátor v žádném z výše uvedených příkladů nemění reprodukci pracovních procesů. Typ škálování bude určen zamýšleným účelem konkrétního obvodu. V závislosti na potřebě se koeficient transformátoru zohledňuje odpovídajícím parametrem (U, I nebo Z). Schopnost zvyšovat, snižovat nebo udržovat stejnou úroveň napětí je vysvětlena pouze počtem závitů.

Pro vaši informaci. Při výpočtu měřicích zařízení a v jiných situacích se pro zlepšení přesnosti zohledňují energetické ztráty, fázový posun elektrických parametrů a vliv vnějších faktorů.

Poměr transformátoru

Pro experimentální stanovení Ktr se používá několik voltmetrů. Doporučuje se používat identické přístroje se stejnou třídou přesnosti.

Měření transformačního poměru

Metodiky

Vzorec pro transformační poměr transformátoru

Zařízení v této kategorii nepřeměňují energii na různé typy. Transformátory mění elektrické parametry. Speciální koeficient (Ktr) označuje odpovídající násobitel. Když je výstupní napětí větší než vstupní napětí, Ktr se stává menším než jedna. Takový transformátor se bude nazývat zvyšující transformátor. V opačném případě (Ktr = 220/110 = 2>1) – snižující transformátor.

Typy transformátorů a jejich koeficienty

Pro změnu parametrů definovaných projektem se používají odpovídající schémata zapojení a výpočtové vzorce:

• Primární vinutí je připojeno ke zdroji napájení paralelně (měřítko napětí): Ktru = Uin/Uout = N1/N2;
• podobná metoda, ale s ohledem na změnu odporu: Ktrz = Uin2/Uout2 = Z1/ Z2 = Ktru2;
• sériové zapojení pro škálování síly proudu: Ktri = Iin/Iout = N2/N1 (pro zvýšení přesnosti je třeba přičíst energetické ztráty, které se určují v klidovém režimu).

Vlastnosti účtování obratů

Při zvažování jednotlivých konstrukcí je třeba si uvědomit několik důležitých detailů. Energie se přenáší pomocí elektromagnetického pole. Jádro vyrobené z feromagnetického materiálu zlepšuje rozložení siločar. Tím se snižují související ztráty. I v tomto případě však jednotlivé čáry procházejí vzduchem. Je nutné vzít v úvahu vzájemný vliv různých závitů. Hlavní užitečné funkce plní část pole vytvořená ve vnitřním prostoru magnetického obvodu.