Kako izračunati omjer zavoja transformatora: formula, primjeri i savjeti za testiranje

Upravo ste primili seriju transformatora od dobavljača, a na natpisnoj pločici piše 230 V primarno, 12 V sekundarno. Prije nego što ih spojite u svoj proizvod, morate znati jedan broj: omjer zavoja. Ta pojedinačna vrijednost govori odgovara li broj namota dizajnu, hoće li jedinica proizvesti očekivani izlazni napon i isplati li se provesti cijeli testni niz.

Kratak odgovor, naveden unaprijed: omjer zavoja transformatora je a = N _p / N _s , zavoji primarnog namota podijeljeni sa zavojima sekundarnog namota, a bez opterećenja također je približno jednak V _p / V _s . Iz tog odnosa možete predvidjeti sekundarni napon, struju opterećenja, reflektiranu impedanciju i rezultat testa standardnog omjera zavoja.

Što znači omjer zavoja transformatora

Transformator prenosi električnu energiju između dva namota kroz zajedničku magnetsku jezgru. Primarni namot uspostavlja magnetski tok, a sekundarni namot u sebi inducira napon. Omjer broja zavoja na dva namota određuje koliko se napon mijenja između ulaza i izlaza.

U konvencionalnom transformatoru s dva namota:

N _p = broj zavoja na primarnom namotu
N _s = broj zavoja na sekundarnom namotu
a = N _p / N _s = omjer okretaja

ako a veći od 1, transformator snižava napon. ako a manji od 1, povećava napon. Ovo nije samo akademska definicija: to je prvi parametar koji inženjer uspoređuje s natpisnom pločicom kada transformator stigne na stol, a to je isti broj koji proizvođač zaključava tijekom projektiranja namota.

Primarni: 1000 okreta (83,3%)

Sekundarno: 200 zavoja (16,7%)

Primar od 1000 zavoja i sekundar od 200 zavoja daju omjer 5:1.

Formula omjera pretvarača i kako je koristiti

Formula standardnog omjera zavoja za idealni transformator ima tri ekvivalentna oblika:

a = N _p / N _s — definicija broja namota
a ≈ V _p / V _s — definicija napona, izmjerena bez opterećenja
a = ja _s / ja _p — trenutni odnos, koji se primjenjuje kada sekundar isporučuje struju

Za idealan transformator, sva tri proizvode istu vrijednost. Pravi transformator malo odstupa jer otpor namota i reaktancija curenja stvaraju unutarnje padove napona, tako da je omjer napona na terminalu točan samo bez opterećenja. U dobro izgrađenoj jedinici razlika je mala, ali je važna kada provodite ispitivanje prihvatljivosti ili uspoređujete mjerenja s natpisnom pločicom.

Tri ekvivalentna načina za izražavanje omjera zavoja, prikazana za transformator od 230 V / 46 V.
Definicija	Formula	Primjer vrijednosti
Okreti	a = N _p / N _s	1000 / 200 = 5,00
Napon	a = V _p / V _s	230 / 46 = 5,00
Trenutni	a = ja _s / ja _p	10 A / 2 A = 5,00

Metoda napona praktičan je prečac za izračunavanje omjera zavoja u radionici ili na terenu: primijenite poznati niski izmjenični napon na jedan namot, izmjerite napon otvorenog kruga na drugom namotu i podijelite dva očitanja. Nikada ne morate odmotati transformator da biste brojali zavoje. Omjer okreta također upravlja refleksijom impedancije: impedancija opterećenja Z _L na sekundarnom se pojavljuje kao a² × Z _L od primarnih terminala, zbog čega se audio i signalni transformatori oslanjaju na pažljivo postavljen omjer za usklađivanje impedancije.

Slika 1 — Sekundarni napon pada kako omjer zavoja raste (230 V primarni).

Primjer rada: silazni transformator od 230 V do 46 V

Pretpostavimo da na natpisnoj pločici transformatora stoji 230 V primarni, 46 V sekundarni. Omjer okreta je:

a = 230 / 46 = 5

To znači da primarni ima pet puta više zavoja nego sekundarni. Ako primarni ima 1000 zavoja, sekundar ima 200 zavoja. Odnos struje je obrnut: ako sekundar napaja opterećenje od 10 A, primarna struja je I _p = ja _s / a = 10 / 5 = 2 A .

Kada projektirate ili specificirate prilagođeni namot, korisniji izračun ide u drugom smjeru. Počevši od primara od 230 V s 1000 zavoja, svaki zavoj nosi oko 0,23 V. Za proizvodnju sekundara od 110 V potrebno vam je otprilike 110 / 0,23 ≈ 478 zavoja. Donja trakasta dijagrama prikazuje sekundarne zavoje potrebne za postizanje zajedničkih ciljnih napona s ovim primarnim. Kada navedete a prilagođeni transformator , dobavljač izvodi točno ovaj izračun tijekom pregleda dizajna kako bi potvrdio izlazni napon prije nego što se namota prvi prototip.

Slika 2 — Sekundarni zavoji potrebni za uobičajene izlazne napone (230 V primarni, 1000 zavoja).

Omjer zavoja u trofaznim transformatorima

U trofaznom transformatoru, omjer zavoja još uvijek je veličina po fazi: a = N _p / N _s = V _{faza, primarna} / V _{faza, sekundarna} . Pogreška koja uzrokuje najviše zabune je izravno korištenje vrijednosti napona međulinijski jer je linijski napon jednak faznom naponu samo u jednom od dva uobičajena spoja namota.

Koji napon umetnuti u formulu za omjer zavoja za svaki trofazni priključak.
Veza	Linijski napon naspram faznog napona	Upotreba u formuli omjera
Wye (zvijezda)	V _linija = √3 × V _faza	V _faza (faza-nula)
Delta	V _linija = V _faza	V _faza (faza-faza)

Na primjer, transformator s 10 kV primarom spojenim u zvjezdicu i sekundarom spojenim u trokut od 400 V ima fazni napon od 10.000 / √3 ≈ 5.774 V na primarnoj i 400 V na sekundarnoj. Omjer zavoja je 5,774 / 400 ≈ 14,43 , a ne 25, što biste dobili ako izravno usporedite mrežne napone.

Testiranje omjera okretaja u praksi

Prihvaćena tvornička i terenska metoda je ispitivanje omjera zavoja pomoću namjenskog mjerača omjera zavoja transformatora (TTR). Mjerač primjenjuje niski izmjenični napon na visokonaponski namot, mjeri inducirani napon na niskonaponskom namotu i izravno prikazuje omjer. Ispitivanje se provodi s otvorenim sekundarnim strujnim krugom tako da struja magnetiziranja ostane niska, a izmjereni omjer napona odražava pravi omjer zavoja.

Usporedite izmjerenu vrijednost s omjerom na natpisnoj pločici na istoj slavini. Za energetske i distribucijske transformatore, industrijski standardi kao što su IEC 60076-1 i IEEE C57.12.90 obično prihvaćaju odstupanje unutar 0,5% navedenog omjera. Ako je odstupanje veće, posumnjajte na kvar namota, pogrešan priključak slavine ili grešku na natpisnoj pločici. Proizvođači s dokumentiranom izlaznom kontrolom kvalitete, kao što je postupak inspekcije opisan na ovom proizvođaču o stranici , provjerite omjer okretaja na svakoj jedinici prije otpreme, pa dodajte istu provjeru na svoju dolaznu inspekcijsku listu.

Isključite transformator i odvojite ga od strujnog kruga.
Spojite TTR mjerač na visokonaponske i niskonaponske provodnike, poštujući oznake polariteta.
Postavite i potvrdite položaj slavine prije početka mjerenja.
Zabilježite omjer za svaku slavinu i za svaku fazu trofazne jedinice.

ako no TTR meter is available, you can apply a safe low voltage, for example 24 V AC, to the primary and measure the secondary voltage with a multimeter, then divide. The result will be close, but the accuracy depends on your voltmeter class and the insulation condition of the unit.

Uobičajene pogreške pri izračunavanju omjera okretaja

Korištenje mrežnog napona umjesto faznog napona. U trofaznom transformatoru, pretvorite linijski napon s natpisne pločice u stvarni napon namota prije dijeljenja.
Mjerenje pod opterećenjem. Omjer napona mijenja se sa strujom opterećenja zbog otpora namota i reaktancije curenja. Mjerite s otvorenim sekundarnim strujnim krugom.
Ignoriranje položaja slavine. Mjenjač slavine mijenja efektivne okretaje odvojnog namota, tako da omjer izmjeren na slavini 1 neće odgovarati vrijednosti s natpisne pločice za slavinu 5.
Preokret primarnog i sekundarnog. Konvencija o omjeru mora odgovarati vašoj primjeni: 5:1 silazni transformator spojen unatrag djeluje kao 1:5 jedinica za povećanje.
Vjerujući jednom čitanju. Mjerenje TTR-a pouzdano je samo kada je napon stabilan, očitanje se ustalilo i rezultat se uspoređuje s istom slavinom i fazom na natpisnoj pločici.

Često postavljana pitanja o omjeru okretaja

Je li omjer zavoja isti kao omjer napona?

Bez opterećenja, da. Omjer zavoja primara i sekundara jednak je omjeru induciranog napona primara i sekundara. Pod opterećenjem, omjer napona na terminalu neznatno se mijenja zbog pada unutarnje impedancije, zbog čega se ispitivanje omjera zavoja uvijek izvodi s otvorenim sekundarnim strujnim krugom.

Utječe li omjer zavoja na struju?

Da, u obrnutom odnosu. Sekundarna struja podijeljena s omjerom zavoja daje primarnu struju: I _p = ja _s / a. Transformator 5:1 koji napaja 10 A na sekundaru troši samo 2 A na primaru, zanemarujući gubitke.

Koja je prihvatljiva tolerancija omjera zavoja?

Za većinu energetskih i distribucijskih transformatora, IEC 60076-1 i IEEE C57.12.90 zahtijevaju da izmjereni omjer bude unutar 0,5% vrijednosti s natpisne pločice pri nazivnoj slavini. Manji upravljački i audio transformatori često koriste isto ograničenje, ovisno o specifikaciji kupca.

Mogu li izračunati omjer zavoja iz mjerenja induktiviteta?

Neizravno, da. Omjer induktivnosti primar-sekundar jednak je kvadratu omjera zavoja: L _p / L _s = a², pa je a = √(L _p / L _s ). Ovo funkcionira kao unakrsna provjera kada nije dostupan izvor napona, ali je manje točan jer induktivitet ovisi o propusnosti jezgre i zračnom rasporu.

Omjer zavoja je najkorisniji broj na pločici transformatora. Nakon što ga možete izračunati iz okretaja, napona ili struja, možete provjeriti dolazne jedinice, otkriti neispravne namote, naručiti zamjenu s točnim specifikacijama i dizajnirati prilagođene transformatore s povjerenjem. Neka formula bude jednostavna, mjerite bez opterećenja i uvijek navedite radite li s faznim ili linijskim naponom u trofaznoj opremi.