Коэффициент трансформации

Трансформатор представляет собой одно,- или многообмоточную систему на общем магнитопроводе, связанные взаимоиндукцией и предназначенные для преобразования (трансформации) величины напряжения переменного тока без изменения частоты. Что такое коэффициент трансформации, и как определяется эта величина? Коэффициентом трансформации называется характеристика трансформатора, которая определяет его преобразовательные свойства. Данное свойство является основным и находится в общем случае отношением числа витков в обмотках.

Устройство трансформатора

Кроме преобразования, трансформаторы выполняют роль гальванической развязки входных и выходных цепей (исключение – автотрансформатор).

Свойства трансформатора

Большинство людей знакомо с трансформаторами только в том смысле, что они являются преобразователями переменного напряжения, повышающими или понижающими.

К сведению. На самом деле трансформатор не является преобразователем. Он масштабирует в определенных пределах электрические величины.

Соответственно, можно говорить о трансформаторах:

• напряжения;
• тока;
• сопротивления.

Трансформатор напряжения

Наиболее известное устройство. Включается параллельно нагрузке. Его задача состоит в изменении входного напряжения с заданным коэффициентом. Как определить этот коэффициент? В простейшем случае он численно равен отношению количества витков в обмотках. Говорят о понижающем трансформаторе, когда количество витков первичной (сетевой) обмотки меньше, чем у вторичной. Тогда на выходе напряжение также будет меньше. У повышающего, наоборот, количество витков вторичной (нагрузочной) обмотки превосходит количество первичной.

Включение трансформатора напряжения

Любой трансформатор напряжения обратим, то есть, подав на любую из вторичных обмоток переменное напряжение, получим его и на выходе первичной, с тем же коэффициентом преобразования (трансформации).

Определение коэффициента трансформации производится по формуле:

N=U1/U2.

Как уже говорилось, коэффициент трансформации определяется отношением количества витков. Это справедливо только для режимов холостого хода, когда сопротивления проводов обмоток не вносят потерь. Ток, который протекает в обмотках, создает на их сопротивлении падение напряжения, которое вычитается из ЭДС ненагруженного преобразователя. Таким образом, при увеличении нагрузки коэффициент трансформации падает. Аналогичная ситуация возникает для обмоток, выполненных проводами различного сечения.

У трансформатора может быть и одна обмотка. В таком случае он называется автотрансформатором. Обмотка в таком случае имеет как минимум три вывода. К одной из пары выводов подключается входное напряжение. Выходное напряжение снимается с одного из входных и оставшегося свободным. Автотрансформатор также может быть повышающим и понижающим.

Автотрансформатор

Трансформатор тока

Данное устройство более известно тем, кто занимается измерениями и обслуживанием мощных электрических установок. Измерение токов больших величин связано с определенными затруднениями, связанными с обеспечением безопасности и трудностями в изготовлении измерительных приборов для непосредственного измерения. Кроме измерений, сигналы с данных устройств используются системами защиты и сигнализации.

Включение трансформатора тока

Трансформатор тока подключается в цепь последовательно с нагрузкой. Соответственно, ток в первичной обмотке в точности равен току нагрузки. На вторичной обмотке получается напряжение, пропорциональное коэффициенту трансформации тока.

Коэффициент трансформации определяется таким же образом, как и для трансформаторов напряжения, но с поправкой на ток холостого хода, который вызван намагничиванием и потерями в магнитопроводе.

Данные устройства тока имеют специфические области применения, поэтому их строго классифицируют по нескольким критериям:

• По назначению бывают защитные, измерительные, лабораторные, промежуточные;
• По типу установки – внутренние, наружные, переносные, накладные, встроенные;
• По типу конструкции – одно,- и многовитковые или шинные;
• По типу изоляции – сухие, масляно-бумажные, с компаундной заливкой или газонаполненные;
• По рабочему напряжению. Для трансформаторов тока отечественного производства установлен ряд стандартных рабочих напряжений от 0.66 до 1150 кВ;
• По номинальному первичному току. Также существует диапазон градаций от 1 до 40000 А. Это основной показатель, по которому выбирается необходимый трансформатор тока;
• По номинальному вторичному току. Обычно 1 или 5 А, но в некоторых случаях может быть 2 или 2.5 А;
• По мощности вторичной нагрузки – от 1 до 120 ВА;
• По числу ступеней преобразования – одно,- и многоступенчатые.

Коэффициент трансформации трансформатора тока в характеристиках не указывается, но его легко определить самостоятельно, зная значения первичного и вторичного токов, указанных в технических характеристиках. Коэффициент трансформации тока равен их отношению:

N=I1/I2.

В отличие от аналогичных устройств, токовые трансформаторы нельзя включать без нагрузки, поскольку это приведет к выходу их из строя и появлению на выходных клеммах опасно высокой ЭДС.

Трансформатор сопротивления

Подобное устройство можно назвать еще согласующим трансформатором, так как его задача – согласовывать сопротивления источника и нагрузки для точной передачи сигнала в различных каскадах электронных схем. В данном случае не важны значения напряжений и токов в цепях, поскольку определяющим является согласованная работа каскадов с разными сопротивлениями, которые и трансформируют трансформатор сопротивления.

Включение согласующего трансформатора

Коэффициент трансформации трансформатора сопротивления также определяется отношением количества витков обмоток, но в отношении сопротивления нагрузки и источника используется квадратичная зависимость, формула такова:

Ri=N2·Rn.

Таким образом, если известны сопротивления нагрузки и источника, требуемый коэффициент трансформации находится из зависимости:

N=√Ri/Rn.

В дальнейшем найденный коэффициент трансформации используется для расчета обмоток.

Видео