Ako vypočítať pomer otáčok transformátora: Vzorec, príklady a tipy na testovanie

Práve ste dostali od dodávateľa dávku transformátorov a na typovom štítku je uvedené 230 V primárne, 12 V sekundárne. Predtým, ako ich zapojíte do svojho produktu, musíte poznať jedno číslo: pomer otáčok. Táto jediná hodnota vám povie, či počet vinutí zodpovedá dizajnu, či jednotka bude produkovať očakávané výstupné napätie a či stojí za to spustiť úplnú testovaciu sekvenciu.

Krátka odpoveď uvedená vpredu: pomer otáčok transformátora je a = N _p / N _s , závity primárneho vinutia delené závitmi sekundárneho vinutia a naprázdno sa tiež približne rovná V _p / V _s . Z tohto vzťahu môžete predpovedať sekundárne napätie, zaťažovací prúd, odrazenú impedanciu a výsledok testu štandardného pomeru závitov.

Čo znamená pomer otáčok transformátora

Transformátor prenáša elektrickú energiu medzi dvoma vinutiami cez spoločné magnetické jadro. Primárne vinutie vytvára magnetický tok a sekundárne vinutie má v sebe indukované napätie. Pomer počtu závitov na dvoch vinutiach určuje, ako veľmi sa mení napätie medzi vstupom a výstupom.

V bežnom transformátore s dvoma vinutiami:

N _p = počet závitov na primárnom vinutí
N _s = počet závitov na sekundárnom vinutí
a = N _p / N _s = pomer otáčok

Ak a je väčšia ako 1, transformátor zníži napätie. Ak a je menšia ako 1, zvyšuje napätie. Toto nie je len akademická definícia: je to prvý parameter, ktorý inžinier porovnáva s typovým štítkom, keď transformátor príde na stôl, a je to rovnaké číslo, ktoré výrobca zablokuje pri návrhu vinutia.

Primárne: 1 000 otáčok (83,3 %)

Sekundárne: 200 otáčok (16,7 %)

1000-otáčkový primárny a 200-otáčkový sekundárny dávajú pomer 5:1.

Vzorec pomeru otáčania a ako ho používať

Vzorec štandardného pomeru závitov pre ideálny transformátor má tri ekvivalentné formy:

a = N _p / N _s — definícia počtu vinutí
a ≈ V _p / V _s — definícia napätia meraná pri voľnobehu
a = ja _s / ja _p — aktuálny vzťah, ktorý platí, keď sekundárna časť dodáva prúd

Pre ideálny transformátor produkujú všetky tri rovnakú hodnotu. Skutočný transformátor sa mierne odchyľuje, pretože odpor vinutia a zvodová reaktancia vytvárajú vnútorné poklesy napätia, takže pomer terminálového napätia je presný iba pri voľnom zaťažení. V dobre postavenej jednotke je rozdiel malý, ale záleží na tom, keď vykonávate akceptačné testy alebo porovnávate merania s typovým štítkom.

Tri ekvivalentné spôsoby vyjadrenia pomeru závitov, znázornené pre transformátor 230 V / 46 V.
Definícia	Vzorec	Príklad hodnoty
Zákruty	a = N _p / N _s	1 000 / 200 = 5,00
Napätie	a = V _p / V _s	230/46 = 5,00
Aktuálne	a = ja _s / ja _p	10 A / 2 A = 5,00

Napäťová metóda je praktickou skratkou na výpočet pomeru závitov v dielni alebo v teréne: priveďte známe nízke striedavé napätie na jedno vinutie, zmerajte napätie naprázdno na druhom vinutí a rozdeľte tieto dve hodnoty. Aby ste mohli počítať otáčky, nikdy nebudete musieť odvíjať transformátor. Pomer otáčok tiež riadi odraz impedancie: záťažová impedancia Z _L na sekundárnom sa zobrazí ako a² × Z _L z primárnych svoriek, a preto sa audio a signálové transformátory spoliehajú na starostlivo nastavený pomer impedančného prispôsobenia.

Obr. 1 – Sekundárne napätie klesá so zvyšujúcim sa pomerom závitov (230 V primárne).

Pracovný príklad: Znižovací transformátor 230 V na 46 V

Predpokladajme, že na štítku transformátora je uvedené 230 V primárne, 46 V sekundárne. Pomer otáčok je:

a = 230/46 = 5

To znamená, že primárny má päťkrát viac závitov ako sekundárny. Ak má primár 1000 závitov, sekundárny má 200 závitov. Súčasný vzťah je opačný: ak sekundárny zdroj dodáva záťaž 10 A, primárny prúd je I _p = ja _s / a = 10/5 = 2 A .

Keď navrhujete alebo špecifikujete vlastné vinutie, užitočnejší výpočet prebieha v opačnom smere. Vychádzajúc z 230 V primárnej časti s 1 000 otáčkami, každá otáčka nesie približne 0,23 V. Na vytvorenie 110 V sekundárnej časti potrebujete zhruba 110 / 0,23 ≈ 478 otáčok. Stĺpcový graf nižšie zobrazuje sekundárne otáčky potrebné na dosiahnutie bežných cieľových napätí s týmto primárnym prvkom. Keď zadáte a vlastný transformátor , dodávateľ vykoná presne tento výpočet počas kontroly návrhu, aby potvrdil výstupné napätie pred navinutím prvého prototypu.

Obr. 2 – Sekundárne závity potrebné pre bežné výstupné napätia (230 V primárne, 1000 závitov).

Pomer otáčania v trojfázových transformátoroch

V trojfázovom transformátore je pomer závitov stále veľkosťou na jednu fázu: a = N _p / N _s = V _{fáza, primárna} / V _{fáza, sekundárna} . Chyba, ktorá spôsobuje najväčší zmätok, je priame použitie hodnôt medzifázového napätia, pretože sieťové napätie sa rovná fázovému napätiu iba v jednom z dvoch bežných spojení vinutia.

Aké napätie vložiť do vzorca pomeru závitov pre každé trojfázové pripojenie.
Pripojenie	Sieťové napätie vs. fázové napätie	Použite v pomerovom vzorci
Wye (hviezda)	V _riadok = √3 × V _fázy	V _fázy (z fázy na neutrál)
Delta	V _riadok = V _fázy	V _fázy (fáza-fáza)

Napríklad transformátor s 10 kV primárom zapojeným do hviezdy a 400 V do trojuholníka zapojeným sekundárnym má fázové napätie 10 000 / √3 ≈ 5 774 V na primárnej časti a 400 V na sekundárnej časti. Pomer otáčok je 5 774 / 400 ≈ 14,43 , nie 25, čo by ste dostali, keby ste priamo porovnávali sieťové napätia.

Testovanie pomeru otáčok v praxi

Akceptovanou továrenskou a prevádzkovou metódou je test pomeru otáčok pomocou špeciálneho merača pomeru otáčok transformátora (TTR). Merač aplikuje nízke striedavé napätie na vysokonapäťové vinutie, meria indukované napätie na nízkonapäťovom vinutí a priamo zobrazuje pomer. Test sa vykonáva so sekundárnym otvoreným obvodom tak, aby magnetizačný prúd zostal nízky a nameraný pomer napätia odrážal skutočný pomer závitov.

Porovnajte nameranú hodnotu s pomerom na typovom štítku pri rovnakej polohe kohútika. Pre napájacie a distribučné transformátory priemyselné normy ako IEC 60076-1 a IEEE C57.12.90 zvyčajne akceptujú odchýlku v rámci 0,5 % určeného pomeru. Ak je odchýlka väčšia, existuje podozrenie na poruchu vinutia, nesprávne pripojenie kohútika alebo chybu na typovom štítku. Výrobcovia s dokumentovanou výstupnou kontrolou kvality, ako je napríklad proces kontroly popísaný na dokumente tohto výrobcu o stránke , pred odoslaním overte pomer otáčok na každej jednotke, preto pridajte rovnakú kontrolu do svojho zoznamu došlých kontrol.

Odpojte transformátor od napätia a izolujte ho od obvodu.
Pripojte TTR meter k vysokonapäťovým a nízkonapäťovým priechodkám, rešpektujte značky polarity.
Pred spustením merania nastavte a potvrďte polohu kohútika.
Zaznamenajte pomer pre každý kohútik a pre každú fázu trojfázovej jednotky.

Ak 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.

Bežné chyby pri výpočte pomeru otáčok

Použitie sieťového napätia namiesto fázového napätia. V trojfázovom transformátore preveďte pred rozdelením sieťové napätie z typového štítku na skutočné napätie vinutia.
Meranie pri zaťažení. Pomer napätia sa mení so zaťažovacím prúdom v dôsledku odporu vinutia a zvodovej reaktancie. Merajte so sekundárnym otvoreným okruhom.
Ignorovanie polohy kohútika. Prepínač odbočiek mení efektívne otáčky vinutia s odbočkou, takže pomer nameraný na odbočke 1 sa nezhoduje s hodnotou na typovom štítku pre odbočku 5.
Reverzácia primárneho a sekundárneho. Konvencia pomeru sa musí zhodovať s vašou aplikáciou: znižovací transformátor 5:1 pripojený dozadu funguje ako zosilňovacia jednotka 1:5.
Dôverovať jedinému čítaniu. Meranie TTR je spoľahlivé iba vtedy, keď je napätie stabilné, hodnota sa ustálila a výsledok sa porovnáva s rovnakým odbočením a fázou na typovom štítku.

Často kladené otázky o pomere otáčok

Je pomer závitov rovnaký ako pomer napätia?

Pri žiadnej záťaži áno. Pomer primárnych a sekundárnych závitov sa rovná pomeru primárneho a sekundárneho indukovaného napätia. Pri zaťažení sa pomer terminálového napätia mierne mení v dôsledku poklesu vnútornej impedancie, a preto sa testovanie pomeru závitov vždy vykonáva so sekundárnym otvoreným obvodom.

Ovplyvňuje pomer závitov prúd?

Áno, v obrátenom pomere. Sekundárny prúd vydelený pomerom závitov dáva primárny prúd: I _p = ja _s / a. Transformátor 5:1 dodávajúci 10 A na sekundárnej strane odoberá iba 2 A na primárnej strane, pričom ignoruje straty.

Čo je prijateľná tolerancia pomeru otáčok?

Pre väčšinu výkonových a distribučných transformátorov IEC 60076-1 a IEEE C57.12.90 vyžadujú, aby bol nameraný pomer v rámci 0,5 % hodnoty na typovom štítku pri menovitej odbočke. Menšie riadiace a audio transformátory často používajú rovnaký limit, v závislosti od špecifikácie zákazníka.

Môžem vypočítať pomer závitov z meraní indukčnosti?

Nepriamo áno. Pomer primárnej a sekundárnej indukčnosti sa rovná druhej mocnine pomeru závitov: L _p / L _s = a², takže a = √(L _p / L _s ). Funguje to ako krížová kontrola, keď nie je k dispozícii zdroj napätia, ale je to menej presné, pretože indukčnosť závisí od priepustnosti jadra a vzduchovej medzery.

Pomer závitov je jediné najužitočnejšie číslo na typovom štítku transformátora. Akonáhle to dokážete vypočítať zo závitov, napätí alebo prúdov, môžete overiť prichádzajúce jednotky, odhaliť chybné vinutia, objednať náhrady so správnou špecifikáciou a s istotou navrhnúť vlastné transformátory. Udržujte vzorec jednoduchý, merajte naprázdno a vždy uveďte, či pracujete s fázovým alebo sieťovým napätím v trojfázovom zariadení.