коефіцієнт трансформації

1. Масштабування напруги [ правити | правити код ]
2. Масштабування сили струму [ правити | правити код ]
3. Масштабування опору [ правити | правити код ]
4. Підсумкові зауваження [ правити | правити код ]
5. Особливість обліку витків [ правити | правити код ]

коефіцієнт трансформації трансформатора - це величина, що виражає масштабується (перетворювальну) характеристику трансформатора щодо якого-небудь параметра електричного кола (напруги, сили струму, опору і т. Д.). [ Джерело не вказано 865 днів ]

для силових трансформаторів ГОСТ 16110-82 визначає коефіцієнт трансформації як «відношення напруг на затискачах двох обмоток в режимі холостого ходу »І« приймається рівним відношенню чисел їх витоків » [1] : П. 9.1.7.

Термін «масштабування» використовується в описі замість терміна «перетворення» з метою акцентувати увагу на тому, що трансформатора не перетворюють один вид енергії в інший, і навіть не один з параметрів електричної мережі в інший параметр (як іноді звикли говорити про перетворення, наприклад, напруги в струм знижувальними трансформаторами). Перетворення - це всього лише зміна значення будь-якого з параметрів ланцюга в бік збільшення або зменшення. І хоча такі перетворення зачіпають практично всі параметри електричного кола, прийнято виділяти з них самий «головний» і з ним пов'язувати термін коефіцієнта трансформації. Це виділення обґрунтовується функціональним призначенням трансформатора, схемою включення до живильної стороні і т. Д.

Масштабування напруги [ правити | правити код ]

Для трансформаторів з паралельним підключенням первинної обмотки до джерела енергії цікавить, як правило, масштабування відносно напруги, а значить, коефіцієнт трансформації n виражає відношення первинного (вхідного) і вторинного (вихідного) напруг:

n = U 1 U 2 = ε ⋅ W 1 + I 1 ⋅ R 1 ε ⋅ W 2 - I 2 ⋅ R 2 {\ displaystyle n = {\ frac {U_ {1}} {U_ {2}}} = { \ frac {\ varepsilon \ cdot W_ {1} + I_ {1} \ cdot R_ {1}} {\ varepsilon \ cdot W_ {2} -I_ {2} \ cdot R_ {2}}}} ,

де

Якщо знехтувати втратами в обмотках, тобто R 1 {\ displaystyle R_ {1}} , R 2 {\ displaystyle R_ {2}} вважати рівними нулю, то

n = U 1 U 2 = W 1 W 2 {\ displaystyle n = {\ frac {U_ {1}} {U_ {2}}} = {\ frac {W_ {1}} {W_ {2}}}} .

Такі трансформатори ще називають трансформаторами напруги .

Масштабування сили струму [ правити | правити код ]

Для трансформаторів з послідовним підключенням первинної обмотки до джерела енергії обчислюють масштабування відносно сили струму, тобто коефіцієнт трансформації n виражає відношення первинного (вхідного) і вторинного (вихідного) струмів:

n = I 1 I 2 {\ displaystyle n = {\ frac {I_ {1}} {I_ {2}}}}

Крім того ці струми пов'язані ще однією залежністю

I 1 ⋅ W 1 = I 2 ⋅ W 2 + I 0 {\ displaystyle I_ {1} \ cdot W_ {1} = I_ {2} \ cdot W_ {2} + I_ {0}} ,

де

Якщо знехтувати всіма втратами намагнічування і нагрівання магнітопровода, тобто I 0 {\ displaystyle I_ {0}} вважати рівним нулю, то

I 1 ⋅ W 1 = I 2 ⋅ W 2 {\ displaystyle I_ {1} \ cdot W_ {1} = I_ {2} \ cdot W_ {2}} => I 1 I 2 = W 2 W 1 {\ displaystyle {\ frac {I_ {1}} {I_ {2}}} = {\ frac {W_ {2}} {W_ {1}}}} n = I 1 I 2 = W 2 W 1 {\ displaystyle n = {\ frac {I_ {1}} {I_ {2}}} = {\ frac {W_ {2}} {W_ {1}}}}

Такі трансформатори ще називають трансформаторами струму .

Масштабування опору [ правити | правити код ]

Ще одне із застосувань трансформаторів з паралельним підключенням первинної обмотки до джерела енергії - масштабування опору.

Цей варіант використовується, коли не цікавить безпосередньо сама зміна напруги або струму, а потрібно підключити до джерела енергії навантаження з вхідним опором, що значно відрізняється від величин, що пред'являються цим джерелом.

Наприклад, вихідні каскади звукових підсилювачів потужності вимагають навантажувальний опір вище, ніж мають низькоомні динаміки . Інший приклад - високочастотні пристрої, для яких рівність хвильових опорів джерела і навантаження дозволяє отримати максимальну виділяється потужність в навантаженні. І навіть зварювальні трансформатори , По суті, є перетворювачами опору в більшій мірі ніж напруги, оскільки останнє служить для підвищення безпеки робіт, а перше є вимогою до опору навантаження електричних мереж. Хоча зварнику може бути і не важливо, яким чином була отримана з мережі необхідна теплова енергія для нагріву металу, але цілком зрозуміло, що практично «коротке замикання» в мережі не вітається енергопостачальної стороною.

Відповідно, можна сказати, що масштабування опору призначене для передачі потужності із джерела в будь-яке навантаження найбільш «цивілізованим» способом, без «шокових» режимів для джерела і з мінімальними втратами (наприклад, якщо порівнювати трансформаторне масштабування і просте підвищення опору навантаження за допомогою послідовного баластного опору , Яке «з'їсть» значну частку енергії у джерела).

Принцип розрахунку такого масштабу теж заснований на передачі потужності, а саме, на умовному рівність потужностей: споживаної трансформатором з первинної ланцюга (від джерела) і віддається у вторинну (навантаженні), нехтуючи втратами всередині трансформатора.

S 1 = S 2 + Δ S {\ displaystyle S_ {1} = S_ {2} + \ Delta S} ,

де

S 1 = U 1 ⋅ I 1 = U 1 2 Z 1 {\ displaystyle S_ {1} = U_ {1} \ cdot I_ {1} = {\ frac {U_ {1} ^ {2}} {Z_ {1 }}}} ... .. S 2 = U 2 ⋅ I 2 = U 2 2 Z 2 {\ displaystyle S_ {2} = U_ {2} \ cdot I_ {2} = {\ frac {U_ {2} ^ {2}} { Z_ {2}}}} ,

де

S 1 = S 2 {\ displaystyle S_ {1} = S_ {2}} => U 1 2 Z 1 = U 2 2 Z 2 {\ displaystyle {\ frac {U_ {1} ^ {2}} {Z_ {1}}} = {\ frac {U_ {2} ^ {2}} {Z_ {2}}}} => U 1 2 U 2 2 = Z 1 Z 2 = n Z = n U 2 {\ displaystyle {\ frac {U_ {1} ^ {2}} {U_ {2} ^ {2}}} = {\ frac {Z_ {1}} {Z_ {2}}} = n_ {Z} = n_ {U} ^ {2}}

Як видно вище, коефіцієнт трансформації по опору дорівнює квадрату коефіцієнта трансформації по напрузі.

Такі трансформатори іноді називають погоджують (Особливо в радіотехніці).

Підсумкові зауваження [ правити | правити код ]

Незважаючи на відмінності в схемах включення, принцип роботи самого трансформатора не змінюється і, відповідно, всі залежності напруг і струмів усередині трансформатора будуть такими, як показано вище. Тобто навіть трансформатор струму крім своєї «головної» завдання масштабувати силу струму буде мати залежності первинних і вторинних напруг такі ж, як якщо б він був трансформатором напруги, і вносити в послідовний ланцюг, в яку він включений, опір свого навантаження, змінений за принципом трансформатора.

Слід також пам'ятати, що струми, напруги, опору і потужності в змінних ланцюгах мають крім абсолютних значень ще й зрушення фаз, тому в розрахунках (в тому числі і вищенаведених формулах) вони є векторними величинами. Це не так буває важливо враховувати для коефіцієнта трансформації трансформаторів загальнотехнічного призначення, з невисокими вимогами по точності перетворення, але має величезне значення для вимірювальних трансформаторів струмів і напруг.

Для будь-якого параметра масштабування, якщо n <1 {\ displaystyle n <1} , То трансформатор можна назвати підвищує; в зворотному випадку - знижувальним [2] . Однак ГОСТ 16110-82 [1] : П. 9.1.7 не знає такого розмежування: «У двообмоткових трансформаторі коефіцієнт трансформації дорівнює відношенню до

», Тобто коефіцієнт трансформації завжди більше одиниці.

Особливість обліку витків [ правити | правити код ]

Трансформатори передають енергію з первинного кола у вторинну допомогою магнітного поля. За рідкісним винятком так званих «повітряних трансформаторів», передача магнітного поля здійснюється за спеціальними Лінії по переробці (з електротехнічної сталі, наприклад, або інших феромагнітних речовин) з магнітною проникністю набагато більшою, ніж у повітря або вакууму. Це концентрує магнітні силові лінії в тілі муздрамтеатру, зменшуючи магнітне розсіювання, а крім того, посилює щільність магнітного потоку (індукцію) в цій частині простору, зайнятої магнитопроводом. Останнє призводить до посилення магнітного поля і меншому споживанню струму «холостого ходу», тобто менших втрат.

Як відомо з курсу фізики, магнітні силові лінії - концентричні і замкнуті самі на себе «кільця», що охоплюють провідник зі струмом. Прямий провідник зі струмом охоплюється кільцями магнітного поля по всій довжині. Якщо провідник зігнути, то кільця магнітного поля з різних ділянок довжини провідника зближуються на внутрішній стороні вигину (подібно витковой пружині, зігнутої набік, з притиснутими витками всередині і розтягнутими зовні вигину). Цей крок дозволяє збільшити концентрацію силових ліній всередині вигину і відповідно посилити магнітне поле в тій частині простору. Ще краще зігнути провідник кільцем, і тоді все магнітні лінії розподілені по довжині кола «зіб'ються в купку» всередині кільця. Такий крок називається створенням витка провідника зі струмом.

Все вищеописане дуже добре підходить для трансформаторів без сердечника (або інших випадків з відносно однорідною магнітною середовищем навколо витків), але абсолютно марно при наявності магнітних замкнутих сердечників, які, на жаль, по геометричним причин ніяк не можуть заповнити весь простір навколо обмотки трансформатора. І тому, магнітні силові лінії, що охоплюють виток обмотки трансформатора знаходяться в нерівних умовах по периметру витка. Одним силовим лініям «пощастило» більше, і вони проходять тільки за полегшеним маршруту магнітопроводніка, іншим же доводиться частину шляху проходити по сердечнику (всередині витка), а решту по повітрю, для створення замкнутого силового «кільця». Магнітний опір повітря майже гасить такі лінії поля і відповідно нівелює наявність тієї частини витка, яка породила цю магнітну лінію.

З усього вищесказаного і відображеного на малюнку існує висновок - в роботі трансформатора із замкнутим ферромагнітопроводом бере участь не весь виток, а тільки невелика частина, яка повністю оточена цим магнитопроводом. Або іншими словами - основний магнітний потік, що проходить через замкнутий сердечник трансформатора створюється тільки тією частиною дроти, яка проходить крізь «вікно» цього сердечника. Малюнок показує, що для створення 2-х «витків» досить двічі пропустити провід зі струмом через «вікно» муздрамтеатру, економлячи при цьому на обмотці.