Напряжение на вторичной обмотке трансформатора: Трансформаторы напряжения. Общие технические условия – РТС-тендер

Вторичная обмотка трансформатора, что стоит знать, как рассчитать, сделать под нужное напряжение, ток. « ЭлектроХобби

Напомню, что трансформатор – это электротехническое устройство, способное преобразовывать электрическую энергию через промежуточную среду в виде электромагнитного поля. Устройство трансформатора достаточно простое. Он состоит из магнитного сердечника (может иметь различные формы) на который наматываются витки изолированного провода. Классический вариант трансформатора содержит две обмотки: первичная (она же входная) и вторичная (она же выходная). В зависимости от материала магнитного сердечника, общей мощности трансформатора, нужных параметров (входное и выходное напряжение и сила тока) данное устройство содержит определённое количество витков и сечение обмоточного провода.

Первичные обмотки трансформаторов в большинстве своем рассчитаны на стандартное сетевое напряжение величиной 220 вольт (реже на 380 вольт, это трансформаторы используют в промышленной сфере). Одной из главных характеристик трансформатора является его мощность. Зная мощность данного устройства и имея первичную обмотку, рассчитанную на 220 вольт можно легко переделать любой трансформатор под свои нужды (если этой мощности вам будет хватать) намотав вторичную обмотку под нужное выходное напряжение и силу тока.

А как можно определить эту самую мощность трансформатора? По его сердечнику! Электрическая мощность трансформатора (в ваттах) равна квадрату площади (в сантиметрах) поперечного сечения той части магнитопровода, на которую наматывается провод.

Напомню, что электрическая мощность равна произведению напряжения на силу тока. То есть, если мы узнали мощность трансформатора, с которой он может работать мы можем вычислить номинальную силу тока, что может выдавать вторичная обмотка (зная величину напряжения).

К примеру, вы решили сделать себе блок питания относительно небольшой мощности. Берём от старой, ненужной электротехники (если таковая у вас имеется в доме, гараже) понижающий силовой трансформатор (с железным магнитопроводом) или его покупаем. Допустим, по сердечнику вы определили, что трансформатор имеет мощность около 120 ватт. Это значит, что при напряжении в 12 вольт (на вторичной обмотке) он может обеспечивать силу тока величиной до 10 ампер (мощность разделили на напряжение и получили силу тока). В действительности же нужно учитывать, что у малогабаритных трансформаторов КПД равен около 80%, значит и максимальный выходной ток будет чуть меньше, чем 10 ампер (исходя из данного примера).

Трансформатор, который вы нашли, приобрели, оказался рассчитанный (его вторичная, выходная обмотка) на другое напряжение, не то, которое нужно именно вам. Не беда! Мы его аккуратно разбираем, разматываем старую вторичную обмотку и наматываем новую. Если диаметр провода может обеспечить вам нужный ток, то просто перематываем старую вторичную обмотку под нужное напряжение. От количества витков зависит напряжение (чем больше витков, тем выше напряжение на выходе). От сечения провода обмотки зависит сила тока (чем больше сечение, тем больший ток провод может пропустить через себя, не перегреваясь).

У различной мощности трансформаторов количество витков на 1 вольт будет также различное. Чем больше мощность, тем меньше нужно наматывать провода для получения 1 вольта (а в целом нужной величины напряжения). Сечение провода в значительной степени зависит от той плотности тока, которую вы можете допустить. Если площадь намотки велика, то и охлаждаться она будет лучше, следовательно, и плотность тока можно выбрать больше. Когда же обмотка намотана кучно, то лучше плотность тока брать меньше. В среднем плотность тока равна 2 А/мм2. При этой плотности диаметр провода (без учета изоляции) можно рассчитать по формуле:

Количество витков вторичной обмотки проще будет определить практическим путём. Для этого, на скорую руку, на трансформатор мотаем, допустим, 20 витков. Подаем на первичную обмотку питание. Далее измеряем напряжение на вторичной обмотке (этих самых 20 витках), после чего эти 20 витков делим на измеренное напряжение, и получаем количество витков, которые будут выдавать нам 1 вольт. Ну, а потом, чтобы узнать общее количество витков вторичной обмотки, мы напряжение вторичной обмотки умножаем на количество витков на один вольт. К примеру, 1 вольт мы получим при намотке 10 витков, следовательно, мы 10 умножаем на 12 вольт (которые мы хотим получить на выходе трансформатора). В итоге наша вторичная обмотка должна содержать 120 витков.

P.S. Чтобы не морочить голову с перемотками трансформаторных обмоток, пожалуй, лучше просто на рынке или в магазине приобрести трансформатор с подходящей мощностью, с нужным выходным напряжением и силой тока. Но учитывайте, что дешевые трансформаторы могут в некоторой степени не соответствовать своим характеристикам (обычно на магнитопровод ставят провод меньшего диаметра, чем нужно). Так, что лучше заплатить больше и приобрести качественный трансформатор.

Основные определения и термины, применяемые в трансформаторах

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индукционно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока, в том числе для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения.

Рис.   1.   Схема   работы   однофазного трансформатора при холостом ходе

Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции, заключающемся в том, что при изменении во времени магнитного поля, пронизывающего проводящий контур, в последнем наводится (индуцируется) электродвижущая сила (эдс).
Если к концам одной из обмоток однофазного трансформатора (рис. 1), в данном случае АХ обмотки 1У подведено переменное напряжение U1, то по ней протекает ток /х холостого хода, его также называют намагничивающим, он создает магнитное поле, изменяющееся с той же частотой, что и напряжение. При этом вследствие высокой магнитной проницаемости стали большая часть магнитного поля, которая называется основным магнитным нолем ф трансформатора, замыкается через контур магнитной системы, другая часть магнитного поля, называемого полем рассеяния Фр  замыкается через воздух, она не связана магнитно с обмоткой 2 и поэтому в трансформировании напряжения (энергии) не участвует.

Согласно закону электромагнитной индукции изменяющееся основное магнитное поле Ф, пронизывающее обе обмотки, наводит в них эдс E1 и Е2. Напряжение U2l измеренное вольтметром и подведенное напряжение Uu практически можно считать равными эдс Е2 и Е1 соответственно. Если к концам ах обмотки подсоединить какую-либо электрическую нагрузку, то в ее цепи возникает ток, который одновременно вызовет увеличение тока в обмотке 1.
Таким образом, в рассматриваемом электромагнитном устройстве— трансформаторе происходит трансформация электрической энергии, подведенной к обмотке /, в электромагнитную и далее в электрическую, используемую в цепи нагрузки, подключенной в обмотке 2.
Трансформатор, в магнитной системе 3 которого создается однофазное магнитное поле, называется однофазным, если же создается трехфазное поле, то — трехфазным.
Обмотка, к которой подводится энергия (напряжение) преобразуемого переменного тока, называются первичной;  обмотка трансформатора, от которой отводится энергия преобразованного переменного тока, называется вторичной.
Под обмоткой трансформатора подразумевают совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются электродвижущие силы, наведенные в витках, с целью получения заданного напряжения.
Обмотка трансформатора, к которой подводится электроэнергия преобразуемого или от которой отводится энергия преобразованного переменного тока, называется основной. Силовой трансформатор имеет не менее двух основных обмоток.
Основная обмотка трансформатора, имеющая наибольшее номинальное напряжение, называется обмоткой высшего напряжения (ВН), наименьшее — обмоткой низшего напряжения (НН), а промежуточное между ними — обмоткой среднего напряжения (СН).
Трансформатор с двумя гальванически не связанными обмотками (ВН и НН) называется двухобмоточным, с тремя (ВН, СН и НН) — трехобмоточным. Одна из этих обмоток является первичной, две другие — вторичными. Если у трансформатора первичной является обмотка НН, его называют повышающим, если ВН — понижающим.

Значения вторичной эдс Е2 и соответственно напряжения U2 зависят от числа витков вторичной обмотки.

Увеличение числа витков вторичной обмотки приводит к увеличению вторичных эдс и напряжения и наоборот.

Другим расчетным показателем трансформатора является коэффициент трансформации ky равный отношению напряжения на зажимах обмотки высшего напряжения к напряжению на зажимах обмотки низшего напряжения в режиме холостого хода (ненагруженного) трансформатора.
Двухобмоточный трансформатор имеет один коэффициент трансформации, равный отношению высшего напряжения к низшему, трехобмоточный трансформатор — три коэффициента трансформации, равные отношению высшего напряжения к низшему, высшего напряжения к среднему и среднего к низшему.
Для двух обмоток силового трансформатора, расположенных на одном стержне магнитной системы, коэффициент трансформации принимается равным отношению чисел их витков. Поэтому если, например, первичная обмотка с числом витков W\ является обмоткой высшего напряжения, а вторичная с числом витков w2— низшего напряжения, то k=U\fU2=Wi/w2y откуда U\ = kU2, W\ = kw2.

Таким образом, зная коэффициент трансформации и напряжение вторичной обмотки трансформатора, легко определить напряжение первичной обмотки и наоборот. Это относится также к значениям токов и к числам витков.
Для улучшения электрической изоляции токопроводящих частей и условий охлаждения трансформатора обмотки вместе с магнитной системой погружают в бак с трансформаторным маслом. Такие трансформаторы называют маслонаполненным и или масляными.
Некоторые трансформаторы специального назначения вместо масла наполняют негорючей синтетической жидкостью — совтолом. Трансформаторы, у которых основной изолирующей средой служит воздух, газ или твердый диэлектрик, а охлаждающей средой — атмосферный воздух, называют сухими.
Каждый трансформатор характеризуется номинальными данными, основные указывают в прикрепляемой к нему табличке. К ним относятся: мощность, напряжение, ток, частота и др.

Номинальная мощность трансформатора — это мощность, на которую он рассчитан.
Номинальная мощность 5 трансформаторов выражается полной электрической мощностью в киловольт-амперах (кВ-А) или мегавольтамперах (MB-А).

Номинальное первичное напряжение — это напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка трансформатора; номинальное вторичное напряжение— напряжение на зажимах вторичной обмотки, получающееся при холостом ходе трансформатора и номинальном напряжении на зажимах первичной обмотки. Номинальные токи определяются соответствующими номинальными значениями мощности и напряжения.

Высшее номинальное напряжение трансформатора — это наибольшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора.

Низшее номинальное напряжение — наименьшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора.

Среднее номинальное напряжение — номинальное напряжение, являющееся промежуточным между высшим и низшим номинальным напряжением обмоток трансформатора.
Режим, при котором одна из обмоток трансформатора замкнута накоротко, а вторая находится под напряжением, называется коротким замыканием (к. з.). Если короткое замыкание происходит в процессе эксплуатации трансформатора при номинальных напряжениях, в обмотках возникают токи короткого замыкания, в 5—20 раз (и более) превышающие номинальные. При этом резко повышается температура обмоток и в них возникают большие механические усилия. Такое замыкание является аварийным и для предотвращения повреждения трансформатора применяется специальная защита, которая должна отключить его в течение долей секунды.

Если в порядке опыта замкнуть накоротко одну из обмоток трансформатора (рис. 2), в данном случае обмотку НН с числом витков W29 а к другой с числом витков w\ подвести пониженное напряжение и постепенно его повышать, то при определенном значении напряжения С/кз, называемом напряжением короткого замыкания, в обмотках будут проходить токи, соответственно равные номинальным значениям первичной и вторичной обмоток.

Равенство напряжений короткого замыкания параллельно включенных трансформаторов — одно из условий их нормальной работы. Напряжение икз указывают в табличке каждого трансформатора. Оно определено стандартами и зависит от типа и мощности трансформатора: для силовых трансформаторов малой и средней мощности оно составляет 5—7%, для мощных трансформаторов — 6—17% и более.

Рис. 2. Схема и поля рассеяния однофазного трансформатора в режиме короткого замыкания: а — условного, б — реального

При опыте короткого замыкания в магнитной системе создается незначительное магнитное поле Фк, обусловленное малым намагничивающим током вследствие небольшого подведенного напряжения ик.3. Проходящие по первичной и вторичной обмоткам номинальные токи создают встречнонаправленные мдс, соответственно им поля рассеяния и Фp1 и Фр2, вынуждены замыкаться через воздух и металлические детали трансформатора (см. рис. 2, а). Поля рассеяния в реальном трансформаторе, в котором первичная и вторичная обмотки размещены на одном стержне магнитной системы, изображены на рис. 2 б.
Результирующее поле рассеяния Фр создает в обмотках индуктивное сопротивление, которое при аварийном коротком замыкании ограничивает ток в обмотках, предохраняя их от чрезмерного нагрева и разрушения. Чем больше иш, тем меньше опасность разрушения обмоток при аварийных коротких замыканиях. Однако напряжение короткого замыкания иш при расчете трансформатора ограничивают до определенного значения, в противном случае, поля рассеяния, создавая значительное индуктивное сопротивление, вызовут недопустимо большое реактивное падение напряжения в обмотках, в результате чего снизятся вторичное напряжение и соответственно мощность, получаемая потребителем. Напряжение короткого замыкания определяется для каждой пары обмоток: в двухобмоточном трансформаторе — для обмоток ВН — НН; в трехобмоточном трансформаторе — для обмоток ВН—НН; ВН — СН и СН — НН.

Потери трансформатора —  это активная мощность, расходуемая в магнитной системе, обмотках и других частях трансформатора при различных режимах работы.

Потери холостого хода Рхх — это потребляемая трансформатором активная мощность в режиме холостого хода при номинальном напряжении и номинальной частоте первичной обмотки.
При холостом ходе трансформатор не передает электрическую энергию, так как вторичная обмотка разомкнута. Потребляемая им активная мощность тратится на нагревание стали магнитной системы от перемагничивания и вихревыми токами, а также частично первичной обмотки. Эти суммарные потери называют потерями холостого хода трансформатора. Ввиду малого тока холостого хода потери в активном сопротивлении обмотки при этом незначительны (0,3—0,5% номинальной мощности трансформатора), поэтому ими пренебрегают и считают, что мощность расходуется только на потери в стали магнитной системы. Абсолютное значение потерь холостого хода трансформатора незначительно. Однако их стремятся максимально снизить, так как суммарные годовые потери холостого хода трансформатора сравнительно велики.

Потери короткого замыкания Рш — это потребляемая трансформатором активная мощность при опыте к. з., обусловленная потерями в активном сопротивлении первичной и вторичной обмоток и токоведущих частях трансформатора при прохождении номинального тока и добавочными потерями, вызванными полями рассеяния.

Напряжение Uкз, подводимое к трансформатору при опыте короткого замыкания, в зависимости от его конструкции и назначения в 5—20 раз меньше номинального, поэтому магнитное поле в магнитной системе незначительное, соответственно незначительны и потери в активной стали на перемагничивание. Ими пренебрегают, считая, что потребляемая мощность при коротком замыкании расходуется только на потери в активном сопротивлении обмоток и на добавочные потери, вызванные полями рассеяния. Поля рассеяния наводят в обмотках и других токоведущих частях трансформатора (отводы, вводы и др.) вихревые токи, а в стальных конструкциях (стенки бака, ярмовые балки, детали прессовки и др.) кроме вихревых токов создают гистерезисные потери (потери от перемагничивания). Добавочные потери от полей рассеяния вызывают перегревы отдельных частей трансформатора и снижают его коэффициент полезного действия (кпд). Поэтому при расчетах и конструировании трансформаторов поля рассеяния стараются уменьшить до оптимального значения, для этого первичную и вторичную обмотки размещают концентрически она одном стержне магнитной системы, максимально возможно уменьшая канал между ними (рис. 3). Чем ближе обмотки друг к другу, тем меньше поле рассеяния, а следовательно, добавочные потери от вихревых токов и перемагничивания.

 

Рис. 3. Размещение обмоток ВН и НН на стержне магнитной системы

При опыте короткого замыкания токи и потери мощности такие же, как и при полной нагрузке трансформатора, поэтому их часто называют нагрузочными потерями. Потери холостого хода и короткого замыкания нормируются стандартом.
Суммарные потери трансформатора при номинальной нагрузке составляют потери холостого хода и короткого замыкания. Зная эти потери и мощность, выдаваемую трансформатором в сеть, можно определить его кпд в процентах. Трансформаторы имеют сравнительно высокий кпд (98,5—99,3%).

Эксплуатация (Как, черт возьми, они работают?) – Руководство электрика по однофазным трансформаторам

Основной корпус

Пришло время узнать правду

• Входная сторона всегда является первичной обмоткой. Это сторона, которая всегда подключена к источнику напряжения.

• Сторона выхода всегда является вторичной обмоткой. Это сторона, которая всегда подключена к грузу.

Рисунок 3. Первичная и вторичная обмотки

Напряжение

Когда первичная обмотка питается от источника переменного тока без нагрузки на вторичной обмотке, она действует как индуктор.

Самоиндуктивность создает CEMF для ограничения тока на уровне 2–5 % от первичного тока полной нагрузки. Это небольшое количество тока называется возбуждающим током (также известным как ток намагничивания).

Вторичное напряжение зависит от первичного напряжения и витков, а вторичные витки. Соотношение между первичным и вторичным напряжением такое же, как соотношение между первичными и вторичными витками.

Что означает:

Первичное напряжение на виток = вторичное напряжение на виток

Чему равно напряжение на виток трансформатора с номинальным напряжением
600–20 В, если высоковольтная обмотка содержит 240 витков?

=

= 2,5 вольта на оборот

                                      

Сколько витков будет в низковольтной обмотке трансформатора, рассматриваемого в вопросе 1?

N _S = 48 витков

Когда дело доходит до использования вольт/виток, полезно помнить, что вольт/виток на первичной обмотке равен вольт/виток на вторичной обмотке, но иногда это может привести к путанице при расчетах. Более простой метод – использовать метод отношения поворотов.

Если вы возьмете большее число витков и разделите его на меньшее число витков, вы получите соотношение. Например:

Трансформатор со 100 витками на первичной обмотке и 50 витками на вторичной обмотке будет иметь соотношение витков 2:1. Поэтому если на первичке 120 вольт, то на вторичной будет 60 вольт.

Видео предупреждение!

В этом видеоролике показано, как использовать соотношение витков для расчета напряжения на первичной или вторичной обмотке.

Текущий

Самый простой способ рассчитать ток — это также использовать соотношение витков.

Единственная разница в том, что более высокие витки означают меньший ток, поэтому вы будете использовать обратное соотношение витков.

Трансформатор имеет 600 витков на первичной обмотке и 120 витков на вторичной. На первичную обмотку подается напряжение 300 вольт, а по вторичной циркулирует ток силой 40 ампер. Рассчитать:

1. Передаточное отношение
2. Вторичное напряжение
3. Первичный ток

600/120 = соотношение витков 5:1

300 В/5 (соотношение) = 60 вольт на вторичной обмотке

4 ампер/5 (соотношение) = 8 ампер на первичной

Видео предупреждение!

В этом видео показано, как использовать соотношение витков для расчета тока. Он также показывает другой метод, который многим кажется более простым. В трансформаторе входная мощность всегда равна выходной мощности.

Номинальное по сравнению с фактическим

Обмотки трансформатора рассчитаны на то, чтобы выдерживать определенное напряжение и определенный ток.

Отсюда и его рейтинг VA.

Трансформатор рассчитан на 1000 ВА, 100 В/10 В и подключен для работы в режиме понижения. Следовательно:

Номинальный Ip= 10 А

Номинальный ток Is= 100 А

Номинальное напряжение В _P = 100 В

Номинальное напряжение В _S = 10 В

Это то, для чего предназначен трансформатор — это его максимум. Все, что выше этого, сожжет обмотки.

Если мы добавим резисторную нагрузку 5 Ом во вторичную обмотку, мы сможем рассчитать Ip и Is.

Фактический Ip= 0,2 А

Фактическое значение Is= 2 А

Этот трансформатор обеспечивает мощность 20 ВА, а не 1000 ВА.

То же относится и к напряжению.

Если мы подадим 50 В на первичку, мы получим вторичное напряжение 5 В.

Помните, что номинальные значения — это   максимальные   значения, которые могут видеть обмотки. Нам даны VA и V, и мы используем эти значения для определения максимального тока.

Пока эти значения не превышены, мы можем использовать трансформатор для наших целей.

Атрибуция

Видео о том, как использовать соотношение оборотов для расчета напряжения, созданное The Electric Academy под лицензией Creative Commons Attribution.

Видео о том, как рассчитать ток обмотки трансформатора с использованием соотношения витков, подготовлено The Electric Academy и находится под лицензией Creative Commons Attribution.

Часто задаваемые вопросы — Schneider Electric

 {"searchBar":{"inputPlaceholder":"Поиск по ключевому слову или задать вопрос","searchBtn":"Поиск","error":"Пожалуйста, введите ключевое слово для поиска"} } 

Можно ли смоделировать функциональные блоки PTO в SoMachine Basic?

Проблема: Можно ли смоделировать функциональные блоки PTO в SoMachine Basic? Линейка продуктов: M221, TM221 Решение: Как и в случае с блоками PID, вы не можете имитировать блоки функций PTO в SoMachine Basic. Вы будете…

1.1.0″> Опубликовано:9.03.2016 Последнее изменение:28.09.2021

Как прочитать переставленные значения с плавающей запятой в Modbus и хочет подтвердить значения, считываемые программным обеспечением, таким как Power Monitoring Expert (PME), с помощью SwappedFloat… Каков IP-адрес по умолчанию ПЛК M580?

IP-адрес M580 по умолчанию — 10.10.x.x. X.x — это последние два октета MAC-адреса, преобразованные из шестнадцатеричной системы в десятичную.

Опубликовано: 05.03.2018 Последнее изменение: 01.04.2022

Прошивки IMC имеют 2 номера версии (vx.x.x.x и vx.xiex). Как узнать…

vx.x.x.x — версия устройства SoMachine vx.xiex — версия микропрограммы на стороне диска SoMachine v3 v1.1ie31 v1.1.2.8 v1.1ie32 v1.1.2.9 v1. 1ie36 v1. 1.2.13 v1.1ie38 v1.1.2.15 SoMachine v4: v4.0ie8…

Опубликовано:14.01.2015 Последнее изменение:28.09.2021

Популярные видео Часто задаваемые вопросыПопулярные видео

Видео: Преобразование проекта ProWORX 32 в Unity Pro

Привод ATV61/71 для 3-х проводного…

Видео: Как настроить регистр с помощью ION Setup 3.0

Узнайте больше в разделе часто задаваемых вопросов по общим знаниямОбщие знания

Проверка сопротивления изоляции и влажности

Проблема: Как влияет влажность результаты проверки сопротивления изоляции? Линейка продуктов: автоматические выключатели Окружающая среда: выключатели в литом и изолированном корпусах Разрешение: высокая влажность может значительно…

Опубликовано:11.07.2018 5.1.1″> Последнее изменение:04.11.2021

В чем разница между PNP и NPN при описании 3-проводных…

Большинство промышленных бесконтактных датчиков (индуктивные , емкостные, ультразвуковые и фотоэлектрические) являются твердотельными. Термин твердотельный относится к типу компонентов, используемых в датчике. Твердотельный…

Опубликовано: 03.05.2012 Последнее изменение: 10.02.2022

Как узнать цену и наличие продукта APC на MySE?

Как определить цену и доступность на APC mySE? Войдите на сайт APC MySE, введите номер детали, которую вы хотите проверить, и нажмите «Ввод». Результаты ценообразования и доступности будут…

Опубликовано: 16.07.2015 Последнее изменение: 28.