A transzformátor fordulatszámának kiszámítása: képlet, példák és tesztelési tippek

Ön most kapott egy köteg transzformátort egy szállítótól, és az adattáblán az szerepel, hogy 230 V elsődleges, 12 V szekunder. Mielőtt bekötné őket a termékbe, ismernie kell egy számot: a fordulatok arányát. Ez az egyetlen érték megmondja, hogy a tekercsszámok megfelelnek-e a tervezésnek, hogy az egység a várt kimeneti feszültséget állítja-e elő, és hogy megéri-e az időt a teljes tesztsorozat futtatására.

A rövid válasz, előre kijelentve: a transzformátor fordulatszáma a = N _p /N _s , az elsődleges tekercs fordulatai osztva a szekunder tekercs fordulataival, és terhelés nélkül is megközelítőleg egyenlő V _p / V _s . Ebből az összefüggésből megjósolhatja a szekunder feszültséget, a terhelési áramot, a visszavert impedanciát és a szabványos fordulatszám-teszt eredményét.

Mit jelent a transzformátor fordulatszáma

A transzformátor elektromos energiát ad át két tekercs között egy közös mágneses magon keresztül. A primer tekercs hozza létre a mágneses fluxust, a szekunder tekercsben pedig feszültség indukálódik. A két tekercs fordulatszámának aránya határozza meg, hogy mennyit változik a feszültség a bemenet és a kimenet között.

Hagyományos kéttekercses transzformátorban:

N _p = a primer tekercs fordulatainak száma
N _s = a szekunder tekercs fordulatainak száma
a = N _p /N _s = fordulatok aránya

Ha a nagyobb, mint 1, a transzformátor csökkenti a feszültséget. Ha a kisebb, mint 1, akkor növeli a feszültséget. Ez nem pusztán tudományos definíció: ez az első paraméter, amelyet a mérnök összehasonlít az adattáblával, amikor transzformátor érkezik a padra, és ez a szám, amit a gyártó rögzít a tekercstervezés során.

Elsődleges: 1000 fordulat (83,3%)

Másodlagos: 200 fordulat (16,7%)

Az 1000-es elsődleges és a 200-fordulós másodlagos 5:1 arányt adják.

Fordulatok arányának képlete és használata

Az ideális transzformátor szabványos fordulatszám-képlete három egyenértékű formát tartalmaz:

a = N _p /N _s — a tekercsszám meghatározása
a ≈ V _p / V _s — a feszültség meghatározása, terhelés nélkül mérve
a = I _s / I _p — az áramkapcsolat, amely akkor érvényes, amikor a szekunder áramot ad le

Egy ideális transzformátorhoz mindhárom azonos értéket produkál. Egy igazi transzformátor kissé eltér, mert a tekercsellenállás és a szivárgási reaktancia belső feszültségesést okoz, így a kapocsfeszültség aránya csak terhelés nélkül pontos. Egy jól megépített egységben kicsi a különbség, de ez számít, amikor átvételi tesztet végez, vagy a méréseket adattáblával hasonlítja össze.

A fordulatszám kifejezésének három egyenértékű módja egy 230 V / 46 V-os transzformátor esetében.
Meghatározás	Képlet	Példa érték
Fordul	a = N _p /N _s	1000 / 200 = 5,00
Feszültség	a = V _p / V _s	230 / 46 = 5,00
Aktuális	a = I _s / I _p	10 A / 2 A = 5,00

A feszültségmódszer a gyakorlati parancsikon a fordulatszám számításához a műhelyben vagy a terepen: az egyik tekercsre ismert alacsony váltakozó feszültséget kell alkalmazni, a másik tekercsen megmérni a nyitott feszültséget, és el kell osztani a két leolvasott értéket. Soha nem kell letekernie a transzformátort a fordulatok számlálásához. A fordulatszám az impedancia visszaverődését is szabályozza: a Z terhelési impedancia _L a szekunder oldalon a² × Z alakban jelenik meg _L az elsődleges kivezetésektől, ezért az audio- és jeltranszformátorok gondosan beállított arányra támaszkodnak az impedanciaillesztéshez.

1. ábra – A szekunder feszültség csökken a fordulatszám növekedésével (230 V primer).

Működő példa: 230 V-tól 46 V-ig leléptető transzformátor

Tegyük fel, hogy a transzformátor adattábláján 230 V primer, 46 V szekunder feszültség olvasható. A fordulatok aránya:

a = 230/46 = 5

Ez azt jelenti, hogy az elsődlegesnek ötször annyi fordulata van, mint a másodlagosnak. Ha az elsődlegesnek 1000 köre van, akkor a másodlagosnak 200 köre van. Az áramkapcsolat fordított: ha a szekunder 10 A-es terhelést ad, akkor a primer áram az I _p = I _s / a = 10 / 5 = 2 A .

Egyedi tekercselés tervezésekor vagy megadásakor a hasznosabb számítás a másik irányba fut. Egy 230 V-os, 1000 fordulattal rendelkező primertől kezdve minden fordulat körülbelül 0,23 V-ot hordoz. Egy 110 V-os szekunder feszültség előállításához nagyjából 110 / 0,23 ≈ 478 fordulatra van szükség. Az alábbi oszlopdiagram mutatja a másodlagos fordulatokat, amelyek szükségesek a közös célfeszültség eléréséhez ezzel a primerrel. Amikor megadja a egyedi transzformátor , a szállító pontosan ezt a számítást hajtja végre a tervezési felülvizsgálat során, hogy megerősítse a kimeneti feszültséget az első prototípus tekercselése előtt.

2. ábra – Általános kimeneti feszültségekhez szükséges másodlagos fordulatok (230 V primer, 1000 fordulat).

Fordulati arány háromfázisú transzformátorokban

Háromfázisú transzformátorban a fordulatszám továbbra is fázisonkénti mennyiség: a = N _p /N _s = V _{fázis, elsődleges} / V _{fázis, másodlagos} . A legnagyobb zavart okozó hiba a vonal-vonal feszültségértékek közvetlen használata, mivel a hálózati feszültség a két közös tekercscsatlakozás közül csak az egyikben egyenlő a fázisfeszültséggel.

Melyik feszültséget kell beilleszteni az egyes háromfázisú csatlakozások fordulatszám-képletébe.
Csatlakozás	Hálózati feszültség vs. fázisfeszültség	Használja arány képletben
Wye (csillag)	V _vonalat = √3 × V _fázisban	V _fázisban (fázistól nulláig)
Delta	V _vonalat = V _fázisban	V _fázisban (fázisról fázisra)

Például egy 10 kV-os Wye-csatlakozású primerrel és egy 400 V-os, delta-csatlakozású szekunderrel rendelkező transzformátor fázisfeszültsége 10 000 / √3 ≈ 5 774 V a primer és 400 V a szekunder oldalon. A fordulatok aránya az 5774 / 400 ≈ 14,43 , nem pedig 25, amit kapna, ha közvetlenül összehasonlítaná a hálózati feszültségeket.

A fordulatarány tesztelése a gyakorlatban

Az elfogadott gyári és helyszíni módszer a fordulatszám-teszt egy dedikált transzformátor fordulatszám (TTR) mérővel. A mérő alacsony váltakozó feszültséget ad a nagyfeszültségű tekercsre, méri az indukált feszültséget a kisfeszültségű tekercsen, és közvetlenül megjeleníti az arányt. A tesztet a másodlagos szakadt áramkörrel végezzük úgy, hogy a mágnesező áram alacsony maradjon, és a mért feszültségarány tükrözze a valós fordulatszámot.

Hasonlítsa össze a mért értéket az adattáblán lévő áttétellel, ugyanabban a csap pozícióban. A teljesítmény- és elosztótranszformátorok esetében az ipari szabványok, például az IEC 60076-1 és az IEEE C57.12.90 általában elfogadják az eltérést 0,5% a megadott arányból. Ha az eltérés nagyobb, gyanítson tekercshibát, nem megfelelő csapcsatlakozást vagy adattábla-hibát. Dokumentált kimenő minőség-ellenőrzéssel rendelkező gyártók, mint például a gyártónál leírt ellenőrzési folyamat oldalról , ellenőrizze minden egység fordulatszámát a szállítás előtt, ezért vegye fel ugyanazt a csekket a beérkező ellenőrzési listára.

Feszültségmentesítse a transzformátort, és válassza le az áramkörről.
Csatlakoztassa a TTR-mérőt a nagy- és kisfeszültségű perselyekhez, ügyelve a polaritásjelzésekre.
A mérés megkezdése előtt állítsa be és erősítse meg a csap helyzetét.
Jegyezze fel az arányt a háromfázisú egység minden csapjához és minden fázisához.

Ha 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.

Gyakori hibák a fordulatszám kiszámításakor

Hálózati feszültség használata fázisfeszültség helyett. Háromfázisú transzformátorban a felosztás előtt alakítsa át az adattábla hálózati feszültségét a tényleges tekercsfeszültségre.
Mérés terhelés alatt. A feszültségarány a terhelési árammal eltolódik a tekercsellenállás és a szivárgási reaktancia miatt. Mérje meg a másodlagos nyitott áramkörrel.
A csap helyzetének figyelmen kívül hagyása. A fokozatkapcsoló megváltoztatja a menetfúró tekercselés effektív fordulatszámát, így az 1. leágazásnál mért arány nem fog megegyezni az 5. leágazás adattábláján szereplő értékkel.
Elsődleges és másodlagos felcserélés. Az aránykonvenciónak meg kell egyeznie az alkalmazással: a hátrafelé csatlakoztatott 5:1-es lecsökkentő transzformátor 1:5-ös emelőegységként működik.
Egyetlen olvasmányban bízva. A TTR mérés csak akkor megbízható, ha a feszültség stabil, a leolvasott érték beállt, és az eredményt az adattáblán szereplő azonos csappal és fázissal hasonlítják össze.

Gyakran ismételt kérdések a fordulatszámról

A fordulatszám megegyezik a feszültségaránnyal?

Terhelés nélkül igen. A primer és szekunder fordulatok aránya megegyezik a primer és a szekunder indukált feszültség arányával. Terhelés alatt a kapocsfeszültség aránya a belső impedanciaesések miatt enyhén változik, ezért a fordulatszám vizsgálatot mindig a másodlagos szakadt áramkörrel végezzük.

A fordulatszám befolyásolja az áramerősséget?

Igen, fordított arányban. A szekunder áram és a fordulatszám hányadosa adja a primer áramot: I _p = I _s / a. A szekunder 10 A-t tápláló 5:1-es transzformátor csak 2 A-t vesz fel a primerről, figyelmen kívül hagyva a veszteségeket.

Mi az elfogadható fordulatszám-tűrés?

A legtöbb táp- és elosztótranszformátor esetében az IEC 60076-1 és az IEEE C57.12.90 megköveteli, hogy a mért arány a névleges leágazásnál a névleges adattáblán szereplő érték 0,5%-án belül legyen. A kisebb vezérlő- és audiotranszformátorok gyakran ugyanazt a határértéket használják, az ügyfél specifikációitól függően.

Kiszámolhatom a fordulatszámot az induktivitás méréséből?

Közvetve igen. Az elsődleges-másodlagos induktivitás aránya megegyezik a fordulatszám négyzetével: L _p / L _s = a², tehát a = √(L _p / L _s ). Ez keresztellenőrzésként működik, ha nem áll rendelkezésre feszültségforrás, de kevésbé pontos, mivel az induktivitás a mag áteresztőképességétől és a légréstől függ.

A fordulatszám a leghasznosabb szám a transzformátor adattábláján. Miután kiszámolta a fordulatokból, feszültségekből vagy áramerősségekből, ellenőrizheti a bejövő egységeket, észlelheti a hibás tekercseket, megrendelheti a cserét a megfelelő specifikáció szerint, és magabiztosan tervezhet egyedi transzformátorokat. Legyen egyszerű a képlet, mérjen terhelés nélkül, és mindig adja meg, hogy fázis- vagy hálózati feszültséggel dolgozik-e háromfázisú berendezésben.