Cum se calculează raportul de rotație al transformatorului: formulă, exemple și sfaturi de testare

Tocmai ați primit un lot de transformatoare de la un furnizor, iar pe plăcuță de identificare scrie 230 V primar, 12 V secundar. Înainte de a le conecta în produsul dvs., trebuie să cunoașteți un număr: raportul de rotații. Această valoare unică vă spune dacă numărul înfășurărilor se potrivește cu designul, dacă unitatea va produce tensiunea de ieșire așteptată și dacă merită timpul necesar pentru a rula o secvență completă de testare.

Răspunsul scurt, afirmat din față: raportul de spire a transformatorului este a = N _p / N _s , spirele înfășurării primare împărțite la spirele înfășurării secundare, iar la nicio sarcină este, de asemenea, aproximativ egală cu V _p / V _s . Din această relație puteți prezice tensiunea secundară, curentul de sarcină, impedanța reflectată și rezultatul unui test standard al raportului de ture.

Ce înseamnă raportul de rotație al unui transformator

Un transformator transferă energie electrică între două înfășurări printr-un miez magnetic comun. Înfășurarea primară stabilește fluxul magnetic, iar înfășurarea secundară are o tensiune indusă în el. Raportul numărătorilor de spire pe cele două înfășurări determină cât de mult se schimbă tensiunea între intrare și ieșire.

Într-un transformator convențional cu două înfășurări:

N _p = numărul de spire pe înfășurarea primară
N _s = numărul de spire pe înfășurarea secundară
a = N _p / N _s = raportul de ture

Dacă a este mai mare decât 1, transformatorul reduce tensiunea. Dacă a este mai mică de 1, crește tensiunea. Aceasta nu este doar o definiție academică: este primul parametru pe care un inginer îl compară cu plăcuța de identificare atunci când un transformator ajunge pe bancă și este același număr pe care un producător îl blochează în timpul proiectării înfășurării.

Primar: 1000 de ture (83,3%)

Secundar: 200 de ture (16,7%)

Un primar de 1000 de ture și un secundar de 200 de ture oferă un raport de 5:1.

Formula raportului de viraje și cum se utilizează

Formula standard a raportului de spire pentru un transformator ideal are trei forme echivalente:

a = N _p / N _s — definiția numărului de bobinaj
a ≈ V _p / V _s — definiția tensiunii, măsurată fără sarcină
a = eu _s / eu _p — relația de curent, care se aplică atunci când secundarul furnizează curent

Pentru un transformator ideal, toate trei produc aceeași valoare. Un transformator real se abate ușor, deoarece rezistența înfășurării și reactanța de scurgere creează căderi interne de tensiune, astfel încât raportul tensiunii la borne este exact doar la gol. Într-o unitate bine construită diferența este mică, dar contează când efectuați teste de acceptare sau comparați măsurătorile cu o plăcuță de identificare.

Cele trei moduri echivalente de exprimare a raportului de spire, prezentate pentru un transformator de 230 V / 46 V.
Definiție	Formula	Exemplu de valoare
Se întoarce	a = N _p / N _s	1000 / 200 = 5,00
Tensiune	a = V _p / V _s	230 / 46 = 5,00
Curent	a = eu _s / eu _p	10 A / 2 A = 5,00

Metoda tensiunii este scurtătura practică pentru calcularea raportului de spire în magazin sau pe teren: aplicați o tensiune AC scăzută cunoscută unei înfășurări, măsurați tensiunea în circuit deschis pe cealaltă înfășurare și împărțiți cele două citiri. Nu trebuie niciodată să desfășurați transformatorul pentru a număra turele. Raportul de spire guvernează și reflectarea impedanței: o impedanță de sarcină Z _L pe secundar apare ca a² × Z _L de la bornele primare, motiv pentru care transformatoarele audio și de semnal se bazează pe un raport setat cu grijă pentru potrivirea impedanței.

Fig. 1 — Tensiunea secundară scade pe măsură ce raportul spirelor crește (primar 230 V).

Exemplu de lucru: Un transformator descendente de la 230 V la 46 V

Să presupunem că pe plăcuța de identificare a unui transformator scrie 230 V primar, 46 V secundar. Raportul de ture este:

a = 230 / 46 = 5

Aceasta înseamnă că primarul are de cinci ori mai multe ture decât secundarul. Dacă primarul are 1000 de spire, secundarul are 200 de spire. Relația curentului este inversă: dacă secundarul furnizează o sarcină de 10 A, curentul primar este I _p = I _s / a = 10 / 5 = 2 A .

Când proiectați sau specificați o înfășurare personalizată, calculul mai util rulează în cealaltă direcție. Pornind de la un primar de 230 V cu 1000 de spire, fiecare tură transportă aproximativ 0,23 V. Pentru a produce un secundar de 110 V, aveți nevoie de aproximativ 110 / 0,23 ≈ 478 de spire. Diagrama cu bare de mai jos arată turele secundare necesare pentru a atinge tensiunile țintă comune cu acest primar. Când specificați a transformator personalizat , furnizorul execută exact acest calcul în timpul revizuirii proiectării pentru a confirma tensiunea de ieșire înainte ca primul prototip să fie bobinat.

Fig. 2 — Turnuri secundare necesare pentru tensiunile de ieșire comune (primar 230 V, 1000 spire).

Raportul de ture în transformatoarele trifazate

Într-un transformator trifazat, raportul de spire este încă o cantitate pe fază: a = N _p / N _s = V _{fază, primară} / V _{fază, secundar} . Greșeala care provoacă cea mai mare confuzie este utilizarea directă a valorilor tensiunii de la linie la linie, deoarece tensiunea de linie este egală cu tensiunea de fază doar în una dintre cele două conexiuni de înfășurare comune.

Ce tensiune să se introducă în formula raportului de spire pentru fiecare conexiune trifazată.
Conexiune	Tensiunea de linie vs tensiunea de fază	Utilizați în formula de raport
Wye (stea)	V _linie = √3 × V _faza	V _faza (de la fază la neutru)
Delta	V _linie = V _faza	V _faza (faza-la-faza)

De exemplu, un transformator cu un primar conectat în ere de 10 kV și un secundar conectat în delta de 400 V are o tensiune de fază de 10.000 / √3 ≈ 5.774 V pe primar și 400 V pe secundar. Raportul de viraje este 5.774 / 400 ≈ 14,43 , nu 25, ceea ce ați obține dacă ați compara direct tensiunile de linie.

Testarea raportului de viraje în practică

Metoda acceptată din fabrică și pe teren este o testare a raportului de rotație folosind un contor dedicat raportului de rotații al transformatorului (TTR). Contorul aplică o tensiune AC scăzută înfășurării de înaltă tensiune, măsoară tensiunea indusă pe înfășurarea de joasă tensiune și afișează raportul direct. Testul se efectuează cu secundarul în circuit deschis, astfel încât curentul de magnetizare să rămână scăzut, iar raportul de tensiune măsurat să reflecte raportul adevărat al spirelor.

Comparați valoarea măsurată cu raportul de pe plăcuța de identificare în aceeași poziție de robinet. Pentru transformatoarele de putere și distribuție, standardele industriale cum ar fi IEC 60076-1 și IEEE C57.12.90 acceptă de obicei o abatere în 0,5% din raportul specificat. Dacă abaterea este mai mare, bănuiți un defect de înfășurare, o conexiune incorectă la robinet sau o eroare pe plăcuța de identificare. Producători cu control de calitate documentat, cum ar fi procesul de inspecție descris pe acest producător despre pagina , verificați raportul de rotație pe fiecare unitate înainte de expediere, așa că adăugați aceeași verificare la lista de inspecție primită.

Deconectați transformatorul și izolați-l de circuit.
Conectați contorul TTR la bucșele de înaltă și joasă tensiune, respectând marcajele de polaritate.
Setați și confirmați poziția robinetului înainte de a începe măsurarea.
Înregistrați raportul pentru fiecare robinet și pentru fiecare fază a unei unități trifazate.

Dacă 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.

Greșeli frecvente la calcularea raportului de viraj

Folosind tensiunea de linie în loc de tensiunea de fază. Într-un transformator trifazat, convertiți tensiunea liniei de pe plăcuța de identificare la tensiunea reală a înfășurării înainte de împărțire.
Măsurarea sub sarcină. Raportul de tensiune se schimbă cu curentul de sarcină din cauza rezistenței înfășurării și a reactanței de scurgere. Măsurați cu secundarul în circuit deschis.
Ignorând poziția robinetului. Un comutator modifică rotațiile efective ale înfășurării filetate, astfel încât un raport măsurat la robinetul 1 nu se va potrivi cu valoarea de pe plăcuța de identificare pentru robinetul 5.
Inversarea primarului si secundar. Convenția raportului trebuie să se potrivească aplicației dvs.: un transformator coborâtor 5:1 conectat invers acționează ca o unitate de creștere 1:5.
Având încredere într-o singură lectură. O măsurătoare TTR este de încredere numai atunci când tensiunea este stabilă, citirea s-a stabilit și rezultatul este comparat cu aceeași atingere și fază de pe plăcuța de identificare.

Întrebări frecvente despre raportul de viraje

Raportul de spire este același cu raportul de tensiune?

Fără sarcină, da. Raportul dintre spirele primar și secundar este egal cu raportul dintre tensiunea indusă primară și secundară. Sub sarcină, raportul tensiunii la borne se modifică ușor din cauza căderilor de impedanță internă, motiv pentru care testarea raportului de spire este întotdeauna efectuată cu secundarul în circuit deschis.

Raportul spirelor afectează curentul?

Da, în proporție inversă. Curentul secundar împărțit la raportul spirelor dă curentul primar: I _p = I _s / a. Un transformator 5:1 care furnizează 10 A pe secundar consumă doar 2 A pe primar, ignorând pierderile.

Care este toleranța acceptabilă a raportului de viraj?

Pentru majoritatea transformatoarelor de putere și distribuție, IEC 60076-1 și IEEE C57.12.90 necesită ca raportul măsurat să fie în 0,5% din valoarea de pe plăcuță de identificare la robinetul nominal. Transformatoarele de control și audio mai mici folosesc adesea aceeași limită, în funcție de specificațiile clientului.

Pot calcula raportul de spire din măsurătorile inductanței?

Indirect, da. Raportul inductanței primar-secundar este egal cu pătratul raportului de spire: L _p / L _s = a², deci a = √(L _p / L _s ). Acest lucru funcționează ca o verificare încrucișată atunci când nu este disponibilă nicio sursă de tensiune, dar este mai puțin precis, deoarece inductanța depinde de permeabilitatea miezului și de spațiul de aer.

Raportul de spire este cel mai util număr de pe plăcuța de identificare a transformatorului. Odată ce îl puteți calcula din spire, tensiuni sau curenți, puteți verifica unitățile de intrare, puteți detecta înfășurările defecte, puteți comanda înlocuiri cu specificațiile corecte și puteți proiecta transformatoare personalizate cu încredere. Păstrați formula simplă, măsurați fără sarcină și spuneți întotdeauna dacă lucrați cu tensiune de fază sau de linie în echipamente trifazate.