نحوه محاسبه نسبت چرخش ترانسفورماتور: فرمول، مثال ها و نکات تست

شما به تازگی یک دسته ترانسفورماتور را از یک تامین کننده دریافت کرده اید، و روی پلاک آن نوشته شده است 230 ولت اولیه، 12 ولت ثانویه. قبل از اینکه آنها را به محصول خود متصل کنید، باید یک عدد را بدانید: نسبت چرخش. این مقدار واحد به شما می‌گوید که آیا تعداد سیم‌پیچ‌ها با طراحی مطابقت دارند، آیا واحد ولتاژ خروجی مورد انتظار را تولید می‌کند یا خیر، و آیا ارزش وقت گذاشتن برای اجرای یک دنباله آزمایش کامل را دارد یا خیر.

پاسخ کوتاه، در جلو گفته شد: نسبت چرخش ترانسفورماتور است a = N _p / ن _s ، پیچ های سیم پیچ اولیه تقسیم بر پیچ های سیم پیچ ثانویه می شود و در بدون بار نیز تقریباً برابر است با V _p / V _s . از این رابطه می توانید ولتاژ ثانویه، جریان بار، امپدانس منعکس شده و نتیجه آزمایش نسبت چرخش استاندارد را پیش بینی کنید.

نسبت چرخش ترانسفورماتور به چه معناست

یک ترانسفورماتور انرژی الکتریکی را بین دو سیم پیچ از طریق یک هسته مغناطیسی مشترک منتقل می کند. سیم پیچ اولیه شار مغناطیسی را ایجاد می کند و سیم پیچ ثانویه دارای ولتاژ القایی در آن است. نسبت تعداد دور روی دو سیم پیچ تعیین می کند که ولتاژ بین ورودی و خروجی چقدر تغییر می کند.

در یک ترانسفورماتور دو سیم پیچ معمولی:

N _p = تعداد دور سیم پیچ اولیه
N _s = تعداد دور سیم پیچ ثانویه
a = N _p / ن _s = نسبت چرخش

اگر a بزرگتر از 1 است، ترانسفورماتور ولتاژ را پایین می آورد. اگر a کمتر از 1 است، ولتاژ را بالا می برد. این فقط یک تعریف آکادمیک نیست: این اولین پارامتری است که یک مهندس هنگام ورود ترانسفورماتور به روی نیمکت با پلاک نام مقایسه می کند و همان عددی است که سازنده در طول طراحی سیم پیچ قفل می کند.

اولیه: 1000 دور (83.3%)

ثانویه: 200 نوبت (16.7%)

یک 1000 دور اولیه و 200 دور ثانویه نسبت 5:1 را می دهد.

فرمول نسبت تبدیل و نحوه استفاده از آن

فرمول استاندارد نسبت چرخش برای یک ترانسفورماتور ایده آل به سه شکل معادل است:

a = N _p / ن _s - تعریف تعداد سیم پیچ
a ≈ V _p / V _s - تعریف ولتاژ، اندازه گیری بدون بار
a = من _s / من _p - رابطه فعلی، که زمانی اعمال می شود که ثانویه جریان را ارائه می دهد

برای یک ترانسفورماتور ایده آل، هر سه مقدار یکسان را تولید می کنند. یک ترانسفورماتور واقعی اندکی انحراف دارد زیرا مقاومت سیم پیچ و راکتانس نشتی افت ولتاژ داخلی ایجاد می کند، بنابراین نسبت ولتاژ پایانه فقط بدون بار دقیق است. در یک واحد خوش ساخت، تفاوت کوچک است، اما زمانی که شما در حال انجام تست پذیرش یا مقایسه اندازه‌گیری‌ها با یک پلاک نام هستید، مهم است.

سه روش معادل برای بیان نسبت چرخش، برای ترانسفورماتور 230 ولت / 46 ولت نشان داده شده است.
تعریف	فرمول	مقدار نمونه
می چرخد	a = N _p / ن _s	1000 / 200 = 5.00
ولتاژ	a = V _p / V _s	230 / 46 = 5.00
فعلی	a = من _s / من _p	10 A / 2 A = 5.00

روش ولتاژ میانبر عملی برای محاسبه نسبت چرخش در کارگاه یا در میدان است: یک ولتاژ AC کم شناخته شده را به یک سیم پیچ اعمال کنید، ولتاژ مدار باز را روی سیم پیچ دیگر اندازه گیری کنید و دو قرائت را تقسیم کنید. شما هرگز نیازی به باز کردن ترانسفورماتور برای شمارش چرخش ندارید. نسبت چرخش همچنین بر بازتاب امپدانس نظارت دارد: امپدانس بار Z _L در ثانویه به صورت a² × Z ظاهر می شود _L از پایانه های اولیه، به همین دلیل است که ترانسفورماتورهای صوتی و سیگنال برای تطبیق امپدانس بر یک نسبت دقیق تنظیم شده تکیه می کنند.

شکل 1 - ولتاژ ثانویه با افزایش نسبت چرخش کاهش می یابد (230 ولت اولیه).

مثال کارکرده: ترانسفورماتور 230 ولتی تا 46 ولتی

فرض کنید پلاک نام ترانسفورماتور 230 ولت اولیه، 46 ولت ثانویه را نشان می دهد. نسبت چرخش عبارت است از:

a = 230 / 46 = 5

این بدان معناست که چرخش اولیه پنج برابر ثانویه چرخش دارد. اگر اولیه 1000 چرخش داشته باشد، ثانویه 200 چرخش دارد. رابطه جریان برعکس است: اگر ثانویه بار 10 آمپر را تامین کند، جریان اولیه I _p = من _s / a = 10 / 5 = 2 A .

هنگامی که شما در حال طراحی یا تعیین یک سیم پیچ سفارشی هستید، محاسبه مفیدتر در جهت دیگر اجرا می شود. با شروع از یک ولتاژ اولیه 230 ولت با 1000 چرخش، هر پیچ حدود 0.23 ولت دارد. برای تولید یک ثانویه 110 ولت، شما تقریباً به 478 ≈ 110 / 0.23 نیاز دارید. نمودار میله ای زیر چرخش های ثانویه مورد نیاز برای دستیابی به ولتاژ هدف مشترک با این اولیه را نشان می دهد. وقتی الف را مشخص می کنید ترانسفورماتور سفارشی ، تامین کننده دقیقاً این محاسبه را در طول بررسی طراحی انجام می دهد تا ولتاژ خروجی را قبل از پیچیدن اولین نمونه اولیه تأیید کند.

شکل 2 - پیچ های ثانویه مورد نیاز برای ولتاژهای خروجی رایج (230 ولت اولیه، 1000 دور).

نسبت چرخش در ترانسفورماتورهای سه فاز

در یک ترانسفورماتور سه فاز، نسبت چرخش همچنان یک مقدار در هر فاز است: a = N _p / ن _s = V _{فاز، اولیه} / V _{فاز، ثانویه} . اشتباهی که بیشترین سردرگمی را ایجاد می کند استفاده مستقیم از مقادیر ولتاژ خط به خط است، زیرا ولتاژ خط با ولتاژ فاز تنها در یکی از دو اتصال سیم پیچ رایج برابر است.

کدام ولتاژ را برای هر اتصال سه فاز به فرمول نسبت چرخش وارد کنید.
اتصال	ولتاژ خط در مقابل ولتاژ فاز	استفاده در فرمول نسبت
وای (ستاره)	V _خط = √3 × V _فاز	V _فاز (فاز به خنثی)
دلتا	V _خط = V _فاز	V _فاز (فاز به فاز)

به عنوان مثال، ترانسفورماتور با ولتاژ اولیه 10 کیلو ولت و ثانویه متصل به مثلث 400 ولت دارای ولتاژ فاز 10000 / √3 ≈ 5774 ولت در اولیه و 400 ولت در ثانویه است. نسبت چرخش است 5774 / 400 ≈ 14.43 ، نه 25، که اگر مستقیماً ولتاژهای خط را مقایسه کنید، به دست می آورید.

نسبت چرخش تست در عمل

روش پذیرفته شده کارخانه و مزرعه، آزمایش نسبت چرخش با استفاده از یک متر نسبت چرخش ترانسفورماتور (TTR) اختصاصی است. کنتور ولتاژ AC پایینی را به سیم پیچ فشار قوی اعمال می کند، ولتاژ القایی روی سیم پیچ ولتاژ پایین را اندازه گیری می کند و نسبت را مستقیماً نمایش می دهد. آزمایش با مدار باز ثانویه انجام می شود تا جریان مغناطیسی کم بماند و نسبت ولتاژ اندازه گیری شده منعکس کننده نسبت چرخش واقعی باشد.

مقدار اندازه گیری شده را با نسبت پلاک نام در همان موقعیت ضربه بزنید. برای ترانسفورماتورهای قدرت و توزیع، استانداردهای صنعتی مانند IEC 60076-1 و IEEE C57.12.90 معمولاً انحراف را می پذیرند. 0.5٪ از نسبت مشخص شده اگر انحراف بزرگتر است، به نقص سیم پیچ، اتصال شیر نادرست یا خطای پلاک مشکوک شوید. تولیدکنندگان با کنترل کیفیت خروجی مستند، مانند فرآیند بازرسی شرح داده شده در این سازنده درباره صفحه ، نسبت چرخش را در هر واحد قبل از ارسال بررسی کنید، بنابراین همان چک را به لیست بازرسی ورودی خود اضافه کنید.

ترانسفورماتور را خاموش کرده و از مدار جدا کنید.
متر TTR را با رعایت علائم قطبیت به بوشینگ های ولتاژ بالا و پایین وصل کنید.
قبل از شروع اندازه گیری، موقعیت ضربه را تنظیم و تأیید کنید.
نسبت را برای هر ضربه و برای هر فاز یک واحد سه فاز ثبت کنید.

اگر 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.

اشتباهات رایج در محاسبه نسبت چرخش

استفاده از ولتاژ خط به جای ولتاژ فاز. در یک ترانسفورماتور سه فاز، قبل از تقسیم، ولتاژ خط پلاک را به ولتاژ سیم پیچ واقعی تبدیل کنید.
اندازه گیری تحت بار نسبت ولتاژ با جریان بار به دلیل مقاومت سیم پیچ و راکتانس نشتی تغییر می کند. با مدار باز ثانویه اندازه گیری کنید.
نادیده گرفتن موقعیت شیر. یک تعویض کننده شیر، چرخش های موثر روی سیم پیچ ضربه خورده را تغییر می دهد، بنابراین نسبت اندازه گیری شده در شیر 1 با مقدار پلاک نام برای شیر 5 مطابقت ندارد.
معکوس کردن اولیه و ثانویه. کنوانسیون نسبت باید با برنامه شما مطابقت داشته باشد: یک ترانسفورماتور 5:1 کاهنده به سمت عقب متصل شده به عنوان یک واحد افزایش دهنده 1:5 عمل می کند.
اعتماد به یک خواندن اندازه گیری TTR فقط زمانی قابل اعتماد است که ولتاژ ثابت باشد، قرائت ثابت شده باشد، و نتیجه با همان شیر و فاز روی پلاک مقایسه شود.

سوالات متداول در مورد نسبت چرخش

آیا نسبت چرخش با نسبت ولتاژ یکسان است؟

بدون بار، بله. نسبت پیچ های اولیه به ثانویه برابر است با نسبت ولتاژ القایی اولیه به ثانویه. تحت بار، نسبت ولتاژ ترمینال به دلیل افت امپدانس داخلی کمی تغییر می کند، به همین دلیل است که آزمایش نسبت چرخش همیشه با مدار باز ثانویه انجام می شود.

آیا نسبت چرخش بر جریان تأثیر می گذارد؟

بله به نسبت معکوس جریان ثانویه تقسیم بر نسبت پیچ ها جریان اولیه را به دست می دهد: I _p = من _s / الف یک ترانسفورماتور 5:1 که 10 A را در ثانویه تامین می کند، تنها 2 A را در اصلی می کشد و تلفات را نادیده می گیرد.

تحمل نسبت چرخش قابل قبول چیست؟

برای اکثر ترانسفورماتورهای قدرت و توزیع، IEC 60076-1 و IEEE C57.12.90 نیاز دارند که نسبت اندازه گیری شده در 0.5٪ از مقدار پلاک نام در شیر نامی باشد. ترانسفورماتورهای کنترلی و صوتی کوچکتر، بسته به مشخصات مشتری، اغلب از همان محدودیت استفاده می کنند.

آیا می توانم نسبت چرخش را از اندازه گیری های اندوکتانس محاسبه کنم؟

غیر مستقیم بله. نسبت اندوکتانس اولیه به ثانویه برابر است با مجذور نسبت چرخش: L _p / ال _s = a²، بنابراین a = √(L _p / ال _s ). این به عنوان یک بررسی متقاطع زمانی که هیچ منبع ولتاژی در دسترس نیست کار می کند، اما دقت کمتری دارد زیرا اندوکتانس به نفوذپذیری هسته و شکاف هوا بستگی دارد.

نسبت چرخش تنها مفیدترین عدد روی پلاک ترانسفورماتور است. هنگامی که می توانید آن را از روی پیچ ها، ولتاژها یا جریان ها محاسبه کنید، می توانید واحدهای ورودی را تأیید کنید، سیم پیچ های معیوب را تشخیص دهید، سفارش تعویض با مشخصات صحیح را بدهید و ترانسفورماتورهای سفارشی را با اطمینان طراحی کنید. فرمول را ساده نگه دارید، بدون بار اندازه گیری کنید و همیشه بیان کنید که آیا با ولتاژ فاز یا خط در تجهیزات سه فاز کار می کنید.