چگونه یک ترانسفورماتور طراحی کنیم؟

محاسبه نسبت چرخش ترانسفورماتور

نسبت چرخش a ترانسفورماتور با استفاده از رابطه اساسی بین ولتاژ یا جریان اولیه و ثانویه محاسبه می شود. نسبت دور N برابر است با ولتاژ اولیه تقسیم بر ولتاژ ثانویه (N = Vpri/Vsec)، که همچنین برابر است با جریان ثانویه تقسیم بر جریان اولیه (N = Isec/Ipri). . برای ترانسفورماتورهای هسته فریت که در کاربردهای فرکانس بالا استفاده می شوند، چرخش های اولیه را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد: Npri = (Vin × 10^8) / (4 × f × Bmax × الفc) ، که در آن Vin ولتاژ ورودی، f فرکانس سوئیچینگ، Bmax حداکثر چگالی شار (معمولا 1300-2000 گاوس) و Ac سطح مقطع موثر هسته است.

مثال محاسبه عملی

طراحی مبدل DC-DC با پارامترهای زیر را در نظر بگیرید: Vin = 10.5 ولت، Vout = 330 ولت، f = 50 کیلوهرتز، Bmax = 1500G، و Ac = 1.25 سانتی متر مربع (هسته ETD39). محاسبه چرخش اولیه حاصل می شود: Npri = (10.5 × 10^8) / (4 × 50000 × 1500 × 1.25) = 3.2 دور ، که به 3 دور می رسد. نسبت ولتاژ 330/10.5 ≈ 31.4 است، بنابراین پیچ های ثانویه 3 × 32 = خواهند بود. 96 نوبت ، منجر به نسبت چرخش تقریباً 32:1 می شود.

ترانسفورماتورهای جریان چگونه کار می کنند

ترانسفورماتورهای جریان (CTs) در حال کار هستند قانون القای الکترومغناطیسی فارادی . هنگامی که جریان متناوب از طریق هادی اولیه عبور می کند، یک میدان مغناطیسی متغیر با زمان ایجاد می کند که جریان متناسبی را در سیم پیچ ثانویه القا می کند. رابطه اساسی I_primary / I_secondary = N_secondary / N_primary است . به عنوان مثال، یک CT 600:5 با 120 پیچ ثانویه و 1 پیچ اولیه دقیقاً 5 آمپر جریان ثانویه زمانی که 600 آمپر از جریان اولیه عبور می کند، تولید می کند.

اصول کلیدی عملیاتی

• جریان اولیه از طریق هادی شار مغناطیسی در هسته ایجاد می کند (اغلب یک چرخش)
• هسته مغناطیسی متمرکز شده و شار را به سیم پیچ ثانویه هدایت می کند
• تغییر شار باعث القای EMF در سیم پیچ ثانویه چند دور می شود
• جریان ثانویه از بار متصل (متر یا رله) عبور می کند.
• خروجی های ثانویه استاندارد هستند 5A یا 1A برای سازگاری با ابزار

هشدار ایمنی حیاتی: هرگز یک CT ثانویه را در حالی که اولیه برق است، باز نکنید. این می تواند تولید کند هزاران ولت به دلیل اشباع هسته، ایجاد خطرات برق گرفتگی، خرابی عایق و آسیب تجهیزات. همیشه پایانه های ثانویه را در حین نصب یا نگهداری کوتاه کنید.

ترانسفورماتورهای جریان زخم در مقابل میله

CT های نوع زخم سیم پیچ های اولیه و ثانویه اختصاص داده شده بر روی یک هسته مغناطیسی را ارائه می دهد دقت بالاتر (کلاس 0.2-0.5) و انعطاف پذیری در انتخاب نسبت جریان. سی تی های نواری از یک میله هادی جامد به عنوان میله اولیه تک چرخشی استفاده کنید استحکام مکانیکی برتر برای کاربردهای با جریان بالا و کاهش نشت شار برای اندازه گیری های دقیق، اما با هزینه بالاتر.

انواع ترانسفورماتور

ترانسفورماتورها بر اساس ساختار، کاربرد و نوع هسته دسته بندی می شوند. ترانسفورماتورهای قدرت در سیستم های انتقال (معمولا > 33 کیلو ولت) استفاده می شود، در حالی که ترانسفورماتورهای توزیع کاهش ولتاژ برای کاربران نهایی (11 کیلوولت تا 415 ولت). ترانسفورماتورهای ابزار شامل ترانسفورماتورهای جریان (CT) و ترانسفورماتورهای ولتاژ (VTs) برای اندازه گیری و حفاظت هستند.

توسط ساخت و ساز

• نوع هسته: سیم پیچ ها اندام های هسته را احاطه کرده اند. رایج برای کاربردهای ولتاژ بالا
• نوع پوسته: هسته دور سیم پیچ ها را احاطه کرده است. حفاظت مکانیکی بهتری را فراهم می کند
• حلقوی: هسته حلقه ای شکل با سیم پیچی که به طور مساوی توزیع شده است. حداقل نشت شار

انواع ترانسفورماتور جریان بر اساس نصب

• هسته جامد: هسته یک تکه نیاز به قطع انرژی مدار دارد. کلاس دقت 0.2-0.5
• تقسیم هسته: طراحی لولایی برای نصب مقاوم سازی؛ کلاس دقت 1-3
• نوع پنجره: هسته توخالی برای عبور کابل؛ انعطاف پذیر برای اندازه های مختلف هادی

سوالات متداول در مورد ترانسفورماتورها

آیا CT ها می توانند جریان DC را اندازه گیری کنند؟

خیر ترانسفورماتورهای جریان استاندارد فقط با AC کار می کنند. آنها به یک میدان مغناطیسی متغیر برای القای جریان ثانویه نیاز دارند. DC یک میدان مغناطیسی ساکن ایجاد می کند و هیچ خروجی پایداری تولید نمی کند. برای اندازه‌گیری DC، از سنسورهای هال افکت، سیم‌پیچ‌های روگوفسکی یا مقاومت‌های شنت استفاده کنید.

بار سی تی چیست و چرا اهمیت دارد؟

بار کل بار متصل به ثانویه CT است که بر حسب VA (ولت آمپر) یا اهم اندازه گیری می شود. تجاوز از بار نامی باعث کاهش دقت و اشباع بالقوه می شود . رتبه بندی بار استاندارد شامل 1.25 VA، 5 VA و 15 VA است. بار کل را به عنوان مجموع تمام دستگاه های متصل به اضافه مقاومت سیم کشی محاسبه کنید.

چگونه بین CT های اندازه گیری و حفاظتی یکی را انتخاب کنم؟

سی تی های اندازه گیری (کلاس 0.1، 0.2، 0.5) دقت را در شرایط بارگذاری عادی برای صورتحساب و مدیریت انرژی اولویت بندی می کند. سی تی های حفاظتی (کلاس 5P، 10P) برای جلوگیری از اشباع در جریان های خطا طراحی شده اند و اطمینان حاصل می کنند که رله ها سیگنال های دقیقی را برای خاموش شدن دریافت می کنند. هرگز CT های اندازه گیری را جایگزین برنامه های حفاظتی نکنید.

چه چیزی باعث اشباع سی تی می شود؟

اشباع زمانی اتفاق می‌افتد که هسته مغناطیسی نمی‌تواند شار بیشتری جذب کند، معمولاً به دلیل جریان اولیه بیش از حد (شرایط خطا) یا بار بالا . علائم شامل اعوجاج شکل موج، خطاهای نسبت و خطاهای زاویه فاز است. CT های حفاظتی با هسته های بزرگتر برای مقاومت طراحی شده اند 20-30 برابر جریان نامی بدون اشباع

نسبت های رایج CT چیست؟