Что такое коэффициент трансформации трансформатора?
Трансформатор — электронное устройство, способное менять рабочие величины, измеряется коэффициентом трансформации, k. Это число указывает на изменение, масштабирование какого-либо параметра, например напряжения, тока, сопротивления или мощности.
Что такое коэффициент трансформации
Трансформатор не меняет один параметр в другой, а работает с их величинами. Тем не менее его называют преобразователем. В зависимости от подключения первичной обмотки к источнику питания, меняется назначение прибора.
В быту широко распространены эти устройства. Их цель — подать на домашнее устройство такое питание, которое бы соответствовало номинальному значению, указанному в паспорте этого прибора. Например, в сети напряжение равно 220 вольт, аккумулятор телефона заряжается от источника питания в 6 вольт. Поэтому необходимо понизить сетевое напряжение в 220:6 = 36,7 раз, этот показатель называется коэффициент трансформации.
Чтобы точно рассчитать этот показатель, необходимо вспомнить устройство самого трансформатора. В любом таком устройстве имеется сердечник, выполненный из специального сплава, и не менее 2 катушек:
Первичная катушка подключается к источнику питания, вторичная — к нагрузке, их может быть 1 и более. Обмотка — это катушка, состоящая из намотанного на каркас, или без него, электроизоляционного провода. Полный оборот провода называется витком. Первая и вторая катушки устанавливаются на сердечник, с его помощью энергия передается между обмотками.
Коэффициент трансформации трансформатора
По специальной формуле определяется число проводов в обмотке, учитываются все особенности используемого сердечника. Поэтому в разных приборах в первичных катушках число витков будет разным, несмотря на то что подключаются к одному и тому же источнику питания. Витки рассчитываются относительно напряжения, если к трансформатору необходимо подключить несколько нагрузок с разным напряжением питания, то количество вторичных обмоток будет соответствовать количеству подключаемых нагрузок.
Зная число витков провода в первичной и вторичной обмотке, можно рассчитать k устройства. Согласно определения из ГОСТ 17596-72 «Коэффициент трансформации — отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной или отношение напряжения на вторичной обмотке к напряжению на первичной обмотке в режиме холостого хода без учета падения напряжения на трансформаторе.» Если этот коэффициент k больше 1, то прибор понижающий, если меньше — повышающий. В ГОСТе такого различия нет, поэтому большее число делят на меньшее и k всегда больше 1.
В электроснабжении преобразователи помогают снизить потери при передаче электроэнергии. Для этого напряжение, вырабатываемое электростанцией, увеличивается до нескольких сотен тысяч вольт. Затем этими же устройствами напряжение понижается до требуемого значения.
На тяговых подстанциях, обеспечивающих производственный и жилой комплекс электроэнергией, установлены трансформаторы с регулятором напряжения. От вторичной катушки отводятся дополнительные выводы, подключение к которым позволяет менять напряжение в небольшом интервале. Это делается болтовым соединением или рукояткой. В этом случае коэффициент трансформации силового трансформатора указывается в его паспорте.
Определение и формула коэффициента трансформации трансформатора
Получается, что коэффициент — это постоянная величина, показывающая масштабирование электрических параметров, она полностью зависит от конструкторских особенностей устройства. Для разных параметров расчет k производится по-разному. Существуют следующие категории трансформаторов:
Перед определением коэффициента необходимо замерить напряжение на катушках. ГОСТ указано, что производить такое измерение нужно при холостом ходе. Это когда к преобразователю не подключена нагрузка, показания могут быть отображены на паспортной табличке этого устройства.
Затем показания первичной обмотки делят на показания вторичной, это и будет коэффициентом. При наличии сведений о количестве витков в каждой катушке производят дробление числа витков первичной обмотки на число витков вторичной. При этом расчете пренебрегают активным сопротивлением катушек. Если вторичных обмоток несколько, для каждой находят свой k.
Трансформаторы тока имеют свою особенность, их первичная обмотка включается последовательно нагрузке. Перед вычислением показателя k измеряют ток первичной и вторичной цепи. Производят разложение значения первичного тока на ток вторичной цепи. При наличии паспортных данных о количестве витков допускается произвести вычисление k путем деления числа оборотов провода вторичной обмотки на число оборотов провода первичной.
При расчете коэффициента для трансформатора сопротивления, его еще называют согласующим, сначала находят входное и выходное сопротивление. Для этого вычисляют мощность, которая равняется произведению напряжения и тока. Затем мощность делят на квадрат напряжения и получают сопротивление. Дробление входного сопротивления трансформатора и нагрузки по отношению к его первичной цепи и входного сопротивления нагрузки во вторичной цепи даст k прибора.
Есть другой способ вычисления. Необходимо найти коэффициент k по напряжению и возвести его в квадрат, результат будет аналогичным.
Разные виды трансформаторов и их коэффициенты
Хотя конструктивно преобразователи мало чем отличаются друг от друга, назначение их достаточно обширно. Существуют следующие виды трансформаторов, кроме рассмотренных:
Особенностью автотрансформатора является отсутствие гальванической развязки, первичная и вторичная обмотка выполнены одним проводом, причем вторичная является частью первичной. Импульсный масштабирует короткие импульсные сигналы прямоугольной формы. Сварочный работает в режиме короткого замыкания. Разделительные используются там, где нужна особая безопасность по электротехнике: влажные помещения, помещения с большим количеством изделий из металла и подобное. Их k в основном равен 1.
Пик-трансформатор преобразует синусоидальное напряжение в импульсное. Сдвоенный дроссель — это две сдвоенные катушки, но по своим конструктивным особенностям относится к трансформаторам. Трансфлюксор содержит сердечник из магнитопровода, обладающего большой величиной остаточной намагниченности, что позволяет использовать его в качестве памяти. Вращающийся передает сигналы на вращающиеся объекты.
Воздушные и масляные трансформаторы отличаются способом охлаждения. Масляные применяются для масштабирования большой мощности. Трехфазные используются в трехфазной цепи.
Более подробную информацию можно узнать о коэффициенте трансформации трансформатора тока в таблице.
| Номинальная вторичная нагрузка, В | 3 | 5 | 10 | 15 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 75 | 100 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Коэффициент, n | Номинальная предельная кратность | ||||||||||
| 3000/5 | 37 | 31 | 25 | 20 | 17 | 13 | 11 | 9 | 8 | 6 | 5 |
| 4000/5 | 38 | 32 | 26 | 22 | 20 | 15 | 13 | 11 | 10 | 8 | 6 |
| 5000/5 | 38 | 29 | 25 | 22 | 20 | 16 | 14 | 12 | 11 | 10 | 8 |
| 6000/5 | 39 | 28 | 25 | 22 | 20 | 16 | 15 | 13 | 12 | 10 | 8 |
| 8000/5 | 38 | 21 | 20 | 19 | 18 | 14 | 14 | 13 | 12 | 11 | 9 |
| 10000/5 | 37 | 16 | 15 | 15 | 14 | 12 | 12 | 12 | 11 | 10 | 9 |
| 12000/5 | 39 | 20 | 19 | 18 | 18 | 12 | 15 | 14 | 13 | 12 | 11 |
| 14000/5 | 38 | 15 | 15 | 14 | 14 | 12 | 13 | 12 | 12 | 11 | 10 |
| 16000/5 | 36 | 15 | 14 | 13 | 13 | 12 | 10 | 10 | 10 | 9 | 9 |
| 18000/5 | 41 | 16 | 16 | 15 | 15 | 12 | 14 | 14 | 13 | 12 | 12 |
Почти у всех перечисленных приборов есть сердечник для передачи магнитного потока. Поток появляется благодаря движению электронов в каждом из витков обмотки, и силы токов не должны быть равны нулю. Коэффициент трансформации тока зависит и от вида сердечника:
Как рассчитать коэффициент трансформации
Коэффициентом трансформации «k» называется отношение напряжения U1 на концах первичной обмотки трансформатора к напряжению U2 на выводах его вторичной обмотки, определенному на холостом ходу (когда вторичных обмоток несколько, то коэффициентов k – тоже несколько, они определяются в этом случае по очереди). Это отношение принимается равным соотношению количеств витков в соответствующих обмотках.
Коэффициент трансформации имеет очень важное значение как величина, при помощи которой вторичная обмотка приводится к первичной. В эксплуатационных условиях имеет большое значение коэффициент трансформации напряжения, под которым понимают отношение номинальных напряжений трансформатора.
Для однофазных трансформаторов между коэффициентами трансформации ЭДС и напряжений нет разницы, но в трехфазных трансформаторах следует строго различать их друг от друга.
В идеале потери мощности (на токи Фуко и на нагрев проводников обмоток) в трансформаторе полностью отсутствуют, поэтому и коэффициент трансформации для идеальных условий рассчитывается простым делением напряжений на выводах обмоток. Но ничего идеального в мире нет, поэтому иногда необходимо прибегать к замерам.
В реальности мы всегда имеем дело с повышающим или с понижающим трансформатором. У трансформаторов напряжения повышающих коэффициент трансформации всегда меньше единицы (и больше нуля), у понижающих — больше единицы. То есть коэффициент трансформации свидетельствует о том, во сколько раз ток вторичной обмотки под нагрузкой отличается от тока первичной обмотки, или во сколько крат напряжение вторичной обмотки меньше подаваемого на первичную обмотку.
Например, понижающий трансформатор ТП-112-1 имеет по паспорту коэффициент трансформации 7,9/220 = 0,036, значит номинальному току (по паспорту) вторичной обмотки в 1,2 ампера соответствует ток первичной обмотки 43 мА.
Зная коэффициент трансформации, измерив его например двумя вольтметрами на холостом ходу, можно убедиться в правильности соотношения количеств витков в обмотках. Если зажимов несколько, то измерения проводят на каждом ответвлении. Измерения такого рода помогают обнаруживать поврежденные обмотки, определять их полярности.
Есть несколько путей определения коэффициента трансформации:
путь непосредственного измерения напряжений вольтметрами;
методом моста переменного тока (например портативным прибором типа «коэффициент» для анализа параметров трехфазных и однофазных трансформаторов);
по паспорту данного трансформатора.
Если проверяется трехфазный трансформатор, то измерения следует провести для двух пар обмоток с наименьшим током КЗ. Когда трансформатор имеет выводы, часть которых скрыта под кожухом, то значение коэффициента трансформации определяется только для тех концов, которые доступны снаружи для присоединения приборов.
Если трансформатор однофазный, то рабочий коэффициент трансформации легко рассчитать, разделив напряжение приложенное к первичной обмотке, на в этот же момент измеренное вольтметром напряжение на вторичной обмотке (с подключенной нагрузкой ко вторичной цепи).
В каждом случае нельзя подавать на обмотки напряжение существенно превосходящее номинальное значение, указанное в паспорте, ведь тогда погрешность измерения окажется высокой из-за потерь даже на холостом ходу.
Наилучший метод — измерение соотношений напряжений между вторичной и первичной обмотками с применением высокоточных вольтметров (класса точности максимум 0,5). Еще лучше, если есть возможность, применять специальный прибор типа «коэффициент-3» — универсальный измеритель коэффициента трансформации, который не потребует присоединения к трансформатору дополнительных источников сетевого напряжения.
Для анализа трансформаторов тока, для расчета его коэффициента трансформации, собирают цепь, где ток величиной от 20 до 100 % номинала пропускают по первичной обмотке трансформатора, при этом измеряется и вторичный ток.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Что такое коэффициент трансформации — от чего зависит и что показывает
Для преобразования электроэнергии в технике применяют трансформаторы (ТР). Важнейшим параметром каждого ТР является его коэффициент трансформации (Кт). Чтобы понять, что такое коэффициент трансформации, необходимо рассмотреть принцип работы ТР.
Что такое коэффициент трансформации
Трансформаторы могут предназначаться для преобразования напряжения, тока или для развязки электрических цепей. Основными элементами конструкции являются магнитопровод, состоящий из стальных пластинок, и несколько обмоток из провода.
Преобразование — это изменение значения какого-либо из параметров цепи в сторону увеличения или уменьшения.
В работе ТР используется явление электромагнитной индукции. Если к первичной обмотке с числом витков N1 подвести переменное напряжение (U1), в конструкции возникает переменное магнитное поле (МП), которое в основном концентрируется в магнитопроводе. При этом в другой (вторичной) обмотке, имеющей N2 витков, появляется электродвижущая сила (ЭДС).
Обе обмотки обладают незначительным сопротивлением и большой индуктивностью
От чего зависит величина электродвижущей силы
Величина этой ЭДС (U2) зависит от величины напряжения U1 и соотношения витков первичной и вторичной обмоток, то есть: U2=U1(N2/ N1).
При этом отношение количества витков вторичной и первичной обмоток Кт данного трансформатора и обозначается n:
n= N2/ N1. Таким образом, коэффициент трансформации — величина, показывающая масштабирующую характеристику ТР относительно какого-нибудь параметра электрической цепи.
Для силовых трансформаторов ГОСТ 16110–82 определяет коэффициент трансформации как «отношение напряжений на зажимах двух обмоток в режиме холостого хода» и «принимается равным отношению чисел их витков»
Классификация
ТР могут быть понижающими или повышающими.
В понижающем ТР Кт n 1 и, соответственно, U2 > U1. Трансформаторы повышающего типа используются в промышленности. Например, типа ТП-1 повышают напряжение с 220 В до 380 В.
Как определить коэффициент трансформации на видео
Коэффициент трансформации является важнейшим параметром трансформатора. Он определяется соотношением чисел витков обмоток трансформатора. В зависимости от величины Кт трансформатор может повышать или понижать входное переменное напряжение.
Формула коэффициента трансформации – советы электрика
Формула коэффициента трансформации
В электротехнике и радиотехнике часто возникает необходимость преобразовать переменное напряжение одной величины в переменное напряжение другой величины. В этих случаях пользуются устройством, которое называется трансформатором.
Трансформатор представляет собой систему из двух или более обмоток, размещенных на одном общем железном стержне (сердечнике). Одна из этих обмоток подключается к внешнему источнику переменной э. д. с. и называется первичной обмоткой. Все остальные обмотки носят название вторичных
обмоток, и к ним подключаются соответствующие потребители энергии (рис. 1).
Рис. 1 Схема трансформатора.
При включении источника переменной э. д. с. в первичной обмотке протекает переменный ток, а в сердечнике трансформатора создается переменный магнитный поток.
Этот поток пронизывает витки первичной и вторичной обмоток и на каждом отдельном витке, согласно закону электромагнитной индукции, наводит индуктированную э. д. с. Так как витки каждой обмотки наматываются в одну сторону, то э. д. с.
действующая на концах данной обмотки, будет равна сумме э. д. с. ее отдельных витков.
Если число витков вторичной обмотки W2 меньше числа витков первичной обмотки W1. то и напряжение на концах вторичной обмотки U2 будет меньше напряжения, действующего на концах первичной обмотки, т. е. U1.
В этом случае трансформатор понижает напряжение внешнего источника, поэтому он называется понижающим. Если число витков вторичной обмотки W2 больше числа витков первичной обмотки W1. то напряжение U2 будет больше напряжения U1.
В таком случае трансформатор повышает напряжение, создаваемое внешним источником, и называется повышающим.
Разделив амплитуду напряжения на вторичной обмотке U2 на амплитуду напряжения, действующего на первичной обмотке U1 получим величину, которая характеризует степень преобразования величины напряжения и называется коэффициентом трансформации:
Так как магнитный поток является общим для обоих обмоток, то отношение напряжения на вторичной обмотке к напряжению на первичной обмотке можно заменить отношением чисел витков этих обмоток:
Если n> 1, то трансформатор повышающий, если n http://electricremont.ru/formula-koeffitsienta-transformatsii.html
Коэффициент трансформации
Главная > Теория > Коэффициент трансформации
Трансформатор представляет собой одно,- или многообмоточную систему на общем магнитопроводе, связанные взаимоиндукцией и предназначенные для преобразования (трансформации) величины напряжения переменного тока без изменения частоты.
Что такое коэффициент трансформации, и как определяется эта величина? Коэффициентом трансформации называется характеристика трансформатора, которая определяет его преобразовательные свойства.
Данное свойство является основным и находится в общем случае отношением числа витков в обмотках.
Кроме преобразования, трансформаторы выполняют роль гальванической развязки входных и выходных цепей (исключение – автотрансформатор).
Свойства трансформатора
Большинство людей знакомо с трансформаторами только в том смысле, что они являются преобразователями переменного напряжения, повышающими или понижающими.
Соответственно, можно говорить о трансформаторах:
Трансформатор напряжения
Наиболее известное устройство. Включается параллельно нагрузке. Его задача состоит в изменении входного напряжения с заданным коэффициентом. Как определить этот коэффициент? В простейшем случае он численно равен отношению количества витков в обмотках.
Говорят о понижающем трансформаторе, когда количество витков первичной (сетевой) обмотки меньше, чем у вторичной. Тогда на выходе напряжение также будет меньше.
У повышающего, наоборот, количество витков вторичной (нагрузочной) обмотки превосходит количество первичной.
Включение трансформатора напряжения
Обратите внимание! В более общем случае устройство может иметь не две, а более обмоток. Для каждой из обмоток будет иметься свой коэффициент трансформации, причем часть обмоток будут понижающими, а часть –повышающими.
Любой трансформатор напряжения обратим, то есть, подав на любую из вторичных обмоток переменное напряжение, получим его и на выходе первичной, с тем же коэффициентом преобразования (трансформации).
Определение коэффициента трансформации производится по формуле:
Как уже говорилось, коэффициент трансформации определяется отношением количества витков. Это справедливо только для режимов холостого хода, когда сопротивления проводов обмоток не вносят потерь.
Ток, который протекает в обмотках, создает на их сопротивлении падение напряжения, которое вычитается из ЭДС ненагруженного преобразователя. Таким образом, при увеличении нагрузки коэффициент трансформации падает.
Аналогичная ситуация возникает для обмоток, выполненных проводами различного сечения.
Пример. Имеем понижающий трансформатор с коэффициентом трансформации, равным 10, на двух вторичных обмотках, но одна из которых выполнена проводом, сечением в два раза меньше. При одинаковых нагрузках напряжение на той обмотке, где использовался более тонкий провод, будет ниже на величину падения напряжения на сопротивлении обмоточного провода.
У трансформатора может быть и одна обмотка. В таком случае он называется автотрансформатором. Обмотка в таком случае имеет как минимум три вывода. К одной из пары выводов подключается входное напряжение. Выходное напряжение снимается с одного из входных и оставшегося свободным. Автотрансформатор также может быть повышающим и понижающим.
Трансформатор тока
Данное устройство более известно тем, кто занимается измерениями и обслуживанием мощных электрических установок.
Измерение токов больших величин связано с определенными затруднениями, связанными с обеспечением безопасности и трудностями в изготовлении измерительных приборов для непосредственного измерения.
Кроме измерений, сигналы с данных устройств используются системами защиты и сигнализации.
Включение трансформатора тока
Трансформатор тока подключается в цепь последовательно с нагрузкой. Соответственно, ток в первичной обмотке в точности равен току нагрузки. На вторичной обмотке получается напряжение, пропорциональное коэффициенту трансформации тока.
Коэффициент трансформации определяется таким же образом, как и для трансформаторов напряжения, но с поправкой на ток холостого хода, который вызван намагничиванием и потерями в магнитопроводе.
Данные устройства тока имеют специфические области применения, поэтому их строго классифицируют по нескольким критериям:
К сведению. Характеристики, определяющие тип и назначение трансформаторов тока, указываются на заводской бирке изделия.
Коэффициент трансформации трансформатора тока в характеристиках не указывается, но его легко определить самостоятельно, зная значения первичного и вторичного токов, указанных в технических характеристиках. Коэффициент трансформации тока равен их отношению:
В отличие от аналогичных устройств, токовые трансформаторы нельзя включать без нагрузки, поскольку это приведет к выходу их из строя и появлению на выходных клеммах опасно высокой ЭДС.
Трансформатор сопротивления
Подобное устройство можно назвать еще согласующим трансформатором, так как его задача – согласовывать сопротивления источника и нагрузки для точной передачи сигнала в различных каскадах электронных схем. В данном случае не важны значения напряжений и токов в цепях, поскольку определяющим является согласованная работа каскадов с разными сопротивлениями, которые и трансформируют трансформатор сопротивления.
Включение согласующего трансформатора
Коэффициент трансформации трансформатора сопротивления также определяется отношением количества витков обмоток, но в отношении сопротивления нагрузки и источника используется квадратичная зависимость, формула такова:
Таким образом, если известны сопротивления нагрузки и источника, требуемый коэффициент трансформации находится из зависимости:
В дальнейшем найденный коэффициент трансформации используется для расчета обмоток.
Видео
Коэффициент трансформации счетчика электроэнергии – что это такое и как рассчитать?
Коэффициент трансформации счетчика электроэнергии (КТ) – это одна из технических величин, виляющих на точность показаний прибора учёта.
Показатель определяется эффективностью функционирования трансформаторной подстанции.
Разберем подробно данную величину.
Что такое коэффициент трансформации?
С целью учета электрической энергии, которая потребляется крупными объектами, включая жилые многоэтажные здания, используется специализированное оборудование, способствующее понижению показателей мощности напряжения, которое передаётся на контакты общедомового прибора учёта.
Такие электрические счётчики не имеют непосредственного соединения с электросетью дома, что обуславливается отсутствием возможности выполнить подключение высокого напряжения посредством традиционных приборов прямого включения.
Таким образом, чтобы предотвратить поломку счетчиков, требуется уменьшать мощностные показатели на подаваемое напряжение посредством трансформаторного стандартного оборудования. На выбор такого оборудования оказывает непосредственное влияние уровень необходимой нагрузки.
Коэффициент трансформации приборов учёта электрической энергии может варьироваться в зависимости от характеристик установленного оборудования. В результате приборы-счётчики для учета затрат электроэнергии, функционирующие с трансформаторами, фиксируют нагрузку, которая снижена в несколько десятков раз.
Полученные прибором учёта данные и являются коэффициентом трансформации, а чтобы определить реальное потребление электроэнергии, потребуется умножить показания электрического счетчика на КТ.
Как определить коэффициент трансформации: формула
Коэффициент трансформации счетчика электроэнергии указывает во сколько раз входные параметры напряжения или тока отличаются в меньшую или большую сторону от показателей на выходе.
При показателях, превышающих единицу, производится снижение, и, напротив, при показателях менее единицы, применяется устройство повышающего типа.
Различаются коэффициенты трансформации на напряжение или ток.
Формула расчёта: k=U1/U2=N1/N2 ≈ I2/I1, где:
Как правило, такие параметры коэффициента трансформации в обязательном порядке указываются в сопроводительной документации, которая прилагается к оборудованию. Также эти сведения можно узнать из обозначений на корпусе такого устройства.
Сложной является ситуация, при которой КТ нужно вычислить самостоятельно, по данным, полученным эмпирическим путем. В этом случае осуществляется пропуск тока сквозь первичную обмотку оборудования и замыкание на вторичной обмотке, после чего замеряется величина электрического тока, проходящего по вторичной обмотке.
Самостоятельный расчёт предполагает деление значения первичного тока, на значение вторичной обмотки. Результатом таких расчётов является частное, представленное коэффициентом трансформации.
Расчетный коэффициент учета
Чтобы уточнить реальный уровень потребления электрической энергии, требуется снять показания электросчётчика, после чего умножить их на КТ.
На практике КТ трансформатора, понижающего напряжение в домашних условиях, составляет 20 единиц, поэтому данные с прибора учёта нужно умножать именно на эту цифру, в результате чего и будет получен реальный расход электрической энергии.
Разновидности приборов учета электроэнергии
Счетчики являются многофункциональными устройствами для учета потребления, а также сохранения информации по потреблению электрической энергии.
На сегодняшний день эксплуатируются три варианта приборов-счётчиков, предназначенных для учета расходуемой электрической энергии.
К ним относятся индукционные, электронные и гибридные модели. Последний вариант наименее распространённый.
Механические или индукционные приборы учёта
Приборы такого типа состоят из двух катушек.
Первая катушка на напряжение ограничивает параметры переменного тока, преграждая помехи и образуя, в соответствии с напряжением, особый магнитный поток.
Вторая катушка на ток образует поток переменного типа.
К преимуществам механических моделей относятся высокая надежность и конструкционная простота, длительный эксплуатационный срок, независимости от перепадов напряжения и доступная стоимость. При выборе индукционных приборов нужно учитывать достаточно крупные габариты устройства.
Несмотря на широкое распространение, такое оборудование относится к устройствам малого класса точности и отличается повышенной энергоемкостью, а погрешности получаемых данных особенно хорошо заметны в условиях невысокой нагрузки на сеть.
Электронные приборы учёта
Модельный ряд электронных приборов отличается достаточно высокой стоимостью, которая вполне оправдана достойным качеством устройства, включая более высокий класс точности и способность функционировать в многотарифном режиме.
Принцип действия базируется на способе преобразования входных аналоговых сигналов в специальный цифровой код, расшифровываемый при помощи микроконтроллера.
Однофазный многофункциональный электронный счётчик электрической энергии DDS28U
Расшифрованные данные поступают на дисплей или так называемый оптический порт. Помимо высокой точности и многотарифной системы использования, к преимуществам можно отнести возможность ведения энергоучёта в двух направлениях, сохранение данных, возможность получения показаний в дистанционном режиме, а также долговечность и компактные размеры.
При выборе нужно учитывать основные недостатки таких моделей, которые представлены высокой чувствительностью к перепадам напряжения и отсутствием ремонтопригодности.
Гибридные приборы учёта
На сегодняшний день гибридные приборы учёта используются потребителями крайне редко. Такой промежуточный вариант счётчика электрической энергии имеет цифровой интерфейс, а измерительная часть устройства может быть представлена индукционным или электронным типом. Характерным является наличие механического вычислительного устройства.
Советы и рекомендации
На сегодняшний день в многоквартирных жилых домах и частном загородном секторе домовладений в основном устанавливаются однофазные приборы учёта электрической энергии, которые рассчитаны на стандартное напряжение в 220 В.
Тем не менее, в условиях использования большого количества бытовых приборов с разными показателями мощности, рекомендуется отдавать предпочтение трехфазным счетчикам, что позволяет подключать энергоемкие устройства, которые рассчитаны на напряжение в 220 В и 380 В.
При выборе прибора нужно обязательно обращать внимание на расчётные показатели тока, а также класс точности, представленный наибольшей допустимой относительной погрешностью, выраженной в процентах.
Все вновь устанавливаемые трехфазные счетчики обязательно должны иметь пломбы государственной поверки, давность которых не превышает двенадцать месяцев. Срок давности пломбы на однофазном счетчике не может превышать два года.
Видео на тему
Как рассчитать коэффициент трансформации
Все приборы учета электроэнергии, которые рассчитаны на большие токи (от 100 А и выше) имеют в своем составе понижающие трансформаторы.
Они уменьшают ток, поступающий непосредственно на измерительную часть. Одним из основных параметров для потребителя в этом случае является коэффициент трансформации счетчика электроэнергии.
Он необходим для правильного снятия показаний с таких измерительных приборов.
Техническая характеристика коэффициента
Коэффициент трансформации – отношение токов нагрузки и электрического счетчика. В данном случае он всегда будет больше единицы, так как токи потребления превышают измерительные. При подсчете израсходованной электроэнергии, показания на циферблате или панели, умножаются на данный коэффициент. Получившееся значение является правильным количеством потребленных киловатт-часов.
А также трансформаторы имеют класс точности. Для оборудования учета электроэнергии он равен 0,2 или 0,5. Чем ниже значение класса, тем более высокая точность измерительных приборов.
Виды электросчетчиков
Существует огромное количество различных электросчетчиков. Однако их всех можно разбить на три основных вида:
Механические устройства
Конструктивно индукционные счетчики выполнены следующим образом – между двух катушек, токовой и напряжения, находится алюминиевый диск, который механически связан со шкалой.
Принцип работы – ток, протекающий по катушкам, создает электромагнитное поле, которое заставляет вращаться диск. Он через червячную передачу передает свое вращение на механизм отсчета. Чем больший ток протекает через катушки, тем большая индуктивность электромагнитного поля, которое заставляет быстрее вращаться диск, а следственно и шкалу.
В классификации счетчиков индуктивные являются самыми неточными. Это обусловлено погрешностями, возникающими при преобразовании электромагнитного поля во вращение диска. А также довольно серьезные погрешности могут возникать и в механизме вращения шкалы.
Главным достоинством данного вида – низкая цена.
С электронным механизмом
Электронные приборы учета электроэнергии появились относительно недавно. Основаны они на измерении тока посредством аналоговых датчиков. Информация с датчиков поступает на микроконтроллер, где преобразуется и выводится на ЖК дисплей.
К достоинствам электронных относится:
Главными недостатками являются высокая цена и большая чувствительность к скачкообразному изменению напряжения в сети.
Смешанные модели
Данный вид был создан с целью уменьшения цены на оборудование, которое можно было бы подключить в систему АСКУЭ. Данный вид нечувствителен к скачкам напряжения.
К недостаткам можно отнести большие размеры и невысокую точность по сравнению с электронными.
Определение коэффициента трансформации
Как было сказано выше, при подсчете затраченной электроэнергии важно знать коэффициент трансформации счетчика. Информацию о нем можно найти как в паспорте на счетчик электроэнергии, так и на лицевой панели прибора. Иногда в электронных приборах его можно найти в меню. Обозначается он либо через знак деления, либо просто числом. Обычно это значения из ряда 10, 20, 30 и 40.
В первом случае, одним мультиметром измеряется напряжение на первичной обмотке, вторым на вторичной. Важно помнить, что замеры делаются только на холостом варианте работы трансформатора, то есть без нагрузки. Ни в коем случае не следует превышать значение номинального напряжения, указанного в паспорте, так как это значительно увеличит погрешность.
Использование специального оборудования позволяет не использовать внешний источник питания, что существенно упрощается процедуру измерения.
Измеряя показатель трансформации, следует использовать измерительные приборы с классом точности не менее 0,5.
Видео по теме: Как посчитать потребление электроэнергии на счетчике с трансформаторами тока
Коэффициент трансформации трансформатора
На практике при использовании энергии электрического тока часто появляется необходимость изменять напряжение, которое подается от генератора. Переменное напряжение можно масштабировать (повышать или понижать) почти без потерь энергии.
Устройства при помощи которых производят преобразование напряжения (силы тока, сопротивления и т.д.) называют трансформаторами.
Трансформаторы не преобразовывают виды энергии, а изменяют величину заданного параметра цепи, уменьшая его или увеличивая, поэтому, когда в данном случае говорят о преобразовании, то имеют в виду масштабирование.
Обозначают коэффициент трансформации чаще всего буквами k или n (могут встречаться другие обозначения).
Если, то такой трансформатор называют повышающим, если больше единицы — то понижающим.
Разные виды трансформаторов и их коэффициенты трансформации
Так, при помощи трансформатора с параллельным подключением обмотки к источнику электрической энергии производят масштабирование напряжения (трансформатор напряжения), при этом коэффициент трансформации рассчитывают:
где— напряжение на входе трансформатора (на первичной обмотке);— напряжение на выходе трансформатора (на вторичной обмотке);— количество витков на первичной обмотке;— число витков на вторичной обмотке.
Если потерями в обмотках трансформатора пренебрегать нельзя, то коэффициент трансформации можно найти по формуле:
где— сопротивление первичной обмотки трансформатора— сопротивление вторичной обмотки; — ЭДС, которая наводится в каждом из витков обмоток;и— силы токов в соответствующих обмотках.
При помощи трансформатора с параллельным подключением можно масштабировать сопротивление. Расчет коэффициента трансформации при этом связывают с равенством мощности получаемой трансформатором от источника и отдаваемой во вторичную цепь. При этом потерями пренебрегают. Обозначим коэффициент трансформации сопротивления. Можно записать, что:
Если проводят масштабирование силы тока, то используют трансформатор с последовательным подключением первичной обмотки к источнику (трансформатор тока). Тогда коэффициент трансформации вычисляют как:
Последнее равенство в выражении (3) справедливо, только если не учитывать потери и считать, что:
Иначе возникает сила тока, которая показывает ток, составленный из тока намагничивания и активных потерь в магнитопроводе (этот ток еще называют током «холостого хода»). Еслито мы имеем связь между силами токов, текущими в обмотках трансформатора в виде:
Примеры решения задач
Коэффициент трансформации тока и примеры его расчетов
Все трансформаторы тока обладают рядом характеристик, которые позволяют использовать устройство в той или иной ситуации в зависимости от индивидуальных целей. Выбор конкретного трансформирующего прибора обусловлен в том числе и коэффициентом трансформатора тока. Как рассчитать эту величину и применить ее на практике? Рассмотрим основные виды трансформаторов этого типа.
Коэффициент трансформации трансформатора тока и напряжения
Это почти то же, что и передаточное отношение двух сцепленных шестеренок. Только в шестеренках берется отношение количества зубцов в одной и другой шестеренке, а в трансформаторе коэффициент трансформации — это тоже отношение, только количества витков в первичной обмотке к количеству витков во вторичной обмотке.
В трансформаторе электроэнергия никуда не преобразуется.
Изменению подвергаются только ее параметры «протекания» по проводнику, а с характером энергии — электрическая — и передаваемой мощностью — то есть, количеством энергии — ничего не происходит.
Действительно, мы знаем, что трансформатор может уменьшить или увеличить напряжение, при этом ток пропорционально изменится тоже, но в сторону противоположную.
Трансформатор, у которого количество витков вторичной обмотки больше, чем количество витков первичной, является повышающим. А трансформатор, у которого количество витков во вторичной обмотке меньше, чем количество витков в первичной — понижающим. Поэтому такое изменение параметров и называется не преобразованием, а масштабированием, или трансформацией.
Масштаб — это, как известно, всего одно число, несмотря на то, что трансформации подвергаются сразу два параметра — ток и напряжение.
Трансформатор — устройство, в котором нет подвижных частей, имеет конструкцию жесткую, очень консервативную. То есть, в ней обычно нет деталей, которые можно легко отсоединить и посчитать, например, количество витков в обмотке. Да и обмотки бывают намотаны одна поверх другой. Обмотку что при этом, всю перематывать?
Имеются формулы, но они немного разные для разных вариантов подключения и целей трансформирования.
Расчет коэффициента трансформации по напряжениям
При прямом подключении трансформатора к источнику задача трансформатора — подать на нагрузку напряжение, масштабированное относительно напряжения в сети питания.
Прямое подключение трансформатора
В сетях потребления трансформатор потребителя включают параллельно ко всем другим подобным трансформаторам потребителей. Коэффициент трансформации силового трансформатора n можно вычислить по формуле
Обычные трансформаторы делаются так, чтобы минимизировать потери на активное сопротивление в них самих. А они пропорциональны токам в обмотках и обратно пропорциональны напряжениям. Поэтому первичные обмотки у понижающих трансформаторов делают из тонких медных эмалированных проводов, а вторичные — из довольно толстых.
В нашей формуле, если пренебречь активными сопротивлениями обмоток, то есть R1, R2
Трансформаторы, используемые в цепях потребления для масштабирования напряжений к номиналам потребляющих приборов, обычно и называют трансформаторы напряжения.
Коэффициент трансформации трансформатора тока
Измерительные трансформаторы располагают на линии, проходящей «мимо», они являются трансформаторами тока, и напряжение на вторичной обмотке у них померить просто нереально. Поэтому пользуются другим способом определения коэффициента трансформации: «пляшут» от токов, а не от напряжений. Получается коэффициент трансформации тока
Косвенное подключение к линии
Первичная обмотка включена в линию последовательно со всеми ее остальными нагрузками, и измерение коэффициента трансформации проводят по току, протекающему во вторичной обмотке.
Эти токи также зависят от количества витков в обмотках. Однако от силы тока в обмотках и от количества витков зависит ток «холостого хода» I0, который складывается из тока намагничивания и тока, идущего на потери от разогрева трансформаторного магнитопровода:
Если эти потери невелики, то есть I0
То есть в трансформаторах тока коэффициент трансформации находят как равный обратному отношению количества витков в обмотках — во вторичной обмотке к количеству витков в первичной обмотке.
Как определить этот показатель в цепях передачи мощности
При передаче энергии в конкретную нагрузку стараются согласовать мощность нагрузки во вторичной цепи с мощностью, извлекаемой трансформатором из цепи его первичной обмотки, то есть от источника. Такого согласования можно добиться, используя балластные сопротивления во вторичных цепях, а можно для этого использовать согласующий трансформатор.
Соотношение мощностей в этом случае будет
где S1 — мощность, потребляемая трансформатором из сети и S2 — мощность, отдаваемая трансформатором в нагрузку;
ΔS — потери мощности в самом трансформаторе — обычно их находят как равные 1–2% от мощности.
Пренебрегая этими малыми потерями трансформирующего устройства, получаем зависимости для мощностей
где Z1 — входное сопротивление цепи трансформатора с нагрузкой относительно первичной цепи,
Z2 — входное сопротивление цепи нагрузки трансформатора, подключенной к вторичной обмотке.
Так как цепи согласованы, то
Получается значение еще одного показателя, который называется коэффициентом трансформации по сопротивлению, и такой коэффициент трансформации равен отношению квадратов напряжений на первичной обмотке и на вторичной.
Как определить опытным путем?
В реальных практических случаях не всегда бывает возможно найти коэффициент трансформации чисто аналитическим путем, чему не помогает даже и использование калькуляторов. Например, трансформаторы, имеющие несколько обмоток.
Коэффициент трансформации трехфазного трансформатора, вообще говоря, не один, а несколько, так как трехфазный трансформатор содержит несколько вторичных обмоток, которые намотаны на одном сердечнике.
Или когда мы имеем перед собой трансформатор, но не знаем точное количество витков в обмотках.
Поэтому существуют методы опытного определения, основанные на измерении напряжений на входе трансформатора и напряжения на вторичных обмотках. Такие замеры необходимо делать на холостом ходу, причем одновременно на первичной и на вторичных обмотках. Из них и найдете искомые коэффициенты трансформации. Найденное значение послужит основой для дальнейших расчетов.
Определение коэффициента трансформации силовых трансформаторов
Коэффициентом трансформации (К) именуется отношение напряжения обмотки ВН к напряжению обмотки НН при холостом ходе трансформатора:
Для трехобмоточных трансформаторов коэффициентом трансформации является отношение напряжений обмоток ВН/СН, ВН/НН и СН/НН.
Значение коэффициента трансформации позволяет проверить правильное число витков обмоток трансформатора, потому его определяют на всех ответвлениях обмоток и для всех фаз. Эти измерения, не считая проверки самого коэффициента трансформации, дают возможность проверить корректность установки тумблера напряжения на соответственных ступенях, также целость обмоток.
Если трансформатор устанавливается без вскрытия и при всем этом ряд ответвлений, недоступен для измерений, определение коэффициента трансформации делается только для доступных ответвлений.
При испытании трехобмоточных трансформаторов коэффициент трансформации довольно проверить для 2-ух пар обмоток, при этом измерения рекомендуется проводить на тех обмотках, для которых напряжение недлинного замыкания меньшее.
В паспорте каждого трансформатора даются номинальные напряжения обеих обмоток, относящиеся к режиму холостого хода. Потому номинальный коэффициент трансформации можно просто найти по их отношению.
Измеренный коэффициент трансформации на всех ступенях тумблера ответвлений не должен отличаться более чем на 2 % от коэффициента трансформации на том же ответвлении на других фазах либо от паспортных данных, либо от данных прошлых измерений. В случае более значимого отличия должна быть выяснена его причина. При отсутствии виткового замыкания трансформатор может быть введен в работу.
Коэффициент трансформации определяют последующими способами:
б) моста переменного тока;
в) неизменного тока;
г) примерного (стандартного) трансформатора и др.
Коэффициент трансформации рекомендуется определять способом 2-ух вольтметров (рис. 1).
Принципная схема для определения коэффициента трансформации способом 2-ух вольтметров для однофазовых трансформаторов дана на рис. 1,а. Напряжение, подводимое к двум обмоткам трансформатора, сразу определяют 2-мя различными вольтметрами.
При испытании трехфазных трансформаторов сразу определяют линейные напряжения, надлежащие одноименным зажимам обеих проверяемых обмоток.
Подводимое напряжение не должно превосходить номинального напряжения трансформатора и быть чрезвычайно малым, чтоб на результаты измерений не могли воздействовать ошибки вследствие утраты напряжения в обмотках от тока холостого хода и тока, обусловленного присоединением измерительного прибора к зажимам вторичной обмотки.
Рис. 1. Способ 2-ух вольтметров для определения коэффициентов трансформации: а – для двухобмоточных и б – трехобмоточных трансформаторов
Подводимое напряжение должно быть от 1-го (для трансформаторов большой мощности) до нескольких 10-ов процентов номинального напряжения (для трансформаторов маленький мощности), если тесты проводятся с целью проверки паспортных данных трансформаторов.
Почти всегда к трансформатору подводят напряжение от сети 380 В. В случае необходимости вольтметр присоединяется через трансформатор напряжения либо врубается с дополнительным сопротивлением.
Классы точности измерительных устройств – 0,2–0,5.
Допускается присоединять вольтметр V1 к питающим проводам, а не к вводам трансформатора, если это не отразится на точности измерений из-за падения напряжения в питающих проводах.
При испытании трехфазных трансформаторов симметричное трехфазное напряжение подводят к одной обмотке и сразу определяют линейные напряжения на линейных зажимах первичной и вторичной обмоток.
При измерении фазных напряжений допускается определение коэффициента трансформации по фазным напряжениям соответственных фаз. При всем этом проверку коэффициента трансформации создают при однофазовом либо трехфазном возбуждении трансформатора.
Если коэффициент трансформации был определен на заводе-изготовителе, то при монтаже целенаправлено определять те же напряжения. При отсутствии симметричного трехфазного напряжения коэффициент трансформации трехфазных трансформаторов, имеющих схему соединения обмоток Д/У либо У/Д, можно найти с помощью фазных напряжений с последовательным закорачиванием фаз.
Для этого одну фазу обмотки (к примеру, фазу А), соединенную в треугольник, закорачивают соединением 2-ух соответственных линейных зажимов данной обмотки.
Потом при однофазовом возбуждении определяют коэффициент трансформации оставшейся свободной пары фаз, который при данном способе должен быть равным 2 Kф для системы Д/У при питании со стороны звезды (рис.
2) либо Kф/2 для схемы У/Д при питании со стороны треугольника, где Kф – фазный коэффициент трансформации (рис. 3).
Рис. 2. Определение коэффициентов трансформации трансформатора, соединенного по схеме Д/У, при несимметричном трехфазном напряжении: а – 1-ое; б – 2-ое и в – третье измерения
Аналогичным образом создают измерения при накоротко замкнутых фазах В и С. При испытании трехобмоточных трансформаторов коэффициент трансформации довольно проверить для 2-ух пар обмоток (см. рис. 1,б).
Если у трансформатора выведена нейтраль и доступны все начала и концы обмоток, то определение коэффициента трансформации можно создавать для фазных напряжений. Проверку коэффициента трансформации по фазным напряжениям создают при однофазовом либо трехфазном возбуждении трансформатора.
Для трансформаторов с РПН разница коэффициента трансформации не должна превосходить значения ступени регулирования. Коэффициент трансформации при приемосдаточных испытаниях определяется два раза – 1-ый раз до монтажа, если паспортные данные отсутствуют либо вызывают сомнения, и 2-ой раз конкретно перед вводом в эксплуатацию при снятии свойства холостого хода.
Рис. 3. Определение коэффициентов трансформации трансформатора, соединенного по схеме У/Д, при несимметричном трехфазном напряжении: а – 1-ое; б – 2-ое и в – третье измерения
Рис. 4. Принципная схема универсального прибора типа УИКТ-3
Для ускорения измерения коэффициента трансформации применяется универсальный прибор типа УИКТ-3, которым можно измерить коэффициенты трансформации силовых и измерительных трансформаторов тока и напряжения без внедрения стороннего источника переменного тока. Сразу с измерением коэффициента трансформации определяется полярность первичной и вторичной обмоток. Погрешность в измерении не должна превосходить 0,5 % измеряемой величины.
Механизм работы прибора основан на сопоставлении напряжений, индуктируемых во вторичной и первичной обмотках трансформатора, с падением напряжения на узнаваемых сопротивлениях (рис. 4). Сопоставление делается по мостовой схеме.
Школа для электрика
Коэффициент трансформации электросчетчика
Данный коэффициент — это характеристика, показывающая достоверность показаний прибора-измерителя. Этот показатель определяет степень работоспособности станции трансформаторов тока. Коэффициент трансформации (КТ) счетчика электроэнергии — один из значимых показателей, позволяющий вести правильный учет расхода электроэнергии. Разберемся подробнее в этом вопросе.
Понятие о коэффициенте трансформации
Для произведения рационального контроля электроэнергии на крупных объектах используется специальное оборудование, снижающее мощность на выходах электросчетчика. Данные устройства не соединены напрямую с электросетью здания, что обозначает невозможность прямого включения высоковольтного напряжения к общей электросети.
Отсюда следует, чтобы минимизировать возникновение неисправностей надо уменьшать мощность с помощью трансформаторного оборудования. В таком случае электросчетчики зафиксируют нагрузку, сниженную в десятки раз.
Полученные таким образом результаты и будут КТ, а, чтобы определить настоящий расход электричества, следует умножить показания электросчетчика на используемый расчетный коэффициент.
Формула для определения коэффициента трансформации
Из соотношения видно, как отличаются входные показания напряжения и тока от выходных. При значениях больше единицы, проводятся мероприятия по снижению напряжения, при меньших, наоборот — повышают с помощью специальных устройств. Данные коэффициенты различаются для показания напряжения и тока. Формула расчета:
Чаще всего данные показатели указаны в документах оборудования и приборов. Если документов нет, то все показатели можно определить по условным знакам на корпусах устройств.
Возникает проблема, когда нужно произвести расчет КТ по экспериментальным данным.
Для этого электричество пропускают через первичную обмотку электроприбора и замыкают на вторичной, а затем измеряют ток во вторичной обмотке.
Как узнать настоящее потребление электроэнергии
Чтобы рассчитать реальный расход электричества необходимо показания электросчетчика умножить на коэффициент распределения. В реальности, данный КТ равен 20, а значит, для получения правдивых значений потребления электроэнергии показания необходимо умножать именно на эту цифру.
Виды счетчиков электричества
Приборы учета электрической энергии — оборудование для учета расхода потребляемого ресурса и они сохраняют данные по потреблению. Всего существует 3 вида приборов учета электроэнергии: индукционные, электронные, гибридные. Рассмотрим каждый вариант более детально.
Индукционные счетчики
Приборы первого типа в своем составе имеют две катушки, одна из них ограничивает переменный ток, исключая неточности и образуя магнитное поле. Вторая — образует переменный ток.
К плюсам этих счетчиков можно отнести их высокую работоспособность, простая конструкция. Несмотря на перепады напряжения, такие счетчики прослужат очень долго. Индукционные устройства достаточно габаритны, но имеют доступную цену.
Даже несмотря на распространенность такие счетчики энергоемкими и низкой точности.
Электронные приборы учета
Данные счетчики достаточно дорогостоящи, однако цена оправдывает качество. Эти устройства имеют высокий класс точности, что сводит погрешности показаний к минимуму. У данных устройств есть функция многотарифности.
Принцип действия такого счетчика основан на том, что он трансформирует сигнал в цифровой код, который затем расшифровывается микроконтроллером. Затем данные выводятся на дисплей. Такие счетчики имеют возможность вести учет в нескольких направлениях, они намного компактнее и занимают меньше места.
К отрицательным качествам следует отнести гиперчувствительность к скачкам напряжения, а также такие счетчики непригодны для ремонта.
Гибридные счетчики
Сейчас такой вид устройств редко используется обывателями, чаще их используют в физических лабораториях с определенной целью. Такие счетчики оснащены цифровым интерфейсом. В своем арсенале эти устройства имеют цифровой интерфейс, а измерительная часть представлена одним из двух видов, рассмотренных выше.
Советы и итоги
Сейчас в многоэтажных жилых и нежилых помещениях устанавливаются однофазные приборы учета электроэнергии. Однако, ввиду обилия бытовых приборов различной мощности лучше отдать свой голос в пользу трехфазных устройств учета.
При подборе счетчика обратите внимание на расчетные показатели, коэффициенты и точность устройства. Этими показателями и определяется качество счетчика.
Все новые установленные счетчики должны быть опломбированы пломбой установленного образца, помните об этом!