Kuinka laskea muuntajan käännössuhde: kaava, esimerkit ja testausvinkit

Olet juuri saanut erän muuntajia toimittajalta, ja tyyppikilvessä lukee 230 V ensiö, 12 V toisio. Ennen kuin liität ne tuotteeseesi, sinun on tiedettävä yksi numero: kierrossuhde. Tämä yksittäinen arvo kertoo, vastaavatko käämien määrät suunnittelua, tuottaako yksikkö odotetun lähtöjännitteen ja kannattaako koko testisarjan suorittamiseen käyttää aikaa.

Lyhyt vastaus, joka todettiin edessä: muuntajan kierrossuhde on a = N _p /N _s , ensiökäämin kierrokset jaettuna toisiokäämin kierroksilla, ja kuormittamattomana se on myös suunnilleen yhtä suuri kuin V _p / V _s . Tästä suhteesta voit ennustaa toisiojännitteen, kuormitusvirran, heijastuneen impedanssin ja vakiokierrossuhteen testin tuloksen.

Mitä muuntajan kääntösuhde tarkoittaa

Muuntaja siirtää sähköenergiaa kahden käämin välillä yhteisen magneettisydämen kautta. Ensiökäämi muodostaa magneettivuon ja toisiokäämiin indusoituu jännite. Kahden käämin kierroslukujen suhde määrää, kuinka paljon jännite muuttuu tulon ja lähdön välillä.

Perinteisessä kaksikäämiisessä muuntajassa:

N _p = ensiökäämin kierrosten lukumäärä
N _s = toisiokäämin kierrosten lukumäärä
a = N _p /N _s = kierrossuhde

Jos a on suurempi kuin 1, muuntaja laskee jännitettä alas. Jos a on pienempi kuin 1, se nostaa jännitettä. Tämä ei ole vain akateeminen määritelmä: se on ensimmäinen parametri, jota insinööri vertaa tyyppikilpeen, kun muuntaja saapuu penkille, ja se on sama numero, jonka valmistaja lukitsee käämityksen suunnittelun aikana.

Ensisijainen: 1000 kierrosta (83,3 %)

Toissijainen: 200 kierrosta (16,7 %)

1000 kierroksen ensisijainen ja 200 kierroksen toissijainen antavat 5:1 suhteen.

Käännökset Ratio kaava ja kuinka sitä käytetään

Ihanteellisen muuntajan vakiokierrossuhdekaava on kolme vastaavaa muotoa:

a = N _p /N _s — käämitysmäärän määritelmä
a ≈ V _p / V _s — jännitteen määritelmä kuormittamattomana mitattuna
a = minä _s / minä _p — virtasuhde, jota sovelletaan, kun toisio antaa virtaa

Ihanteelliselle muuntajalle kaikki kolme tuottavat saman arvon. Todelriviän muuntaja poikkeaa hieman, koska käämitysvastus ja vuotoreaktanssi aiheuttavat sisäisiä jännitehäviöitä, joten liittimen jännitesuhde on tarkka vain kuormittamattomana. Hyvin rakennetussa yksikössä ero on pieni, mutta sillä on merkitystä, kun teet vastaanottotestauksen tai vertaat mittauksia tyyppikilpeen.

Kolme vastaavaa tapaa ilmaista kierrossuhde, näytetään 230 V / 46 V muuntajalle.
Määritelmä	Formula	Esimerkkiarvo
Käännöksiä	a = N _p /N _s	1000 / 200 = 5,00
Jännite	a = V _p / V _s	230 / 46 = 5,00
Nykyinen	a = minä _s / minä _p	10 A / 2 A = 5,00

Jännitemenetelmä on käytännölriviän oikotie kierrossuhteen laskemiseen liikkeessä tai kentällä: syötä tunnettu alhainen vaihtojännite yhteen käämiin, mittaa toisesta käämityksestä avoin jännite ja jaa kaksi lukemaa. Sinun ei koskaan tarvitse purkaa muuntajaa laskeaksesi kierroksia. Kierrossuhde ohjaa myös impedanssiheijastusta: kuormitusimpedanssi Z _L toissijaisessa näkyy muodossa a² × Z _L Ensisijaisista liittimistä, minkä vuoksi ääni- ja signaalimuuntajat luottavat huolellisesti asetettuun impedanssisovitussuhteeseen.

Kuva 1 — Toisiojännite laskee kierrossuhteen noustessa (230 V ensiö).

Toiminut esimerkki: 230 V - 46 V:n alennusmuuntaja

Oletetaan, että muuntajan tyyppikilvessä lukee 230 V ensiöjännite, 46 V toisiojännite. Käännössuhde on:

a = 230 / 46 = 5

Tämä tarkoittaa, että ensisijaisella on viisi kertaa niin monta kierrosta kuin toissijaisessa. Jos ensisijaisessa on 1000 kierrosta, toissijaisessa on 200 kierrosta. Virtasuhde on käänteinen: jos toisio syöttää 10 A kuormaa, ensiövirta on I _p = I _s / a = 10 / 5 = 2 A .

Kun suunnittelet tai määrität mukautettua käämiä, hyödyllisempi laskenta suoritetaan toiseen suuntaan. Alkaen 230 V ensiöyksiköstä, jossa on 1000 kierrosta, jokainen kierros kantaa noin 0,23 V. 110 V:n toisioyksikön tuottamiseksi tarvitset noin 110 / 0,23 ≈ 478 kierrosta. Alla oleva pylväskaavio näyttää toisiokäännökset, jotka tarvitaan yhteisten tavoitejännitteiden saavuttamiseen tällä ensiölaitteella. Kun määrität a mukautettu muuntaja , toimittaja suorittaa tarkalleen tämän laskelman suunnittelun tarkastelun aikana varmistaakseen lähtöjännitteen ennen ensimmäisen prototyypin kelaamista.

Kuva 2 — Tavallisille lähtöjännitteille vaadittavat toisiokierrokset (230 V ensiö, 1000 kierrosta).

Kääntää suhdetta kolmivaiheisissa muuntajissa

Kolmivaiheisessa muuntajassa kierrossuhde on edelleen vaihekohtainen määrä: a = N _p /N _s = V _{vaihe, ensisijainen} / V _{vaihe, toissijainen} . Eniten sekaannusta aiheuttava virhe on suoran linjan välisten jännitearvojen käyttäminen, koska verkkojännite vastaa vaihejännitettä vain toisessa kahdesta yleisestä käämikytkennästä.

Mikä jännite lisätään kunkin kolmivaiheisen yhteyden kierrossuhteen kaavaan.
Yhteys	Linjajännite vs. vaihejännite	Käytä suhdekaavassa
Wye (tähti)	V _line = √3 × V _vaihe	V _vaihe (vaiheesta neutraaliin)
Delta	V _line = V _vaihe	V _vaihe (vaiheesta vaiheeseen)

Esimerkiksi muuntajan, jossa on 10 kV wye-kytketty ensiö ja 400 V kolmiokytketty toisio, vaihejännite on 10 000 / √3 ≈ 5 774 V ensiössä ja 400 V toisiossa. Kääntymissuhde on 5 774 / 400 ≈ 14,43 , ei 25, minkä saat, jos vertaisit verkkojännitteitä suoraan.

Käännössuhteen testaus käytännössä

Hyväksytty tehdas- ja kenttämenetelmä on kierrossuhteen testi, jossa käytetään erityistä muuntajan kierrossuhdemittaria (TTR). Mittari syöttää matalan vaihtojännitteen suurjännitekäämiin, mittaa indusoituneen jännitteen pienjännitekäämissä ja näyttää suhteen suoraan. Testi suoritetaan toissijaisella avoimella piirillä siten, että magnetointivirta pysyy alhaisena ja mitattu jännitesuhde kuvastaa todellista kierrossuhdetta.

Vertaa mitattua arvoa tyyppikilven suhteeseen samassa hanan asennossa. Teho- ja jakelumuuntajille alan standardit, kuten IEC 60076-1 ja IEEE C57.12.90, hyväksyvät tyypillisesti poikkeamat 0,5 % määritetystä suhteesta. Jos poikkeama on suurempi, epäile käämivirhettä, väärää hanaliitäntää tai tyyppikilpivirhettä. Valmistajat, joilla on dokumentoitu lähtevä laadunvalvonta, kuten tämän valmistajan ohjeissa kuvattu tarkastusprosessi sivusta , tarkista jokaisen yksikön kääntösuhde ennen toimitusta, joten lisää sama sekki saapuvien tarkastusten luetteloon.

Irrota muuntaja jännitteestä ja eristä se virtapiiristä.
Liitä TTR-mittari korkea- ja pienjänniteholkkeihin napaisuusmerkkejä noudattaen.
Aseta ja vahvista hanan asento ennen mittauksen aloittamista.
Kirjaa suhde jokaiselle hanalle ja jokaiselle kolmivaiheyksikön vaiheelle.

Jos 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.

Yleisiä virheitä käännössuhteen laskennassa

Verkkojännitteen käyttäminen vaihejännitteen sijaan. Kolmivaiheisessa muuntajassa muunna tyyppikilven verkkojännite todelliseksi käämijännitteeksi ennen jakamista.
Mittaus kuormitettuna. Jännitesuhde muuttuu kuormitusvirran mukana käämivastuksen ja vuotoreaktanssin vuoksi. Mittaa toissijaisella avoimella piirillä.
Hanan asennon huomioimatta jättäminen. Käämikytkin muuttaa kierrekäämin tehollisia kierroksia, joten yhteyteen 1 mitattu suhde ei vastaa käämin 5 arvokilven arvoa.
Ensisijaisen ja toissijaisen vaihtaminen. Suhdekäytännön on vastattava sovellustasi: taaksepäin kytketty 5:1-alennusmuuntaja toimii 1:5-asennusyksikkönä.
Luotetaan yhteen lukemiseen. TTR-mittaus on luotettava vain, kun jännite on vakaa, lukema on asettunut ja tulosta verrataan samaan tyyppikilven väliotteeseen ja vaiheeseen.

Usein kysyttyjä kysymyksiä käännössuhteesta

Onko kierrossuhde sama kuin jännitesuhde?

Ilman kuormaa kyllä. Ensiö- ja toisiokierrosten suhde on yhtä suuri kuin ensiö- ja toisio-indusoidun jännitteen suhde. Kuormituksen alaisena päätejännitesuhde muuttuu hieman sisäisen impedanssin putoamisen vuoksi, minkä vuoksi kierrossuhteen testaus suoritetaan aina toisiopiirin ollessa auki.

Vaikuttaako kierrossuhde virtaan?

Kyllä, käänteisessä suhteessa. Toisiovirta jaettuna kierrossuhteella antaa ensiövirran: I _p = I _s /a. 5:1-muuntaja, joka syöttää 10 A toisiopuolella, kuluttaa vain 2 A ensiövirrasta häviöt huomioimatta.

Mikä on hyväksyttävä kierrossuhteen toleranssi?

Useimmille teho- ja jakelumuuntajille IEC 60076-1 ja IEEE C57.12.90 edellyttävät, että mitattu suhde on 0,5 %:n sisällä tyyppikilven arvosta nimellisotossa. Pienemmät ohjaus- ja äänimuuntajat käyttävät usein samaa rajaa asiakkaan spesifikaatiosta riippuen.

Voinko laskea kierrossuhteen induktanssimittauksista?

Epäsuorasti kyllä. Ensisijaisen ja toissijaisen induktanssin suhde on yhtä suuri kuin kierrossuhteen neliö: L _p /L _s = a², joten a = √(L _p /L _s ). Tämä toimii ristiintarkistuksena, kun jännitelähdettä ei ole saatavilla, mutta se on vähemmän tarkka, koska induktanssi riippuu sydämen läpäisevyydestä ja ilmavälistä.

Käännössuhde on hyödyllisin yksittäinen luku muuntajan tyyppikilvessä. Kun voit laskea sen kierrosten, jännitteiden tai virtojen perusteella, voit tarkistaa saapuvat yksiköt, havaita vialliset käämit, tilata vaihtoja oikeilla eritelmillä ja suunnitella mukautettuja muuntajia luottavaisin mielin. Pidä kaava yksinkertaisena, mittaa kuormittamattomana ja ilmoita aina, käytätkö vaihe- vai verkkojännitettä kolmivaiheisissa laitteissa.