Sådan beregnes transformatordrejningsforhold: formel, eksempler og testtips

Du har lige modtaget et parti transformere fra en leverandør, og på typeskiltet står der 230 V primær, 12 V sekundær. Før du tilslutter dem til dit produkt, skal du kende ét tal: omdrejningsforholdet. Den enkelte værdi fortæller dig, om viklingstallet stemmer overens med designet, om enheden vil producere den forventede udgangsspænding, og om det er tiden værd at køre en fuld testsekvens.

Det korte svar, anført foran: transformatorens omdrejningsforhold er a = N _p / N _s , de primære viklingsvindinger divideret med de sekundære viklingsvindinger, og uden belastning er den også omtrent lig med V _p / V _s . Ud fra dette forhold kan du forudsige sekundær spænding, belastningsstrøm, reflekteret impedans og resultatet af en standard drejningsforholdstest.

Hvad drejeforholdet for en transformer betyder

En transformer overfører elektrisk energi mellem to viklinger gennem en delt magnetisk kerne. Den primære vikling etablerer den magnetiske flux, og den sekundære vikling har en spænding induceret i sig. Forholdet mellem drejningen tæller på de to viklinger bestemmer, hvor meget spændingen ændrer sig mellem input og output.

I en konventionel to-vindet transformer:

N _p = antal vindinger på primærviklingen
N _s = antal vindinger på sekundærviklingen
a = N _p / N _s = omdrejningsforhold

Hvis a er større end 1, sænker transformeren spændingen. Hvis a er mindre end 1, øger den spændingen. Dette er ikke kun en akademisk definition: Det er den første parameter, en ingeniør sammenligner med navneskiltet, når en transformer ankommer på bænken, og det er det samme nummer, som en producent låser fast under viklingsdesign.

Primær: 1000 omgange (83,3 %)

Sekundær: 200 omgange (16,7 %)

En 1000-drejning primær og 200-drejning sekundær giver et 5:1-forhold.

Drejningsforholdsformel og hvordan man bruger den

Formlen for standardomdrejningsforhold for en ideel transformer har tre ækvivalente former:

a = N _p / N _s — definitionen af afviklingstælling
a ≈ V _p / V _s — spændingsdefinitionen, målt uden belastning
a = jeg _s / I _p — det aktuelle forhold, som gælder, når sekundæren leverer strøm

For en ideel transformer producerer alle tre den samme værdi. En rigtig transformer afviger lidt, fordi viklingsmodstand og lækreaktans skaber interne spændingsfald, så terminalspændingsforholdet er kun nøjagtigt uden belastning. I en velbygget enhed er forskellen lille, men det betyder noget, når du udfører accepttest eller sammenligner målinger med et navneskilt.

De tre ækvivalente måder at udtrykke drejningsforholdet på, vist for en 230 V / 46 V transformer.
Definition	Formel	Eksempelværdi
Drejninger	a = N _p / N _s	1000 / 200 = 5,00
Spænding	a = V _p / V _s	230 / 46 = 5,00
Nuværende	a = jeg _s / I _p	10 A / 2 A = 5,00

Spændingsmetoden er den praktiske genvej til at beregne omdrejningsforhold i butikken eller i marken: påfør en kendt lav vekselspænding på den ene vikling, mål tomgangsspændingen på den anden vikling og del de to aflæsninger. Du behøver aldrig afvikle transformatoren for at tælle drejninger. Drejningsforhold styrer også impedansrefleksion: en belastningsimpedans Z _L på den sekundære vises som a² × Z _L fra de primære terminaler, hvorfor lyd- og signaltransformatorer er afhængige af et nøje indstillet forhold til impedanstilpasning.

Fig. 1 — Sekundærspændingen falder, når drejningsforholdet stiger (230 V primær).

Bearbejdet eksempel: En 230 V til 46 V Step-Down Transformer

Antag, at et transformernavneskilt viser 230 V primær, 46 V sekundær. Omdrejningsforholdet er:

a = 230 / 46 = 5

Det betyder, at den primære har fem gange så mange omgange som den sekundære. Hvis den primære har 1000 omgange, har den sekundære 200 omgange. Strømforholdet er det omvendte: hvis sekundæren leverer en 10 A belastning, er den primære strøm I _p = I _s / a = 10 / 5 = 2 A .

Når du designer eller specificerer en brugerdefineret vikling, kører den mere nyttige beregning i den anden retning. Startende fra en 230 V primær med 1000 drejninger, bærer hver drejning omkring 0,23 V. For at producere en 110 V sekundær har du brug for ca. 110 / 0,23 ≈ 478 drejninger. Søjlediagrammet nedenfor viser de sekundære drejninger, der kræves for at opnå fælles målspændinger med denne primære. Når du angiver en tilpasset transformer , kører leverandøren præcis denne beregning under designgennemgangen for at bekræfte udgangsspændingen, før den første prototype vikles.

Fig. 2 — Sekundære omdrejninger påkrævet for almindelige udgangsspændinger (230 V primær, 1000 omdrejninger).

Drejningsforhold i trefasede transformatorer

I en trefaset transformer er omdrejningsforholdet stadig en pr-fase mængde: a = N _p / N _s = V _{fase, primær} / V _{fase, sekundær} . Den fejl, der forårsager mest forvirring, er at bruge linje-to-linje spændingsværdier direkte, fordi linjespændingen er lig med fasespændingen i kun en af de to almindelige viklingsforbindelser.

Hvilken spænding der skal indsættes i drejningsforholdsformlen for hver trefaseforbindelse.
Forbindelse	Linjespænding vs. fasespænding	Brug i forholdsformel
Wye (stjerne)	V _line = √3 × V _fase	V _fase (fase-til-neutral)
Delta	V _line = V _fase	V _fase (fase-til-fase)

For eksempel har en transformer med en 10 kV wye-forbundet primær og en 400 V delta-forbundet sekundær en fasespænding på 10.000 / √3 ≈ 5.774 V på den primære og 400 V på den sekundære. Omdrejningsforholdet er 5.774 / 400 ≈ 14,43 , ikke 25, hvilket er, hvad du ville få, hvis du sammenlignede linjespændinger direkte.

Test af svingforhold i praksis

Den accepterede fabriks- og feltmetode er en drejningsforholdstest ved hjælp af en dedikeret transformer drejningsforhold (TTR) meter. Måleren påfører en lav vekselspænding på højspændingsviklingen, måler den inducerede spænding på lavspændingsviklingen og viser forholdet direkte. Testen udføres med sekundært åbent kredsløb, således at magnetiseringsstrømmen forbliver lav, og det målte spændingsforhold afspejler det sande vindingsforhold.

Sammenlign den målte værdi med typeskiltets forhold ved samme tapposition. For strøm- og distributionstransformatorer accepterer industristandarder såsom IEC 60076-1 og IEEE C57.12.90 typisk en afvigelse inden for 0,5 % af det angivne forhold. Hvis afvigelsen er større, skal du have mistanke om en viklingsfejl, en forkert haneforbindelse eller en typeskiltfejl. Producenter med dokumenteret udgående kvalitetskontrol, såsom inspektionsprocessen beskrevet på denne producents om side , kontroller omdrejningsforhold på hver enhed før forsendelse, så tilføj den samme check til din indgående inspektionsliste.

Afbryd strømmen til transformeren, og isoler den fra kredsløbet.
Tilslut TTR-måleren til høj- og lavspændingsbøsningerne, og respekter polaritetsmærkerne.
Indstil og bekræft tappositionen, før målingen påbegyndes.
Registrer forholdet for hvert tryk og for hver fase af en trefaset enhed.

Hvis 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.

Almindelige fejl ved beregning af svingforhold

Brug af netspænding i stedet for fasespænding. I en trefaset transformer skal du konvertere typeskiltets linjespænding til den faktiske viklingsspænding før opdeling.
Måling under belastning. Spændingsforholdet skifter med belastningsstrømmen på grund af viklingsmodstand og lækagereaktans. Mål med sekundært åbent kredsløb.
Ignorerer tappositionen. En trinkobler ændrer de effektive drejninger på den tappede vikling, så et forhold målt ved ledning 1 vil ikke matche navnepladeværdien for ventil 5.
Vende primær og sekundær. Forholdskonventionen skal passe til din applikation: en 5:1 step-down transformer tilsluttet bagud fungerer som en 1:5 step-up enhed.
At stole på en enkelt læsning. En TTR-måling er kun pålidelig, når spændingen er stabil, aflæsningen har sat sig, og resultatet sammenlignes med samme udtag og fase på typeskiltet.

Ofte stillede spørgsmål om drejningsforhold

Er omdrejningsforholdet det samme som spændingsforholdet?

Uden belastning, ja. Forholdet mellem primære og sekundære vindinger er lig med forholdet mellem primær og sekundær induceret spænding. Under belastning ændres terminalspændingsforholdet lidt på grund af interne impedansfald, hvorfor test af drejningsforhold altid udføres med den sekundære åben-kredsløb.

Påvirker omdrejningsforholdet strømmen?

Ja, i omvendt forhold. Den sekundære strøm divideret med omdrejningsforholdet giver den primære strøm: I _p = I _s / a. En 5:1 transformer, der leverer 10 A på den sekundære, trækker kun 2 A på den primære, idet tab ignoreres.

Hvad er en acceptabel drejningsforholdstolerance?

For de fleste strøm- og distributionstransformere kræver IEC 60076-1 og IEEE C57.12.90, at det målte forhold er inden for 0,5 % af mærkepladeværdien ved det nominelle udtag. Mindre kontrol- og lydtransformere bruger ofte samme grænse, afhængigt af kundespecifikationen.

Kan jeg beregne drejningsforholdet ud fra induktansmålinger?

Indirekte, ja. Det primære-til-sekundære induktansforhold er lig med kvadratet på vindingsforholdet: L _p / L _s = a², så a = √(L _p / L _s ). Dette fungerer som et krydstjek, når der ikke er en tilgængelig spændingskilde, men det er mindre nøjagtigt, fordi induktansen afhænger af kernens permeabilitet og luftgab.

Omdrejningsforholdet er det mest nyttige tal på en transformer-navneplade. Når du kan beregne det ud fra drejninger, spændinger eller strømme, kan du verificere indgående enheder, opdage defekte viklinger, bestille udskiftninger med den korrekte specifikation og designe tilpassede transformere med tillid. Hold formlen enkel, mål uden belastning, og angiv altid, om du arbejder med fase- eller netspænding i trefaset udstyr.