Hvordan beregne transformator-svingforhold: formel, eksempler og testtips

Du har nettopp fått et parti transformatorer fra en leverandør, og på merkeskiltet står det 230 V primær, 12 V sekundær. Før du kobler dem til produktet ditt, må du vite ett tall: omdreiningsforholdet. Den enkeltverdien forteller deg om viklingstallene samsvarer med designet, om enheten vil produsere den forventede utgangsspenningen, og om det er verdt tiden å kjøre en full testsekvens.

Det korte svaret, oppgitt foran: transformatorens omdreiningsforhold er a = N _p / N _s , primærviklingssvingene delt på sekundærviklingssvingene, og uten belastning er den også omtrent lik V _p / V _s . Fra dette forholdet kan du forutsi sekundærspenning, belastningsstrøm, reflektert impedans og resultatet av en standard test for svingforhold.

Hva dreieforholdet til en transformator betyr

En transformator overfører elektrisk energi mellom to viklinger gjennom en delt magnetisk kjerne. Primærviklingen etablerer den magnetiske fluksen, og sekundærviklingen har en spenning indusert i seg. Forholdet mellom svingen teller på de to viklingene bestemmer hvor mye spenningen endres mellom inngangen og utgangen.

I en konvensjonell to-viklings transformator:

N _p = antall omdreininger på primærviklingen
N _s = antall omdreininger på sekundærviklingen
a = N _p / N _s = omdreiningsforhold

Hvis a er større enn 1, trapper transformatoren spenningen ned. Hvis a er mindre enn 1, øker den spenningen. Dette er ikke bare en akademisk definisjon: det er den første parameteren en ingeniør sammenligner med navneskiltet når en transformator kommer på benken, og det er samme nummer en produsent låser inn under viklingsdesign.

Primær: 1000 svinger (83,3 %)

Sekundær: 200 svinger (16,7 %)

En 1000-sving primær og 200-sving sekundær gir et forhold på 5:1.

Svinger Ratio Formel og hvordan du bruker den

Formelen for standard svingforhold for en ideell transformator har tre ekvivalente former:

a = N _p / N _s — definisjonen av viklingstall
a ≈ V _p / V _s — spenningsdefinisjonen, målt uten belastning
a = jeg _s / jeg _p — gjeldende forhold, som gjelder når sekundæren leverer strøm

For en ideell transformator produserer alle tre samme verdi. En ekte transformator avviker litt fordi viklingsmotstand og lekkasjereaktans skaper interne spenningsfall, så terminalspenningsforholdet er bare eksakt uten belastning. I en velbygd enhet er forskjellen liten, men det betyr noe når du skal utføre akseptansetesting eller sammenligne målinger med et navneskilt.

De tre ekvivalente måtene å uttrykke svingforholdet på, vist for en 230 V / 46 V transformator.
Definisjon	Formula	Eksempelverdi
Turns	a = N _p / N _s	1000 / 200 = 5,00
Spenning	a = V _p / V _s	230 / 46 = 5,00
Gjeldende	a = jeg _s / jeg _p	10 A / 2 A = 5,00

Spenningsmetoden er den praktiske snarveien for å beregne omdreiningsforhold i butikken eller i felten: påfør en kjent lav AC-spenning på en vikling, mål åpen kretsspenning på den andre viklingen, og del de to avlesningene. Du trenger aldri å slappe av transformatoren for å telle svinger. Svingforhold styrer også impedansrefleksjon: en lastimpedans Z _L på sekundæren vises som a² × Z _L fra primærterminalene, og det er grunnen til at lyd- og signaltransformatorer er avhengige av et nøye innstilt forhold for impedanstilpasning.

Fig. 1 — Sekundærspenningen faller etter hvert som omdreiningsforholdet øker (230 V primær).

Eksempel: En 230 V til 46 V Step-Down transformator

Anta at et transformatornavneskilt viser 230 V primær, 46 V sekundær. Omdreiningsforholdet er:

a = 230 / 46 = 5

Dette betyr at den primære har fem ganger så mange svinger som den sekundære. Hvis primæren har 1000 omdreininger, har sekundæren 200 omdreininger. Strømforholdet er det omvendte: hvis sekundæren leverer en belastning på 10 A, er primærstrømmen I _p = jeg _s / a = 10 / 5 = 2 A .

Når du designer eller spesifiserer en tilpasset vikling, går den mer nyttige beregningen i den andre retningen. Med utgangspunkt i en 230 V primær med 1000 omdreininger, bærer hver sving omtrent 0,23 V. For å produsere en 110 V sekundær, trenger du omtrent 110 / 0,23 ≈ 478 omdreininger. Søylediagrammet nedenfor viser de sekundære svingene som kreves for å oppnå vanlige målspenninger med denne primæren. Når du spesifiserer en tilpasset transformator , kjører leverandøren nøyaktig denne beregningen under designgjennomgangen for å bekrefte utgangsspenningen før den første prototypen vikles.

Fig. 2 — Sekundære omdreininger kreves for vanlige utgangsspenninger (230 V primær, 1000 omdreininger).

Svingforhold i trefasetransformatorer

I en trefase transformator er omdreiningsforholdet fortsatt en per-fase mengde: a = N _p / N _s = V _{fase, primær} / V _{fase, sekundær} . Feilen som forårsaker mest forvirring er å bruke linje-til-linje spenningsverdier direkte, fordi linjespenningen er lik fasespenningen i bare en av de to vanlige viklingsforbindelsene.

Hvilken spenning som skal settes inn i svingningsforholdsformelen for hver trefasetilkobling.
Tilkobling	Linjespenning vs fasespenning	Bruk i forholdsformel
Wye (stjerne)	V _linje = √3 × V _fase	V _fase (fase-til-nøytral)
Delta	V _linje = V _fase	V _fase (fase-til-fase)

For eksempel har en transformator med en 10 kV wye-tilkoblet primær og en 400 V delta-tilkoblet sekundær en fasespenning på 10.000 / √3 ≈ 5.774 V på primær og 400 V på sekundær. Omdreiningsforholdet er 5774 / 400 ≈ 14,43 , ikke 25, som er hva du ville fått hvis du sammenlignet linjespenninger direkte.

Testing av svingforhold i praksis

Den aksepterte fabrikk- og feltmetoden er en svingforholdstest ved bruk av en dedikert transformatoromdreiningsforhold (TTR) meter. Måleren påfører en lav vekselspenning på høyspenningsviklingen, måler den induserte spenningen på lavspentviklingen og viser forholdet direkte. Testen utføres med den sekundære åpen krets slik at magnetiseringsstrømmen forblir lav og det målte spenningsforholdet reflekterer det sanne svingforholdet.

Sammenlign den målte verdien med typeskiltforholdet ved samme trykkposisjon. For kraft- og distribusjonstransformatorer aksepterer industristandarder som IEC 60076-1 og IEEE C57.12.90 vanligvis et avvik innenfor 0,5 % av det angitte forholdet. Hvis avviket er større, mistenker du en viklingsfeil, en feil krantilkobling eller en typeskiltfeil. Produsenter med dokumentert utgående kvalitetskontroll, slik som inspeksjonsprosessen beskrevet på denne produsentens om side , kontroller omdreiningsforholdet på hver enhet før forsendelse, så legg til den samme sjekken på listen over innkommende inspeksjon.

Koble transformatoren fra strøm og isoler den fra kretsen.
Koble TTR-måleren til høy- og lavspenningsgjennomføringene, og respekter polaritetsmerkene.
Still inn og bekreft trykkposisjonen før du starter målingen.
Registrer forholdet for hvert trykk og for hver fase av en trefaseenhet.

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.

Vanlige feil ved beregning av svingforhold

Bruker linjespenning i stedet for fasespenning. I en trefase transformator, konverter navneskiltets linjespenning til den faktiske viklingsspenningen før deling.
Måling under belastning. Spenningsforholdet skifter med laststrømmen på grunn av viklingsmotstand og lekkasjereaktans. Mål med sekundært åpent kretsløp.
Ignorerer kranposisjonen. En trinnkobler endrer de effektive omdreiningene på den tappede viklingen, så et forhold målt ved tapp 1 vil ikke samsvare med navneskiltverdien for tapp 5.
Reversering av primær og sekundær. Forholdskonvensjonen må samsvare med din applikasjon: en 5:1 nedtrappingstransformator koblet bakover fungerer som en 1:5 opptrappingsenhet.
Stoler på en enkelt lesing. En TTR-måling er kun pålitelig når spenningen er stabil, avlesningen har satt seg, og resultatet sammenlignes med samme trykk og fase på typeskiltet.

Ofte stilte spørsmål om svingforhold

Er omdreiningsforholdet det samme som spenningsforholdet?

Uten belastning, ja. Forholdet mellom primære og sekundære svinger er lik forholdet mellom primær og sekundær indusert spenning. Under belastning endres terminalspenningsforholdet litt på grunn av interne impedansfall, og det er grunnen til at testing av svingforhold alltid utføres med den sekundære åpen krets.

Påvirker omdreiningsforholdet strømmen?

Ja, i omvendt proporsjon. Sekundærstrømmen delt på omdreiningsforholdet gir primærstrømmen: I _p = jeg _s / a. En 5:1 transformator som leverer 10 A på sekundæren trekker kun 2 A på primæren, og ignorerer tap.

Hva er en akseptabel svingforholdtoleranse?

For de fleste kraft- og distribusjonstransformatorer krever IEC 60076-1 og IEEE C57.12.90 at det målte forholdet er innenfor 0,5 % av merkeskiltverdien ved det nominelle uttak. Mindre kontroll- og lydtransformatorer bruker ofte samme grense, avhengig av kundespesifikasjonen.

Kan jeg beregne omdreiningsforholdet fra induktansmålinger?

Indirekte, ja. Primær-til-sekundær induktansforholdet er lik kvadratet av svingningsforholdet: L _p / L _s = a², så a = √(L _p / L _s ). Dette fungerer som en krysssjekk når ingen spenningskilde er tilgjengelig, men den er mindre nøyaktig fordi induktansen avhenger av kjernepermeabilitet og luftgap.

Omdreiningsforholdet er det mest nyttige tallet på et transformatornavneskilt. Når du kan beregne det fra svinger, spenninger eller strømmer, kan du verifisere innkommende enheter, oppdage defekte viklinger, bestille erstatninger med riktig spesifikasjon og designe tilpassede transformatorer med tillit. Hold formelen enkel, mål uten belastning, og oppgi alltid om du jobber med fase- eller linjespenning i trefaseutstyr.