Współczynnik obrotów – dostępne rodzaje testów
Wyjaśnienie współczynnika obrotów i kilka metod uzyskiwania najlepszych pomiarów
1. Wprowadzenie do współczynnika obrotów
Transformatory są wykorzystywane w szerokiej gamie zastosowań elektrycznych i elektronicznych, zapewniając funkcje takie jak izolacja, podwyższanie lub obniżanie napięcia i prądu, tłumienie zakłóceń, pomiar sygnału, regulacja i szereg funkcji właściwych dla konkretnych zastosowań.
Aby sprawdzić, czy transformator spełnia wymagania projektowe, należy przetestować szereg funkcji. Jednym z najczęściej stosowanych testów jest test przekładni zwojowej.
W niniejszej notatce technicznej krótko omówiona zostanie podstawowa teoria przekładni zwojowej, a następnie przedstawione zostaną dodatkowe zagadnienia, które należy wziąć pod uwagę podczas testowania tej istotnej cechy transformatora.
2. Podstawowa teoria
Stosunek zwojów transformatora definiuje się jako liczbę zwojów na uzwojeniu wtórnym podzieloną przez liczbę zwojów na uzwojeniu pierwotnym.
Stosunek napięć idealnego transformatora jest bezpośrednio związany ze stosunkiem zwojów: 
Stosunek prądu idealnego transformatora jest odwrotnie proporcjonalny do stosunku zwojów: 
Gdzie Vs = napięcie wtórne, Is = prąd wtórny, Vp = napięcie pierwotne, Ip = prąd pierwotny, Ns = liczba zwojów uzwojenia wtórnego i Np = liczba zwojów uzwojenia pierwotnego.
Stosunek zwojów transformatora definiuje go jako transformator zwiększający lub zmniejszający napięcie.
Transformator podwyższający napięcie to taki, którego napięcie wtórne jest większe od napięcia pierwotnego. Transformator podwyższający napięcie obniża prąd.
Transformator obniżający napięcie to taki, którego napięcie wtórne jest niższe od napięcia pierwotnego. Transformator obniżający napięcie podwyższa prąd.
Definicje stosunku zwojów napięcia i prądu
3. Czynniki wpływające na pomiary współczynnika obrotów
Przy teoretycznym, „idealnym” transformatorze stosunek fizycznej liczby zwojów na dowolnym uzwojeniu można ustalić po prostu mierząc skuteczne napięcie wyjściowe na jednym uzwojeniu i przykładając znane skuteczne napięcie wejściowe o odpowiedniej częstotliwości do drugiego uzwojenia.
W tych warunkach stosunek napięcia wejściowego do napięcia wyjściowego będzie równy fizycznemu stosunkowi zwojów tych uzwojeń.
Niestety, „prawdziwe” transformatory mają szereg właściwości elektrycznych, które powodują, że stosunek napięcia lub prądu może nie być równy fizycznemu stosunkowi zwojów.
Poniższy schemat ilustruje właściwości elektryczne prawdziwego transformatora. W środku pokazano idealny element transformatora, a także elementy elektryczne reprezentujące różne dodatkowe właściwości transformatora. 
- L1, L2 i L3 przedstawiają pierwotną i wtórną indukcyjność upływu spowodowaną niepełnym sprzężeniem magnetycznym pomiędzy uzwojeniami.
- R1, R2 i R3 przedstawiają rezystancję (lub stratę miedzi) uzwojenia pierwotnego i wtórnego.
- C1, C2 i C3 przedstawiają pojemność przeplatającą się.
- Lp oznacza stratę rdzenia wynikającą z indukcyjności magnesującej.
- Rp oznacza straty rdzenia, do których przyczyniają się trzy obszary: straty prądów wirowych (rosnące wraz z częstotliwością), straty histerezowe (rosnące wraz z gęstością strumienia) i straty resztkowe (częściowo spowodowane rezonansem).
4. Rodzaje testów współczynnika obrotów
Biorąc pod uwagę zakres elementów przedstawionych na schemacie transformatora i zróżnicowane wymagania różnych zastosowań transformatorów, można zauważyć, że żadna pojedyncza technika pomiaru nie odpowie w pełni na wszystkie pytania dotyczące przekładni zwojowej.
Z tego powodu testery transformatorów Voltech serii AT oferują pięć różnych technik pomiaru przekładni zwojowej, które można dobierać indywidualnie w celu spełnienia konkretnych potrzeb.
Podstawowe dane techniczne i zakres pomiaru napięcia/częstotliwości można znaleźć na naszej stronie specyfikacji AT5600
TR (stosunek obrotów)
Podczas tego testu dowolne wybrane uzwojenie jest zasilane określonym napięciem, a następnie mierzony jest indukowany prąd na dowolnym innym uzwojeniu.
Następnie wyniki przedstawiane są jako stosunek (np. 2:1, 5:1 itd.). Testery AT firmy Voltech wykonują to poprzez podzielenie jednego napięcia przez drugie, przy jednoczesnej kompensacji rezystancji uzwojenia.
Mierzy się również fazę: „w fazie” (biegunowość dodatnia) i „przeciwfazę” (biegunowość ujemna).
Zobacz stronę podręcznika użytkownika AT5600
TRL (stosunek zwojów do indukcyjności)
Podczas tego testu oddzielnie zasilane są dwa wybrane uzwojenia, a następnie mierzona jest wartość indukcyjności każdego z nich.
Wyniki przedstawiono następnie jako stosunek zwojów (np. 2:1, 5:1 itd.) obliczony na podstawie pierwiastka kwadratowego wartości indukcyjności.
Faza może być także: „w fazie” (biegunowość dodatnia) i „przeciwfazie” (biegunowość ujemna).
Zobacz stronę podręcznika użytkownika AT5600
LVOC (obwód otwarty niskiego napięcia)
Podczas testu do uzwojenia pierwotnego przykłada się napięcie, odczytuje napięcie indukowane w uzwojeniu wtórnym i przedstawia wynik jako napięcie wtórne (np. 2,545 V).
Mierzy się również fazę: „w fazie” (biegunowość dodatnia) i „przeciwfazę” (biegunowość ujemna).
Zobacz stronę podręcznika użytkownika AT5600
VOC (napięcie w obwodzie otwartym – tylko AT5600 + AT3600)
W teście tym zastosowano tę samą zasadę co w teście LVOC, ale zastosowano generator dużej mocy, zdolny do zasilania uzwojenia napięciem do 270 V.
Test nadaje się do badania transformatorów mocy niskiej częstotliwości.
Mierzy się również fazę: „w fazie” (biegunowość dodatnia) i „przeciwfazę” (biegunowość ujemna).
Zobacz stronę podręcznika użytkownika AT5600
VOCX (obwód otwarty napięcia ze źródłem zewnętrznym - tylko AT5600 + AT3600)
Test ten wykonuje się w połączeniu z urządzeniem interfejsu prądu przemiennego Voltech.
Umożliwia sterowanie zewnętrznym źródłem prądu przemiennego lub transformatorem podwyższającym napięcie w celu testowania transformatorów o większej mocy i wyższym napięciu do 600 V i 10 A.
Mierzy się również fazę: „w fazie” (biegunowość dodatnia) i „przeciwfazę” (biegunowość ujemna).
Zobacz stronę podręcznika użytkownika AT5600
5. Wybór prawidłowego testu stosunku obrotów
Aby ustalić, który rodzaj pomiaru przekładni zwojowej jest najodpowiedniejszy dla konkretnego transformatora, należy rozważyć szereg kwestii.
Poniższa tabela przedstawia każdy test wraz z opisem, powiązanymi specyfikacjami i podsumowaniem korzyści, jakie zapewnia dany test.
Test | Opis / Specyfikacja | Użyj lub korzyść |
|---|---|---|
| TR | Stosunek napięcia wejściowego do napięcia wyjściowego Zakres pomiaru: 1:30 do 30:1 Zakres napięcia: 1 mV - 5 V Zakres częstotliwości: 20 Hz - 3 MHz Dokładność: 0,1% | Pokazuje rzeczywisty stosunek napięcia do napięcia wyjściowego oczekiwany podczas pracy przy zasilaniu uzwojenia pierwotnego. Zatem stosunek mierzony w tym teście uwzględnia straty występujące zazwyczaj w transformatorze, co skutkuje stosunkiem większym niż stosunek fizycznej liczby zwojów, ale odzwierciedla rzeczywisty stosunek napięć oczekiwany przez projektanta. |
| TRL | Stosunek zwojów obliczony z indukcyjności Zakres pomiaru: 1:30 do 30:1 Zakres napięcia: 1 mV - 5 V Zakres częstotliwości: 20 Hz - 3 MHz Dokładność: 0,1% | Zmniejsza wpływ mierzonego współczynnika zwojów strat transformatora, zapewniając lepsze przybliżenie fizycznego współczynnika zwojów. Jest to szczególnie korzystne w sytuacjach, gdy istotna jest rzeczywista liczba zwojów, a transformator ma dużą część indukcyjności rozproszenia, która może mieć znaczący wpływ na stosunek napięć. |
| LVOC | Napięcie wyjściowe mierzone przy wejściu niskonapięciowym Zakres pomiaru: 100 μV do 650 V (100 μV do 5 V ATi) Zakres napięcia: 1 mV - 5 V Zakres częstotliwości: 20 Hz - 3 MHz Dokładność: 0,1% | Podobne do TR, ale pokazuje rzeczywiste napięcie wyjściowe, a nie stosunek napięć. Ułatwia to wprowadzanie limitów testu, gdy specyfikacja transformatora została uzyskana na podstawie pomiarów woltomierza. |
| LZO | Napięcie wyjściowe mierzone przy użyciu zewnętrznego wejścia wysokiego napięcia Zakres pomiaru: 100 μV do 650 V Zakres napięcia: 5 V - 600 V Zakres częstotliwości: 20 Hz - 1 MHz Dokładność: 0,1% | Umożliwia testowanie transformatorów mocy przekraczających możliwości testu VOC. Dzięki sterowaniu zewnętrznym źródłem zasilania za pomocą interfejsu AC Voltech, test VOCX umożliwia całkowicie automatyczne testowanie transformatorów dużej mocy przy określonym napięciu roboczym. |
| VOCX | Napięcie wyjściowe mierzone przy użyciu zewnętrznego wejścia wysokiego napięcia Zakres pomiaru: 100μV do 650V | Umożliwia testowanie transformatorów mocy przekraczających możliwości testu VOC. Dzięki sterowaniu zewnętrznym źródłem zasilania za pomocą interfejsu AC Voltech, test VOCX umożliwia w pełni automatyczne testowanie transformatorów dużej mocy przy określonym napięciu roboczym |
6. Wnioski z badania współczynnika skrętów
Chociaż stosunek zwojów jest dobrze znaną i bardzo podstawową funkcją transformatora, widać, że skuteczne testowanie tej funkcji wymaga uwzględnienia wielu kwestii.
Oferując elastyczny zakres opcji testowania przekładni zwojowej, Voltech AT5600 umożliwia projektantom i producentom wybór najodpowiedniejszych testów dla każdej konstrukcji transformatora, a tym samym optymalizację jakości i wydajności procesu testowania.
Jeśli mają Państwo pytania dotyczące innych funkcji testowych dostępnych w testerach transformatorów Voltech serii AT, prosimy o kontakt.