Ток трансформатора: первичный и вторичный + формулы

ток трансформатора: практическое руководство (с формулами и примерами из реальной-мировой ситуации)

Если вам когда-либо приходилось определять размер кабеля, устанавливать защитное реле или выяснять, почему автоматический выключатель продолжает срабатывать, вы уже знаете, что контроль тока трансформатора — это довольно сложная задача.

Проще говоря, ток трансформатора — это поток электричества, проходящий через обмотки. Но это не всегда стабильно. В зависимости от того, что происходит, вы можете иметь дело снормальный ток нагрузки, струйка тока холостого хода-или внезапный-мучительный всплеск пускового тока при первом включении устройства.

Давайте сразу уточним одну вещь:трансформатор не создает ток.Это всего лишь посредник, передающий мощность между цепями с помощьюэлектромагнитная индукция. То, сколько тока на самом деле течет, зависит от нескольких движущихся частей: напряжения, мощности трансформатора (кВА), нагрузки, которую вы подвешиваете к нему, коэффициента мощности и даже собственного КПД трансформатора.

Если вы инженер, электрик или техник по техническому обслуживанию, это имеет значение. Почему? Потому что он нужен вам для определения размеров трансформаторов, выбора правильных кабелей, разработки схем защиты и-давайте будем честными-для устранения неполадок, когда что-то идет не так.

В этом руководстве мы рассмотримпервичный и вторичный ток, коэффициент тока, ток холостого-нагрузки, номинальный ток и этот надоедливый пусковой ток.. И да, мы добавим несколько практических примеров вычислений, чтобы это действительно имело смысл.

Каждый трансформатор имеет две основные обмотки:первичный (подключен к источнику питания) и вторичный (подключен к нагрузке).

Первичный ток (Ip)это ток, потребляемый от источника питания.

Вторичный ток (Is)ток, подаваемый в нагрузку.

Вот практическое правило: чем больше трансформатор (выше кВА), тем больший ток он может выдавать. Меньшие трансформаторы? Они созданы для более легких задач.

Для идеального трансформатора (теоретического, без потерь) входная мощность равна выходной мощности:

Где:

V_p​= Первичное напряжение

V_s= Вторичное напряжение

I_p​=Первичный ток

I_s​=Вторичный ток

Вот почемупонижающий-трансформаторпадает напряжение, но увеличивается ток. Мощность остается примерно такой же, но компромисс по напряжению-току-реален.

Соотношение между первичным и вторичным током сводится к коэффициенту витков. Поскольку напряжение зависит от количества витков в каждой обмотке:

И поскольку мощность сохраняется (опять же, в идеальном мире):

Что также означает:

Говоря простым языком: ток движется в направлении, противоположном напряжению. Если вы понизите напряжение с 11 кВ до 400 В, вам лучше поверить, что вторичный ток будет значительно выше первичного тока.

Пример: расчет первичного тока

Допустим, у нас есть трансформатор:

Первичное напряжение: 10 000 В

Вторичное напряжение: 400 В

Вторичный ток: 500 А

Первичный ток будет:

Итак, вы нажимаете500 А на стороне низкого-напряжения, но только тянет20 А со стороны высокого-напряжения. В реальном-трансформаторе эти цифры немного изменяются из-за потерь в сердечнике, потерь в меди и потока рассеяния-поэтому входная мощность всегда немного превышает выходную.

Распространенное заблуждение: «Если нет нагрузки, трансформатор ничего не делает».

Неправильный. Он все еще потребляет небольшой ток. Это называетсянет-тока нагрузки(или ток возбуждения/намагничивания). Даже когда вторичная обмотка открыта, первичной обмотке требуется немного сока для поддержания магнитного потока в сердечнике. Часть этого тока создает магнитное поле, а остальная часть покрывает потери в сердечнике из-за гистерезиса и вихревых токов.

Этот ток холостого хода обычно составляет небольшую часть номинального тока. У более крупных трансформаторов с лучшей-конструкцией оно еще ниже благодаря улучшенным магнитным материалам и конструкции.

Когда вы подключаете нагрузку ко вторичной стороне, вторичный ток увеличивается в зависимости от потребляемой мощности этой нагрузки.

Возьмем, к примеру, промышленный двигатель. Ток, который он потребляет, зависит от егономинальная мощность, напряжение и коэффициент мощности. Вы можете оценить ток нагрузки, используя:

Где:

P=Мощность нагрузки

В=Напряжение

PF=Коэффициент мощности

По мере увеличения вторичной нагрузки первичная сторона автоматически потребляет больший ток. Это часто называютотраженный ток, потому что потребность вторичной нагрузки «отражается» обратно к первичной посредством электромагнитной индукции.

номинальный токэтомаксимальный длительный токТрансформатор может безопасно выдерживать номинальное напряжение и мощность в кВА. Обычно вы найдете это напаспортная табличкаили рассчитать его по рейтингу.

Знаяток полной нагрузкиимеет решающее значение при выборе автоматических выключателей, кабелей, шин или защитных устройств. Если слишком долго эксплуатировать трансформатор с током выше его номинального значения, вы получите чрезмерный нагрев, более быстрое старение изоляции и сокращение срока службы.

Это одна из наиболее частых задач, с которыми вам придется столкнуться-при преобразовании кВА в усилители. Вот как это делается.

Однофазный-трансформатор

Пример 1: Однофазный -трансформатор мощностью 5 кВА
При 230 В:

Таким образом, ток полной- вторичной нагрузки составляет около 21,7 А.

Трех-трансформатор

Где VLLVLL — это линейное напряжение-между-линейным напряжением.

Пример 2: Трех-фазный трансформатор мощностью 50 кВА
При 400 В:

Таким образом, ток полной-нагрузки составляет примерно 72,2 А.

Пример 3. Расчет первичного тока на основе вторичного тока

Данный:

Первичное напряжение: 11 кВ

Вторичное напряжение: 415 В

Вторичный ток: 1000 А

Используя текущий коэффициент:

Первичный ток составляет около 37,7 А.

Пусковой токЭто внезапный временный скачок напряжения, который возникает при первом включении трансформатора. Он длится недолго, но может в несколько раз превышать номинальный ток-и может нанести ущерб системам защиты.

Почему это происходит? При первом подаче напряжения магнитный поток в сердечнике может превышать нормальный уровень, особенно если имеется остаточный магнетизм с момента последней работы.

Чтобы избежать этой головной боли, инженеры уделяют пристальное внимание выбору выключателя, временным-токовым кривым, методам контролируемого переключения иреле защитынастройки.

Они оба магнитны по своей природе, но это не одно и то же:

Трансформатор потребляет ток без нагрузки?
Ага. Это тот ток холостого хода, о котором мы говорили--он нужен для поддержания магнитного потока и покрытия потерь в сердечнике.

Как рассчитать первичный и вторичный ток?
Используйте приведенные выше формулы кВА и напряжения. И помните об отношениях:

Почему первичный ток низкий, когда вторичная разомкнута?
Потому что нет нагрузки, требующей мощности. Первичная обмотка обеспечивает лишь небольшой ток намагничивания и потери в сердечнике.

Может ли трансформатор потреблять ток, превышающий номинальный?
Да, но обычно ненадолго. Временные перегрузки могут быть допустимы в зависимости от конструкции, но постоянная перегрузка — это быстрый путь к повреждению изоляции и сокращению срока службы.

Первичные и вторичные токи движутся в противоположных направлениях относительно напряжения.

Текущее соотношение соответствует коэффициенту оборотов.

Даже без нагрузки трансформатор потребляет некоторый ток.

Вы можете рассчитать номинальный ток по кВА и напряжению.

Большие формулы, которые следует запомнить:

Одна-фаза:

Три-этапа:

Пусковой ток носит временный характер, но его необходимо учитывать при проектировании защиты.

Получение четкого представления о токе трансформатора — это не просто академическое занятие-, оно помогает вам выбрать правильное оборудование, обеспечить надежность систем и выявлять проблемы до того, как они перерастут в дорогостоящие сбои.

Свяжитесь сейчас