hoe ontwerp je een transformator？

Berekening van de transformatoromwentelingenverhouding

De windingsverhouding van a transformator wordt berekend met behulp van de fundamentele relatie tussen primaire en secundaire spanningen of stromen. De windingsverhouding N is gelijk aan de primaire spanning gedeeld door de secundaire spanning (N = Vpri/Vsec), die ook gelijk is aan de secundaire stroom gedeeld door de primaire stroom (N = Issec/Ipri) . Voor ferrietkerntransformatoren die worden gebruikt in hoogfrequente toepassingen kunnen de primaire windingen worden berekend met behulp van de formule: Npri = (Vin × 10^8) / (4 × f × Bmax × EENc) , waarbij Vin de ingangsspanning is, f de schakelfrequentie is, Bmax de maximale fluxdichtheid is (typisch 1300-2000 Gauss) en Ac het effectieve dwarsdoorsnedeoppervlak van de kern is.

Praktisch rekenvoorbeeld

Overweeg een DC-DC-omzetterontwerp met de volgende parameters: Vin = 10,5V, Vout = 330V, f = 50 kHz, Bmax = 1500G en Ac = 1,25 cm² (ETD39-kern). De berekening van de primaire beurten levert het volgende op: Npri = (10,5 × 10^8) / (4 × 50000 × 1500 × 1,25) = 3,2 beurten , wat wordt afgerond op 3 beurten. De spanningsverhouding is 330/10,5 ≈ 31,4, dus de secundaire windingen zouden 3 × 32 = 96 beurten , wat resulteert in een windingsverhouding van ongeveer 32:1.

Hoe huidige transformatoren werken

Stroomtransformatoren (CT's) werken De wet van Faraday van elektromagnetische inductie . Wanneer wisselstroom door de primaire geleider vloeit, genereert deze een in de tijd variërend magnetisch veld dat een proportionele stroom in de secundaire wikkeling induceert. De fundamentele relatie is I_primair / I_secundair = N_secundair / N_primair . Een 600:5 CT met 120 secundaire windingen en 1 primaire winding produceert bijvoorbeeld precies 5A secundaire stroom wanneer 600A door de primaire winding stroomt.

Belangrijkste werkingsprincipes

• Primaire stroom creëert een magnetische flux in de kern door de geleider (vaak met één winding)
• De magnetische kern concentreert zich en geleidt de flux naar de secundaire wikkeling
• Veranderende flux induceert EMF in de secundaire wikkeling met meerdere windingen
• Secundaire stroom vloeit door de aangesloten last (meter of relais)
• Standaard secundaire uitgangen zijn dat wel 5A of 1A voor compatibiliteit met instrumenten

Kritieke veiligheidswaarschuwing: Open nooit een secundaire CT terwijl de primaire stroomtoevoer is ingeschakeld. Dit kan genereren duizenden volt als gevolg van kernverzadiging, waardoor elektrocutiegevaar, kapotte isolatie en schade aan apparatuur ontstaat. Sluit secundaire aansluitingen altijd kort tijdens installatie of onderhoud.

Gewikkelde versus staafvormige stroomtransformatoren

Wondtype CT's zijn voorzien van speciale primaire en secundaire wikkelingen die op een magnetische kern zijn gewikkeld hogere nauwkeurigheid (klasse 0,2-0,5) en flexibiliteit bij de selectie van de huidige ratio. CT's van het staaftype gebruik een massieve geleiderstaaf als primaire geleider met één winding superieure mechanische sterkte voor toepassingen met hoge stroomsterkte en verminderde fluxlekkage voor nauwkeurige metingen, maar tegen hogere kosten.

Soorten transformatoren

Transformatoren worden gecategoriseerd op constructie, toepassing en kerntype. Vermogenstransformatoren worden gebruikt in transmissiesystemen (doorgaans >33kV), terwijl distributietransformatoren spanning verlagen voor eindgebruikers (11kV naar 415V). Instrumenttransformatoren omvatten stroomtransformatoren (CT's) en spanningstransformatoren (VT's) voor metingen en bescherming.

Door constructie

• Kerntype: Windingen omringen de kernledematen; gebruikelijk voor hoogspanningstoepassingen
• Shell-type: Kern omringt de wikkelingen; biedt een betere mechanische bescherming
• Ringkern: Ringvormige kern met gelijkmatig verdeelde wikkelingen; minimale fluxlekkage

Huidige transformatortypen per installatie

• Vaste kern: Kern uit één stuk waarvoor stroomvoorziening van het circuit vereist is; nauwkeurigheidsklasse 0,2-0,5
• Gespleten kern: Scharnierend ontwerp voor retrofit-installatie; nauwkeurigheid Klasse 1-3
• Raamtype: Holle kern voor kabeldoorvoer; flexibel voor diverse geleiderafmetingen

Veelgestelde vragen over transformatoren

Kunnen CT's gelijkstroom meten?

Nee. Standaard stroomtransformatoren werken alleen met AC. Ze hebben een veranderend magnetisch veld nodig om secundaire stroom te induceren. DC creëert een statisch magnetisch veld en produceert geen aanhoudende output. Gebruik voor DC-metingen Hall Effect-sensoren, Rogowski-spoelen of shuntweerstanden.

Wat is CT-last en waarom is dit van belang?

De belasting is de totale belasting die is aangesloten op de secundaire CT, gemeten in VA (volt-ampère) of ohm. Het overschrijden van de nominale belasting veroorzaakt een verslechtering van de nauwkeurigheid en mogelijke verzadiging . Standaardbelastingsclassificaties omvatten 1,25 VA, 5 VA en 15 VA. Bereken de totale belasting als de som van alle aangesloten apparaten plus bedradingsweerstand.

Hoe kies ik tussen meet- en beveiligings-CT's?

Meet-CT's (Klasse 0.1, 0.2, 0.5) geeft prioriteit aan nauwkeurigheid tijdens normale belastingsomstandigheden voor facturering en energiebeheer. Bescherming CT's (Klasse 5P, 10P) zijn ontworpen om verzadiging tijdens foutstromen te voorkomen, zodat relais nauwkeurige signalen ontvangen voor uitschakeling. Vervang nooit meet-CT's voor beveiligingstoepassingen.

Wat veroorzaakt CT-saturatie?

Verzadiging treedt op wanneer de magnetische kern niet meer flux kan absorberen, meestal als gevolg van overmatige primaire stroom (storingsomstandigheden) of hoge last . Symptomen zijn onder meer golfvormvervorming, verhoudingsfouten en fasehoekfouten. Bescherming CT's zijn ontworpen met grotere kernen om bestand te zijn 20-30 keer de nominale stroom zonder te verzadigen.

Wat zijn gebruikelijke CT-ratio's?