Cách tính tỷ số vòng dây máy biến áp: Công thức, ví dụ và mẹo kiểm tra

Bạn vừa nhận được một lô máy biến áp từ một nhà cung cấp, trên bảng tên ghi 230 V sơ cấp, 12 V thứ cấp. Trước khi nối chúng vào sản phẩm của mình, bạn cần biết một số: tỷ lệ vòng dây. Giá trị duy nhất đó cho bạn biết liệu số lượng cuộn dây có phù hợp với thiết kế hay không, liệu thiết bị có tạo ra điện áp đầu ra dự kiến hay không và liệu có xứng đáng dành thời gian để chạy một chuỗi thử nghiệm đầy đủ hay không.

Câu trả lời ngắn gọn, được nêu ở phía trước: tỷ số vòng dây của máy biến áp là một = N _p / N _s , số vòng dây quấn sơ cấp chia cho số vòng dây quấn thứ cấp và khi không tải nó cũng xấp xỉ bằng V _p / V _s . Từ mối quan hệ đó, bạn có thể dự đoán điện áp thứ cấp, dòng tải, trở kháng phản xạ và kết quả kiểm tra tỷ số vòng dây tiêu chuẩn.

Tỷ số vòng dây của máy biến áp có nghĩa là gì

Một máy biến áp truyền năng lượng điện giữa hai cuộn dây thông qua lõi từ chung. Cuộn dây sơ cấp tạo ra từ thông và cuộn thứ cấp có điện áp cảm ứng trong đó. Tỷ lệ số vòng trên hai cuộn dây xác định mức độ thay đổi điện áp giữa đầu vào và đầu ra.

Trong máy biến áp hai cuộn dây thông thường:

N _p = số vòng dây quấn sơ cấp
N _s = số vòng dây cuộn thứ cấp
một = N _p / N _s = tỷ số lần lượt

Nếu a lớn hơn 1 thì máy biến áp sẽ hạ điện áp xuống. Nếu a nhỏ hơn 1 thì điện áp tăng lên. Đây không chỉ là một định nghĩa mang tính học thuật: đây là thông số đầu tiên mà một kỹ sư so sánh với bảng tên khi máy biến áp được lắp đặt trên băng ghế dự bị và cũng chính là con số mà nhà sản xuất khóa trong quá trình thiết kế cuộn dây.

Sơ cấp: 1000 lượt (83,3%)

Thứ cấp: 200 lượt (16,7%)

Một vòng sơ cấp 1000 vòng và một vòng thứ cấp 200 vòng cho tỷ lệ 5:1.

Công thức tỷ số biến và cách sử dụng

Công thức tỷ số vòng dây tiêu chuẩn cho một máy biến áp lý tưởng có ba dạng tương đương:

một = N _p / N _s - định nghĩa về số cuộn dây
a ≈ V _p / V _s - định nghĩa điện áp, được đo khi không tải
một = tôi _s / tôi _p - mối quan hệ dòng điện, áp dụng khi thiết bị thứ cấp cung cấp dòng điện

Đối với một máy biến áp lý tưởng, cả ba đều tạo ra giá trị như nhau. Một máy biến áp thực tế bị lệch một chút do điện trở cuộn dây và điện kháng rò rỉ tạo ra sự sụt giảm điện áp bên trong, do đó tỷ số điện áp đầu cực chỉ chính xác khi không tải. Trong một thiết bị được xây dựng tốt, sự khác biệt là nhỏ nhưng điều đó quan trọng khi bạn thực hiện kiểm tra chấp nhận hoặc so sánh các phép đo với bảng tên.

Ba cách tương đương để biểu thị tỷ số vòng dây, được hiển thị cho máy biến áp 230 V / 46 V.
Định nghĩa	Công thức	Giá trị mẫu
lượt	một = N _p / N _s	1000/200 = 5,00
Điện áp	một = V _p / V _s	230/46 = 5,00
hiện tại	một = tôi _s / tôi _p	10 A / 2 A = 5,00

Phương pháp điện áp là lối tắt thực tế để tính tỷ số vòng dây trong xưởng hoặc ngoài hiện trường: đặt điện áp xoay chiều thấp đã biết vào một cuộn dây, đo điện áp mạch hở trên cuộn dây kia và chia hai số đọc. Bạn không bao giờ cần phải tháo máy biến áp để đếm lượt. Tỷ số vòng dây cũng chi phối phản xạ trở kháng: trở kháng tải Z _L trên phần phụ xuất hiện dưới dạng a² × Z _L từ các thiết bị đầu cuối chính, đó là lý do tại sao máy biến áp âm thanh và tín hiệu dựa vào tỷ lệ được thiết lập cẩn thận để phối hợp trở kháng.

Hình 1 - Điện áp thứ cấp giảm khi tỷ số vòng dây tăng (sơ cấp 230 V).

Ví dụ đã hoạt động: Máy biến áp bước xuống 230 V đến 46 V

Giả sử trên bảng tên máy biến áp ghi 230 V sơ cấp, 46 V thứ cấp. Tỉ số lần lượt là:

a = 230/46 = 5

Điều này có nghĩa là số vòng dây sơ cấp gấp 5 lần số vòng dây thứ cấp. Nếu cuộn sơ cấp có 1000 vòng thì cuộn thứ cấp có 200 vòng. Mối quan hệ hiện tại là nghịch đảo: nếu thứ cấp cung cấp tải 10 A thì dòng điện sơ cấp là I _p = tôi _s /a = 10/5 = 2A .

Khi bạn thiết kế hoặc chỉ định một cuộn dây tùy chỉnh, phép tính sẽ hữu ích hơn nếu chạy theo hướng khác. Bắt đầu từ điện áp sơ cấp 230 V với 1000 vòng, mỗi vòng mang khoảng 0,23 V. Để tạo ra điện áp thứ cấp 110 V, bạn cần khoảng 110 / 0,23 ≈ 478 vòng. Biểu đồ thanh bên dưới hiển thị số vòng dây thứ cấp cần thiết để đạt được điện áp mục tiêu chung với cuộn sơ cấp này. Khi bạn chỉ định một máy biến áp tùy chỉnh , nhà cung cấp thực hiện chính xác phép tính này trong quá trình xem xét thiết kế để xác nhận điện áp đầu ra trước khi nguyên mẫu đầu tiên được quấn.

Hình 2 - Cần có các vòng dây thứ cấp cho điện áp đầu ra thông thường (sơ cấp 230 V, 1000 vòng).

Tỷ số vòng dây trong máy biến áp ba pha

Trong máy biến áp ba pha, tỷ số vòng dây vẫn là đại lượng trên mỗi pha: một = N _p / N _s = V _{pha, sơ cấp} / V _{pha, thứ cấp} . Sai lầm gây ra sự nhầm lẫn nhất là sử dụng trực tiếp các giá trị điện áp giữa các dây vì điện áp dây chỉ bằng điện áp pha ở một trong hai cách đấu nối cuộn dây thông thường.

Điện áp nào cần đưa vào công thức tỷ số vòng dây cho mỗi kết nối ba pha.
Kết nối	Điện áp đường dây và điện áp pha	Sử dụng công thức tỷ lệ
Wye (ngôi sao)	V _dòng = √3 × V _{giai đoạn}	V _{giai đoạn} (pha đến trung tính)
Đồng bằng	V _dòng = V _{giai đoạn}	V _{giai đoạn} (theo từng pha)

Ví dụ: một máy biến áp có điện áp sơ cấp 10 kV nối với wye và thứ cấp nối tam giác 400 V có điện áp pha là 10.000 / √3 ≈ 5.774 V trên sơ cấp và 400 V trên thứ cấp. Tỷ số lần lượt là 5.774 / 400 ≈ 14,43 , không phải 25, đó là kết quả bạn sẽ nhận được nếu so sánh trực tiếp điện áp đường dây.

Kiểm tra tỷ lệ lượt trong thực tế

Phương pháp tại nhà máy và hiện trường được chấp nhận là thử nghiệm tỷ số vòng dây bằng cách sử dụng đồng hồ đo tỷ số vòng dây máy biến áp (TTR) chuyên dụng. Đồng hồ đo đặt điện áp xoay chiều thấp vào cuộn dây điện áp cao, đo điện áp cảm ứng trên cuộn dây điện áp thấp và hiển thị trực tiếp tỷ số. Thử nghiệm được thực hiện với mạch thứ cấp hở sao cho dòng từ hóa duy trì ở mức thấp và tỷ số điện áp đo được phản ánh tỷ số vòng dây thực.

So sánh giá trị đo được với tỷ lệ trên bảng tên ở cùng vị trí vòi. Đối với máy biến áp điện và máy biến áp phân phối, các tiêu chuẩn ngành như IEC 60076-1 và IEEE C57.12.90 thường chấp nhận độ lệch trong phạm vi 0,5% theo tỷ lệ quy định. Nếu độ lệch lớn hơn, hãy nghi ngờ có lỗi ở cuộn dây, kết nối vòi không chính xác hoặc lỗi ở bảng tên. Các nhà sản xuất có biện pháp kiểm soát chất lượng đầu ra được ghi lại, chẳng hạn như quy trình kiểm tra được mô tả trên tài liệu của nhà sản xuất này. về trang , hãy xác minh tỷ lệ lượt trên mỗi đơn vị trước khi giao hàng, vì vậy hãy thêm kiểm tra tương tự vào danh sách kiểm tra đến của bạn.

Ngắt điện máy biến áp và cách ly nó khỏi mạch điện.
Kết nối máy đo TTR với ống lót điện áp cao và điện áp thấp, tôn trọng các dấu cực.
Đặt và xác nhận vị trí chạm trước khi bắt đầu đo.
Ghi lại tỷ số cho mỗi vòi và cho từng pha của thiết bị ba pha.

Nếu 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.

Những Sai Lầm Thường Gặp Khi Tính Tỉ Số Lần Lượt

Sử dụng điện áp đường dây thay vì điện áp pha. Trong máy biến áp ba pha, chuyển đổi điện áp đường dây trên bảng tên thành điện áp cuộn dây thực tế trước khi chia.
Đo dưới tải. Tỷ số điện áp thay đổi theo dòng tải do điện trở cuộn dây và điện kháng rò rỉ. Đo với mạch thứ cấp hở mạch.
Bỏ qua vị trí nhấn. Bộ chuyển đổi nấc điều chỉnh làm thay đổi số vòng quay hiệu quả trên cuộn dây có nấc điều chỉnh, do đó tỷ số đo được ở nấc 1 sẽ không khớp với giá trị trên bảng tên cho nấc 5.
Đảo ngược sơ cấp và thứ cấp. Quy ước tỷ lệ phải phù hợp với ứng dụng của bạn: máy biến áp giảm áp 5:1 được kết nối ngược hoạt động như một bộ tăng áp 1:5.
Tin tưởng vào một lần đọc duy nhất. Phép đo TTR chỉ đáng tin cậy khi điện áp ổn định, số đọc đã ổn định và kết quả được so sánh với cùng một vòi và pha trên bảng tên.

Câu hỏi thường gặp về tỷ lệ lượt

Tỷ số vòng dây có giống như tỷ số điện áp không?

Không tải, vâng. Tỉ số giữa vòng dây sơ cấp và thứ cấp bằng tỉ số điện áp cảm ứng sơ cấp và thứ cấp. Khi có tải, tỷ số điện áp đầu cuối thay đổi một chút do trở kháng bên trong giảm, đó là lý do tại sao việc kiểm tra tỷ số vòng dây luôn được thực hiện với mạch thứ cấp hở mạch.

Tỷ lệ lần lượt có ảnh hưởng đến hiện tại?

Có, theo tỷ lệ nghịch đảo. Dòng điện thứ cấp chia cho tỉ số vòng dây sẽ cho ra dòng điện sơ cấp: I _p = tôi _s / a. Một máy biến áp 5:1 cấp nguồn 10 A ở cuộn thứ cấp chỉ tiêu thụ 2 A ở cuộn sơ cấp, bỏ qua tổn hao.

Dung sai tỷ lệ lượt chấp nhận được là gì?

Đối với hầu hết các máy biến áp nguồn và phân phối, IEC 60076-1 và IEEE C57.12.90 yêu cầu tỷ lệ đo được phải nằm trong khoảng 0,5% giá trị trên bảng tên ở vòi định mức. Bộ biến áp điều khiển và âm thanh nhỏ hơn thường sử dụng cùng một giới hạn, tùy thuộc vào thông số kỹ thuật của khách hàng.

Tôi có thể tính tỷ số vòng dây từ phép đo độ tự cảm không?

Một cách gián tiếp, vâng. Tỷ số độ tự cảm sơ cấp và thứ cấp bằng bình phương của tỷ số vòng dây: L _p / L _s = a², do đó a = √(L _p / L _s ). Điều này hoạt động như một phép kiểm tra chéo khi không có nguồn điện áp, nhưng nó kém chính xác hơn vì độ tự cảm phụ thuộc vào độ thấm của lõi và khe hở không khí.

Tỷ lệ vòng dây là con số hữu ích nhất trên bảng tên máy biến áp. Sau khi có thể tính toán từ số vòng dây, điện áp hoặc dòng điện, bạn có thể xác minh các thiết bị đầu vào, phát hiện cuộn dây bị lỗi, đặt hàng thay thế với thông số kỹ thuật chính xác và tự tin thiết kế máy biến áp tùy chỉnh. Giữ công thức đơn giản, đo khi không tải và luôn nêu rõ bạn đang làm việc với điện áp pha hay điện áp đường dây trong thiết bị ba pha.