Transformer Turns Ratio (TTR) Explained

Quando l’avvolgimento primario di un trasformatore è eccitato con una corrente alternata (AC), linee di forza magnetiche alternate, chiamate “flusso”, circolano attraverso il nucleo, stabilendo un campo magnetico. Foto: Quora

I trasformatori trasferiscono efficacemente l’energia elettrica da un circuito all’altro per mezzo dell’induzione magnetica. Ogni fase di un trasformatore è composta da due avvolgimenti separati su un nucleo comune.

L’avvolgimento primario del trasformatore riceve energia elettrica dalla fonte di alimentazione. Quando l’avvolgimento primario è eccitato con una corrente alternata (AC), linee di forza magnetiche alternate, chiamate “flusso”, circolano attraverso il nucleo, stabilendo un campo magnetico.

Con un secondo avvolgimento avvolto attorno allo stesso nucleo, una tensione è indotta dal campo magnetico. Questo avvolgimento è chiamato avvolgimento secondario. La quantità di tensione indotta in ogni giro dell’avvolgimento secondario sarà la stessa della tensione attraverso ogni giro dell’avvolgimento primario; questo è indicato come il rapporto di giri del trasformatore.

Se l’avvolgimento secondario ha meno giri del primario, una tensione inferiore sarà indotta nel secondario. Questo tipo di trasformatore è chiamato trasformatore step-down.

Una bobina secondaria con il doppio delle spire del primario sarà tagliata il doppio delle volte dal flusso magnetico, e il doppio della tensione primaria applicata sarà indotta nel secondario. Questo trasformatore è noto come trasformatore step-up.

Nota: Il primario è sempre collegato alla fonte di energia, e il secondario è sempre collegato al carico. Sia l’avvolgimento ad alta o bassa tensione può essere il primario o il secondario.

Come si calcola il TTR

La tensione totale indotta in ogni avvolgimento è proporzionale al numero di giri in quell’avvolgimento e la corrente è inversamente proporzionale sia alla tensione che al numero di giri.

E1 / E2 = N1 / N2 = I2 / I1

E1 è la tensione primaria e I1 la corrente primaria, E2 la tensione secondaria e I2 la corrente secondaria, N1 le spire primarie e N2 quelle secondarie. Se la tensione viene aumentata, la corrente deve essere diminuita e viceversa. Il numero di spire rimane costante a meno che non ci sia un commutatore.

Esempio 1

Se la tensione primaria di un trasformatore è 110 volt (V), l’avvolgimento primario ha 100 spire, e l’avvolgimento secondario ha 400 spire, quale sarà la tensione secondaria?

E1 / E2 = N1 / N2
110 / E2 = 100 / 400
100 E2 = 44.000
E2 = 440 Volt

Esempio 2

Se la corrente primaria è 20 ampere, quale sarà la corrente secondaria?

E2 x I2 = El x I1
440 x I2 = 110 x 20 = 2.200
I2 = 5 ampere

Siccome c’è un rapporto di 1 a 4 tra le spire nei circuiti primario e secondario, ci deve essere un rapporto di 1 a 4 tra la tensione primaria e secondaria e un rapporto di 4 a 1 tra la corrente primaria e secondaria.

Come la tensione viene aumentata, la corrente viene diminuita, mantenendo costanti i volt moltiplicati per gli ampere. Questo è indicato come “volt ampere”.

Calcolare il rapporto di ogni avvolgimento trifase basato sulla tensione da linea a neutro dell’avvolgimento wye. Dividere la tensione dell’avvolgimento da linea a linea per 1,732 per ottenere la corretta tensione da linea a neutro.

Esempio: 13200-480Y/277 sarebbe 13200/277 = 47,653

Controllare la posizione del commutatore per assicurarsi che sia impostato dove si basa la tensione di targa. Altrimenti, l’informazione del test del rapporto delle spire non può essere confrontata con la targa.

Come viene misurato il TTR

Il test del rapporto delle spire è in grado di rilevare le spire in cortocircuito nell’avvolgimento, che indicano un guasto dell’isolamento, determinando se il rapporto delle spire è corretto. Le spire in cortocircuito possono derivare da cortocircuiti o guasti dielettrici.

Le misurazioni vengono effettuate applicando una bassa tensione nota attraverso un avvolgimento e misurando la tensione indotta sull’avvolgimento corrispondente. La bassa tensione è normalmente applicata attraverso un avvolgimento ad alta tensione in modo che la tensione indotta sia più bassa, riducendo i rischi durante l’esecuzione del test.

Guarda il diagramma fasore di targa per scoprire quale avvolgimento sul primario corrisponde a un avvolgimento sul secondario. Foto: Quora

Il rapporto di tensione ottenuto dal test viene confrontato con quello di targa. Guardate il diagramma fasori della targhetta per scoprire quale avvolgimento sul primario corrisponde a un avvolgimento sul secondario.

Il rapporto ottenuto dalla prova sul campo dovrebbe rientrare nello 0,5%, o in quello che specifica il produttore.

I trasformatori nuovi di buona qualità si confrontano normalmente con la targhetta entro lo 0,1%. Per i trasformatori trifase collegati a delta/wye o wye/delta, dovrebbe essere eseguita una prova di equivalenza trifase. La prova viene eseguita e calcolata attraverso i singoli avvolgimenti corrispondenti.

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