Приведите примеры использования трансформатора: Примеры использования трансформаторов тока в различных приложениях

Содержание

Примеры использования трансформаторов тока в различных приложениях

Уважаемые господа разработчики, как Вы понимаете, можно приводить огромную массу примеров применения трансформаторов тока, но мы остановимся только на некоторых, не связанных с измерением параметров электрических сетей для функций коммерческого учета. Моя задача постараться донести общий подход к решению практических задач, переодически возникающих при разработке новых приборов или контроле за состоянием переферийных устройств. Все остальное — доделает полет мысли разработчика, а я никоем образом не хочу вводить ограничения и навязывать свое мнение в вопросах выбора. Со своей стороны я постараюсь продолжать публиковать интересные решения для общего обозрения, так что делитесь проблемами и решениями. Итак начнем:

1. Индикация включенной нагрузки

Достаточно часто, возникает необходимость дистанционного контроля за работой различных энергопотребляющих устройств. Например работа ТЭНов. Как правило, в силовую цепь нагревателей помещают спец. защитные отключатели (например биметаллические), которые срабатывают при достижении аварийной температуры. Как узнать — греет ТЭН или нет? Можно пощупать пальцем — вскочил волдырь, значит греет, холодный — либо перегорел, либо включилась защита. А есть более безопасный вариант? Конечно! В цепь питания такого ТЭНа включим трансформатор тока и будем внимательно наблюдать за его работой. Если по первичке трансформатора течет ток — он будет стараться выдать и вторичный ток, который можно использовать, например засветить светодиод или подключить стрелочный индикатор или вообще — передать в контроллер, который будет принимать решения.

1.1. Используем светодиод.

Как Вы знаете, для того, что-бы светодиод светился, на него надо подать ток, чем ток больше — тем ярче светится светодиод, но тем более короткую жизнь он проживает. Обычно величину этого тока принимаю равным 5-10мА, для ярких соответственно 2-5мА. При этом они живут очень долго и счастливо. С учетом того, что светодиод работает на постоянном токе, а трансформатор этого категорически не любит — выходной ток трансформатора мы будем выпрямлять. Можно конечно включить встречно 2 светодиода — один горит на одной полуволне, второй на другой. Это выход, но напряжение стабилизации светодиодов немного разнится от экземпляра к экземпляру, поэтому мы имеем несимметричную нагрузку, а это нехорошо для трансформатора. В принципе, некоторый перекос он прощает, но если просто повесить на выход тр-ра один светодиод, то придется наблюдать за его слабеньким свечением.

Почему слабеньким? Да потому, что работая на одну полуволну, сердечник трансформатора постепенно намагнитится до режима насыщения и трансформатор перестанет правильно работать. Идеальный выход — включить на выходе трансформатора диодный мостик, например на КД522 (LL4148), стоит копейки, а пользу для трансформатора приносит громадную. Если на выход моста включить еще и конденсатор — то и нагрузка начнет ощущать себя поспокойней. Итак мы имеем трансформатор, диодный мост и конденсатор. Включим на выход моста красный светодиод. А для того, что бы он светился правильно — займемся предварительным расчетом и выбором трансформатора.

Для того, чтобы в нагрузку потек ток, трансформатор в нашем примере должен развить на выходе некоторую ЭДС (для преодоления напряжения открывания диодов моста и светодиода). Считаем эту ЭДС: падение напряжения на диоде LL4148 можно принять за 0.9в ( они слабенькие, падение напряжения при хорошем токе побольше чем 0.6в.), их у нас работает по 2 в каждой полуволне, на красном светодиоде — 1.7в. Итого имеем 0.9*2+1,7=3.5в.

Т.е. трансформатор должен уметь развивать на выходе ЭДС значительно больше 3.5 в. Теперь считаем ток на входе: Если на выходе нам нужно 5 мА, то при коэфф. трансформации 1:3000, первичный ток должен быть 5мА*3000=15А. Смотрим сколько нам надо: например ТЭН имеет мощность 1 кВт, т.е. ток = 1000Вт/220в=4.8А. А нам надо 15А! Что делать? Все просто — 15А/4.8А=3, т. е., нам надо трижды просунуть через центральное отверстие токоведущий проводник и мы получим практически искомую величину — 15А, которая нам и нужна. (т.е. получить фактический коэфф. трансформации 3:3000). Итак, ищем трансформатор, который может выдать на выходе ЭДС не менее 3.5в, при этом не уйти в насыщение при 15А на входе, а не вдаваясь в подробности — ищите с запасом в 2-3 раза.

С учетом того, что нам надо просунуть аж 3 витка — ищем трансформатор с подходящим отверстием. Возьмем например Т10-110А-90-З/0 (см фото). Он имеет ЭДС не менее 10В, и что самое для нас главное — огромное отверстие (11мм), в которое легко просунем 3 витка сетевого провода (внимание-только один провод из двух, идущих на ТЭН!).

Проверим: сопр. обмотки у Т10-110А-90-З/0=190 Ом. При токе 5 мА, на обмотку придется 5мА*190 Ом=0,95в. Да еще 3.5в на нагрузке, итого имеем 3.5+0,95=4.45в. что меньше 10в. А это значит что все работает! Если отв. не нужно такое большое, например мотаем 3 витка проводом ПЭТВ2-1. 05 и запаиваем его в плату (см примеры монтажа на печ. плату), то можно выбрать трансформатор поменьше и подешевле.

А что, если мы проверяем работу ТЭНа аж на 10 кВт? Коротко считаем: 10кВт/220в=48А. А надо всего 15А! Значит на сетодиод пойдет аж 16мА! Либо мы с этим миримся, либо надо отвести лишний ток от светодиода. Как это сделать? Поставим резистивный шунт параллельно светодиоду. Посчитаем шунт? Итак мы имеем 1.7в на нагрузке, и при этом лишний ток 11мА (5 мА съедает светодиод). Считаем 1.7в/11мА=0,15кОм. Ближайший 150 Ом. Считаем мощность = 1,7в*11мА=19мВт. Значит резистор ставим любой (берем обычный 0.125Вт). С учетом того, что особая точность нам не нужна (не измеряем, а просто светим), на этом расчет остановим.

1.2 Стрелочный индикатор

Ход рассуждений абсолютно такой-же как и при выборе светодиода, но считать надо поточнее и ввести элемент для калибровки (все-таки какой-никакой, а измеритель).

Итак мы имеем все тот-же мост на выходе трансформатора и стрелочный прибор. С учетом того, что стрелочный прибор обладает большой инерционностью, большой конденсатор ему не требуется, но, что-бы убрать всякие переходные процессы, лучше все-же небольшой конденсатор (0.1-0.22 мкФ) поставить. Итак, например, мы имеем полное отклонение стрелки на 100 мкА, сопротивление обмотки 1600 Ом. (первая цифра пишется у прибора на циферблате, вторую можно получить померив сопр. прибора омметром). Считаем падение напряжения на приборе при полном отклонении стрелки: 100мкА*1600ом=160мв. Добавим к этому падение напряжения на мосте 1.6в, итого трансформатор ищем с ЭДС более 1,8в. Например Т04-90А-110-К/0 (см фото) или Т04-90А-110-Т/0 (см фото)

Для случая ТЭНа=1кВт (см выше) имеем на выходе трансформатора 4.8А/3000=1,6мА. Стрелочный прибор зашкаливает на 0.1 мА. Значит лишние 1.5мА надо увести в шунт. Считаем 160мв/1.5мА=107 ом. Т.е. в теории, зашунтировав прибор резистором 107 ом мы получим полное отклонение стрелки при мощности нагрузки 1 кВт. А что будет, если мы поставим резистор 130 ом? А это значит, что ток через стрелочный прибор будет больше максимального и его зашкалит. Что-бы этого не случилось, мы включим последовательно с прибором (внимание не с шунтом!) подстроечный резистор, которым и ограничем ток. Расчет подстроечного резистора: Итак, если мы ставим шунт 130 ом, при прохождении через него тока 1.5 мА, падение напряжения составит 13ом*1.5мА=195 мВ. Считам нужное сопротивление в цепи стрелочного прибора: 195мв/0,1мА=1950ом. Сопротивление катушки 1600ом, 1950ом-1600ом=350ом. Значит, в теории, нам не хватает сопротивления 350ом для того, что бы все замечательно работало. Берем подстроечный резистор 470ом, которым мы легко сможем выставить показание стрелочного прибора в максимум при максимальной мощности (т.к. откалибровать стрелочный прибор по максимальному току в первичке). Что нам собственно и требовалось.

1.3 Передача информации в контроллер или исполнительное устройство.

Все абсолютно так-же как и выше. Единственно, надо решить — мы контролируем форму тока и принимаем решения, или нам не важно как этот ток течет, главное — поймать что его слишком много или слишком мало. В первом случае ставим АЦП, во втором — триггер шмитта, компаратор, или, если работать по принципу есть/нет, то просто логический вход. Наша задача — получиь напряжение заданной величины при заданном входном токе. Рассмотрим это на примере работы того-же ТЭНа 1кВт. Наша задача среагировать на защитное отключение ТЭНа при аварийном отключении ТЭНа внешним размыкателем, например биметаллическим при перегреве.

Используем PIC16F630 имеющий в своем составе компаратор (встроенное опорное по 24 уровням). С учетом того, что при включении нагрузки может проходить мощный пусковой ток, надо ограничить возможность трансформатора выдавать напряжение на м.сх. более напряж. питания м.сх., для этой цели достаточно защитить вход м.сх. стабилитроном. В данном примере предлагаю заменить стабилитрон копеечным диодом LL4148 с прямым включением и не переживать за сохранность микросхемы (весь ток диод заберет на себя и больше 1 в. ну никак не пропустит). С учетом того, что диод реально начнет влиять на измерительную цепь уже на 0.

2-0.3в надо ограничиться этим уровнем при измерении, хотя для контроля до 0.6в все будет достаточно корректно.

Далее, по уже знакомому пути, считаем величину нагрузочного резистора: Считаем ток: 4.8А/3000=1.6мА. Примем величину опорного напряжения = 2/24 напр. питания или (при 5в) = 5/24*2=0,41в.Принимаем, что если напряж. на входе компаратора более 0,41в, считаем что ТЭН включен, менее — выключен. Примем, что при 1 кВт нагрузки, на входе компаратора должно быть не менее 0,5в.( т.е. больше 0.41в) Значит: 0.5в/1,6мА=0,3125 кОм. Выбираем ближайший резистор = 330 Ом. Рассуждения по поводу выбора трансформатора уже приводились выше, повторяться не будем.

Как это реализовано можно посмотреть на фото контроллера управления температурой сушильного шкафа (справа, между реле, виден трансформатор Т04-90А-25-Т/25К-18, слева сетевой трансформатор питания ТТН3):

Вид снизу на контроллер, трансформатор Т04-90А-25-Т/25К-18 впаян в разрыв токоведущей шины (широкая шина справа), под трансформатором расположен диодный мост, нагрузочный резистор и сглаживающий конденсатор (стабилитрон пока не установлен), слева PIC16F630.

Если взять резистор сопротивлением побольше расчетного, в этом случае можно снизить требования по емкости сглаживающего конденсатора. В данном примере совсем не обязательно проверять, что нагрузка именно 1 кВт. Она либо есть, либо ее нет. Так что, если контроллер увидит нагрузку не 1 кВт,а 100Вт, это никого не обидит, лишний ток заберет на себя защитный диод, в общем все довольны. Однако, если взять за основу данную схему, то можно обеспечить дистанционный контроль не только за состоянием нагрузки (включена/выключена), но и, например, за количеством перегоревших ламп в подъезде или складе и т.д., т.е. контролировать подключенную мощность.

2. Простейшие защиты электродвигателей

Защиты бывают разные, но мы остановимся на защите от холостого хода (актуально для погружных насосов и насосных станций) и защите от перегрузки (например эл. двигатель открывания ворот). Все остальные применения будут находится между этими вариантами.

2.

1. Защита от холостого хода.

Наша задача отключить исполнительное устройство в том случае, если в процессе работы произошло снижение тока потребления ниже заданной величины. Рассмотрим как это сделать. Если мы поставим в разрыв токоведущей шины токовый трансформатор, то, при протекании тока, на его выходе будет создаваться ЭДС, пропорциональная протекающему току. Достаточно эту ЭДС выпрямить, сгладить и передать на исполнительное устройство. Как только ЭДС снизится ниже определенного порога — исполнительное устройство выключится, отключив эл. двигатель. Идея понятна? Идем дальше.

Раз мы имеем на выходе напряжение, что у нас работает от напряжения и не хочет при этом потреблять ток? Конечно полевой транзистор. Как его заставить коммутировать нагрузку при переменном токе? Тоже не проблема — включить его в диагональ моста. Транзистор открыт — мост закорочен, ток через мост идет. Транзистор закрыт — ток через мост не течет, нагрузка отключена. Если в качестве нагрузки включить обмотку реле магн. пускателя — можно управлять двигателем насоса. Ток течет через насос, транзистор открыт, пускатель под напряжением, ток снизился — напряжение снизилось, транзистор закрылся, пускатель выключился, ток упал до нуля, насос выключен. Запуск только вручную (кнопка параллельно мосту) шунтированием моста. Ток потек, транзистор открылся и шунтировал мост параллельно кнопке, бросил кнопку — все работает. ток снизился — все выключилось. Учитывая, что трансформатор электрически изолирован от силовой цепи, его можно смело включать непосредственно на вход полевого транзистора. Если ЭДС > 5.5в (1.2в падение при выпрямлении и 4в — пороговое напряжение полевого транзистора) — транзистор открыт, ниже — транзистор закрыт. Как посчитать нагрузочный резистор для нужного входного тока в п.1. не раз приводилось, так что опустим этот аспект. Как выбрать трансформатор по ЭДС также описано. Не забудьте защитить затвор полевого транзистора стабилитроном от возможного пробоя (обычно 10в.). Учтите, если поставить на затвор полевика управляемый напряжением ключ, да еще и с гистерезисом — можно коммутировать непосредственно саму нагрузку данным устройством. Самое приятное — для такого устройства не требуется внешнее питание, вполне хватает генерации напряжения от тока нагрузки.

2.2 Безконтактное пусковое реле

Здесь даже и писать особенно нечего — это задача п.2.1, с той лишь разницей, что нагрузкой является пусковая обмотка двигателя. При пуске потек значительный ток — подключим пусковую обмотку, двигатель раскрутился, ток снизился — пусковая обмотка сама выключилась. Самое приятное — никаких контактов.

2.3 Защита от перегрузки

Фактически это тоже задача п.2.1, с той лишь разницей, что нагрузку надо выключить если ток возрос, например автоматическое открывание ворот — двигатель довел ворота до упора, пошла перегрузка двигателя (он толкает, а толкать то некуда дальше) — исполнительное устройство отключило пускатель. Можно применить полевик во встроенным каналом (он открыт при нулевом напряжении, а закрывается подачей отрицательного напряжения), но их нет на большие токи и напряжения. Хотя как датчик края вполне хорош, нет контактов и питания, монтируется в любом месте силового кабеля. А вот если поставить инвертирующий каскад перед обычным полевиком, правда потребуется его запитывать (т.е. полностью автономное устройство не получится), то можно управлять магнитным пускателем на отключение. Так как ток потребления маленький, на схему надо подать небольшое напряжение с параметрического стабилизатора с конденсатором в качестве гасящего резистора. Получается также вполне жизнеспособно.

3. Работаем с постоянным током.

3.1 Контроль постоянного тока

Как сделать защиту от перегрузки в цепи постоянного тока? Попробуем оценить этот ток трансформаторм тока. Казалось-бы, как трансформатор будет работать с постоянным током? Как известно — трансформатор работает только в переменном магнитном поле, которое постоянный ток создать не может. Идея проста — создать такое переменное поле, чтобы он смог работать. Однако, если во вторичку давать ток, то и в первичке будет также создаваться ток и влиять на измеряемую цепь. А этого делать нельзя. Давайте возьмем два одинаковых трансформатора, оденем их на общий токоведущий провод, а вторичные обмотки включим последовательно встречно. Теперь, если мы будем подавать переменный ток во вторички, в первичках будут наводиться ЭДС, пропорциональные току, но направленные встречно друг другу, т.е. в сумме равные 0. Таким образов влияние на первичную цепь мы исключим.

Скажете — ну и что с этого? А вот что. Как известно, зависимость магнитной проницаемости ферромагнетиков сильно зависит от напряженности магнитного поля. Т.е., если в обмотку трансформатора подать переменный ток, он будет создавать определенное магнитное поле в сердечнике, равное для обоих полуволн и величина индуктивности обмотки трансформатора будет одинакова для обоих полуволн. А вот если на сердечник наложить постоянное поле, тогда, в одну полуволну поля будут складываться, а в другую — вычитаться. В результате поле в одной полуволне будет больше, чем в другой, и индуктивности не будут равны. Если смотреть на примеры, описанные выше — мы всячески пытались избежать этого варианта и клеймили его как плохой режим работы трансформатора тока, а здесь он придется как раз в пору. . А что создаст нам постоянное поле? А это поле создаст проводник, проходящий через оба трансформатора, в котором мы и собирались имерить постоянный ток.

Помните, мы включили обмотки трансформаторов встречно? В сумме, индуктивности обоих трансформаторов будут постоянны в обоих полуволнах, ток также постоянен, а вот напряжения на них различны для каждой полуволны (индуктивности же разные). Т.е., если проводить замер напряжения на одной из обмоток, оно будет разное для каждой полуволны. Момент можно усугубить, если взять соединенные последовательно 2 резистора, включить их параллельно обмоткам трансформаторов и снимать напряжение со средних точек. Получается измерительный мост и мы снимаем уже разницу напряжений для каждой полуволны. Если направление тока в первичке не представляет интерес, это напряжение с выхода моста можно выпрямить и работать с постоянным напряжением, пропорциональным постоянному току.

Следует учесть, что зависимость магнитной проницаемости от поля нелинейна, и мы не сможем получить линейный выходной сигнал с выхода этой схемы в широком диапазоне.

3.2 Измерение постоянного тока.

Как замерить ток мощного эл. двигателя, работающего от аккумулятора? А как померить ток в цепи под высоким напряжением? Да в принципе точно также как описано выше в небольшом диапазоне или так-же в широком, но с той лишь разницей, что ток надо дать такой, что-бы трансформаторы входили в режим насыщения. В этом случае мы можем уже оценивать не напряжение на выходе, а длительность нахождения трансформатора в режиме насыщения в каждой полуволне или же сам факт вхождения в режим насыщения. Посмотреть на искажения сигнала в режиме насыщения можно на фото:

Эти фото уже фигурировали в предыдущих заметках. Понятно, чем глубже трансформатор уходит в насыщение, тем больше горизонтальная полка. Берем диф. сигнал и работаем с ним. Я не предполагаю детально рассматривать схемотехнические решения, но очень неплохо ввести в обратную связь усилитель сигнала генератора, управляемый напряжением и контролировать уже не сам диф. сигнал, а управляющее напряжение этого усилителя. можно подать линейно изменяюшийся сигнал и ловить его длительность до момента насыщения трансформатора. Можно запустить подмагничивание постоянным током во вторичку (его величина меньше измеряемого тока в коэфф. трансформации раз!) и наложить на него переменный ток. Управляя током подмагничивания добиваться постоянства напряжения на катушке и замерять ток подмагничивания. В общем способов масса, а описание практической реализации займет уйму места и потребует столько-же времени для изучения. Так что на этом и ограничимся.


Использование понижающих трансформаторов в быту.

Понижающий трансформатор можно использовать не только в промышленных целях, но зачастую и в быту при больших энергопотреблениях, благодаря использованию подобного оборудования энергозатраты заметно сократятся.

Как известно, не все оборудование осветительного характера может быть рассчитано на обычную сеть, к примеру, в 220V. Некоторые из видов освещения обладают более экономичным расходом электроэнергии и требуют отдельных систем для понижения напряжения в необходимой сети. Данная система подразумевает использование такого устройства, как понижающий трансформатор, который представляют собой электрический прибор специализированного назначения, позволяющий питать оборудование или электроприборы напряжением различных нагрузок для конкретного случая.

Работа подобного вида трансформаторов основывается на неком явлении взаимной индукции, которое действует, в основном, через магнитное поле и применяется для передачи нужной энергии, исходя из определенного контура трансформаторного устройства, направляющего энергию в другой. То - есть, имеется в виду, что трансформатор (понижающий) – это электромагнитное устройство, преобразующее переменный электрический ток первоначального напряжения в переменный ток другого, также требующего напряжения. В классическом исполнении, этот электромагнитный прибор состоит из замкнутого ферримагнитного сердечника и двух проволочных (зачастую, медных) обмоток: вторичной или первичной.

Различают такие трансформаторы, используемые в быту, как электромагнитные и электронные, а их общее главное требование – мощность, которая должна соответствовать требуемой мощности для всех светильников, подключенных именно через одно устройство. Стоит отметить, что суммарная потребляемая мощность, ни в коем случае, не должна превышать необходимой номинальной мощности трансформатора, иначе, в противном случае, он потеряет свою способность и выйдет из строя. Безусловно, традиционный обмоточный трансформатор, также имеет место быть, но в свете новых высоких технологий, он все - же отходит на задний план, так как обмоточное устройство более тяжелое, габаритное и сильно греющееся. Современный понижающий трансформатор намного меньше по размеру и практически не нагревается, поэтому его можно использовать где угодно: в конструкциях подвесных потолков, стен и даже при использовании подсветки элементов мебели. Они не станут мешать остальному оборудованию в квартире или доме, даже наоборот, дают уникальную возможность хозяину продлить «жизнь» осветительных приборов, поскольку такое устройство способно равномерно подавать ток в помещении.

Поделиться в соцсетях

Защита трансформатора от перенапряжения и перегрузки: разновидности

Среди электроустановок, применяемых для преобразования и передачи электроэнергии, трансформаторы являются наиболее дорогими устройствами. Тем не менее они способны работать без перебоя в течении всего срока эксплуатации, и даже более того, но при условии, что на прибор не будут воздействовать аварийные режимы. Для борьбы с любыми нарушениями нормальной работы на практике применяется защита трансформаторов.

Виды повреждений

Рис. 1. Повреждения трансформаторов

В связи с тем, что трансформатор включается в работу совместно с другими устройствами, любые повреждения на питающей линии, в низковольтных цепях или внутри бака одинаково опасны.

Среди актуальных видов аварий следует отметить следующие:

  • Короткое замыкание между обмотками;
  • Замыкание обмотки на корпус;
  • Межфазные замыкания в линии;
  • Межвитковые замыкания;
  • Повреждение встроенного оборудования;
  • Перегрев мест подключения, электрических контактов;
  • Обрыв в цепи, нарушение целостности точек подключения или обмоток;
  • Нарушение крепления железа, расшихтовка листов при ослаблении стяжек ярма с последующим перекрытием или разрушением витков.

Деление защит трансформаторов на основные и резервные

Любой вид повреждения в трансформаторе несет потенциальную опасность, как целостности оборудования, так и надежности работы всей энергосистемы. Поэтому крайне важно грамотно отстраивать работу защит на электростанциях, тяговых и трансформаторных подстанциях, местных КТП и ТП. Для этой цели защита трансформатора условно подразделяется на две категории – основную и резервную.

Основная защита – это такой вид автоматики, который направлен на анализ внутреннего состояния трансформатора (обмоток, железа, дополнительного оборудования). Данный тип охватывает как само устройство, так и  прилегающие к нему шины, провода и т.д.

Резервная защита охватывает те нарушения в работе, которые происходят за пределами трансформатора, но могут непосредственно повлиять на его проводники и внутренние элементы. Это всевозможные перегрузки, замыкания и перенапряжения в линиях, на смежных устройствах и т.д.

Рис. 2. Основные и резервные защиты

Разновидности защит и их суть

Все защиты для трансформаторов должны обладать достаточным быстродействием, чтобы вовремя отключить опасный режим. Так как при возникновении сверхбольших электрических величин он запросто приведет к разрушению изоляции, отпуску металла, возгораниям и прочим неприятным последствиям.

Для предотвращения перегрузок выполняется установка того или иного вида защиты на трансформатор. Какая именно защита используется на понижающих подстанциях, в оборудовании распределительных устройств, определяется местными условиями и особенностями режима работы.

Продольная дифференциальная защита

Область применения дифференциальной токовой защиты охватывает как сам силовой трансформатор, так и окружающие его присоединения вплоть до измерителей токовой нагрузки. Нормальным режимом работы каждого трансформатора считается равномерное перераспределение нагрузки между всеми тремя фазами, когда электрический ток в каждой из них получается приблизительно одинаковым.

Продольные дифференциальные защиты осуществляют сравнение токовой нагрузки во всех фазах. Так как ток примерно одинаков, то их геометрическая сумма должна равняться нулю. В результате сравнения получается, что токовая составляющая отсутствует или слишком мала для реакции. Но, как только произойдет замыкание одной фазы или сразу между несколькими, токи в них перестанут компенсировать друг друга, и их сумма будет отличаться от нуля, сработает дифференциальная отсечка.

Рис. 3. Пример дифференциальной защиты

Релейная

Для предотвращения повреждения трансформаторов применяется достаточно большое количество релейных защит. Однако отдельного внимания заслуживает реле контроля уровня масла. Этот вид предусматривает контроль за состоянием изоляционной среды. Конструктивно реле представляет собой поплавок с контактами, который удерживается выше контактов цепи срабатывания.

Если аварийный режим приведет к утечке масла и последующему снижению менее нормы, после которой может произойти пробой, произойдет отключение. Может располагаться в основном баке или иметь резервную релейную защиту в расширителе, которая предварительно даст сигнал о начале процесса.

Тепловая

Основой для тепловой защиты в трансформаторах служит классическая термопара. Место ее расположения определяется типом устройства, его мощностью и габаритами, так как перегрев может привести к нарушению изоляционных свойств, привести к термическому расширению масла.

К наиболее эффективным местам размещения относятся:

  • в верхней части бака;
  • у высоковольтных вводов;
  • в обмотках.

Имеет две ступени – первая производит включение резервных вентиляторов или других средств охлаждения. Вторая, если первой не удалось сбросить перегрев ниже предельного значения, производит отключение трансформатора.

Токовая отсечка

Рис. 4. Пример токовой отсечки

Данный вид защиты применяется для отключения повреждения, которое могло возникнуть внутри трансформатора. Она размещается со стороны вводов защищаемого трансформатора, однако воздействие охватывает все обмотки, с которых может быть подано напряжение. Особенностью ее применения является схема питания, которая используется в соответствующей линии.

Так для трехфазных цепей с изолированной нейтралью токовая отсечка должна устанавливаться в двух фазах. А при использовании цепей с глухозаземленной нейтралью защита должна применяться в каждом фазном присоединении. При отключении трансформатора полностью отсутствует какая-либо выдержка времени.

Недостатком отсечки является срабатывание исключительно на токи большой величины. Поэтому некоторые межфазные КЗ, межвитковых или КЗ на землю в цепи с изолированной нейтралью могут остаться незамеченными.  На практике это один из самых простых способов, отключающих трансформатор в аварийном режиме.

Газовая защита

Газовое реле, как вид защиты, нашло широкое применение в маслонаполненных трансформаторах, где роль диэлектрика, разделяющего токоведущие элементы и заземленную конструкцию корпуса, выполняет трансформаторное масло. В нормальном режиме работы понижающие трансформаторы не воздействуют на жидкий диэлектрик, и масло пребывает в постоянном физическом состоянии.

Но, в случае возникновения межвитковых замыканий, контакта проводников со сталью или других ситуаций внутри бака горение дуги или разогрев металла приводит к локальному закипанию масла. От этого места и начинается выделение газов, которые поднимаются в верхнюю точку емкости.

Рис. 5. Пример газовой защиты

Для всей емкости верхняя точка – это расширительный бак, поэтому устанавливают газовое реле в соединительной трубе между расширителем и баком трансформатора. Конструктивно газовая защита представляет собой поплавок, с двумя контактами. При погружении в масло поплавок находится в незамкнутом положении. Как только выделившиеся газы поднимутся по трубе, поплавок упадет и замкнет контакты, масляный трансформатор отключится.

Струйная защита

Используется в трансформаторах с первичными и вторичными обмотками на 110, 35, 10, 6, 3,3кВ, где присутствует возможность переключения величины напряжения под нагрузкой. Устройство РПН, как правило, размещается в отдельном баке внутри основного, который изолирует его от высоковольтных обмоток. Переключение позиций РПН под нагрузкой может обуславливать как штатные коммутационные явления, так  и аварийные. Последние приводят к выбросу масла от бака к расширителю.

Для реакции на такие повреждения и устанавливается струйная защита, так как поток масла от РПН активирует измерительный датчик. Далее происходит отключение выключателя, который обесточит обмотки трансформатора.

Максимальная токовая защита

Рис. 6. Пример максимальной токовой защиты

Максимальная токовая защита применяется для срабатывания в ответ на токи КЗ, расположенные в непосредственной близости к источнику. Сюда относятся повреждения как на обмотках, так и на ближайших шинах подстанции, в окружающем оборудовании и ит.д.

На практике выделяют большое количество вариантов исполнения МТЗ:

  • От внутренних и внешних КЗ;
  • МТЗ с комбинированным пуском по напряжению;
  • МТЗ с  пуском по напряжению и фильтром  напряжения обратной последовательности;
  • Обратной последовательности комбинированная с устройством против трехфазных КЗ;

Помимо аварийных режимов для МТЗ может устанавливаться режим защиты от перегрузки. Для этого устанавливается ток срабатывания в определенных пределах. Уставка выбирается исходя из максимального значения нагрузки, чтобы не происходило срабатывания автоматического выключателя в нормальном режиме работы.

Токовая защита нулевой последовательности

Рис. 7. Пример токовой защиты нулевой последовательности

Предназначена для защиты трансформатора от возможного замыкания как одной, так и двух фаз на землю. Это те ситуации, когда в трехфазной системе нарушится симметрия нагрузки и относительно нулевой точки сумма токов больше не будет равна нулю.

Равновесие системы нарушится, что и спровоцирует отключение питания спустя заданный временной промежуток. Часто комбинируется с АПВ, тогда через несколько секунд происходит повторное включение выключателя, на случай если замыкание самоустранилось.

Специальная резервная защита

Специальная резервная защита предназначена для автономного резервирования МТЗ по токовым цепям. Может использоваться как по высокой, так и по низкой стороне трансформатора. Их действие нацелено на первичные и вторичные максимальные токи, которые могут возникнуть в непосредственной близости от защищаемого объекта. Работа СРЗ, как правило, имеет выдержку по времени относительно основных МТЗ по стороне 110 – 220 кВ.

Токовая ступенчатая защита

Как и предыдущий вариант, представляет собой разновидность МТЗ, которая выстраивается в ключе последовательности срабатывания для разных обмоток. Широко используется в цепях, где потребители подключаются к источнику с большими пусковыми токами. Однако чувствительность максимальной защиты имеет дополнительную привязку к напряжению, что и обеспечивает блокировку автоматического отключения в случае запитки слишком мощной нагрузки, так как просадка напряжения не достигает установленного предела.

Ступени отстраиваются с таким временным промежутком, чтобы воздействие на выключатели нагрузки производились после основной токовой защиты.

Защита от минимального напряжения

В случае снижения питающего напряжения возможны два варианта развития событий – удаленное короткое замыкание, которое другими защитами распознается как большая нагрузка или подключение слишком большой суммарной нагрузки. И тот и другой вариант пагубно сказывается на работе трансформатора, поэтому  и при аварийном режиме, и при перегрузке устанавливается выдержка времени, после которой происходит один из таких вариантов:

  • отключение аварийного участка;
  • вывод  неприоритетных потребителей из работы;
  • автоматическое включение резерва.

Более подробно о таком типе защиты в статье https://www.asutpp.ru/zaschita-minimalnogo-napryazheniya.html

Видео по теме

Использованная литература

  • М.А. Шабад «Защита трансформаторов 10кВ» 1989
  • М. А. Беркович. В. В. Молчанов, В. Л. Семенов «Основы техники релейной защиты» 1984
  • Засыпкин А. С. «Релейная защита трансформаторов»  1989
  • Шабад М. А. «Защита трансформаторов распределительных сетей» 1981
  • Фигурнов Е. П. «Релейная защита» 2004

Тепловой трансформатор - Энциклопедия по машиностроению XXL

А вот как повысить концентрацию тепла без нагрева Для этого служат тепловые трансформаторы, или тепловые насосы , в которых тепло за счет затраты какого-либо вида энергии перекачивается с низкого температурного уровня на высокий. Самое поразительное п этом процессе — это получение в 4—6 раз большего количества тепла, чем затрачивается энергии (в электроплитке— один к одному).  [c.149]

В зарубежной печати приводятся интересные примеры использования тепловых трансформаторов. Радиоактивные изотопы считались раньше неприменимыми для космических аппаратов из-за низкой плотности теплового излучения. Теперь на мысе Кеннеди их считают весьма перспективными источниками энергии, ибо сконцентрировать тепловую энергию стало просто.[c.22]


Тепловые трансформаторы служат для повышения давления поступающего в них пара до размеров, требуемых тем или другим тепловым потреблением.  [c.193]

Подобное теплоснабжение потребителей является нерациональным, так как оно обусловливает более или менее значительную недовыработку теплофикационной электроэнергии на ТЭЦ — на базе таких тепловых нагрузок. Поэтому при наличии в промышленном предприятии потребностей в паре разных давлений, которые не могут быть удовлетворены непосредственно теплофикационными турбинами ТЭЦ, следует применять вместо РОУ тепловые трансформаторы, питаемые от теплофикационных турбин. Вследствие этого увеличивается тепловая нагрузка турбин ТЭЦ и выработка теплофикационной электроэнергии.  [c.193]

Применение тепловых трансформаторов вместо РОУ представляется целесообразным во многих случаях энергоснабжения предприятий металлообрабатывающей, химической, целлюлозно-бумажной и пищевой промышленности, за исключением таких, где требуется очень высокое сжатие пара, или при незначительном годовом использовании теплоснабжающей установки и низкой стоимости топлива.[c.193]

Тепловые трансформаторы дают возможность отбирать пар из теплофикационных турбин только при одном из более низких  [c.193]

Установка тепловых трансформаторов не на ТЭЦ, а у тепловых потребителей — на приемном конце тепловой сети, позволяет иногда удешевить тепловые сети, давая возможность транспортировать к потребителям нар, не двух или нескольких требуемых давлений, а только одного из них — более низкого.  [c.194]

Таким образом, в ряде случаев применение тепловых трансформаторов, помимо экономии топлива за счет увеличения выработки теплофикационной электроэнергии, может уменьшить капитальные затраты на турбины ТЭЦ и на тепловые сети. В то же время тепловые трансформаторы требуют добавочных капитальных затрат, а потому их применение должно быть в каждом случае экономически обосновано.  [c.194]

Тепловые трансформаторы являются разновидностями установок, служащих для повышения потенциала имеющегося теплоносителя до уровня, необходимого обслуживаемым тепловым процессам. Это требует по второму началу термодинамики затраты механической или другой энергии.  [c.194]

Ввиду необходимости подводить к пароструйному компрессору пар двух давлений, такие тепловые трансформаторы устанав.ли-ваются, как правило, на ТЭЦ или в котельной установке (например, с котлами-утилизаторами).  [c.195]

Тепловые трансформаторы в виде механических компрессоров с электроприводом всегда питаются паром только одного давления и потому могут устанавливаться в любом пункте системы теплоснабжения. Применение компрессоров с паротурбинным приводом, питающихся паром двух разных давлений, возможно только на ТЭЦ или в установках с котлами-утилизаторами.  [c.195]


Наиболее прогрессивными являются два основных направления в области применения тепловых трансформаторов  [c.195]

Возможные варианты частичного покрытия длительных тепловых нагрузок теплофикационной турбиной с помощью тепловых трансформаторов показаны на рис. 10-2. При этом на рис. 10-2, а показана схема покрытия тепловой нагрузки В ТЭЦ ири давлении пара с помощью пароструйного компрессора 1, питаемого частично свежим паром В из котельного агрегата 2 нри давлении ро или  [c.196]

Рис. 10-2. Варианты схем частичного покрытия тепловых нагрузок ТЭЦ турбиной с помощью тепловых трансформаторов.
Количество нара, отпускаемое тепловым трансформатором при давлении Ра, составляет  [c.196]

К. и. д. теплового трансформатора в виде пароструйного компрессора приближенно равен  [c.197]

Если тепловой трансформатор является пароструйным компрессором (рис. 10-2, а), то добавочная выработка теплофикационной электроэнергии на базе дополнительной тепловой нагрузки турбины составит  [c.197]

Пт-тр — к. п. Д. теплового трансформатора в виде механического компрессора с электроприводом  [c. 198]

При наличии теплового трансформатора в виде механического компрессора Т с паротурбинным приводом 1 (рис. 10-2, в)  [c.198]

При тепловом трансформаторе данного типа АЖр определяется по формуле (10-5),  [c.198]

Тепловой трансформатор включается с этой целью по схеме рис. 10-2.  [c.199]

IJ — удельное уменьшение энтальпии пара, используемое в турбине в варианте с тепловым трансформатором, ккалЫг  [c.199]

Подобное применение тепловых трансформаторов менее эффективно, чем рассмотренная выше замена ими РОУ, покрываю-ш их длительные тепловые нагрузки свежим паром из паровых котлов.  [c.199]

Обязательным условием целесообразности применения тех или других тепловых трансформаторов является увеличение выработки теплофикационной электроэнергии при их установке  [c.200]

Как показывают формулы (10-4), (10-5), (10-7) и (10-11), чем выше начальные параметры пара на ТЭЦ, к. п. д. тепловых трансформаторов и чем меньше требуемое повышение давления пара трансформатором р — р ), тем больше добавочная выработка теплофикационной электроэнергии на ТЭЦ, обусловленная применением трансформаторов тепла.  [c.200]

Увеличение выработки теплофикационной электроэнергии на ТЭЦ нри установке тепловых трансформаторов уменьшает соответственно выработку конденсационной электроэнергии и, следовательно, дает экономию топлива, расходуемого на производство электроэнергии.  [c.200]

При этом в каждом частном случае применение тепловых трансформаторов, требующих добавочных капитальных затрат, должно быть экономически обосновано.  [c.200]

Экономическое обоснование применения тепловых трансформаторов должно производиться по предложенной выше методике экономического сопоставления вариантов (гл. 6).  [c.200]

Для рационального выбора тепловых трансформаторов необходимо, чтобы превышение капитальных затрат в варианте с тепловыми трансформаторами К , тр окупалось за счет ежегодной экономии в соответствующих прямых расходах А Гпр в допустимый или нормативный срок  [c. 200]

Для основных случаев замены тепловыми трансформаторами РОУ или РУ на ТЭЦ  [c.200]

Если нри замене тепловыми трансформаторами РОУ целесообразно ирименение турбины другого типа, то в капитальных  [c.200]

В варианте с тепловыми трансформаторами увеличивается выработка теплофикационной электроэнергии на АИ , вследствие увеличения тепловых нагрузок турбин ТЭЦ ио формуле (10-8)  [c.201]

В варианте с РОУ вместо тепловых трансформаторов соответствующее количество электроэнергии должно быть выработано при конденсационном режиме работы турбин данной ТЭЦ или других электростанций, т. е. в виде конденсационной электроэнергии АИ к = АИ т-  [c.201]

Таким образом, экономия условного топлива при наличии тепловых трансформаторов составит  [c.201]

Соответствующая ежегодная экономия в прямых расходах по варианту с тепловыми трансформаторами  [c. 202]

Можно привести большое количество примеров применения покрытий с селективными радиационными свойствами в солнечных тепловых насосах, тепловых трансформаторах, сушильных и других гелиоаппаратах.  [c.232]


Тепловой трансформатор, г. е. теплопереддющие устройства, позволяющие трансформировать плотность теплового потока без существенных потерь. Характерный его параметр — коэффициент трансформации теплового потока Ктр = дс/йаст = Рисг/Рс. при /С 1 тепловой трансформатор можно считать тепловым проводником, если тр>1, его называют концентратором теплового. г отока, если /Стр[c.58]

Непрерывно возрастает роль энергопреобразовывающих установок, тепловых и электрических, в энергоснабжении промышленных предприятий. Из этих энергонреобразовывающих установок тепловые трансформаторы и тепловые насосы до сих нор еще не получили значительного распространения. Между тем применение таких установок для энергоснабжения промышленных предприятий может дать большую экономию топлива, обусловленную дополнительным использованием вторичных энергоресурсов и  [c.11]

К основным тепловым энергопреобразовывающим установкам относятся тепловые трансформаторы, тепловые насосы и электрокотлы.  [c.193]

Траб — общая продолжительность работы теплового трансформатора, ч.  [c.197]

Этим обусловливается соответствующая экономия топлива в варианте с тепловыми трансформаторами, дающими ежегодную экономию в прямых расходах в размере А1Гтоп-  [c.201]


Проектирование планарных силовых трансформаторов - Компоненты и технологии

В предыдущей статье были рассмотрены преимущества применения планарных трансформаторов в малогабаритных и мобильных устройствах. Также были приведены характеристики ферритовых сердечников, применяемых для конструирования планарных трансформаторов. В этой публикации предлагается методика расчета планарных трансформаторов для импульсных преобразователей прямого и обратного хода.

Введение

Планарные трансформаторы могут выполняться как навесные компоненты, в виде сборки однослойных печатных плат или небольшой многослойной платы, либо встраиваться в многослойную печатную плату источника питания.

Важными преимуществами планарных магнитных компонентов являются:

  • очень малые размеры;
  • великолепные температурные характеристики;
  • малая индуктивность утечки;
  • отличная повторяемость свойств.

Измерения рабочих параметров планарных трансформаторов с Ш-образными сердечниками и обмотками, выполненными на базе многослойной печатной платы, показывают, что тепловое сопротивление этих устройств значительно (до 50%) ниже по сравнению с обычными трансформаторами с проволочной намоткой при том же эффективном объеме сердечника V
e. Это обусловлено более высоким отношением площади поверхности сердечника к его объему. Таким образом, имея повышенную охлаждающую способность, планарные трансформаторы способны справляться с большей плотностью проходной мощности, при этом удерживая рост температуры в допустимых пределах.

В настоящей брошюре описывается быстрый и простой метод проектирования планарных силовых трансформаторов, а также рассматриваются примеры устройств, разработанных с применением данного метода.

Результаты тестирования в рабочем режиме показывают, что измеренный рост температуры хорошо согласуется с данными расчетов.

Рис. 1. Планарный трансформатор в разобранном виде

Рис. 2. Варианты конструкции планарных трансформаторов

Процедура расчета

Определение максимальной магнитной индукции

Потери в сердечнике и медном проводнике при работе трансформатора приводят к росту температуры. Величина этого роста не должна превышать допустимого предела, чтобы избежать повреждения трансформатора или остальной цепи. При тепловом равновесии величина суммарных потерь в трансформаторе Ptrafo связана с ростом температуры трансформатора
DT соотношением, аналогичным закону Ома:

где R
Т — это температурное сопротивление трансформатора. Фактически, P
trafo можно представить как охлаждающую способность трансформатора.

Можно установить эмпирическую формулу, напрямую связывающую значение теплового сопротивления трансформатора с эффективным магнитным объемом V
э используемого ферритового сердечника [1]. Данная эмпирическая формула справедлива для трансформаторов с проволочной обмоткой, имеющих сердечники формы RM и ETD. Аналогичное соотношение найдено теперь и для планарных трансформаторов с Ш-образными сердечниками.

С помощью этого соотношения можно оценить рост температуры трансформатора как функцию магнитной индукции в сердечнике. По причине ограниченности доступного пространства намотки для планарных магнитных компонентов рекомендуется использовать максимально возможные значения магнитной индукции.

Предположив, что половину суммарных потерь в трансформаторе составляют потери в сердечнике, можно выразить максимальную плотность потерь в сердечнике P
core как функцию допустимого роста температуры трансформатора следующим образом:

Потери мощности в наших ферритах измерялись в зависимости от частоты (f, Гц), пиковой магнитной индукции (B, Тл) и температуры (T, °C). Плотность потерь в сердечнике можно приблизительно рассчитать по следующей формуле [2]:

Здесь C
m, x, y, c
t0, ct
1 и ct
2 — это параметры, найденные путем аппроксимации эмпирической кривой потерь. Эти параметры специфичны для конкретного материала. Размерности их выбраны так, что при температуре 100 °C значение CT оказывается равным 1.

В таблице 1 приведены значения перечисленных выше параметров для нескольких марок мощных ферритов компании Ferroxcube.

Таблица 1. Параметры аппроксимации для вычисления плотности потерь в сердечнике

Марка феррита f, кГц Cm x y ct
2
ct
1
ct
0
3C30 20–100 7,13×10
–3
1,42 3,02 3,65×10
–4
6,65×10
–2
4
100–200 7,13×10
–3
1,42 3,02 4×10
–4
6,8×10
–2
3,8
3C90 20–200 3,2×10
–3
1,46 2,75 1,65×10
–4
3,1×10
–2
2,45
3C94 20–200 2,37×10
–3
1,46 2,75 1,65×10
–4
3,1×10
–2
2,45
200–400 2×10
–9
2,6 2,75 1,65×10
–4
3,1×10
–2
2,45
3F3 100-300 0,25×10
–3
1,63 2,45 0,79×10
–4
1,05×10
–2
1,26
300-500 2×10
–5
1,8 2,5 0,77×10
–4
1,05×10
–2
1,28
500-1000 3,6×10
–9
2,4 2,25 0,67×10
–4
0,81×10
–2
1,14
3F4 500-1000 12×10
–4
1,75 2,9 0,95×10
–4
1,1×10
–2
1,15
1000-3000 1,1×10
–11
2,8 2,4 0,34×10
–4
0,01×10
–2
0,67

Максимально допустимое значение Pcore вычисляется по формуле (2). Это значение затем подставляется в уравнение (3). Теперь можно вычислить максимально допустимую магнитную индукцию Bpeak, переписав уравнение (3) в следующем виде:

Примечание: максимально допустимое значение B можно найти и другим путем — написав компьютерную программу, вычисляющую потери мощности для произвольной формы сигнала по формуле (3) при заданных значениях параметров аппроксимации [3]. Преимущество этого подхода в том, что он позволяет рассчитывать потери с учетом реальной формы колебаний B, а также выбрать оптимальную марку феррита для конкретного случая.

Рекомендации по распределению витков в пространстве намотки

Определив максимально допустимую пиковую магнитную индукцию, можно рассчитать количество витков первичной и вторичной обмоток по известным формулам, включающим топологию преобразователя и тип трансформатора (например, обратного и прямого хода).

Необходимо принять решение о том, как будут распределены обмотки между имеющимися слоями. Токи, протекающие в дорожках, будут вызывать повышение температуры печатной платы. Из соображений распространения тепла рекомендуется распределять витки обмоток во внешних слоях симметрично по отношению к виткам обмоток во внутренних слоях.

Рис. 3. Bpeak в формулах равняется половине размаха колебаний индукции в сердечнике

С точки зрения магнетизма оптимальным вариантом было бы перемежать первичные и вторичные слои. Это уменьшит так называемый эффект близости (см. стр. 4). Однако малая высота обмотки в планарном исполнении и требуемое для конкретного приложения количество витков не всегда позволяют выбрать оптимальную конструкцию.

С точки зрения затрат рекомендуется выбирать печатные платы со стандартной толщиной слоя меди. Распространенные значения толщины, используемые производителями печатных плат — 35 и 70 мкм. От толщины слоев меди существенным образом зависит рост температуры в обмотке, индуцированный протекающими токами.

Стандарты безопасности, например стандарт МЭК 950, требуют расстояния 400 мкм в материале печатной платы (FR2 или FR4) для обеспечения развязки вторичной обмотки от сети питания. Если развязка от сети не требуется, достаточно расстояния в 200 мкм между слоями обмотки. Кроме того, необходимо еще учесть слой для трафарета — по 50 мкм с обеих сторон платы.

Ширина дорожек, формирующих обмотки, определяется исходя из величины тока и максимально допустимой плотности тока. Расстояние между витками зависит от возможностей и бюджета производства. Существует практическое правило: для дорожек толщиной 35 мкм ширина дорожек и расстояние между ними должны быть более 150 мкм, а для дорожек толщиной 70 мкм — более 200 мкм.

В зависимости от производственных возможностей изготовителя печатных плат, размеры могут быть и меньшими, но это, скорее всего, повлечет за собой значительный рост стоимости печатной платы. Количество витков в одном слое и расстояние между витками обозначаются соответственно Nl и s. Тогда при доступной ширине намотки bw ширину дорожки wt можно вычислить по следующей формуле (см. рис. 4):

Рис. 4. Ширина дорожки wt, междорожечное расстояние s и ширина обмотки bw

Если требуется развязка от сети питания, ситуация несколько изменяется. Сердечник рассматривается как часть цепи первичной обмотки и должен быть отделен расстоянием в 400 мкм от вторичной цепи. Поэтому длина пути тока утечки между вторичными обмотками, близкими к левой и правой части сердечника, и самим сердечником должна составлять 400 мкм. В этом случае ширину дорожки следует вычислять по формуле (6), поскольку из доступной ширины обмотки необходимо вычесть 800 мкм:

В формулах (5) и (6) все размеры даны в мм.

Определение роста температуры печатной платы, вызванного протекающими токами

Последний шаг, который предстоит сделать — это определить рост температуры в медных дорожках, вызванный протекающими токами. Для этого необходимо вычислить эффективные (среднеквадратичные) значения токов, исходя из входных данных и желаемых выходных параметров. Метод расчета зависит от используемой топологии.

В разделе примеров приведены расчеты для стандартной прямой и обратной технологии преобразователя. Пример связи между ростом температуры и эффективными значениями токов при разных площадях поперечного сечения проводников печатной платы показан на рис. 5. В случаях, когда имеется единственный проводник, или когда индуктивности расположены не слишком близко, из этой диаграммы можно непосредственно определять ширину, толщину и площадь поперечного сечения проводника, а также максимально допустимые токи для различных заданных значений роста температуры.

Рис. 5. Связь между током, размерами дорожек печатной платы и ростом температуры

Недостаток этого способа проектирования заключается в предположении, что тепло, выделяющееся в обмотке, вызывается протеканием постоянного тока, в то время как в реальности имеется переменный ток, вызывающий скин-эффект и эффект близости.

Скин-эффект обусловлен наличием в проводнике магнитного поля, создаваемого током, который протекает в самом этом проводнике. Быстрое изменение тока (при высокой частоте) наводит переменную индукцию, которая вызывает вихревые токи. Эти вихревые токи, которые вносят вклад в основной ток, имеют противоположное ему направление. Ток обращается в ноль в центре проводника и движется по направлению к поверхности. Плотность тока экспоненциально снижается от поверхности к центру.

Глубина поверхностного слоя
d — это расстояние от поверхности проводника в направлении его центра, на котором плотность тока уменьшается в e раз. Глубина поверхностного слоя зависит от таких свойств материала, как электропроводность и магнитная проницаемость, и она обратно пропорциональна квадратному корню из частоты. Для меди при температуре 60 °C глубина поверхностного слоя может быть приближенно вычислена по следующей формуле:

Если берется проводник с толщиной w
t меньшей, чем 2
d, вклад этого эффекта будет ограничен. Это дает ширину дорожки меньше 200 мкм для частоты 500 кГц. Если при требуемом числе витков доступна большая ширина обмотки, наилучшим решением с точки зрения магнетизма будет разделить их на параллельные дорожки.

В реальных ситуациях в проводниках будут присутствовать вихревые токи, вызванные не только меняющимся магнитным полем собственного тока (скин-эффект), но и полями других проводников, расположенных поблизости. Этот эффект носит название эффекта близости. Если первичные и вторичные слои чередуются, влияние этого эффекта оказывается гораздо меньше. Дело в том, что токи в первичной и вторичной обмотках текут в противоположных направлениях, так что их магнитные поля взаимно уничтожаются. Тем не менее, соседние проводники одного слоя все же будут вносить некоторый вклад в эффект близости.

Эмпирические результаты

Измерения температуры в нескольких типах конструкций печатных плат при протекании в обмотках переменных токов показывают с приемлемой точностью, что на частотах до 1 МГц каждое увеличение частоты на 100 кГц дает повышение температуры печатной платы, на 2 °C большее по сравнению со значениями, определенными для случая постоянных токов.

Цель состоит в том, чтобы спроектировать строчный трансформатор с параметрами, приведенными в таблице.

В качестве первого шага делается предположение, что при данной частоте можно взять большое значение пиковой магнитной индукции — 160 мТл. Позже мы проверим, возможно ли это при заданных значениях потерь в сердечнике и роста температуры.

Пример 1. Трансформатор обратного хода

Параметр Обозначение Значение
Минимальное входное напряжение U
imin
70 В
Выходное напряжение U
O
8,2 В
Дополнительный выход первичной обмотки U
PIC
8 В
Рабочий цикл первичной обмотки d
prim
0,48/0,5
Рабочий цикл вторичной обмотки d
sec
0,48/0,5
Частота переключения f 120 кГц
Выходная мощность P
max
8 Вт
Окружающая температура T
amb
60 °C
Допустимый рост температуры DT 35 °C

В таблице 2 указано рассчитанное количество витков для шести самых малоразмерных стандартных комбинаций планарных Ш-образных сердечников и пластин фирмы Ferroxcube. Кроме того, приведены значения собственной индуктивности первичной обмотки, ширины воздушного зазора и токов, рассчитанные по формулам из врезки 1.

Таблица 2. Расчет конструктивных параметров нескольких строчных трансформаторов

Сердечник Ae, мм
2
Ve, мм
3
N1 N2 NIC G, мкм Прочие рассчитанные параметры
E-PLT14 14,5 240 63 7,4 7,2 113 L
prim = 638 мкГн
E-E14 14,3 300 63 7,4 7,2 113 I
p(эфф.) = 186 мА
E-PLT18 39,5 800 23 2,7 2,6 41 I
o(эфф.) = 1593 мА
E-E18 39,5 960 23 2,7 2,6 41  
E-PLT22 78,5 2040 12 1,4 1,4 22  
E-E22 78,5 2550 12 1,4 1,4 22  

Из таблицы 2 можно видеть, что требуемое число витков первичной обмотки для комплектов сердечников E-E14 и E-PLT14 оказывается слишком большим, чтобы обмотку можно было выполнить на базе многослойной печатной платы. Поэтому оптимальным вариантом выглядят комбинации сердечников E-E18 и E-PLT18. Округление результатов расчета N1, N2 и NIC дает числа 24, 3 и 3 соответственно.

Для определения потерь в случае однополярной треугольной волны индукции с частотой 120 кГц, пиковой индукцией 160 мТл и рабочей температурой 95 °C использовалась программа, основанная на выражении (3). Для мощных ферритов 3C30 и 3C90 ожидаемые потери в сердечнике равны соответственно 385 мВт/см
3 и 430 мВт/см
3.

Допустимая плотность потерь при
DT=35°C составляет 470 мВт/см3 для E-PLT18 и 429 мВт/см
3 для E-E18 (из выражения (1)).

Вывод состоит в том, что ферриты 3C30 и 3C30 можно использовать в обеих комбинациях сердечников. Менее качественные ферриты с большими потерями мощности приведут к слишком большому росту температуры.

24 витка первичной обмотки можно распределить симметрично по 2 или 4 слоям. Доступная ширина обмотки для сердечников E-18 составляет 4,6 мм. Отсюда видно, что вариант с двумя слоями по 12 витков в каждом будет сложен в исполнении, а потому и дорог. Для этого потребуется использовать очень узкие дорожки с весьма малым шагом. Поэтому выбирается вариант с четырьмя слоями, по 6 витков в каждом. Меньшее количество слоев в многослойной печатной плате приведет к меньшей себестоимости. Поэтому мы предусмотрим еще 3 витка первичной обмотки (для напряжения IC) и 3 витка вторичной обмотки, и на каждуюиз них — один слой. Таким образом, можно построить конструкцию с шестью слоями, как показано в таблице 3.

Таблица 3. Пример конструкции трансформатора с шестью слоями

Слой Число витков 35 мкм 70 мкм
трафарет   50 мкм 50 мкм
первичная 6 35 мкм 70 мкм
изоляция   200 мкм 200 мкм
первичная 6 35 мкм 70 мкм
изоляция   200 мкм 200 мкм
первичная IC 3 35 мкм 70 мкм
изоляция   400 мкм 400 мкм
вторичная 3 35 мкм 70 мкм
изоляция   400 мкм 400 мкм
первичная 6 35 мкм 70 мкм
изоляция   200 мкм 200 мкм
первичная 6 35 мкм 70 мкм
трафарет   50 мкм 50 мкм
ИТОГО   1710 мкм 1920 мкм

В зависимости от количества тепла, генерируемого протекающими токами, можно выбрать толщину медных дорожек 35 мкм или 70 мкм. Между слоями первичной и вторичной обмотки требуется расстояние 400 мкм для обеспечения развязки от сети. Комбинация E-PLT18 имеет минимальное окно намотки 1,8 мм. Это достаточно при толщине дорожек 35 мкм, которая дает суммарную толщину печатной платы около 1710 мкм.

Для удешевления конструкции мы выбрали расстояние между дорожками, равное 300 мкм. Вычисление ширины дорожки вторичной обмотки по формуле (5) дает результат 1,06 мм, включая развязку от сети.

Воспользовавшись диаграммой на рис. 5 и рассчитанным (см. табл. 2) эффективным значением тока во вторичной обмотке, равным 1,6 А, получаем рост температуры 25 °C для дорожек толщиной 35 мкм и около 7 °C для дорожек толщиной 70 мкм.

Мы приняли, что рост температуры, вызванный потерями в обмотке, составляет около половины суммарного роста температуры, в данном случае 17,5 °C. Очевидно, что при толщине дорожек 35 мкм рост температуры, вызываемый эффективным током 1,6 А, будет слишком велик, поэтому придется использовать дорожки толщиной 70 мкм.

Ширину дорожек витков первичной обмотки можно вычислить по формуле (5). Она окажется равной приблизительно 416 мкм. При такой ширине дорожек эффективный ток величиной 0,24 А в первичной обмотке вряд ли приведет к какому-либо повышению температуры.

Поскольку частота равна 120 кГц, ожидается дополнительный рост температуры печатной платы величиной около 2 °C по сравнению с ситуацией, когда протекают только постоянные токи. Суммарный рост температуры печатной платы, вызванный только протекающими токами, будет оставаться на уровне ниже 10 °C.

Шестислойная печатная плата с дорожками толщиной 70 мкм должна функционировать в соответствии с рассчитанными параметрами. Номинальная толщина печатной платы составит около 1920 мкм, что означает, что стандартная комбинация E-PLT18 из Ш-образного сердечника и пластины в данном случае не подойдет. Можно использовать стандартную комбинацию E-E18 из двух Ш-образных сердечников с окном намотки 3,6 мм. Однако столь большое окно намотки представляется здесь излишним, так что более элегантным решением был бы нестандартный сердечник, имеющий окно размером около 2 мм.

Измерения, проведенные на сравнимой конструкции с сердечником из двух Ш-образных половин из феррита 3C90, зафиксировали суммарный рост температуры 28 °C. Это согласуется с нашими расчетами, которые дали рост температуры 17,5 °C за счет потерь в сердечнике и 10 °C за счет потерь в обмотке.

Связь между первичной и вторичной обмотками является хорошей, поскольку индуктивность утечки составляет всего 0,6 % от индуктивности первичной обмотки.

Пример 2. Трансформатор прямого хода

Параметр Обозначение Значение
Входные и выходные напряжения 48 В/5 В, 48 В/3,3, В 24 В/5 В, 24 В/3,3 В
Выходная мощность P
max
18 Вт
Рабочий цикл d 0,46
Частота переключения f 500 кГц
Окружающая температура T
amb
40 °C
Допустимый рост температуры DT 50 °C

Здесь цель состоит в том, чтобы разработать прямой трансформатор с возможностью выбора одного из четырех коэффициентов трансформации, которые часто используются в маломощных преобразователях постоянного тока. Желаемые характеристики приведены выше в таблице.

Сначала необходимо проверить, подходят ли для данного случая комбинации сердечников наименьшего размера из стандартной номенклатуры — E-PLT14 и E-E14. Вычисляя максимально допустимую плотность потерь в сердечнике при росте температуры 50 °C, получаем 1095 мВт/см3 для комбинации E-E14 из двух Ш-образных сердечников и 1225 мВт/см
3 для комбинации E-PLT14 из Ш-образного сердечника и пластины. Далее вычисляем плотность потерь в сердечнике по формуле (3) в случае однополярной треугольной волны индукции с частотой 500 кГц для нескольких значений пиковой индукции.

Полученные результаты показывают, что при пиковой магнитной индукции около 100 мТл потери оказываются меньше максимально допустимых, вычисленных по формуле (2). Расчет количества витков и эффективных токов осуществляется по формулам, приведенным во врезке 1. При пиковой магнитной индукции 100 мТл и заданных выше параметрах оказывается, что на частоте 530 кГц комбинации E-E14 и E-PLT14 пригодны для использования, и число витков является приемлемым. Результаты вычислений приведены в таблице 4.

Таблица 4. Расчет конструктивных параметров нескольких прямых трансформаторов

Сердечник V
in, В
V
out, В
N1 N2 L
prim, мкГн
I
o(эфф.), мА
I
mag, мА
I
p(эфф.), мА
E-PLT14 48 5 14 3,2 690 2441 60 543
48 3,3 14 2,1 690 3699 60 548
24 5 7 3,2 172 2441 121 1087
24 3,3 7 2,1 172 3669 212 1097
E-E14 48 5 14 3,2 855 2441 48 539
48 3,3 14 2,1 855 3669 48 544
24 5 7 3,2 172 2441 97 1079
24 3,3 7 2,1 172 3669 97 1080

Окончательное определение плотности потерь в сердечнике при рабочей температуре 100 °C для указанной формы волны индукции с частотой 530 кГц дает результаты 1030 мВт/см
3 для феррита 3F3 и 1580 мВт/см
3 для феррита 3F4. Очевидно, что лучшим вариантом является 3F3. Рост температуры в сердечнике E-PLT14 составляет:

(рассчитанная плотность потерь в 3F3/допустимая плотность потерь) X 1/2DT = (1030/1225) X 25 °С = 21 °С

Для комбинации E-E14 рост температуры равен 23,5 °C. Для первичной обмотки в зависимости от входного напряжения требуется 7 или 14 витков. В случае обычного прямого трансформатора такое же количество витков требуется для размагничивающей (восстанавливающей) обмотки. Чтобы можно было использовать 7 или 14 витков и то же количество витков для размагничивающей обмотки, выбрана конструкция с 4 слоями по 7 витков в каждом. Когда нужны 7 витков первичной и размагничивающей обмоток, витки двух слоев соединяются параллельно. Это даст дополнительный эффект — уменьшение в два раза плотности тока в дорожках обмотки.

Когда нужны 14 витков первичной и размагничивающей обмоток, витки двух слоев соединяются последовательно, так что эффективное количество витков становится равным 14.

Доступная ширина обмотки для сердечника E-14 составляет 3,65 мм. Для экономичной конструкции с расстоянием между дорожками 300 мкм ширина дорожки при 7 витках на слой равна 178 мкм.

Толщина дорожек должна быть 70 мкм, поскольку при напряжении на входе 24 В эффективный ток в первичной обмотке составит около 1,09 А. Это дает (см. табл. 2) при эффективной ширине дорожки 356 мкм (ширина удваивается в результате параллельного соединения частей обмотки при использовании 7 витков) рост температуры 15 °C. Входное напряжение 48 В создаст эффективный ток приблизительно 0,54 А.

В этом случае вклад потерь в обмотке в общий рост температуры составит при ширине дорожки 178 мкм (14 витков, соединенные последовательно) около 14 °C.

Ширина дорожек, равная 178 мкм, с расстоянием между ними 300 мкм при толщине дорожек 70 мкм несколько отклоняется от приведенного нами практического правила (расстояние между дорожками и ширина дорожек > 200 мкм). Это может привести к несколько большим затратам на изготовление многослойных печатных плат. Для вторичной обмотки требуется 3 или 2 витка. Когда на каждый из витков выделяется один слой, ширина дорожки составляет соответственно 810 и 1370 мкм. Эффективные токи во вторичной обмотке, равные 2,44 и 3,70 А, вызывают рост температуры в обмотках величиной приблизительно 25 °C, что с учетом роста температуры в первичных обмотках оказывается слишком много. В этом случае наилучшим решением будет использовать по 2 слоя для обеих обмоток. Когда эти слои, в каждом из которых по 3 витка, соединяются параллельно, плотность тока уменьшается в два раза. Из рис. 5 можно определить, что вклад потерь в обмотке в суммарный рост температуры в этой ситуации составит около 6 °C. Суммарный рост температуры в печатной плате будет равен приблизительно 21 °C плюс дополнительный рост, вызванный потерями на переменном токе. Поскольку частота равна 500 кГц, необходимо добавить еще примерно 10 °C, то есть в итоге температура печатной платы повысится на 31 °C.

Количество витков и ширина для каждого слоя данной конструкции приведены в таблице 5. По меньшей мере один слой, обозначенный в таблице как дополнительный, необходим для выполнения соединений. Однако это даст нам в сумме 9 слоев, что с точки зрения производства равносильно 10 слоям (следующее четное число). По этой причине верхний и нижний слои печатной платы используются как дополнительные — также и потому, что это дает дополнительное преимущество: плотности токов в дорожках уменьшаются в два раза. Дорожки на этих слоях соединяются с дорожками во внутреннем слое через омедненные отверстия и «подводят» входы и выходы первичной и вторичной обмоток к двум сторонам печатной платы. В зависимости от того, как соединены входы и выходы на первичной и вторичной сторонах, можно получить 4 различных значения коэффициента трансформации.

Таблица 5. Пример конструкции с 10 слоями

Слой Число витков 70 мкм
трафарет   50 мкм
дополнительный слой   70 мкм
изоляция   200 мкм
первичная размагничивающая 7 70 мкм
изоляция   200 мкм
первичная 7 70 мкм
изоляция   200 мкм
вторичная 3 70 мкм
изоляция   200 мкм
вторичная 2 70 мкм
изоляция   200 мкм
вторичная 2 70 мкм
изоляция   200 мкм
вторичная 3 70 мкм
изоляция   200 мкм
первичная 7 70 мкм
изоляция   200 мкм
первичная размагничивающая 7 70 мкм
изоляция   200 мкм
дополнительный слой   70 мкм
трафарет   50 мкм
ИТОГО:   2600 мкм

Совокупная номинальная толщина печатной платы составит около 2,6 мм, что превышает размер доступного окна намотки комбинации сердечников E-PLT14, равный 1,8 мм. Можно использовать комбинацию E-E14, однако она имеет минимальное окно намотки 3,6 мм — гораздо больше, чем в действительности требуется. Более удачным решением был бы нестандартный сердечник с уменьшенной величиной окна.

Измерения температуры данной печатной платы производились с помощью термопар при различных условиях. Для проверки использовался вариант с преобразованием 24/5 В, дающий наивысшие плотности токов. Сначала в первичную и вторичную обмотку были раздельно поданы постоянные токи, равные рассчитанным. Постоянный ток в первичной обмотке, равный 1079 мА, дал рост температуры 12,5 °C, а ток во вторичной обмотке, равный 2441 мА, дал рост температуры 7,5 °C. Как и можно было ожидать, когда оба тока были поданы на печатную плату одновременно, рост температуры оказался равен 20 °C.

Описанная выше процедура была повторена для переменных токов нескольких частот с эффективными значениями, равными рассчитанным. На частоте 500 кГц суммарный рост температуры в печатной плате составил 32 °C. Наибольший дополнительный рост температуры (7 °C), вызванный потерями на переменном токе, наблюдался во вторичных обмотках. Это логично, поскольку влияние скин-эффекта сказывается больше в широких дорожках вторичных обмоток, чем в узких дорожках первичных обмоток.

Наконец, были проведены температурные измерения при установленных на печатную плату стандартных сердечниках (комбинация E-E14) в условиях, соответствующих рабочим условиям прямого трансформатора. Рост температуры печатной платы составил 49 °C; точка максимального нагрева сердечника находилась на его верхней стороне и температура в ней равнялась 53 °C. В центральной части сердечника и его внешней части наблюдался рост температуры 49 °C и 51 °C соответственно.

Как и предсказывали вычисления, данная конструкция является в некотором роде критической для набора из двух Ш-образных сердечников, поскольку в точке максимального нагрева была зафиксирована температура 53 °C, что выше 50 °C. Однако при использовании более плоских (нестандартных) Ш-образных сердечников температура оказывается внутри допустимых пределов.

В следующей статье мы рассмотрим пример расчета 25-ваттного DC/DC-конвертера на основе планарного трансформатора.

Литература

  1. Mulder S. A. Application note on the design of low profile high frequency transformers. Ferroxcube Components. 1990.
  2. Mulder S. A. Loss formulas for power ferrites and their use in transformer design. Philips Components. 1994.
  3. Durbaum Th., Albach M. Core losses in transformers with an arbitrary shape of the magnetizingcurrent. EPE Sevilla. 1995.
  4. Brockmeyer A. Experimental evaluation of the influence of DC premagnetization on the properties of power electronic ferrites. Aachen University of Technology. 1995.
  5. Ferroxcube Components technical note. 25 Watt DC/DC converter using integrated planar magnetics.9398 236 26011. 1996.

В технике основными устройствами, использующими явление электромагнитной индукции, являются: 1) генераторы электрического

В 1821 г. был изобретен еще один источник электричества
 (*ответ*) термоэлемент
 фотоэлектрический преобразователь
 электрод
 термометр сопротивления
В 1848 г. французский механик Г. Румкорф изобрел индукционную катушку, она явилась прообразом
 (*ответ*) трансформатора
 двигателя
 лампы накаливания
 генератора
В 1873 г. под руководством бельгийско-французского изобретателя З.Т. Грамма была сооружена первая
 (*ответ*) электростанция
 электротяговая подстанция
 линия электропровода
 радиолаборатория
В 1875 г. Павел Николаевич Яблочков создал
 (*ответ*) электрическую свечу
 ультрафиолетовую лампу
 лампу накаливания
 галогенную лампу
В 1881 г. в Париже собрался первый Международный конгресс электриков, которые приняли постановление о разработке
 (*ответ*) единой системы единиц
 трансформатора
 операционного усилителя
 аккумулятора
В 1888 году русский изобретатель М.О. Доливо-Добровольский создал
 (*ответ*) трехфазную систему токов
 двухфазную систему токов
 переменный ток
 однофазный ток
В 80-х гг. XIX в. А.Г. Столетовым была обнаружена
 (*ответ*) петля гистерезиса
 электропроводность
 диэлектрическая проницаемость
 электромагнитная индукция
В России А.Т. Болотов (1738-1833) и И.П. Кулибин (1735-1818) создавали переносные емкостные электрические машины  «лейденские банки» для
 (*ответ*) лечения больных
 автономного питания аппаратов
 аварийного питания объектов
 зарядки аккумуляторов
В России вторичную переработку осуществляют по основным вариантам: 1) обезвреживание; 2) извлечение полезных веществ; 3) уничтожение; 4) захоронение; 5) сжигание; 6) затопление
 (*ответ*) 1; 2; 3; 4
 1; 4; 5; 6
 1; 2; 5; 6
 1; 2; 4; 5
В России крупная электростанция однофазного переменного тока была построена в 1887 г. в Одессе для освещения
 (*ответ*) театра
 завода
 жилых домов
 улиц
В своей лаборатории В.В. Петров испытывал _ различных твердых и жидких материалов, составлял справочные таблицы их свойств
 (*ответ*) электропроводность
 температуропроводность
 теплоемкость
 теплопроводность
В середине XVIII в. в Нидерландах в городе Лейдене была создана «лейденская банка»  прообраз электрического
 (*ответ*) конденсатора
 диода
 сопротивления
 генератора
В технике основными устройствами, использующими явление электромагнитной индукции, являются: 1) генераторы электрического тока; 2) электродвигатели; 3) трансформаторы; 4) диодные мосты; 5) усилители
 (*ответ*) 1; 2; 3
 1; 3; 4
 3; 4; 5
 2; 3; 4

Применение трансформаторов сегодня

Сегодня мы не представляем нашу жизнь без электричества. Оно вошло в наш быт, и мы даже не замечаем его, не задумываемся, что для обеспечения нашего комфорта необходима слаженная работа огромного количества электрооборудования. Одну из центральных ролей среди огромного количества электрических приборов играют трансформаторы.

Трансформатор - важнейший элемент многих электрических механизмов и приборов. Детские игрушки, такие как железные дороги, телевизоры, радиоприемники, зарядные устройства – везде незаметно и бесшумно трудятся трансформаторы. Основная их функция - повышать или понижать напряжение. Среди них можно встретить и совсем крошечных, меньше горошины, и гигантов, более 500 тонн.

Более ста лет понадобилось для того, что бы трансформаторы заняли свою нишу среди многих видов электрооборудования. В наши дни они используются в электрических сетях. Именно трансформаторы при транспортировке электроэнергии на большие расстояния, повышают в генераторах напряжение в начале пути, и понижают в конце пути напряжение линий электропередач. Используют их сегодня и в качестве источников питания. Так, во многих приборах зачастую требуется напряжение, отличное от сетевого. Поэтому ни один компьютер не сможет работать сегодня без трансформатора.

Раньше трансформаторы серьезно увеличивали тяжесть любого изделия, в которое ставились. В ламповых телевизорах старого образца трансформаторы существенно повлияли на их вес. Ведь их размеры во многом зависели от передаваемой мощности. В связи с этим, утяжелялся и вес приборов, в которых использовалось много мощных трансформаторов. Сегодня уже научились уменьшать габариты и вес трансформаторов, и их количество уже не может повлиять на вес приборов, где они используются. Активно используются трансформаторы и в быту, и в промышленности, и в ремонтно-строительных работах при обустройстве домов. Так сварочные бытовые трансформаторы 220 Вт потребители активно приобретают для использования на дачах, загородных домах и гаражах (приводы секционных гаражных ворот оборудуют специальными трансформаторами, которые обеспечивают минимальное потребление электроэнергии).

Сегодня разработчики и производители электротехнического оборудования стремятся сделать трансформаторы как можно меньше и легче. В качестве примера можно привести трансформаторы для неоновых ламп. Таким образом, трансформаторы стали просто необходимы в оформлении и отделке фасадов большинства торговых центров, магазинов, и даже ларьков. Неоновые лампы используются сегодня широко и повсеместно. Без них немыслим вид большого города ночью. Для неоновых ламп созданы специальные трансформаторы. Первые из них были довольно примитивны. Сегодня даже трансформаторы для неоновых ламп совершенствуются и уменьшаются в размерах, их намного удобнее использовать. Кроме того, уменьшение размеров влияет на увеличение производительности трансформаторов, и снижает потребление электроэнергии. Еще одним преимуществом небольшого трансформатора является то, что он вырабатывает намного меньше тепла, хотя сам он при этом может сильно нагреваться. Уменьшение размеров и веса трансформатора является несомненным преимуществом при монтаже.

Современные трансформаторы могут выдерживать огромные перепады температур. Колебания от + 50 градусов, до – 40 для них не предел. Жизнь показывает, что эти приборы со временем становятся все надежнее и эффективнее. Они находят себе все новые и новые сферы применения.

Определение трансформатора от Merriam-Webster

транс · форма · эр | \ tran (t) s-ˈfȯr-mər \ : преобразующий конкретно : Устройство, использующее принцип взаимной индукции для преобразования изменений тока в первичной цепи в изменения напряжения и тока во вторичной цепи.

Примеры трансформаторов

Теперь мы знаем

`V_1 / V_2 = (Число \ \ витков \ \ 1) / (Число \ \ витков \ \ 2)`

и

`V_1xxI_1 = V_2xxI_2`

Теперь мы можем решить множество задач.

Пример 1

Трансформатор преобразует 40 вольт переменного тока в более высокое напряжение. Ток в первичной катушке составляет 12 ампер, а на вторичной стороне - 4 ампера.

Вопрос A - Какое вторичное напряжение?

Итак, если выписать все формулы:

`V_1 / V_2 = (Число \ \ витков \ \ 1) / (Число \ \ витков \ \ 2)` ....... 1

`V_1xxI_1 = V_2xxI_2` ........ 2

по формуле 2 имеем:

`40xx12 = V_2xx4`

следовательно

`V_2 = (40xx12) / 4 = 120 \ \ v \ o \ l \ t \ s`

На вторичной стороне вырабатывается 120 вольт.

Вопрос B - Если имеется 100 первичных обмоток, сколько имеется вторичных обмоток?

Используя формулу 1, получаем:

`40/120 = 100 / (Число \ \ оборотов \ \ 2)`

`Оборотов \ \ 2 = (100xx120) / 40`

` Оборотов \ \ 2 = 100xx3`

`Оборотов \ \ 2 = 300`

На вторичной стороне 300 витков.

Пример 2

Трансформатор имеет КПД 100%. Он имеет 200 витков на первичной катушке и входной ток 0.5 ампер. Если вторичная катушка имеет 3000 витков, каков выходной ток?

Мы знаем

`V_1 / V_2 = N_1 / N_2`

, а также

`V_1 \ \ I_1 = V_2 \ \ I_2`

Therfore

`V_1 / V_2 = I_2 / I_1`

и, следовательно,

`I_2 / I_1 = N_1 / N_2`

Используя эту последнюю формулу, мы получаем

`I_2 / 0,5 ампер = (200 \ \ витков) / (3000 \ \ витков)`

`I_2 = (200xx0.5) / 3000`

` I_2 = 0,033dot3 \ \ amps`

Выходной ток равен `0.033dot3 \ \ amps`

Пример 3

Источник питания переменного тока подключен к трансформатору. Источник питания переменного тока - 12 вольт и 2,5 ампер. Вторичная обмотка дает показание 4 вольт.

и. Рассчитайте потребляемую мощность трансформатора.

Мы знаем Power = Village Idiot (см. Мнемонику)

`P = VI`

Следовательно

` P = 12xx2.5 = 30 \ w \ a \ t \ t \ s`

ii. Рассчитайте ток во вторичной катушке.

Мы знаем, что мощность не может быть потеряна или увеличена

Напряжение `1xx` Ток` 1` = Первичная мощность = Вторичная мощность = Напряжение `2xx` Ток` 2`

`V_1 \ \ I_1 = V_2 \ \ I_2`

` 12xx2.5 = 4xxI_2`

`I_2 = (12xx2.5) / 4`

` I_2 = 7.5 \ \ amps`

iii. Первичная катушка имеет 15 витков; сколько витков у вторичной катушки?

Мы знаем

`V_1 / V_2 = N_1 / N_2`

` 12/4 = 15 / N_2`

`N_2 = (15xx4) / 12`

` N_2 = 5 \ \ поворотов`

Что такое трансформаторы и как их использовать?

Введение в модели, которые произвели революцию в обработке естественного языка за последние несколько лет.

Фото Арсения Тогулева на Unsplash

Одним из нововведений, которое подняло обработку естественного языка на новый уровень за последние три года, стала разработка преобразователей. И нет, я не говорю о гигантских роботах, которые превращаются в автомобили, в знаменитом сериале научно-фантастических фильмов Майкла Бэя.

Трансформаторы - это модели машинного обучения с полууправлением, которые в основном используются с текстовыми данными и заменили рекуррентные нейронные сети в задачах обработки естественного языка. Цель этой статьи - объяснить, как работают трансформаторы, и показать, как их можно использовать в собственных проектах машинного обучения.

Трансформаторы были впервые представлены исследователями Google в статье NIPS от 2017 года Внимание - все, что вам нужно . Преобразователи предназначены для работы с данными последовательности и будут принимать входную последовательность и использовать ее для генерации выходной последовательности по одному элементу за раз.

Например, преобразователь можно использовать для перевода предложения на английском языке в предложение на французском языке.В этом случае предложение в основном рассматривается как последовательность слов. Преобразователь имеет два основных сегмента: первый - это кодер , который работает в основном с входной последовательностью, а второй - это декодер , который работает с целевой выходной последовательностью во время обучения и предсказывает следующий элемент в последовательности. Например, в задаче машинного перевода преобразователь может взять последовательность слов на английском языке и итеративно предсказать следующее французское слово в правильном переводе до тех пор, пока предложение не будет полностью переведено.На приведенной ниже схеме показано, как собирается трансформатор: кодировщик слева, а декодер - справа.

Схема трансформатора. Источник изображения: Внимание - это все, что вам нужно.

Похоже, что на приведенной выше диаграмме много чего происходит, поэтому давайте рассмотрим каждый компонент отдельно. Части преобразователя, которые особенно важны, - это вложения, блок позиционного кодирования и блоки внимания с несколькими головками.

Встраивание ввода и вывода

Если вы когда-либо работали с встраиванием слов с использованием алгоритма Word2Vec, вложения ввода и вывода в основном представляют собой просто встраивание слоев.Слой внедрения принимает последовательность слов и изучает векторное представление каждого слова.

Вложение слов предложения с 5-мерными векторами для каждого слова. Изображение автора.

На изображении выше было создано вложение слова для предложения «быстрая коричневая лиса перепрыгнула через ленивую собаку». Обратите внимание, как предложение с девятью словами было преобразовано в матрицу вложения 9 x 5.

Алгоритм Word2Vec использует большой образец текста в качестве обучающих данных и изучает вложения слов с помощью одного из двух алгоритмов:

  • Непрерывный пакет слов (CBOW) - в этом случае алгоритм пытается предсказать центральное слово в в середине предложения с использованием окружающих контекстных слов.
  • Модель скип-граммы - в этом случае алгоритм делает противоположность CBOW и предсказывает распределение контекстных слов из центрального слова.

Word2Vec использует неглубокую нейронную сеть только с одним скрытым слоем, чтобы делать эти прогнозы. Векторы слов берутся из весов, изученных в скрытом слое, и используются для представления семантического значения каждого слова по отношению к другим словам. Идея Word2Vec заключается в том, что слова с похожими значениями будут иметь одинаковые векторы внедрения.Более подробное объяснение этого алгоритма можно найти в этих конспектах лекций Стэнфордского класса НЛП.

Из этого описания важно понимать, что вложения ввода и вывода принимают текстовый документ и создают матрицу внедрения с вектором внедрения для каждого слова.

Позиционное кодирование

Блок позиционного кодирования применяет функцию к матрице внедрения, которая позволяет нейронной сети понимать относительное положение каждого вектора слова, даже если матрица была перемешана.Это может показаться незначительным, но вы поймете, почему это важно, когда я подробно опишу блоки внимания.

Блоки позиционного кодирования вводят информацию о положении каждого вектора слова путем объединения функций синуса и косинуса различных длин волн / частот с этими векторами, как показано в уравнениях ниже.

Уравнения для позиционного вложения синуса и косинуса.

Учитывая приведенные ниже уравнения, если мы рассмотрим вход с 10 000 возможных позиций, блок позиционного кодирования добавит значения синуса и косинуса с длинами волн, которые геометрически увеличиваются от 2𝝅 до 10000 * 2𝝅.Это позволяет нам математически представить относительное положение векторов слов, чтобы нейронная сеть могла научиться распознавать различия в положении.

Блок внимания с несколькими головками

Блок внимания с несколькими головками - это главное новшество трансформаторов. Вопрос, на который стремится ответить блок внимания: , на каких частях текста следует сосредоточить внимание модели? Именно поэтому он называется блоком внимания. Каждый блок внимания принимает три входные матрицы:

  • Матрица запроса, Q , размерности n .
  • Матрица ключей, K , размерности n .
  • И матрица значений, V, m .

Эту концепцию лучше всего пояснить на практическом примере. Допустим, в матрице запроса есть значения, которые представляют предложение на английском языке, например «Быстрая коричневая лиса прыгнула». Допустим, наша цель - перевести это предложение на французский язык. В этом случае преобразователь узнает веса для отдельных английских слов в ключевой матрице, а матрица запроса будет представлять фактическое входное предложение.Вычисление скалярного произведения запроса и ключевой матрицы, известное как самовнимание , даст результат, который выглядит примерно так.

Визуальное изображение скалярного произведения матриц запроса и ключей. Изображение автора.

Обратите внимание, что матрица ключей содержит представления каждого слова, а скалярное произведение, по сути, представляет собой матрицу оценок сходства между матрицей запроса и матрицей ключей. Эти оценки позже масштабируются на путем деления матрицы скалярного произведения на квадратный корень из числа измерений в матрице ключа и запроса.Функция активации softmax применяется к масштабированным оценкам, чтобы преобразовать их в вероятности. Эти вероятности называются весами внимания, которые затем умножаются на значение matri x, чтобы получить окончательный результат блока внимания. Окончательный результат блока внимания определяется с помощью следующего уравнения:

Уравнение для вывода внимания.

Обратите внимание, что n ранее было определено как - количество измерений в матрице запроса ( Q ) и ключевой матрице ( K ).Матрицы ключей и значений представляют собой изученные параметры, в то время как матрица запроса определяется векторами входных слов. Также важно отметить, что слова предложения передаются в преобразователь одновременно, а концепция последовательного порядка, присутствующая в LSTM, не так очевидна для преобразователей. Вот почему упомянутые ранее блоки позиционного кодирования важны. Они позволяют блоку внимания понимать взаимное расположение слов в предложениях.

Один блок внимания может сказать модели, что нужно обратить внимание на что-то конкретное, например, на время в предложении.Добавление нескольких блоков внимания позволяет модели обращать внимание на различные языковые элементы, такие как части речи, время, существительные, глаголы и т. Д.

Add & Norm

Этот слой просто берет выходные данные из блока внимания с несколькими головами, складывает их вместе и нормализует результат с нормализацией слоя. Если вы слышали о пакетной нормализации, нормализация слоя аналогична, но вместо нормализации входных объектов по размерам пакета, она нормализует входные данные для слоя по всем объектам.

Слой прямой связи

Этот уровень требует очень небольшого объяснения. Это просто один полностью связанный слой нейронной сети с прямой связью. Слой прямой связи работает с выходными векторами внимания и учится распознавать в них закономерности.

Теперь, когда мы рассмотрели каждый из строительных блоков трансформатора, мы можем увидеть, как они сочетаются друг с другом в сегментах кодировщика и декодера.

Энкодер

Сегмент энкодера трансформатора.

Энкодер - это часть преобразователя, которая выбирает, на каких частях входа сосредоточиться.Кодировщик может взять такое предложение, как «прыгнула быстрая коричневая лиса», вычислить матрицу вложения и затем преобразовать ее в серию векторов внимания. Блок внимания с несколькими головами изначально создает эти векторы внимания, которые затем добавляются и нормализуются, передаются на полностью связанный уровень (прямая связь на диаграмме выше) и снова нормализуются перед передачей в декодер.

Декодер

Декодер сегмента преобразователя.

Во время обучения декодер работает непосредственно с целевой выходной последовательностью.В соответствии с нашим примером предположим, что целевой результат - это французский перевод английского предложения «Быстрая коричневая лиса прыгнула», что на французском языке переводится как «le renard brun rapide a sauté». В декодере отдельные векторы внедрения вычисляются для каждого французского слова в предложении, а также применяется позиционное кодирование в виде функций синуса и косинуса.

Однако используется замаскированный блок внимания , что означает, что используется только предыдущее слово во французском предложении, а другие слова замаскированы.Это позволяет преобразователю научиться предсказывать следующее французское слово. Выходы этого блока замаскированного внимания суммируются и нормализуются перед передачей в другому блоку внимания, который также принимает векторы внимания, созданные кодером.

Сеть прямой связи получает конечные векторы внимания и использует их для создания единственного вектора с размерностью, равной количеству уникальных слов в словаре модели. Применение функции активации softmax к этому вектору дает набор вероятностей, соответствующих каждому слову .В контексте нашего примера эти вероятности предсказывают вероятность того, что каждое французское слово появится следующим в переводе. Так трансформер выполняет такие задачи, как машинный перевод и генерация текста. Как показано на рисунке ниже, преобразователь итеративно предсказывает следующее слово в переведенном предложении при выполнении задач перевода.

Преобразователь итеративно предсказывает следующее слово в задачах машинного перевода. Изображение автора.

Общие архитектуры преобразователей

За последние несколько лет несколько архитектур, основанных на базовом преобразователе, представленном в статье 2017 года, были разработаны и обучены для сложных задач обработки естественного языка.Некоторые из наиболее распространенных моделей трансформаторов, которые были созданы в последнее время, перечислены ниже:

Трансформаторы определенно полезны и по состоянию на 2020 год считаются современными моделями НЛП. Но их реализация кажется довольно сложной задачей для среднего специалиста по машинному обучению. К счастью, HuggingFace реализовал пакет Python для трансформаторов, который действительно прост в использовании. Это открытый исходный код, и вы можете найти его на GitHub.

Чтобы установить пакет transformers, выполните следующую команду pip:

 pip install transformers 

Обязательно установите библиотеку в виртуальной среде в соответствии с инструкциями, приведенными в репозитории GitHub.Этот пакет позволяет вам не только использовать предварительно обученные современные преобразователи, такие как BERT и GPT, для стандартных задач, но также позволяет настраивать их для ваших собственных задач. Рассмотрим некоторые из приведенных ниже примеров.

Анализ тональности с помощью трансформаторов

Пакет трансформаторов от HuggingFace имеет действительно простой интерфейс, предоставляемый через модуль pipeline , который упрощает использование предварительно обученных трансформаторов для стандартных задач, таких как анализ тональности. Рассмотрим пример ниже.

 из конвейера импорта трансформаторов 
classifier = pipeline ('sentiment-analysis')
classifier («Batman Begins - отличный фильм! Поистине классический!»)

При выполнении этого кода создается словарь, показывающий тональность текста.

 [{'label': 'POSITIVE', 'score': 0.9998838305473328}] 

Вопрос-ответ с помощью трансформаторов

Мы также можем использовать модуль конвейера для ответа на вопросы с учетом некоторой контекстной информации, как показано в примере ниже.

 из конвейера импорта трансформаторов 
question_answerer = pipeline ('вопрос-ответ')
question_answerer ({
'question': 'Как зовут мою собаку?',
'context': 'У меня есть собака по имени Сэм. Он любит преследовать кошек по соседству. '})

Выполнение кода дает результат, показанный ниже.

 {'score': 0.90805740356, 'start': 19, 'end': 22, 'answer': 'Sam'} 

Интересно, что трансформатор не только дает нам ответ на вопрос о кличке собаки. но также сообщает нам, где мы можем найти ответ в контекстной строке.

Перевод

В этой статье я привел пример перевода английских предложений на французский, чтобы продемонстрировать, как работают трансформаторы. Модуль конвейера, как и ожидалось, позволяет нам использовать модели преобразователей для перевода текста с одного языка на другой, как показано ниже.

 из конвейера импорта трансформаторов 
translator = pipeline ('translation_en_to_fr')
translator («Быстрая коричневая лиса прыгнула.»)

Выполнение приведенного выше кода дает французский перевод, показанный ниже.

 [{'translation_text': 'Le renard brun rapide saute.'}] 

Обобщение текста

Мы также можем использовать преобразователи для суммирования текста. В приведенном ниже примере я использовал трансформатор T5, чтобы обобщить знаменитую речь Уинстона Черчилля «Никогда не сдавайся» в 1941 году, в одно из самых мрачных времен Второй мировой войны.

 из трансформаторов import pipelinesummarizer = pipeline ('summarization', model = "t5-base", tokenizer = "t5-base", framework = "tf") speech = open ('./ data / never_give_in.txt '). read () 
summarizer (speech, min_length = 50, max_length = 100)

Выполнение приведенного выше кода дает краткое и красиво сформулированное резюме ниже.

 [{'summary_text': 'год назад мы стояли в одиночестве, и многим странам казалось, что наш аккаунт закрыт, нас закрыли и ликвидировали. сегодня мы можем быть уверены, что нам нужно только упорствовать, чтобы побеждать. не говори о темных днях; это великие дни - величайшие дни, которые когда-либо жила наша страна. '}] 

Преобразователи тонкой настройки для классификации текста

Мы также можем точно настроить предварительно обученные преобразователи для задач классификации текста с помощью трансферного обучения.В одной из своих предыдущих статей я использовал повторяющиеся сверточные нейронные сети для классификации фейковых новостных статей.

В приведенном ниже примере я использовал предварительно обработанную версию того же набора данных фейковых новостей, чтобы обучить модель преобразователя BERT обнаруживать фальшивые новости. Для тонкой настройки моделей требуется несколько дополнительных шагов, поэтому приведенный мной пример кода понятен, но немного сложнее, чем в предыдущих примерах. Нам нужно не только импортировать модель преобразователя, но и токенизатор, который может преобразовать текстовый документ в серию целочисленных токенов, соответствующих различным словам, как показано на изображении ниже.

шагов, выполняемых токенизатором.

Обратите внимание, что я запустил приведенный ниже код на экземпляре графического процессора в AWS SageMaker, поскольку процесс обучения требует больших вычислительных ресурсов. Если вы планируете запускать этот код самостоятельно, я бы рекомендовал использовать графический процессор.

В приведенном выше коде много чего происходит, поэтому вот обзор шагов, которые я выполнил в процессе тонкой настройки преобразователя BERT:

  1. Загрузил предварительно обученную модель преобразователя BERT и инициализировал ее для задач двоичной классификации .
  2. Загружен токенизатор BERT для кодирования текстовых данных в виде серии целочисленных токенов, соответствующих каждому слову.
  3. Прочтите набор данных фейковых новостей с помощью панд и разделите его на наборы для обучения и проверки.
  4. Закодировал текст для данных обучения и проверки с помощью токенизатора BERT и использовал эти данные для создания наборов данных TensorFlow для обучения и проверки.
  5. Задайте параметры модели и обучите ее для одной эпохи на обучающем наборе данных.

После завершения процесса обучения код выдал следующий результат:

 3238/3238 [============================ ==] - 3420 с 1 с / шаг - потеря: 0.1627 - точность: 0,9368 - val_loss: 0,1179 - val_accuracy: 0,9581  

Точно настроенная модель BERT достигла точности проверки 95,81 процента всего за одну эпоху обучения, что весьма впечатляет. Чем больше периодов обучения, тем выше точность проверки.

  • Трансформаторы - это мощные модели глубокого обучения, которые можно использовать для самых разных задач обработки естественного языка.
  • Пакет преобразователей, предоставляемый HuggingFace, позволяет разработчикам очень легко использовать современные преобразователи для стандартных задач, таких как анализ тональности, ответы на вопросы и обобщение текста.
  • Вы также можете точно настроить предварительно обученные преобразователи для ваших собственных задач обработки естественного языка.

Как обычно, я сделал полный код этой статьи доступным на GitHub.

  1. A. Vaswani, N. Shazeer, et. al, Внимание - это все, что вам нужно, (2017), 31-я конференция по системам обработки нейронной информации.
  2. F. Chaubard, M. Fang, et. al, Word Vectors I: Introduction, SVD and Word2Vec, (2019), CS224n: Обработка естественного языка с конспектами лекций по глубокому обучению, Стэнфордский университет.
  3. Дж. Девлин, М. В. Чанг, К. Ли и К. Тутанова, BERT: Предварительная подготовка глубоких двунаправленных преобразователей для понимания языка, (2018), arXiv.org.
  4. V. Sanh, L. Debut, J. Chaumond и T. Wolf, DistilBERT, дистиллированная версия BERT: меньше, быстрее, дешевле и легче, (2019), arXiv.org.
  5. C. Raffel, N. Shazeer, et. al, Exploring the Limits of Transfer Learning with Unified Text-to-Text Transformer, (2019), arXiv.org.
  6. A. Radford, J.Wu, et.al, Language Models are Unsupervised Multitask Learners, (2019), OpenAI.

Разница между повышающим и понижающим трансформатором

Трансформатор - это статическое устройство, которое передает переменное электричество от цепи к цепи с одинаковой частотой, но уровень напряжения обычно меняется. По экономическим причинам электрическая энергия должна передаваться при высоком напряжении, в то время как с точки зрения безопасности она должна использоваться при низком напряжении. Это повышение напряжения передачи и пониженное напряжение для использования могут быть достигнуты только с помощью повышающего трансформатора и понижающего трансформатора.

Основное различие между повышающим и понижающим трансформаторами состоит в том, что повышающий трансформатор увеличивает выходное напряжение, а понижающий трансформатор снижает выходное напряжение.

Содержание

1. Сравнительная таблица

2. Определение

3. Ключевые отличия

4. Запомните

1. Сравнительная таблица


ст.№
Повышающий трансформатор Понижающий трансформатор
1 Выходное напряжение повышающего трансформатора больше, чем напряжение источника. Выходное напряжение понижающего трансформатора меньше напряжения источника.
2 Обмотка НН трансформатора является первичной, а обмотка ВН - вторичной. Обмотка ВН трансформатора является первичной, а обмотка НН - вторичной.
3 Вторичное напряжение повышающего трансформатора более важно, чем его первичное напряжение. Вторичное напряжение понижающего трансформатора меньше его первичного напряжения.
4 Количество витков в первичной обмотке меньше, чем во вторичной обмотке. Число витков первичной обмотки больше, чем вторичной обмотки.
5 Первичный ток трансформатора больше вторичного. Вторичный ток больше первичного.
6 Повышающий трансформатор обычно используется для передачи энергии. Генераторный трансформатор на электростанции является одним из примеров повышающего трансформатора. Понижающий трансформатор используется в распределении энергии. Трансформатор в жилом поселке - один из примеров понижающего трансформатора.

2. Определение

а. Повышающий трансформатор

Повышающий трансформатор - это тип трансформатора с функцией преобразования низкого напряжения (LV) и высокого тока с первичной стороны трансформатора в высокое напряжение (HV) и низкое значение тока на вторичной стороне трансформатора.

г. Понижающий трансформатор

Понижающий трансформатор - это тип трансформатора, который преобразует высокое напряжение (HV) и низкий ток с первичной стороны трансформатора в низкое напряжение (LV) и большие значения тока на вторичной стороне трансформатора.

3. Основное различие между повышающим трансформатором и понижающим трансформатором

- Когда выходное (вторичное) напряжение больше входного (первичного) напряжения, это называется повышающим трансформатором.Для сравнения: выходное (вторичное) напряжение понижающего трансформатора меньше.

- В повышающем трансформаторе обмотка низкого напряжения является первичной обмоткой, а обмотка высокого напряжения - вторичной обмоткой. Напротив, в понижающем трансформаторе обмотка низкого напряжения является вторичной обмоткой.

- В повышающем трансформаторе ток и магнитное поле меньше развиваются на вторичной обмотке, а на первичной - повышаются. Напротив, в понижающем трансформаторе напряжение на вторичном конце ниже из-за высокого тока и магнитного поля.

* Примечание 1: электрический ток пропорционален магнитному полю.

* Примечание 2: Согласно закону Ома напряжение пропорционально силе тока. Если мы увеличим напряжение больше, чем сила тока также увеличится, но в трансформаторе будет передаваться такое же количество электричества, если мы увеличим напряжение, то ток будет уменьшаться и наоборот. Следовательно, мощность на приемных и передающих клеммах трансформатора остается постоянной.

- В повышающем трансформаторе первичная обмотка состоит из толстого изолированного медного провода, а вторичная - из тонкого изолированного медного провода.Напротив, в понижающем трансформаторе высокий выходной ток приводит к тому, что изоляционная медь толщиной используется для изготовления вторичной катушки.

* Примечание 3: Толщина проводов зависит от способности электрического тока течь через них.

- Повышающий трансформатор увеличивает напряжение с 220 В до 11 кВ или более, а понижающий трансформатор снижает напряжение с 440–220 В, 220–110 В или 110–24 В, 20 В, 10 В.

4. Запомните

Тот же трансформатор может использоваться как повышающий трансформатор или понижающий трансформатор.Это зависит от того, как он включен в схему. Если входное питание подается на обмотку низкого напряжения, она становится повышающим трансформатором. С другой стороны, если входная мощность подается на обмотку высокого напряжения, трансформатор становится понижающим трансформатором.

Использование обозначений индукторной муфты

Новые символы связи катушек индуктивности могут использоваться для соединения до шести независимых катушек индуктивности на схеме.В этом примечании к применению рассматриваются следующие темы, объясняющие использование символов связи индуктивности в проекте Capture PSpice.

  • Для использования символов в файле magnet.olb
  • Использование символов Kbreak и K_Linear
    • Пример 1: Простой двухобмоточный трансформатор
    • Пример 2: Простой двухобмоточный трансформатор с разными обозначениями точек
    • Пример 3: Полноволновой выпрямительный трансформатор с центральным отводом
  • Ссылка на модель CORE для Kbreak

Использовать символы в магнитных.olb

Библиотека magnet.olb содержит модели магнитных сердечников для общедоступных сердечников нелинейных трансформаторов. Основные символы не имеют контактов; они представлены буквой K, заключенной в рамку. Например, деталь E13_6_6_3C81 в файле magnet.olb представляет собой сердечник E размера 13/6/6 и класса материала 3C81. При использовании деталей из magnet.olb необходимо указать коэффициент связи и значения условных обозначений соединяемых катушек индуктивности. Значения индуктивности указаны как количество витков.Например, верхняя левая схема на Рисунке 1 имитирует 20-витковую катушку индуктивности (L3) на сердечнике P42 из материала класса 3C85. Это ядро ​​представлено экземпляром и моделью детали P42_29_3C85 . Базовая модель представлена ​​условным обозначением K2. Генерация фототока

.

Рисунок 1: Примеры индуктивной связи

Чтобы указать параметры, дважды щелкните символ связи (в поле K-in-a-box, а не атрибуты) и введите условные обозначения для связанной катушки индуктивности в качестве значений для Li (i = 1,2 ,..., 5). Установите значение атрибута COUPLING равным значению коэффициента связи K. В этой схеме значение COUPLING установлено равным 1.

Схема описывает соотношение между индуктивностью, напряжением и током, то есть

V = L (di / dt)

Кривые на рисунке 2 показывают, что при изменении di / dt изменяется и напряжение.

Рисунок 2: Напряжение и ток индуктора

Использование символов Kbreak и K_Linear

Помимо основной библиотеки, магнитный.olb, вы также можете использовать соединительные элементы индуктора, Kbreak и K_linear, для обозначения сердечников трансформатора. Часть K_linear из библиотеки analog.olb используется для представления линейного или воздушного сердечника. При использовании части K_linear вы указываете значение коэффициента связи и условного обозначения соединяемых обмоток (индукторов) трансформатора. Для сердечников K_linear значения индуктивностей обмоток трансформатора должны быть указаны в Генри (H). Часть Kbreak из библиотеки breakout.olb - это общий символ, который можно использовать для обозначения нелинейных сердечников.Kbreak имеет предварительно назначенный атрибут модели, но соответствующая модель в библиотеке breakout.lib не будет иметь предварительно определенных параметров модели и будет имитировать ядро ​​с параметрами модели симулятора по умолчанию. В этом разделе мы рассмотрим три примера схем, которые помогут понять использование символов Kbreak и K_Linear. Это следующие:

  • Трансформатор простой двухобмоточный
  • Как смоделировать трансформатор с другим условным обозначением точек
  • Полноволновой выпрямительный трансформатор с центральным отводом

Пример 1: Простой двухобмоточный трансформатор

Верхняя правая схема на рисунке 1 представляет собой простой синусоидальный повышающий трансформатор с коэффициентом повышения, равным 2.Этот коэффициент увеличения определяется как (Ls / Lp) 1/2 , где Ls - это индуктивность вторичной катушки, а Lp, - индуктивность первичной катушки. В этом случае коэффициент увеличения составляет (L2 / L1) 1/2 , что составляет (4 м / 1 м) 1/2 = 2 . Следовательно, на рисунке 3 напряжение вторичной обмотки в 2 раза больше напряжения первичной обмотки.

Рисунок 3: Простой двухобмоточный трансформатор

Важно: Вы также заметите, что в цепь добавлено сопротивление R4 1 ГОм.Это сопротивление требуется в среде моделирования для обеспечения ссылки и пути постоянного тока ко всем узлам. При отсутствии этого сопротивления PSpice выдаст ошибку с плавающей запятой. Это высокое сопротивление эффективно удерживает вторичную индуктивность в плавающем состоянии и обеспечивает путь постоянного тока и опорное заземление для моделирования.

Пример 2: Условное обозначение модели трансформатора

Схема в правом нижнем углу на Рисунке 1 моделируется с использованием того же трансформатора, но с точками, обратными тому, что показано на Рисунке 2.На Рисунке 4 вы увидите, что выходное напряжение вторичной обмотки верхней правой цепи и вторичной обмотки нижней правой цепи не совпадают по фазе друг с другом, что соответствует одному и тому же входу.

Рисунок 4: трансформатор с другим условным обозначением точек

Пример 3: Полноволновой выпрямительный трансформатор с центральным отводом

На рисунке 1 нижняя левая схема представляет собой полнополупериодный выпрямитель с центральным отводом.Это пример различных многообмоточных трансформаторов с желаемой связью.

На рисунке 5 показаны формы волны входного и выходного напряжения схемы полноволнового выпрямителя с центральным отводом, сгенерированные с помощью моделирования PSpice.

Рисунок 5: Полнополупериодный выпрямительный трансформатор с центральным отводом

Ссылка на модель CORE для Kbreak


Чтобы определить собственные параметры модели CORE, выполните следующие действия:

  1. Разместите основной символ KBREAK.
  2. Выберите Edit> Edit PSpice Model.
  3. При желании введите параметры модели и новое название модели.
    Название модели по умолчанию - kbreak . Модель будет сохранена в локальной библиотеке с именем .lib

© Copyright 2016 Cadence Design Systems, Inc. Все права защищены. Cadence, логотип Cadence и Spectre являются зарегистрированными товарными знаками Cadence Design Systems, Inc. Все остальные являются собственностью соответствующих владельцев.

Пример правильной регулировки устройства РПН трансформатора

Регулировка устройства РПН

A 13800 В / 4160 В Трансформатор имеет пять отводов на первичной обмотке, что дает -5% , -2 1/2%, номинал , +2 1/2% и +5% витки .

Пример правильной настройки устройства РПН

Если под нагрузкой вторичное напряжение снижается до 4050 В , то какой ответвление следует использовать для поддержания 4160 В под нагрузкой (при условии, что напряжение питания остается постоянным). )?

Результатом будет следующий:

Чтобы поддерживать вторичное напряжение на уровне 4160 В (или как можно более близком к нему), необходимо изменить либо первичное напряжение питания, либо положение ответвления обмотки ВН.

Проверка взаимосвязи:

V 1 / V 2 = N 1 / N 2 или V 1 · N 2 = V 907 N66 2 = V 907 N66 2 1 указывает, что для сохранения баланса между первичным напряжением и фиксированными витками вторичной обмотки необходимо отрегулировать либо V 2 , либо N 1 . Поскольку цель состоит в том, чтобы поднять V 2 до номинального значения, тогда N 1 необходимо уменьшить.

Чтобы поднять напряжение V 2 с 4050 до 4160 В, необходимо увеличить вторичное напряжение на: 4160/4050 = 1,027 или 102,7% . N 1 необходимо уменьшить до 1 / 1,027 = 0,974

Рисунок 1 - Устройство РПН
Следовательно, N 1 необходимо уменьшить на (1 - 0,974) = 0,026 или 2,6% . Уменьшение N 1 на 2,6% приведет к увеличению вторичного выходного напряжения.

Ближайшее значение для выбора - -2 1/2% (см. Рисунок 1).


Как работает устройство РПН (ВИДЕО)

Ссылка: Основы науки и реакторов - Группа технического обучения электротехнике / CNSC

Соответствующий контент EEP со спонсируемыми ссылками

95 Последовательное моделирование с помощью nn.Transformer и TorchText - PyTorch Tutorials 1.8.1 + документация cu102

Это учебное пособие по обучению модели от последовательности к последовательности. который использует nn.Модуль трансформатора.

Релиз

PyTorch 1.2 включает стандартный модуль-преобразователь на основе бумага Внимание - это все, что вам нужно Нужно. Модель трансформатора было доказано превосходное качество для многих последовательностей проблемы, будучи более распараллеливаемыми. Модуль nn.Transformer полностью полагается на механизм внимания (недавно появился еще один модуль реализовано как nn.MultiheadAttention) для отрисовки глобальных зависимостей между вводом и выводом. Модуль nn.Transformer теперь высоко модульный, так что один компонент (например, nn.Трансформатор в этом руководстве) можно легко адаптировать / составить.

Определите модель

В этом руководстве мы обучаем модель nn.TransformerEncoder на задача языкового моделирования. Задача языкового моделирования - присвоить вероятность правдоподобия данного слова (или последовательности слов) следовать последовательности слов. Последовательность токенов передается во вложение сначала слой, за которым следует уровень позиционного кодирования для учета порядка слова (подробнее см. следующий абзац).В nn.TransformerEncoder состоит из нескольких слоев nn.TransformerEncoderLayer. Вместе с входной последовательностью квадрат маска внимания требуется, потому что слои самовнимания в nn.TransformerEncoder разрешено посещать только более ранние должности в последовательность. Для задачи языкового моделирования любые токены на будущее позиции должны быть замаскированы. Чтобы иметь реальные слова, вывод модели nn.TransformerEncoder отправляется в финальную линейную слой, за которым следует функция log-Softmax.

 импорт математики

импортный факел
импортировать torch.nn как nn
импортировать torch.nn.functional как F
из torch.nn импортировать TransformerEncoder, TransformerEncoderLayer

класс TransformerModel (nn.Module):

    def __init __ (self, ntoken, ninp, nhead, nhid, nlayers, dropout = 0.5):
        super (TransformerModel, self) .__ init __ ()
        self.model_type = 'Трансформатор'
        self.pos_encoder = PositionalEncoding (ninp, выпадение)
        encoder_layers = TransformerEncoderLayer (ninp, nhead, nhid, выпадение)
        себя.transformer_encoder = TransformerEncoder (encoder_layers, nlayers)
        self.encoder = nn.Embedding (ntoken, ninp)
        self.ninp = ninp
        self.decoder = nn.Linear (ninp, ntoken)

        self.init_weights ()

    def generate_square_subsequent_mask (self, sz):
        маска = (torch.triu (torch.ones (sz, sz)) == 1) .transpose (0, 1)
        mask = mask.float (). masked_fill (маска == 0, float ('- inf')). masked_fill (mask == 1, float (0.0))
        маска возврата

    def init_weights (сам):
        initrange = 0.1
        self.encoder.weight.data.uniform _ (- диапазон инициализации, диапазон инициализации)
        self.decoder.bias.data.zero_ ()
        self.decoder.weight.data.uniform _ (- диапазон инициализации, диапазон инициализации)

    def forward (self, src, src_mask):
        src = self.encoder (src) * math.sqrt (self.ninp)
        src = self.pos_encoder (src)
        output = self.transformer_encoder (src, src_mask)
        output = self.decoder (вывод)
        возвратный вывод
 

Модуль PositionalEncoding вводит некоторую информацию о относительное или абсолютное положение токенов в последовательности.В позиционные кодировки имеют тот же размер, что и вложения, так что эти два могут быть суммированы. Здесь мы используем функции синус и косинус разные частоты.

 класс PositionalEncoding (nn.Module):

    def __init __ (self, d_model, dropout = 0.1, max_len = 5000):
        super (PositionalEncoding, self) .__ init __ ()
        self.dropout = nn.Dropout (p = выпадение)

        pe = torch.zeros (max_len, d_model)
        position = torch.arange (0, max_len, dtype = torch.float).разжать (1)
        div_term = torch.exp (torch.arange (0, d_model, 2) .float () * (-math.log (10000.0) / d_model))
        pe [:, 0 :: 2] = torch.sin (позиция * div_term)
        pe [:, 1 :: 2] = torch.cos (позиция * div_term)
        pe = pe.unsqueeze (0) .transpose (0, 1)
        self.register_buffer ('pe', pe)

    def вперед (self, x):
        x = x + self.pe [: x.size (0),:]
        вернуть self.dropout (x)
 

Данные загрузки и партии

В этом руководстве torchtext используется для создания набора данных Wikitext-2.В объект Vocab построен на основе набора данных поезда и используется для числового токены в тензоры. Начиная с последовательных данных, batchify () функция упорядочивает набор данных по столбцам, отсекая все оставшиеся токены после того, как данные были разделены на пакеты размером batch_size . Например, с алфавитом в качестве последовательности (общая длина 26) и размер пакета 4, мы бы разделили алфавит на 4 последовательности длина 6:

\ [\ begin {bmatrix} \ text {A} & \ text {B} & \ text {C} & \ ldots & \ text {X} & \ text {Y} & \ text {Z} \ end {bmatrix} \Правая стрелка \ begin {bmatrix} \ begin {bmatrix} \ text {A} \\ \ text {B} \\ \ text {C} \\ \ text {D} \\ \ text {E} \\ \ text {F} \ end {bmatrix} & \ begin {bmatrix} \ text {G} \\ \ text {H} \\ \ text {I} \\ \ text {J} \\ \ text {K} \\ \ text {L} \ end {bmatrix} & \ begin {bmatrix} \ text {M} \\ \ text {N} \\ \ text {O} \\ \ text {P} \\ \ text {Q} \\ \ text {R} \ end {bmatrix} & \ begin {bmatrix} \ text {S} \\ \ text {T} \\ \ text {U} \\ \ text {V} \\ \ text {W} \\ \ text {X} \ end {bmatrix} \ end {bmatrix} \]

Эти столбцы рассматриваются моделью как независимые, что означает, что зависимость G и F не может быть изучена, но позволяет больше эффективная пакетная обработка.

 импорт io
импортный факел
из torchtext.datasets импортировать WikiText2
из torchtext.data.utils импортировать get_tokenizer
из коллекций счетчик импорта
из torchtext.vocab импорт словаря

train_iter = WikiText2 (split = 'поезд')
tokenizer = get_tokenizer ('basic_english')
counter = Счетчик ()
для строки в train_iter:
    counter.update (токенизатор (строка))
Vocab = Vocab (счетчик)

def data_process (raw_text_iter):
  data = [torch.tensor ([словарь [токен] для токена в токенизаторе (элемент)],
                       dtype = torch.long) для элемента в raw_text_iter]
  return torch.cat (tuple (filter (lambda t: t.numel ()> 0, data)))

train_iter, val_iter, test_iter = WikiText2 ()
train_data = data_process (поезд_итер)
val_data = data_process (val_iter)
test_data = data_process (test_iter)

device = torch.device ("cuda", если torch.cuda.is_available (), иначе "cpu")

def batchify (данные, bsz):
    # Разделить набор данных на части bsz.
    nbatch = data.size (0) // bsz
    # Обрежьте все лишние элементы, которые не подходят (остатки).
    данные = данные.узкий (0, 0, nbatch * bsz)
    # Равномерно разделите данные по пакетам bsz.
    data = data.view (bsz, -1) .t (). contiguous ()
    вернуть data.to (устройство)

batch_size = 20
eval_batch_size = 10
train_data = batchify (train_data, batch_size)
val_data = batchify (val_data, eval_batch_size)
test_data = batchify (test_data, eval_batch_size)
 

Функции для генерации входной и целевой последовательности

Функция get_batch () генерирует входную и целевую последовательность для модель трансформатора.Он подразделяет исходные данные на блоки длина бит . Для задачи языкового моделирования модель нуждается в следующие слова как Target . Например, если значение bptt равно 2, мы получили бы следующие две переменные для i = 0:

Следует отметить, что куски имеют размер 0, согласованный с размером S в модели Transformer. Размер партии N по размерности 1.

 бит / с = 35
def get_batch (источник, я):
    seq_len = min (bptt, len (источник) - 1 - i)
    данные = источник [i: i + seq_len]
    target = source [i + 1: i + 1 + seq_len].изменить форму (-1)
    вернуть данные, цель
 

Инициировать экземпляр

Модель настроена с указанным ниже гиперпараметром. Размер словаря равняется длине объекта словаря.

 ntokens = len (vocab.stoi) # размер словарного запаса
emsize = 200 # размер встраивания
nhid = 200 # размерность модели прямой связи в nn.TransformerEncoder
nlayers = 2 # количество nn.TransformerEncoderLayer в nn.TransformerEncoder
nhead = 2 # количество голов в моделях multiheadattention
выпадение = 0.2 # значение выпадения
model = TransformerModel (ntokens, emsize, nhead, nhid, nlayers, dropout) .to (устройство)
 

Запуск модели

CrossEntropyLoss применяется для отслеживания потерь и SGD в качестве оптимизатора реализует метод стохастического градиентного спуска. Начальный скорость обучения установлена ​​на 5.0. StepLR - это применяется для регулировки скорости обучения по эпохам. В течение обучение, мы используем nn.utils.clip_grad_norm_ функция масштабирования всего градиента во избежание взрыва.

 время импорта

критерий = nn.CrossEntropyLoss ()
lr = 5.0 # скорость обучения
optimizer = torch.optim.SGD (model.parameters (), lr = lr)
scheduler = torch.optim.lr_scheduler.StepLR (оптимизатор, 1.0, гамма = 0.95)

def train ():
    model.train () # Включаем режим поезда
    total_loss = 0.
    start_time = time.time ()
    src_mask = model.generate_square_subsequent_mask (bptt) .to (устройство)
    для партии я в перечислении (диапазон (0, train_data.size (0) - 1, bptt)):
        данные, цели = get_batch (train_data, i)
        optimizer.zero_grad ()
        если data.размер (0)! = bptt:
            src_mask = model.generate_square_subsequent_mask (data.size (0)). to (устройство)
        output = модель (данные, src_mask)
        потеря = критерий (output.view (-1, ntokens), цели)
        loss.backward ()
        torch.nn.utils.clip_grad_norm_ (параметры модели (), 0.5)
        optimizer.step ()

        total_loss + = loss.item ()
        log_interval = 200
        если партия% log_interval == 0 и партия> 0:
            cur_loss = total_loss / log_interval
            прошедшее = время.time () - start_time
            print ('| эпоха {: 3d} | {: 5d} / {: 5d} партии |'
                  'lr {: 02.2f} | мс / пакет {: 5.2f} | '
                  'потеря {: 5.2f} | ppl {: 8.2f} '. формат (
                    эпоха, пакет, len (train_data) // bptt, scheduler.get_last_lr () [0],
                    прошло * 1000 / интервал_журнала,
                    cur_loss, math.exp (cur_loss)))
            total_loss = 0
            start_time = time.time ()

def оценить (eval_model, data_source):
    eval_model.eval () # Включаем оценочный режим
    total_loss = 0.src_mask = model.generate_square_subsequent_mask (bptt) .to (устройство)
    с torch.no_grad ():
        для i в диапазоне (0, data_source.size (0) - 1, bptt):
            данные, цели = get_batch (источник_данных, i)
            если data.size (0)! = bptt:
                src_mask = model.generate_square_subsequent_mask (data.size (0)). to (устройство)
            output = eval_model (данные, src_mask)
            output_flat = output.view (-1, ntokens)
            total_loss + = len (данные) * критерий (output_flat, цели).пункт()
    вернуть total_loss / (len (источник_данных) - 1)
 

Цикл по эпохам. Сохраните модель, если потеря валидации самая лучшая. мы уже видели. Отрегулируйте скорость обучения после каждой эпохи.

 best_val_loss = float ("inf")
epochs = 3 # Количество эпох
best_model = Нет

для эпохи в диапазоне (1, эпохи + 1):
    epoch_start_time = time.time ()
    тренироваться()
    val_loss = оценить (модель, val_data)
    печать ('-' * 89)
    print ('| конец эпохи {: 3d} | время: {: 5.2f} с | допустимая потеря {: 5.2f} | '
          'допустимый ppl {: 8.2f}'. формат (эпоха, (time.time () - epoch_start_time),
                                     val_loss, math.exp (val_loss)))
    печать ('-' * 89)

    если val_loss 

 

Выход:

 | эпоха 1 | 200/2928 партий | 5,00 фунтов стерлингов | мс / пакет 28,83 | убыток 8,22 | человек 3709,47
| эпоха 1 | 400/2928 партий | 5,00 фунтов | мс / пакет 27,94 | убыток 6.95 | человек 1043.89
| эпоха 1 | 600/2928 партий | 5,00 фунтов | мс / партия 28.06 | убыток 6.48 | человек 653.76
| эпоха 1 | 800/2928 партий | 5,00 фунтов | мс / партия 28.06 | убыток 6.33 | человек 559,34
| эпоха 1 | 1000/2928 партий | 5,00 фунтов | мс / пакет 28.03 | убыток 6.20 | человек 492,14
| эпоха 1 | 1200/2928 партий | 5,00 фунтов | мс / пакет 28.07 | убыток 6,17 | человек 477.80
| эпоха 1 | 1400/2928 партий | 5,00 фунтов | мс / пакет 28.03 | убыток 6,13 | человек 457.80
| эпоха 1 | 1600/2928 партий | 5,00 фунтов | мс / партия 28.06 | убыток 6,11 | человек 451,40
| эпоха 1 | 1800/2928 партий | 5,00 фунтов | мс / пакет 27,96 | убыток 6.03 | человек 416,34
| эпоха 1 | 2000/2928 партий | 5,00 фунтов | мс / пакет 28.08 | убыток 6.03 | человек 414,52
| эпоха 1 | 2200/2928 партий | 5,00 фунтов | мс / пакет 27,96 | убыток 5,90 | человек 366,63
| эпоха 1 | 2400/2928 партий | 5,00 фунтов | мс / пакет 28.09 | убыток 5.98 | человек 395,67
| эпоха 1 | 2600/2928 партий | 5,00 фунтов | мс / пакет 28.00 | убыток 5.96 | человек 388,16
| эпоха 1 | 2800/2928 партий | lr 5.00 | мс / пакет 28.12 | убыток 5,88 | человек 359,46
-------------------------------------------------- ---------------------------------------
| конец эпохи 1 | время: 85,34 с | действительный убыток 5,82 | действующий человек 338,63
-------------------------------------------------- ---------------------------------------
| эпоха 2 | 200/2928 партий | lr 4,75 | мс / пакет 28,18 | убыток 5,88 | человек 357,69
| эпоха 2 | 400/2928 партий | lr 4,75 | мс / пакет 28.10 | убыток 5,87 | человек 352,77
| эпоха 2 | 600/2928 партий | lr 4.75 | мс / пакет 28.04 | убыток 5,68 | человек 293,39
| эпоха 2 | 800/2928 партий | lr 4,75 | мс / пакет 28.07 | убыток 5,71 | человек 303,17
| эпоха 2 | 1000/2928 партий | lr 4,75 | мс / пакет 28.08 | убыток 5,66 | человек 285,92
| эпоха 2 | 1200/2928 партий | lr 4,75 | мс / пакет 28.09 | убыток 5,68 | человек 293.06
| эпоха 2 | 1400/2928 партий | lr 4,75 | мс / партия 28.06 | убыток 5,69 | человек 297,33
| эпоха 2 | 1600/2928 партий | lr 4,75 | мс / пакет 28.11 | убыток 5,71 | человек 303,28
| эпоха 2 | 1800/2928 партий | lr 4.75 | мс / пакет 28.09 | убыток 5,66 | человек 287.11
| эпоха 2 | 2000/2928 партий | lr 4,75 | мс / пакет 28.12 | убыток 5,68 | человек 293,51
| эпоха 2 | 2200/2928 партий | lr 4,75 | мс / пакет 28.09 | потеря 5.56 | человек 260,88
| эпоха 2 | 2400/2928 партий | lr 4,75 | мс / пакет 28,13 | убыток 5,65 | человек 283,95
| эпоха 2 | 2600/2928 партий | lr 4,75 | мс / партия 28.06 | убыток 5,65 | человек 283,85
| эпоха 2 | 2800/2928 партий | lr 4,75 | мс / пакет 28,16 | убыток 5.58 | чел 266.00
-------------------------------------------------- ---------------------------------------
| конец эпохи 2 | время: 85.38s | действительный убыток 5,63 | действительный ppl 279,14
-------------------------------------------------- ---------------------------------------
| эпоха 3 | 200/2928 партий | lr 4.51 | мс / пакет 28,35 | убыток 5,61 | человек 272,37
| эпоха 3 | 400/2928 партий | lr 4.51 | мс / пакет 28,16 | убыток 5,63 | человек 279.29
| эпоха 3 | 600/2928 партий | lr 4.51 | мс / пакет 28,23 | убыток 5,43 | человек 228,74
| эпоха 3 | 800/2928 партий | lr 4.51 | мс / пакет 28,17 | убыток 5,49 | человек 243.03
| эпоха 3 | 1000/2928 партий | lr 4.51 | мс / пакет 28,23 | убыток 5,44 | человек 230.17
| эпоха 3 | 1200/2928 партий | lr 4.51 | мс / пакет 28,19 | убыток 5,48 | человек 239,49
| эпоха 3 | 1400/2928 партий | lr 4.51 | мс / пакет 28,23 | потеря 5.50 | человек 245,67
| эпоха 3 | 1600/2928 партий | lr 4.51 | мс / пакет 28,17 | убыток 5.52 | человек 250,85
| эпоха 3 | 1800/2928 партий | lr 4.51 | мс / пакет 28,21 | убыток 5,47 | человек 237,77
| эпоха 3 | 2000/2928 партий | lr 4.51 | мс / пакет 28,15 | убыток 5,49 | человек 241,72
| эпоха 3 | 2200/2928 партий | lr 4.51 | мс / пакет 28,23 | убыток 5,36 | человек 212,97
| эпоха 3 | 2400/2928 партий | lr 4.51 | мс / пакет 28.20 | убыток 5,46 | человек 236.02
| эпоха 3 | 2600/2928 партий | lr 4.51 | мс / пакет 28,24 | убыток 5,48 | человек 239,50
| эпоха 3 | 2800/2928 партий | lr 4.51 | мс / пакет 28,21 | убыток 5,41 | человек 223,63
-------------------------------------------------- ---------------------------------------
| конец эпохи 3 | время: 85,71 с | действительный убыток 5.57 | действительный человек 263,55
-------------------------------------------------- ---------------------------------------
 

Оцените модель с помощью тестового набора данных

Примените лучшую модель, чтобы проверить результат с помощью тестового набора данных.

 test_loss = оценивать (лучшая_модель, тестовые_данные)
печать ('=' * 89)
print ('| Конец обучения | потеря теста {: 5.2f} | test ppl {: 8.2f}'. format (
    test_loss, math.exp (test_loss)))
печать ('=' * 89)
 

Выход:

 ================================================= ========================================
| Конец обучения | тестовый проигрыш 5,49 | тест PPL 241,54
================================================== =======================================
 

Общее время работы скрипта: (4 минуты 31.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *