Принцип действия трансформатора напряжения: Область применения и принцип действия трансформаторов напряжения

Содержание

Область применения и принцип действия трансформаторов напряжения

Они встречаются везде, где присутствует необходимость преобразовать высокое напряжение сети в пропорционально более низкое значение. В этом и есть их назначение: преобразование величины напряжения. ТН-ы используют для:

  • уменьшения величины напряжения до величины, которую безопасно и удобно использовать в цепях измерения (вольтметры, ваттметры, счетчики), защиты, автоматики, сигнализации
  • защиты от высокого напряжения вторичных цепей, а следовательно и человека
  • повышения напряжения при испытаниях изоляции различного эо
  • на подстанциях ТН используют для контроля изоляции сети, работы в составе устройства сигнализации или защиты от замыканий на землю

Если бы не существовало трансформаторов напряжения, то, например, чтобы измерить напряжение на шине 10кВ, пришлось бы сооружать супермощный вольтметр с изоляцией, выдерживающей 10кВ. А это уже габариты ого-го. А ещё плюс к этому необходимо соблюсти точность измерений. Проблемка, но и это не всё. Если в таком приборе что-то коротнет, то электрик ошибается однажды…. при выборе профессии. 10кВ, а ведь есть и 750кВ, как там померить? Загвоздочка. Поэтому отдаем почести изобретателям трансформаторов, и в частности трансформаторов напряжения. Отвлеклись, продолжаем.

Прежде, чем двигаться дальше, нарисую однофазный ТН, чтобы было наглядно и более понятнее далее в изложении материала.

Значит на рисунке сверху у нас приходит напряжение на выводы А, Х трансформатора напряжения на первичную обмотку(1). Это напряжение номинальное напряжение, первичное напряжение. Далее оно трансформируется до величины вторичного напряжения, которое находится на вторичной обмотке (3). Выводы вторичной обмотки - а, х. Вывод вторичной обмотки заземляются. В - это вольтметр, но это может быть и другое устройство. (2) - это магнитопровод ТНа.

Принцип работы ТН

Принцип действия трансформатора напряжения аналогичен принципу работы трансформатора тока.

Обозначим это еще раз. По первичной обмотке проходит переменный ток, этот ток образует магнитный поток. Магнитный поток пронизывает магнитопровод и обмотки ВН и НН. Если ко вторичной обмотке подключена нагрузка, то по ней начинает течь ток, который возникает из-за действия ЭДС. ЭДС наводится из-за действия магнитного потока. Подбирая разное количество витков первичной и вторичной обмоток можно получить нужное напряжение на выходе. Более подробно это показано в статье про векторную диаграмму трансформатора напряжения.

Если на ТН подавать постоянное напряжение, то ЭДС не создается постоянным магнитным потоком. Поэтому ТНы выпускают на переменное напряжение. Коэффициентом трансформации трансформатора напряжения называют естественно отношение напряжения первичной обмотки к напряжению вторичной и записывают через дробь. Например, 6000/100. Когда приходят молодые студенты, они иногда на вопрос какой коэффициент отвечают 60. Не стоит так делать.

Классификация трансформаторов напряжения

ТНы классифицируются по следующим параметрам:

  • напряжение первичной обмотки (3, 6, 10 … 750кВ)
  • напряжение основной вторичной обмотки (100 В - для однофазных, включаемых между фазами, трехфазных; 100√3 - однофазных, включаемых между фазой и землей напряжение дополнительной вторичной обмотки (100В - однофазные в сети с заземленной нейтралью, 100√3 - однофазные в сети с изолированной нейтралью
  • число фаз (однофазные, трехфазные)
  • количество обмоток (двухобмоточные, трехобмоточные)
  • класс точности (0,1 0,2 0,5 1 3 3Р 6Р)
  • способ охлаждения (сухие, масляные, газонаполненные)
  • изоляция (воздушно-бумажная, литая, компаунд, газ, масло, фарфор)

На напряжение 6, 10кВ используют литые ТНы, залитые эпоксидной смолой. Эти аппараты устанавливают в распредустройствах. Они занимают меньшие габариты, по сравнению с масляными. Также к их плюсам стоит отнести меньшее количество ухода за ними.

электромагнитные и емкостные

Если открыть объемы и нормы испытаний электрооборудования на странице ТНов, то можно увидеть, что трансформаторы напряжения там разделяются на электромагнитные и емкостные. В чем же состоит различие этих типов оборудования.

Электромагнитными считаем все ТНы в которых преобразование происходит по принципу, описанному выше (магнитные потоки, ЭДС и так далее). Индукционный ток, в брошюрах западных производителей их называют индуктивными, в противоположность емкостным. По моему всё именно так.

А вот емкостные трансформаторы напряжения, или же всё таки емкостные делители напряжения… Тут история умалчивает. Принцип работы такого оборудования можно понять, если нарисовать схему.

Вот, например схема ТН марки НДЕ-М. Они выпускаются на напряжение выше 110кВ. Состоит из емкостного делителя и электромагнитного устройства. Емкостной делитель состоит из конденсаторов С1 и С2. Принцип емкостного делителя в следующем. Напряжение линии Л делится обратно пропорционально величинам емкостей С1 и С2. То есть мы подключаем к С2 наш ТН и напряжение на нем пропорционально входному, которое идет по Л, но гораздо меньше его. Раз рассматриваем НДЕ, то вот табличка величин напряжения для разных классов оборудования.

Электромагнитное устройство состоит из понижающего трансформатора, реактора и демпфера.

Реактор предназначен для компенсации емкостного сопротивления и следовательно уменьшения погрешности.

Электромагнитный демпфер предназначен для устранения субгармонических колебаний, которые могут возникать при включениях и коротких замыканиях в обмотках ТНа.

Чем выше класс напряжения, тем емкостные трансформаторы напряжения выгоднее своих собратьев. За счет снижения размеров изоляции и материалов.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Самое популярное

Однофазный трансформатор - устройство и принцип действия

Для того чтобы представить устройство и принцип действия однофазного трансформатора нужно посмотреть, как выглядит его схема. Если подключить первичную обмотку к источнику переменного напряжения U1, то по первичной обмотке  начнет протекать ток I0 (ток холостой хода) и  в ней будет возникать переменный магнитный поток усиливаемый сердечником. Этот магнитный поток индуцирует во вторичной обмотке  трансформатора ЭДС (электродвижущую силу самоиндукции) которая проходит сквозь ее витки.

Когда вы подключите к клеммам вторичной обмотки, какой либо потребитель электроэнергии допустим, это будет простая лапочка, то во вторичной обмотке  начнет протекать ток I2 вызванный ЭДС вторичной обмотки (U2) и лампочка загорится, так как через нее начнет протекать ток вторичной обмотки I2.

Когда трансформатор получил нагрузку измениться и ток первичной обмотки I1 который будет уже равен сумме токов холостого хода и тока первичной обмотки.

В этом заключается назначение трансформатора — в преобразовании напряжения, когда напряжение первичной обмотки может существенно отличаться на выходе от напряжения вторичной обмотки.

Что бы осуществилась трансформация одного напряжения в другое, служит стальной магнитопровод, на который наматывают витки первичной и вторичной обмотки. На схеме показан понижающий трансформатор 220/36 вольт, где на первичную обмотку подают 220В, а на вторичной образуется 36В.

В процессе работы могут возникать вихревые токи, которых бесполезно расходуют мощность трансформатора. Поэтому для уменьшения потерь на вихревые токи сердечник собирается из тонких пластин трансформаторной стали, толщина которых может быть от 0,5 до 0,35 мм изолируемых одна от другой посредством жаростойкого лака.

Трансформаторами в электротехнике называют такие электротехнические устройства, в которых электрическая энергия переменного тока от одной неподвижной катушки из проводника передается другой неподвижной же катушке из проводника, не связанной с первой электрически.

Звеном, передающим энергию от одной катушки другой, является магнитный поток, сцепляющийся с обеими катушками и непрерывно меняющийся по величине и по направлению.

Рис. 1.

На рис. 1а изображен простейший трансформатор, состоящий из двух катушек / и //, расположенных коаксиально одна над другой. К катушке / подводится переменный ток от генератора переменного тока Г. Эта катушка называется первичной катушкой или первичной обмоткой. С катушкою //, называемой вторичной катушкой или вторичной обмоткой, соединяется цепь приемниками электрической энергии.

Принцип действия трансформатора

Действие трансформатора заключается в следующем. При прохождении тока в первичной катушке / ею создается магнитное поле, силовые линии которого пронизывают не только создавшую их катушку, но частично и вторичную катушку //. Примерная картина распределения силовых линий, создаваемых первичною катушкою, изображена на рис. 1б.

Как видно из рисунка, все силовые линии замыкаются вокруг проводников катушки /, но часть их на рис. 1б силовые линии 1, 2, 3, 4 замыкаются также вокруг проводников катушки //. Таким образом катушка // является магнитно связанной с катушкою / при посредстве магнитных силовых линий.

Степень магнитной связи катушек / и //, при коаксиальном расположении их, зависит от расстояния между ними: чем дальше катушки друг от друга, тем меньше магнитная связь между ними, ибо тем меньше силовых линий катушки / сцепляется с катушкою //.

Так как через катушку / проходит, как мы предполагаем, однофазный переменный ток, т. е. ток, меняющийся во времени по какому-то закону, например по закону синуса, то и магнитное поле, им создаваемое, также будет меняться во времени по тому же закону.

Например, когда ток в катушке / проходит через наибольшее значение, то и магнитный поток, им создаваемый, также проходит через наибольшее значение; когда ток в катушке / проходит через нуль, меняя свое направление, то и магнитный поток проходит через нуль, также меняя свое направление.

В результате изменения тока в катушке / обе катушки / и // пронизываются магнитным потоком, непрерывно меняющим свою величину и свое направление. Согласно основному закону электромагнитной индукции при всяком изменении пронизывающего катушку магнитного потока в катушке индуктируется переменная электродвижущая сила. В нашем случае в катушке / индуктируется электродвижущая сила самоиндукции, а в катушке // индуктируется электродвижущая сила взаимоиндукции.

Если концы катушки // соединить с цепью приемников электрической энергии (см. рис. 1а), то в этой цепи появится ток; следовательно приемники получат электрическую энергию. В то же время к катушке / от генератора направится энергия, почти равная энергии, отдаваемой в цепь катушкой //. Таким образом электрическая энергия от одной катушки будет передаваться в цепь второй катушки, совершенно не связанной с первой катушкой гальванически (металлически). Средством передачи энергии в этом случае является только переменный магнитный поток.

Изображенный на рис. 1а трансформатор весьма несовершенен, ибо между первичной катушкой / и вторичной катушкой // магнитная связь невелика.

Магнитная связь двух обмоток, вообще говоря, оценивается отношением магнитного потока, сцепляющегося с обеими обмотками, к потоку, создаваемому одной катушкой.

Из рис. 1б видно, что только часть силовых линий катушки / замыкается вокруг катушки //. Другая часть силовых линий (на рис. 1б — линии 6, 7, 8) замыкается только вокруг катушки /. Эти силовые линии в передаче электрической энергии от первой катушки ко второй совершенно не участвуют, они образуют так называемое поле рассеяния.

Для того чтобы увеличить магнитную связь между первичной и вторичной обмотками и одновременно уменьшить магнитное сопротивление для прохождения магнитного потока, обмотки технических трансформаторов располагают на совершенно замкнутых железных сердечниках.

Первым примером выполнения трансформаторов может служить схематически изображенный на рис. 2 однофазный трансформатор так называемого стержневого типа. У него первичные и вторичные катушки c1 и с2 расположены на железных стержнях а — а, соединенных с торцов железными же накладками b — b, называемыми ярмами. Таким образом два стержня а, а и два ярма b, b образуют замкнутое железное кольцо, в котором и проходит магнитный поток, сцепляющийся с первичной и вторичной обмотками. Это железное кольцо называется сердечником трансформатора.

Рис. 2.

Вторым примером выполнения трансформаторов может служить схематически изображенный на рис. 3 однофазный трансформатор так называемого броневого типа. У этого трансформатора первичные и вторичные обмотки с, состоящие каждая из ряда плоских катушек, расположены на сердечнике образуемом двумя стержнями двух железных колец а и б. Кольца а и б, окружая обмотки, покрывают их почти целиком как бы бронею, поэтому описываемый трансформатор и называется броневым. Магнитный поток, проходящий внутри обмоток с, разбивается на две равные части, замыкающиеся каждое в своем железном кольце.

Рис.3

Применением железных замкнутых магнитных цепей у трансформаторов добиваются значительного снижения потока рассеяния. У таких трансформаторов потоки, сцепляющиеся с первичною и вторичною обмотками, почти равны друг другу. Предполагая, что первичная и вторичная обмотки пронизываются одним и тем же магнитным потоком, мы можем на основании общего закола индукции для мгновенных значений электродвижущих сил обмоток написать выражения:

В этих выражениях w1 и w2 — числа витков первичной и вторичной обмоток, a dФt — величина изменения пронизывающего катушки магнитного потока за элемент времени dt, следовательно есть скорость изменения магнитного потока. Из последних выражений можно получить следующее отношение:

т. е. индиктируемые в первичной, и вторичной катушках / и // мгновенные электродвижущие силы относятся друг к другу так же, как числа витков катушек. Последнее заключение справедливо не только по отношению к мгновенным значениям электродвижущих сил, но и к их наибольшим и действующим значениям.

Электродвижущая сила, индуктируемая в первичной, катушке, будучи электродвижущей силой самоиндукции, почти целиком уравновешивает приложенное к той же катушке напряжение. Если через E1 и U1 обозначить действующие значения электродвижущей силы первичной катушки и приложенного к ней напряжения, то можно написать:

Электродвижущая сила, индуктируемая во вторичной катушке, равна в рассматриваемом случае напряжению на концах этой катушки.

Если, аналогично предыдущему, через E2 и U2 обозначить действующие значения электродвижущей силы вторичной катушки и напряжения на ее концах, то можно написать:

Следовательно, приложив к одной катушке трансформатора некоторое напряжение, можно на концах другой катушки получить любое напряжение, стоит только взять подходящее отношение между числами витков этих катушек. В этом и заключается основное свойство трансформатора.

Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки называется коэффициентом трансформации трансформатора. Коэффициент трансформации мы будем обозначать kт.

Следовательно можно написать:

Трансформатор, у которого коэффициент трансформации меньше единицы, называется повышающим трансформатором, ибо у него напряжение вторичной обмотки, или так называемое вторичное напряжение, больше напряжения первичной обмотки, или так называемого первичного напряжения. Трансформатор, у которого коэффициент трансформации больше единицы, называется понижающим трансформатором, ибо у него вторичное напряжение меньше первичного.

Видео: КАК УСТРОЕН ТРАНСФОРМАТОР. КАК ПРОВЕРИТЬ ИСПРАВНОСТЬ ТРАНСФОРМАТОРА

Виды конструкций однофазных трансформаторов

Конструкция однофазного трансформатора может быть выполнены стержневого типа так и броневого или тороидального.

конструкция стержневого трансформатора

Однофазный двух обмоточный трансформатор стержневого типа, представляет собой два стержня на которые располагаются обе обмотки. Объединяет эти стрежни, стальное ярмо, на котором и происходит соединение магнитных потоков двух обмоток.

Тип однофазного броневого трансформатора  представляет собой один стержень (сердечник), который как бы бронируется, защищается с обеих сторон ярмом от внешних механических воздействий. Магнитный поток проходящий по ярму броневого  меньше в два раз чем в стержне, поэтому ярма делают в два раза меньше, уменьшая тем самым габаритные размеры и вес.

 

Сборка трансформатора

Собирают магнитопроводы трансформаторов встык или в нахлест.

1- пластины Ш-образного профиля, 2 — пластины прямоугольного профиля, 3 — стержневые шпильки

Сборка внахлест пластины сердечника выполняют одна за другой укладывая их плотно в разных точках разреза полос. Монтаж и демонтаж такого трансформатора более трудоемок, но зато это позволяет сильно уменьшить магнитное сопротивление, снижает реактивные потери на вихревые токи и нагрев стали.

ленточный магнитопровод

Существуют также и ленточные магнитопроводы которые делают из холоднокатаной стали как стержневого типа так броневого типа. Магнитная проницаемость трансформаторной холоднокатаной стали больше чем у горячекатаной, но только при направлении которая совпадает с направлением проката стали. В связи с этим такие трансформаторы собирают внахлестку, уже из лент разной длины (пакеты) и затем соединяют вместе предварительно пропитывая для изоляции жаростойким лаком. Особенность такого трансформаторов, что они обязательно требуют установки изоляционной прокладки на месте стыка двух магнитопроводов или изоляцией лаком. Это предотвращает замыкания пластин, в результате чего не возникает чрезмерный нагрев сердечника трансформатора токами вихревыми. Такой нагрев может приводить к плавлению стали в одну сплошную массу.

Мощные силовые трансформаторы часто делают только стержневыми так у них проще выполнить изоляцию обмоток высшего напряжения от низшего.
Трансформаторы малой мощности, сетевые трансформаторы  делаю из броневого магнитопровода. Обмотки у броневых  трансформаторов располагаются на одном стержне, а не отдельно одна  от другой. Как правило, первичная обмотка располагается ближе к сердечнику, а вторичная мотается поверх первой. Токи первичной и вторичной обмотки маломощного трансформатора невелики, так что усиленной изоляцией можно пренебречь.

Номинальная мощность, напряжение и ток

Любой трансформатор имеет расчетные показатели в виде номинальной мощности P и его напряжение вторичной и первичной обмотки U1 и U2, а также токи I1 и I2 при номинальном токе нагрузки I наг.

Номинальная мощность трансформатора – это мощность, отдаваемая всеми его вторичными обмотками P при нормальной расчетной нагрузки. Измеряют вольтамперах и киловольтамперах.

Активная мощность — эта мощность учитывающая активные потери на нагрев, механическую энергию и т.п. выраженную в Ваттах (Вт) или КилоВаттах (кВт).
Сечение проводов обмотки рассчитывается с учетом не активной мощности, а всей полной мощности трансформатора, учитывая токи протекающие в каждой обмотке.

Для трансформаторов малой мощности не имеет значение расчета удельной поверхности охлаждения. Такие трансформаторы охлаждаются естественной циркуляцией окружающего воздуха.

Мощные силовые трансформаторы изготовляют с масляным охлаждением, с металлическими баками, наполненными трансформаторным маслом. Для усиления охлаждения мала на поверхности приваривают стальные трубы (радиаторы). Чаще всего используют пассивное охлаждение баков масляных трансформаторов.

схемы соединения и принцип работы

Трансформатор напряжения – предназначен для понижения первичного напряжения до значений удобных для измерительных приборов и реле, а также для отделения цепей измерений и защиты от первичных цепей высокого напряжения. Используется в цепях переменного тока частотой 50 или 60 Гц с номинальными напряжениями от 0,22 до 750 кВ.

Высоковольтный ТН(слева) и низковольтный ТН(справа)

Принцип работы

Он состоит из стального сердечника, набранного из пластин листовой электротехнической стали, первичной обмотки и 1-ой или 2-х вторичных обмоток(конструкцию конкретного устройства можно посмотреть в паспорте или каталоге от производителя).

В результате изготовления должен быть достигнут необходимый класс точности по:

  • амплитуде,
  • углу.

Измерительный трансформатор напряжения по принципу работы не отличается от силового понижающего трансформатора или от трансформатора тока.

Ещё раз опишем работу трансформатора тока. По первичной обмотке проходит переменный ток, этот ток образует магнитный поток, который пронизывает магнитопровод и обмотки ВН и НН. Если ко вторичной обмотке подключить нагрузку, то по ней начнёт течь ток, который возникает из-за действия ЭДС(электродвижущая сила). ЭДС наводится из-за действия магнитного потока. Подбирая разное количество витков первичной и вторичной обмоток можно получить нужное напряжение на выходе.

Принцип работы трансформатора

Такие устройства работаю только на переменном напряжение. Если на ТН подавать постоянное напряжение, т.к. ЭДС не будет создаваться постоянным магнитным потоком.

Расшифровка ТН

Расшифровка маркировки:

  • Н — трансформатор напряжения;
  • Т — трёхфазный;
  • О — однофазный;
  • С — сухой;
  • М — масляный;
  • К — каскадный либо с коррекцией;
  • А — антирезонансный;
  • Ф — в фарфоровом корпусе;
  • И — контроль Изоляции;
  • Л — в литом корпусе из эпоксида;
  • ДЕ — с ёмкостным делителем напряжения;
  • З — с заземляемой первичной обмоткой.

Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации – показывает во сколько раз увеличивается или уменьшается первичное значение напряжение.

Формула по вычислению коэффициента трансформации

Вторичное напряжение

Напряжения на вторичной обмотки:

  • 100 В,
  • 100/√3 В,
  • 100/3.

Классы точности

Классы точности:

  • 0,1;
  • 0,2;
  • 0,5 – применяется для измерений;
  • 1,0;
  • 3,0;
  • 3Р или 6Р – предназначены для защиты, управление, автоматика или сигнализация.

Номинальные мощности трансформаторов для любого класса точности следует выбирать из ряда(В·А): 10; 15; 25; 30; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 800; 1000; 1200.

Виды и классификации

Основные классификации трансформаторов:

  1. По числу фаз.
  2. По наличию или отсутствию заземления вывода,
  3. По принципу действия.
  4. По числу ступеней трансформации.
  5. По наличию компенсационной обмотки или обмотки для контроля изоляции сети.
  6. По виду изоляции:
  7. По особенностям конструктивного исполнения.
Старый 3-х фазный масляный ТН

Место установки:

  • наружная,
  • внутренняя,
  • встроенный в силовой трансформатор,
  • установка отдельным элементом.

Основные признаки трансформаторов и их обозначения приведены в таблице:

Трёхобмоточный трансформатор следует изготовлять с двумя вторичными обмотками:

  • основной,
  • дополнительной.

Условия выбора ТН

Устройство выбирается по следующим критериям:

  1. Номинальное напряжение ТН = Напряжение уставки.
  2. Схема соединение обмоток должна совпадать со схемой приборов.
  3. По классу точности.
  4. Вторичной нагрузке ТН ⩽ нагрузке приборов.

Более подробно можете прочитать в учебнике(со страницы 301): Смотреть

Режим работы

ТН работает в режиме близко к холостому ходу, так как нагрузка на выходную катушку минимальная.

Цена трансформаторов напряжения

Цены сильно зависят от конструкции и класса напряжения:

  • 0,66 кВ(660В) – от 1 000 до 15 000 руб,
  • 10 кВ,
  • 35 кВ,
  • 110 кВ и выше цены нужно уточнять у производителей.

Схемы подключения

Схемы соединений однофазных ТН:

Схемы соединений трёхфазных ТН:

Схемы и группы соединений обмоток трёхфазных трёхобмоточных трансформаторов с основной и дополнительной вторичными обмотками

Испытания на устойчивость к токам короткого замыкания

К первичным обмоткам трансформаторов подводят напряжение, равное 0,9-1,05 номинального, при разомкнутых вторичных обмотках. Затем одну из вторичных обмоток с помощью специального устройства закорачивают и выдерживают режим в течение 1 с. При этом напряжение на выводах первичной обмотки должно сохраняться в указанных пределах.

Видео

Видео про трансформатор напряжения ЗНОЛ.06-10.

Трансформаторы, устройство и принцип действия, назначение различных типов


Электрика » Электроснабжение » Трансформаторы

Трансформатор это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования напряжения электрической энергии переменного тока. Основной принцип работы трансформатора состоит в использовании явления электромагнитной индукции.

К основным частям, из которых состоит трансформатор, относятся магнитный сердечник (магнитопровод) и намотанные на нём обмотки.

Принцип действия трансформатора напряжения заключается в следующем. Одна из обмоток подключается к источнику электрического напряжения. Эту обмотку называют первичной, она служит источником энергии, трансформируемой устройством.

Ток переменного направления, протекающий по первичной обмотке, создаёт знакопеременный магнитный поток в трансформаторном магнитопроводе.

Под воздействием магнитного потока сердечника во вторичных обмотках (их может быть несколько) наводится электродвижущая сила (ЭДС) индукции. Наведённая ЭДС индукции вызывает во вторичных обмотках появление некоторого напряжения, а при подключении к ним нагрузки — вторичного тока.

Форма магнитного трансформаторного сердечника может быть различной, главное условие — магнитный поток должен образовывать замкнутые контуры (один или несколько).

Наибольшее распространение получили следующие формы трансформаторных магнитопроводов:

  • Ш – образные;
  • П – образные;
  • тороидальные (по аналогии с предыдущими типами сердечников их можно назвать О – образными).

В процессе трансформации электрической энергии, часть её теряется вследствие наличия потерь. Трансформаторные потери подразделяются на две категории — потери в меди и в стали. Данные определения требуют разъяснения.

Потери в меди.

Под этим термином подразумеваются омические потери при протекании токов в обмотках трансформаторов. Теряемая в обмотках энергия уходит на их нагрев.

Интересный факт. Нередко встречаются трансформаторы, обмотки которых выполнены из алюминиевых проводников. Теряемую в таких обмотках мощность логично было бы назвать «потери в алюминии», однако такой термин не употребляется. Словосочетание «потери в меди» вероятно можно отнести к профессиональному жаргону.

Потери в стали.

Данный вид теряемой мощности состоит из двух компонентов:

  • потери, возникающие вследствие образования в сердечнике вихревых токов;
  • мощность, затрачиваемая на перемагничивание.

Вихревые токи (токи Фуко) возникают в любом электропроводящем материале под воздействием переменного магнитного поля. Трансформаторный сердечник, являющийся проводником, не является исключением.

Для уменьшения влияния вихревых токов, магнитопроводы трансформаторов обычно изготавливают не цельными изделиями, а набираются из тонких пластин специальной электротехнической стали. Каждая пластина перед сборкой покрывается электроизоляционным лаком.

Такая технология позволяет избежать возникновения глобальных вихревых токов по всей толщине сердечника, что значительно снижает потери энергии и соответственно, нагрев магнитопровода.

ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОКОВ ФУКО

Для того чтобы оценить масштабы энергии, которая может выделяться при протекании вихревых токов, полезно вспомнить принцип работы индукционных плавильных печей. В ёмкость печи, выполненную из огнеупорной керамики, помещают лом стали, чугуна или железную руду.

Плавильная ёмкость окружена мощной спиральной обмоткой, по которой пропускается ток высокой частоты. Содержимое ёмкости в данном случае играет роль магнитного сердечника.

Под воздействием возникающих вихревых токов происходит интенсивный разогрев и расплавление загруженного железосодержащего материала. Электроплавильное производство относится к одному из самых энергоёмких.

Потери на перемагничивание обусловлены следующими факторами:

1. Макроструктура магнитных материалов имеет зернистый характер. Образование структурных зёрен происходит на стадии застывания расплавленного металлического сплава вследствие возникновения множества очагов кристаллизации.

2. В результате образуются зёрна структуры, которые представляют собой монокристаллические образования — домены. Каждый домен магнитного материала имеет некоторое результирующее направление вектора магнитной индукции.

При отсутствии внешнего магнитного поля векторы индукции доменов направлены хаотически. Но если поместить такой материал в магнитное поле, векторы доменов становятся однонаправленными.

Применительно к процессу трансформации происходит следующее. Ток первичной обмотки создаёт в сердечнике магнитное поле, направление индукции которого меняется с частотой 50 герц (при подключении к обычной электросети).

С такой же частотой происходит переориентация векторов магнитной индукции доменов магнитопровода. Энергия, затрачиваемая на циклическое перемагничивание, выделяется в виде тепла, нагреваемого сердечник.

Энергию, затраченную на перемагничивание сердечника, называют также потерями на гистерезис. Величина этих потерь зависит от свойств материала трансформаторного сердечника, а если более конкретно, от вида их кривой намагничивания — петли гистерезиса.

Наименьшими потерями характеризуются магнитомягкие материалы — электротехническая сталь и пермаллой, которые и используются при изготовлении трансформаторных магнитопроводов.

ВИДЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

В зависимости от специфических функций, выполняемых трансформаторами, они подразделяются на несколько основных типов:

  • силовые, предназначенные для трансформации мощности;
  • измерительные, к которым относятся трансформаторы тока и напряжения;
  • разделительные, служащие для разделения электрических цепей.

Силовые трансформаторы используются на электрических станциях, в распределительных сетях и в точках потребления электроэнергии. Основная их функция — трансформирование передаваемой электрической энергии с одной ступени напряжения в другую.

Смысл смены ступеней напряжения заключается в том, что выработка, транспортировка и потребление электрической энергии происходит на разных уровнях напряжения.

Мощные турбогенераторы электрических станций вырабатывают электроэнергию напряжением 20 кВ. Передача энергии на большие расстояния осуществляется по воздушным линиям (ЛЭП), имеющим напряжение сотни киловольт — 110, 220, 500 кВ.

Более высокое напряжение (750 и 1150 кВ) применяется реже ввиду дороговизны оборудования и ряда технических сложностей. Повышение напряжения транспортировки электроэнергии позволяет снизить её потери.

Потребляется же большая часть электричества с напряжением 0,4 кВ. Максимальное напряжение конечных электрических устройств составляет не более нескольких киловольт. К таким устройствам относятся высоковольтные приводные двигатели мощных производственных механизмов, тяговые двигатели электровозов, питающихся от контактных электрических сетей.

Таким образом, электрическая энергия на своём пути от её производства до поступления к конечному потребителю несколько раз изменяет уровень напряжения. Эту работу выполняют силовые трансформаторы, установленные на электрических станциях и подстанциях распределительных сетей.

Измерительные трансформаторы используются в цепях измерения, защиты и контроля. Устройства этого типа осуществляют преобразование первичных значений тока и напряжения в пропорциональные им вторичные величины, необходимые для работы измерительных приборов, устройств защиты и автоматики.

Преобразование токовых величин осуществляется трансформаторами тока, для контроля уровня напряжения служат трансформаторы напряжения. Измерительные трансформаторы относятся к средствам измерений и подлежат периодической метрологической поверке, так же как все измерительные приборы.

Разделительные трансформаторы используются в тех случаях, когда необходимо обеспечить гальваническую развязку между отдельными участками электросетей.

Необходимость такого разделения может диктоваться требованиями электробезопасности. Например, таким способом осуществляется питание некоторых видов медицинского оборудования. В данном случае используется одно из основных свойств, присущих трансформатору — отсутствие гальванической связи между его обмотками.

  *  *  *


© 2014-2020 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.

Трансформаторы напряжения: описание, принцип действия

Главная » Статьи » Трансформаторы напряжения: описание, принцип действия

Все трансформаторы тока — это конструкции, которые изменяют переменный ток и стабильно защищают от перепадов высокого напряжения. Он является механизмом только переменного тока, который не может работать с источником постоянного тока, так как при этом в его обмотках не будет электромагнитной индукции. Сейчас трансформаторы напряжения, работающие на маленьких мощностях, практически вытеснены более мощными модификациями.

Описание и составляющие

Трансформатор состоит из трех частей:

  • Электро-обмотка может быть первичной подводящей напряжение и вторичной снимающей напряжение. Первичная обвивка подключается по порядку и подсоединяется к ключу переменного тока. Вторичная обвивка должна быть замкнута на нагрузку и ее противодействие не превышает установленного значения, она никак не сопряжена с первичной. На вторичной обмотке вызывается крайне высокое напряжение и вследствие этого она обязана быть заземлена.
  • Системы охлаждения: естественное воздушное, масляное (трансформаторное масло циркулирует и отдает запасенное тепло через заднюю стенку бака в окружающую среду, охлаждаясь), по тому же принципу циркуляции происходит охлаждение водой и естественное жидким диэлектриком.
  • Сердечник. А еще его называют магнитопровод, чаще всего изготавливается из специальных сплавов штампованных пластин в виде буквы Ш и О. Могут быть броневые (катушки установлены на одной оси) и стержневые (занимают большую часть сердечника и сердечники являются раздельными их стягивают при сборке).

Принцип действия

Отдача мощности из одной обмотки во вторую совершается электромагнитным путем и основана на электромагнитной индукции. Непостоянный ток, идя по первичной обмотке, формирует электромагнитное течение в магнитопроводе и индуцирует во вторичной обмотке, пронизывая ее витки. В результате он становиться замкнутым в магнитопроводе и сцепляется с двумя обмотками. Витки обмотки имеют равное усилие и в случае если повысить количество витков на 2–ой обмотке, объединяя их поочередно между собою, то можно повысить вольтаж на выходе трансформатора. Таким же образом уменьшая количество витков уменьшить выходное напряжение. В сердечнике трансформатора неизбежны потери энергии за счет выделения тепла, но в современных мощных моделях эти потери невелики и не превышают 3%. Однофазные трансформаторы напряжения могут работать, на нагрузку, в режиме холостого хода и короткого замыкания. Как три отдельных однофазных трансформатора можно рассматривать трехфазные, но они работают на больших мощностях.

← Назад к списку новостей

Трансформатор напряжения что это – назначение и принцип действия

Давайте разберемся, для чего нужен трансформатор напряжения и какие функции он выполняет? Данное устройство необходимо службам, занимающимся учетом электроснабжения. Функция электросетей – выработка энергии, передача ее на большие расстояния и перераспределение электрической энергии между потребителями. Именно для этих целей существует данный прибор.

Трансформаторы промышленного типа широко используются на электроподстанциях. Более мелких размеров трансформаторы находят свое применение во многих цепях бытовых электроприборов. Такие устройства изменяют напряжение – увеличивают либо понижают его. Появления трансформатора стало возможным после того, как Майкл Фарадей открыл в 1831 году электромагнитную индукцию.

В статье информация о всех особенностях трансформаторов напряжения, описаны их технические характеристики. В качестве бонуса, в статье содержится видеоролик о трансформаторах, а также материл на данную тему.

Трансформатор напряжения.

Расшифровка аббревиатур устройств

Различаются и по способу изоляции, сухая, она же литая и масляной. У каждого свое, буквенное обозначение трансформатора. Есть на разные классы напряжения, такие как, нтми-10,  ном-10, зном-35, ном-35, нкф-110, нами-10. В предыдущем предложении, цифры означают номинальное напряжение. Начнём с самой важной буквы, которая находится в самом начале практически всех аббревиатур, это буква Н. Она как раз и означает трансформатор напряжения. Кстати говоря, его сокращённо называют просто ТН.

Следующие по списку и по важности буква это, Т и О, которые означаю количество фаз. Трехфазный и однофазный соответственно. У буквы Т есть ещё одно значение, она означает что, трансформатор трёх обмоточный. Следующие буквы, относятся к изоляции и способам охлаждения. Она может быть, литой (Л), С сухой, Естественное мысленно охлаждение, маркируется буквой М.

Следующие значения, можно отнести к дополнительным функциям. Для подключения измерительных приборов, наносится (И).  Если видим (К), следует понимать, что в трансформаторе напряжения есть дополнительная обмотка, которая уменьшает угловую погрешность или каскад. «З» – наличие заземляющего вывода. Активную часть, часто помещают в фарфоровую покрышку, поэтому присутствует символ «Ф». (У) — относится к установки в умеренно климате. Д, Е – делитель, имеет определённую ёмкость.

Расшифровка аббревиатур.

Виды и их особенности

Кроме рассмотренных выше понижающих и повышавших приборов выпускаются и другие модели:

  • тяговые;
  • лабораторные, в которых возможно регулировать напряжение;
  • для выпрямительных установок;
  • источники питания для радиоаппаратуры.

Все они относятся к одной большой группе трансформаторов – силовым. Есть еще одна разновидность такого оборудования. Это устройства, используемые для подключения к цепям высокого напряжения различных электроизмерительных приборов. Они получили название измерительных трансформаторов напряжения. Также эти приборы находят широкое применение при электросварке. Имеют отличия и в конструктивном исполнении. В зависимости от этого различают двух и многообмоточные измерительные трансформаторы тока и напряжения. Такие приборы используются для проведения измерений и питания цепей автоматики, релейной защиты. Они могут быть одно- или трехфазные с масляным или воздушным охлаждением.

Влияет на классификацию, и форма магнитопровода. Он может быть:

  1. стержневой;
  2. броневой;
  3. тороидальный.

При этом различают два вида конструкции обмоток:

  • Концентрический;
  • Дисковый.

По классу точности устройства подразделяются на 4 категории:

Еще одним параметром, влияющим на специфику применения измерительных трансформаторов тока и напряжения, является способ установки. В зависимости от него изделия бывают следующих типов:

  • внутренние;
  • наружные;
  • для КРУ.

Виды трансформаторов.

Критерии выбора оборудования

Трансформатор напряжения состоит из двух обмоток и сердечника. Обмотки также подразделяются на первичную и вторичную. Вот тут и начинаются различия, если сравнивать трансформатор напряжения с трансформатором тока. Первичная обмотка трансформатора напряжения содержит значительно больше витков, чем вторичная.

На первичную обмотку подается напряжение, которое нам нужно измерить а к вторичной обмотке подсоединяется вольтметр. Обычно приобретая оборудование ориентируются не его основные параметры. Для трансформатора таковыми являются:

  • напряжения обмоток, которые указываются на щитке;
  • коэффициент трансформации;
  • угловой погрешности.

Интересный материал для ознакомления: что нужно знать об устройстве силового трансформатора.

Необходимо также ориентироваться на условия эксплуатации. Поэтому самыми важными параметрами при выборе оказываются нагрузка, сфера применения и напряжение короткого замыкания трансформатора. На первом этапе необходимо убедиться в том, что мощности модели будет достаточно для того чтобы справиться не только с поставленной задачей, но и возможными перегрузками. Неплохо иметь прибор, параметры которого могут быть изменены в процессе эксплуатации.

Но ориентироваться только на эти характеристики недопустимо. Так как для эффективной работы трансформатора напряжения 110 кВ важны и его технические характеристики:

  1. частота тока;
  2. фазность;
  3. способ установки;
  4. место расположения;
  5. нагрузка.

Кроме этого нужно определить подходит ли вам цена устройства, а также стоимость его дальнейшего обслуживания. Параметры выбора трансформаторов тока приведены в таблице ниже.

Таблица выбора трансформаторов тока.

Как работает

После того, как в первичной обмотке появится переменное напряжение U1, в магнитопроводе возникает переменный магнитный поток Ф, который возбуждает напряжение во вторичной обмотке U2. Это наиболее простое и краткое описание принципа работы трансформатора напряжения. Самым главным параметром трансформаторов является «коэффициент трансформации» и обозначается латинской «n».  Он вычисляется делением напряжение в первичной обмотке на напряжение во вторичной обмотке или количества витков в первой катушки на количество витков во второй катушке.

Этот коэффициент позволяет рассчитать необходимые параметры вашего трансформатора для выбранного устройства. Например, если первичная обмотка имеет 2000 витков, а вторичная -100 витков, то n=20. При напряжении сети 240 вольт, на выходе устройства должно быть 12 вольт. Так же, можно определить количество витков при заданных, входном и выходном, напряжениях.

Чем отличаются

По определению эти устройства предназначены для работы с разными электрическими величинами, как основными и соответственно, схемы включения будут различными. Например, трансформатор тока питается от источника тока и не работает, даже может выйти из строя, если его обмотки не нагружены и через них не идет электрический ток. Трансформатор напряжения питаются от источников напряжения и, наоборот, не может долго работать в режиме с большими токовыми нагрузками.

Измерительные трансформаторы

При эксплуатации оборудования с высокими рабочими напряжениями и большими токами потребления встает вопрос их измерения и контроля. Здесь на помощь приходят измерительные трансформаторы. Они обеспечивают гальваническую развязку измерительного оборудования от цепей с повышенной опасностью и снижение измеряемой величины до уровня, необходимого для замеров.

Прежде чем покупать трансформатор напряжение, нужно проанализировать все требования, выдвигаемые к устройству.  Необходимо учитывать не только рабочие напряжения, но и токи нагрузки при использовании трансформатора в различных приборах.

Трансформаторы напряжения можно изготовить самому, но если вам нужен простой бытовой трансформатор с напряжением на 220 вольт и понижением до 12 вольт, то лучше его приобрести. Сколько стоят трансформаторы напряжения можно узнать на любом интернет-сайте, как правило, на бытовые понижающие трансформаторы напряжения цены не очень высоки.

Материал в тему: как устроен тороидальный трансформатор и в чем его преимущества.

Феррорезонанс и способы защиты от него

Феррорезонансный контур в сети с изолированной нейтралью — это контур нулевой последовательности с нелинейной характеристикой намагничивания. Трехфазный заземляемый трансформатор напряжения, по конструктиву, это три однофазных трансформатора, соединенные по схеме звезда/звезда, с обособленной магнитной системой. При перенапряжениях в сети индукция в магнитопроводе увеличивается, как минимум в 1,73 раза.

В таких режимах возможно насыщение магнитопровода и, как следствие, возникновение феррорезонанса в сети. По данным служб энергоснабжения, ежегодно в эксплуатации повреждается 7–9% трансформаторов напряжения по причине феррорезонанса.

Существует множество способов защиты ТН от резонансных явлений в сети:

  • изготовление ТН с максимально уменьшенной рабочей индукцией;
  • включение в цепь ВН и НН дополнительных демпфирующих сопротивлений;
  • изготовление трехфазных трансформаторов напряжения с единой магнитной системой в пятистержневом исполнении;
  • применение специальных устройств, включаемых в цепь разомкнутого треугольника;
  • заземление нейтрали трехфазного трансформатора напряжения через токоограничивающий реактор;
  • применение специальных компенсационных обмоток и т.д.;
  • применение специальных релейных схем, для защиты обмотки ВН от сверхтоков.

Все эти меры в той или иной степени защищают измерительный трансформатор напряжения, но не решают проблему в корне.

Заземляемые устройства

Заземляемые трансформаторы напряжения применяются в сетях с изолированной нейтралью. Заземление нейтрали ТН позволяет осуществлять контроль изоляции сети с помощью дополнительных вторичных обмоток, соединенных по схеме звезда/треугольник. На наш взгляд, это основная функция заземляемых трансформаторов, функция измерения и учета — дополнительная.

Зачастую, в электрических сетях эксплуатируются заземляемые трансформаторы напряжения, у которых защитные обмотки не используются. Применение заземляемых трансформаторов без использования функции контроля изоляции сети — неоправданный риск. Это связано с тем, что:

  • заземляемые трансформаторы напряжения подвержены влиянию феррорезонансных явлений;
  • изоляцию обмотки ВН невозможно испытать в условиях эксплуатации приложенным одноминутным напряжением промышленной частоты.

Незаземляемые приборы

Для решения всех вопросов, связанных с эксплуатацией заземляемых трансформаторов напряжения в сетях с изолированной нейтралью, на нашем предприятии разработана новая трехфазная группа. Трехфазная 3хНОЛ.08-6(10)М группа, состоящая из трех незаземляемых трансформаторов, соединенных по схеме треугольник/треугольник. Основное преимущество 3хНОЛ.08-6(10)М — отсутствие заземляемого вывода с ослабленной изоляцией.

Это значит, что трансформатор не подвержен влиянию феррорезонанса и не требует дополнительных защит от его воздействия. Также изоляцию этого трансформатора возможно испытать приложенным одноминутным напряжением промышленной частоты в условиях эксплуатации, так как в этом случае нет необходимости в источнике повышенной частоты.

Интересный материал для ознакомления: полезная информация о трансформаторах тока.

У незаземляемых трансформаторов нет высоковольтных выводов с ослабленной изоляцией, что так-же позволит избежать нарушений, которые зачастую случаются в эксплуатации, при определении сопротивления изоляции вывода «Х», так как есть разночтения в нормативной документации. На сегодняшний день большое количество пунктов коммерческого учета (ПКУ) имеют в своем составе заземляемые трансформаторы напряжения со встроенными предохранителями (ЗНОЛП). При однофазных замыканиях на землю, а они как указывалось выше, случаются достаточно часто в воздушных распределительных сетях, срабатывает встроенное защитное предохранительное устройство (ЗПУ). Встраиваемое ЗПУ, прежде всего, предназначено для защиты трансформатора напряжения от коротких замыканий во вторичных цепях.

Так как ток срабатывания предохранителя достаточно мал, то при различных перенапряжениях, вызванных, в том числе, и однофазными замыканиями на землю, — происходит отключение ТН. ЗПУ защищает обмотку ВН от сверхтоков, которые возможны при различных технологических нарушениях в электрических сетях. При срабатывании предохранителя учет электроэнергии будет отсутствовать. Для восстановления учета, необходимо заменить плавкую вставку ЗПУ.

Ремонт оборудования

Что касается ремонтных работ, то для их проведения прибор должен быть отключен от сети. Запрещено эксплуатировать трансформатор с незаземленным цоколем, а все неисправности должны устраняться специалистами. Исправное оборудование в процессе работы издает равномерный звук без треска и резких шумов. Кроме того, в сетях до 10 кВ случаются резонансные повышения напряжения. Причиной их появления считается многократные разряды емкости, получающиеся в результате дугового замыкания. Это в свою очередь приводит к образованию феррорезонанса в трансформаторе напряжения и выходу его из строя. Избежать этого можно при заземлении нейтрали через резистор.

Заключение

В данной статье были рассмотрены основные особенности трансформаторов  напряжения и трансформаторов тока. Больше информации можно найти в скачиваемой версии учебника по электромеханике “Различия трансформаторов напряжения и трансформаторов тока”. В нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессиональных электронщиков. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vk.com/electroinfonet. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.generatorvolt.ru

www.elec.ru

www.popayaem.ru

www.podvi.ru

www.leg.co.ua

www.energytik.net

Предыдущая

ТрансформаторыРежим холостого хода для трансформаторов

Следующая

ТрансформаторыТрансформаторы для светодиодных лент, мнение специалистов

NPTEL :: Электротехника - Электрические машины -I

Моделирование однофазных трансформаторов Однофазные трансформаторы 9000 групп, часть
Трансформаторы напряжения
1 Введение Скачать
2 Принципы работы и конструкция однофазных трансформаторов Скачать
3 3 Загрузить
4 Эквивалентные схемы однофазных трансформаторов Загрузить
5 Испытания однофазных трансформаторов Загрузить
Загрузить
7 Регулировка напряжения однофазных трансформаторов Загрузить
8 Параллельная работа однофазных трансформаторов Загрузить
9 Гармоники и переходные процессы переключения в однофазных трансформаторах Загрузить
10 Знакомство с трехфазным трансформатором Загрузить
11 Строительство трехфазных трансформаторов
12 Подключение трехфазного трансформатора Загрузить
13 Фазовые группы трехфазного трансформатора, часть - I Загрузить
14 Трехфазный трансформатор, загрузить
15 Анализ и испытание трехфазных трансформаторов Загрузить
16 Работа трехфазных трансформаторов Загрузить
17 Auto Transformers nload
18 Трехобмоточные трансформаторы Загрузить
19 Scott Connected Transformers Загрузить
20
Принципы работы машин постоянного тока Скачать
22 Конструктивные особенности машин постоянного тока Загрузить
23 Генерируемые ЭДС и крутящий момент в машинах постоянного тока
04 Загрузить 9119 4 Шунтирующие генераторы Характеристики Характеристики 9000
Реакция якоря Загрузить
25 Коммутация в машинах постоянного тока Загрузить
26 Генераторы постоянного тока с раздельным возбуждением Загрузить
Загрузить
28 Составные генераторы постоянного тока Загрузить
29 Генераторы постоянного тока Загрузить
31 Пуск параллельных двигателей постоянного тока Загрузить
32 Регулирование скорости параллельных двигателей постоянного тока Загрузить
33 Торможение Торможение
34 Электронное управление параллельными двигателями постоянного тока Загрузить
35 Тестирование параллельных двигателей постоянного тока Загрузить
36 Характеристики двигателей постоянного тока
37 Пуск и торможение двигателей серии постоянного тока Загрузить
38 Управление скоростью и двигателей постоянного тока Загрузить
39 Испытания двигателей постоянного тока Загрузить
40 Характеристики комбинированных двигателей постоянного тока Загрузить

Типы трансформаторов тока и их применение: Talema Group

В нашей предыдущей статье мы рассмотрели основные принципы конструкции и работы трансформаторов тока (ТТ).Теперь мы обсудим несколько распространенных типов ТТ и их применения.

Стандартный измерительный CT

Стандартные измерительные трансформаторы тока используются в сочетании с амперметрами для измерения больших токов, которые понижаются до стандартного выходного коэффициента 5 А или 1 А. Номинальная мощность трансформатора тока в ВА соответствует номинальной мощности измерительного прибора или амперметра в ВА.

A 200/5 A Трансформатор тока серии FSD используется вместе с подвижным железным амперметром со шкалой от нуля до 200 A.Амперметр откалиброван таким образом, чтобы полное отклонение (FSD) происходило, когда на выходе трансформатора тока 5 А.

Нагрузка R амперметра должна быть по возможности низкой, чтобы обеспечить возможность замыкания, близкого к короткому, чтобы гарантировать отсутствие препятствий для вторичного тока. Нагрузка R, используемая вместе с вольтметром, также должна быть как можно более низкой, чтобы поддерживать низкое вторичное напряжение ТТ для повышения точности.

ТТ с нагрузкой на амперметр ТТ, подключенный к нагрузке R измеряется вольтметром

Типичные номинальные значения стандартных измерительных трансформаторов тока в ВА - 2.5, 5 и 10 ВА. Для измерительных трансформаторов тока важно обеспечить насыщение на уровне, обеспечивающем безопасность измерительного прибора при токе выше номинального или в условиях неисправности.

Если амперметр отключен от цепи, вторичная обмотка фактически размыкается, и трансформатор действует как повышающий трансформатор. Частично это связано с очень большим увеличением намагничивающего потока в сердечнике трансформатора тока, поскольку во вторичной обмотке отсутствует противодействующий ток, предотвращающий это.

Это может привести к наведению очень высокого напряжения во вторичной обмотке, равного отношению V p × (N s / N p ), возникающего во вторичной обмотке.

По этой причине трансформатор тока нельзя оставлять разомкнутым. Если необходимо снять амперметр (или нагрузку), сначала необходимо замкнуть клеммы вторичной обмотки, чтобы исключить риск поражения электрическим током.

Передаточное число

Коэффициент трансформации трансформатора тока можно изменить, используя несколько витков.В приведенном ниже примере показано, как ТТ 300/5 А можно использовать в качестве ТТ 100/5 А, используя три первичных контура для уменьшения отношения витков с 60: 1 до 20: 1. Это позволяет использовать трансформатор тока с более высоким номиналом для измерения более низких токов.

Пределы погрешности отношения для измерительных трансформаторов тока классов 3 и 5 показаны ниже.

Ошибка соотношения составляет 3% и 5% соответственно, без требования ± фазовый сдвиг.

Применения для измерительных трансформаторов тока классов 3 и 5 включают:

  • Защита от перегрузки
  • Мониторинг тока Трехфазные генераторы
  • Устройства управления
  • Панели управления
  • Управление и контроль распределительного устройства
  • Распределение

Хотя желательно иметь нулевой сдвиг фаз между первичным и вторичным током, для измерения 5 А ТТ это не так важно, поскольку амперметры показывают только величину тока.

Измерительный CT

Измерительный трансформатор тока предназначен для непрерывного измерения тока и точной работы в пределах номинального диапазона тока. Пределы погрешности по току и сдвига фаз определяются классом точности. Классы точности: 0,1, 0,2, 0,5 и 1.

В ваттметрах, счетчиках энергии и измерителях коэффициента мощности сдвиг фазы вызывает ошибки. Однако внедрение электронных счетчиков мощности и энергии позволило откалибровать ошибку фазы тока.

Когда ток превышает номинальное значение, измерительный трансформатор тока насыщается, тем самым ограничивая уровень тока в приборе. Основные материалы для этого типа CT обычно имеют низкий уровень насыщения, например нанокристаллические.

Nuvotem серии AP и AQ - это прецизионные трансформаторы тока с типичной точностью 0,1–0,2%, что делает их пригодными для приложений, требующих высокой точности и минимального сдвига фаз.

Защита CT

Защитный трансформатор тока предназначен для работы в диапазоне сверхтоков.Это позволяет защитным реле точно измерять токи короткого замыкания даже в условиях очень высокого тока. Вторичный ток используется для срабатывания защитного реле, которое может изолировать часть силовой цепи, в которой возникла неисправность.

Материал сердечника для этого типа ТТ имеет высокий уровень насыщения и обычно изготавливается из кремнистой стали.

Напряжение в точке колена

За пределами точки K нам нужно увеличить ток в большей степени, чтобы иметь некоторое увеличение напряжения.Это связано с тем, что кривая за точкой K становится нелинейной. Напряжение в точке K (V k ) называется напряжением точки перегиба .

Напряжение точки перегиба трансформатора тока определяется как напряжение, при котором увеличение напряжения вторичной обмотки ТТ на 10% приводит к увеличению вторичного тока на 50%. Это также означает, что увеличение тока на 50% приведет к увеличению напряжения всего на 10%.

Напряжение в точке перегиба важно для ТТ класса защиты, т.е.е. где ТТ используется в целях защиты.

Нагрузка на защитные ТТ довольно высока по сравнению с ТТ измерительного класса, а это означает, что падение напряжения на нагрузке будет большим. Следовательно, напряжение точки перегиба трансформатора тока с классом защиты должно быть больше, чем падение напряжения на нагрузке, чтобы сердечник трансформатора тока оставался в его линейной зоне.

Защитные трансформаторы тока обычно определяются в терминах совокупной погрешности при предельном коэффициенте точности, т.е. насколько точным будет оставаться трансформатор тока, когда протекающий первичный ток во много раз превышает нормальный при возникновении неисправности.

Стандартные классы защиты трансформаторов тока - 5P 10 и 10P 10, где P - обозначение защиты. Число перед P указывает на общий процент ошибок. Число после буквы указывает коэффициент первичного тока, до которого будет достигнута общая погрешность, т. Е. В 10 раз больше номинального первичного тока в 5P 10 и 10P 10.

Защитные устройства обычно определяют классификацию защитного ТТ, предназначенного для срабатывания соответствующего защитного устройства.

Talema производит широкий ассортимент стандартных и специально разработанных тороидальных трансформаторов тока 50/60 Гц. Каждая серия разработана с особыми характеристиками в компактных корпусах, подходящих для большинства приложений. Доступны варианты как с монтажом на печатной плате, так и с подвесными выводами, а также возможность использования IDC или двусторонних разъемов.

  • Хью Бойл

    Хью Бойл - старший инженер-конструктор Nuvotem Talema, работает в компании с 1986 года.До прихода в Nuvotem Хью работал инженером в компаниях British Telecom и Telecom Eireann, а также изучал телекоммуникационную инженерию City and Guilds в инженерном колледже Стоу в Глазго, Шотландия.

Однофазные трансформаторы

: принципы работы и применение

Трансформаторы

широко используются в электронных компонентах, поскольку они могут преобразовывать напряжение с одного уровня мощности на другой, не влияя на частоту.По этой причине они обычно используются в бытовой технике. Несмотря на то, что существует множество различных типов трансформаторов, все они основаны на концепции корпуса, предназначенного для экранирования электромагнитных полей, известного как клетка Фарадея. Вот подробности об однофазном трансформаторе и о том, как он защищает электрооборудование.

Как работает однофазный трансформатор
Однофазный трансформатор - это электронный компонент, который работает от однофазного переменного тока, поскольку цикл напряжения происходит в пределах единой временной фазы.Он обычно используется для снижения сигналов на большие расстояния как для легких коммерческих, так и для бытовых электронных устройств. Вот шаги, связанные с этим процессом:

  1. Внешний источник переменного тока создает переменное электромагнитное поле через первичную обмотку

  2. электромагнитное поле схлопывается в железном сердечнике, связывая поток в обеих обмотках

  3. мощность индуцируется через вторичную обмотку, подключенную к нагрузке с частотой 60 Гц

  4. Закон Фарадея определяет наведенное напряжение и амперы, которые могут изменяться в зависимости от характера первичной и вторичной обмоток.

  5. Внешние радиопомехи (RFI) экранированы для защиты электронного оборудования

Первичная и вторичная обмотки обычно изготавливаются из изолированного медного провода и должны быть изолированы от железного сердечника, имеющего высокую проницаемость.Максимальное напряжение, которое можно использовать для однофазной сети, регулируется коммунальными предприятиями и промышленными правилами. Прежде чем решить, использовать ли однофазные или трехфазные трансформаторы, вам следует проверить технические характеристики производителя на использование электронных компонентов или проконсультироваться со специалистом-электриком.

Приложения

  • понижающая локализованная система распределения энергии

  • телевизоры регулирующие напряжение

  • низковольтные электронные устройства

  • повышающая мощность в домашних инверторах

  • Негородские районы, где спрос на электроэнергию ниже

  • Торговое и жилое осветительное и отопительное оборудование

Заключение
При принятии решения о том, использовать ли однофазный или трехфазный трансформатор, вы должны учитывать диапазон рабочих частот, номинальное напряжение обмоток, номинальную мощность, номинальный ток вторичной обмотки и требования к температуре.Ключевым преимуществом однофазных трансформаторов по сравнению с трехфазными является более низкая стоимость. Трехфазные трансформаторы используются в системах большой мощности, а однофазные трансформаторы больше подходят для более легкого оборудования.

Allied Components International специализируется на разработке и производстве широкого спектра стандартных магнитных компонентов и модулей, таких как индукторы для микросхем, магнитные индукторы на заказ и трансформаторы на заказ. Мы стремимся предоставлять нашим клиентам продукцию высокого качества, обеспечивать своевременные поставки и предлагать конкурентоспособные цены.

Мы - растущее предприятие в магнитной промышленности с более чем 20-летним опытом.

Категории: Электронные компоненты

Узнать | OpenEnergyMonitor

Датчики

CT - Введение


На рисунке ниже показан пример с разделенным ядром YHDC CT:

Трансформатор тока YHDC SCT-013-000 (см. Протокол испытаний)

Вот пример разъемного сердечника Magnelab CT:

В дополнение к типу с разъемным сердечником, доступны трансформаторы тока с твердым сердечником, (также известные как с кольцевым сердечником, ).Вот пример твердотельного сердечника Magnelab CT:

Основы

Трансформаторы тока (ТТ) - это датчики, измеряющие переменный ток (AC). Они особенно полезны для измерения потребления или выработки электроэнергии в здании.

Тип разъемного сердечника, такой как трансформатор тока на рисунке выше, можно подсоединить к нулевому проводу под напряжением или , входящему в здание, без необходимости проведения каких-либо электрических работ с высоким напряжением.

Как и любой другой трансформатор, трансформатор тока имеет первичную обмотку, магнитный сердечник и вторичную обмотку.

В случае мониторинга всего здания первичной обмоткой является нейтральный провод или под напряжением (НЕ оба!), Входящий в здание и проходящий через отверстие в трансформаторе тока. Вторичная обмотка состоит из множества витков тонкого провода, помещенного в корпус трансформатора.

Переменный ток, протекающий в первичной обмотке, создает магнитное поле в сердечнике, которое индуцирует ток во вторичной цепи обмотки [1].

Ток во вторичной обмотке пропорционален току, протекающему в первичной обмотке:

 I  вторичный  = CT  передаточное число  × I  первичный 

CT  Передаточное число  = Обороты  первичный  / Обороты  вторичный  

Количество витков вторичной обмотки трансформатора тока, изображенного выше, равно 2000, поэтому ток во вторичной обмотке составляет одну 2000-ю от тока первичной обмотки.

Обычно это соотношение записывается в единицах тока в амперах e.г. 100: 5 (для счетчика на 5 А с масштабированием от 0 до 100 А). Соотношение для ТТ выше обычно записывается как 100: 0,05.

Нагрузочное сопротивление

ТТ «Токовый выход» необходимо использовать с нагрузочным резистором. Нагрузочный резистор замыкает или замыкает вторичную цепь ТТ. Значение нагрузки выбирается таким образом, чтобы напряжение было пропорционально вторичному току. Значение нагрузки должно быть достаточно низким, чтобы предотвратить насыщение сердечника ТТ.

Изоляция

Вторичная цепь гальванически изолирована [2] от первичной цепи.(т.е. не имеет металлического контакта)

Безопасность

Как правило, трансформатор тока никогда не должен размыкаться после того, как он подсоединен к проводнику с током. ТТ потенциально опасен при разомкнутой цепи.

Если цепь разомкнута при протекании тока в первичной обмотке, вторичная обмотка трансформатора будет пытаться продолжать подавать ток до бесконечного импеданса. Это создаст высокое и потенциально опасное напряжение на вторичной обмотке [1]

Некоторые ТТ имеют встроенную защиту.Некоторые из них имеют защитные стабилитроны, как в случае с SCT-013-000, рекомендованным для использования в этом проекте. Если ТТ имеет тип «выход напряжения», он имеет встроенный нагрузочный резистор. Таким образом, он не может быть разомкнут.

Установка CT

Первичная обмотка ТТ - это провод, по которому проходит ток, который вы хотите измерить. Если вы закрепите свой трансформатор тока вокруг двух- или трехжильного кабеля, у которого есть провода, по которым течет тот же ток, но в противоположных направлениях, магнитные поля, создаваемые проводами, нейтрализуют друг друга, и ваш трансформатор тока не будет иметь выхода.[3] и [4]

ТТ с разъемным сердечником, особенно с ферритовым сердечником (например, изготовленные YHDC), не следует «зажимать» на кабеле с помощью какого-либо уплотнительного материала из-за хрупкости феррита. core означает, что его можно легко сломать, разрушив таким образом CT. Вы должны зажимать трансформатор тока на кабеле или шине только в том случае, если корпус специально разработан для этого. Точно так же трансформатор тока с кольцевым сердечником никогда не должен устанавливаться на кабель, который слишком велик, чтобы свободно проходить через центр.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *