Схема трансформатор: Принцип действия и принципиальная схема трансформатора

Содержание

Трансформаторы ТС-40 - В помощь радиолюбителю

 

Разновидностей силовых трансформаторов ТС-40 много. Они предназначались для питания разнообразной транзисторной и ламповой бытовой радиоаппаратуры.

Нужно иметь в виду, что приведённые здесь моточные данные, могут отличаться на имеющиеся у Вас трансформаторы, в связи с изменениями ТУ, заводов изготовителей, прошествии времени и прочих условий и их следует принимать, только как основу. При  необходимости определить более точно количество витков обмоток имеющегося у Вас трансформатора, намотайте дополнительную обмотку с известным количеством витков, замерьте на ней напряжение и по полученным данным просчитайте ваш трансформатор.

Номинальная мощность этих трансформаторов - 40 ватт.
Сердечники трансформаторов ТС-40, могут быть изготовлены как и из ленточного, разрезного ПЛ - сечением 22х32 или 16х32, так же и из штампованных Ш - образных пластин.
Внешний вид трансформаторов на сердечнике ПЛ, показан на рисунке 1, и из штампованных Ш - образных пластин, на рисунке 2.

В том случае, если Вам не известен вариант исполнения первичной обмотки любого трансформатора, то включение в сеть 220 вольт его первичной обмотки, необходимо производить с последовательно включённой лампой накаливания на 220 вольт и мощностью 75-150 ватт.

Она ограничит ток первичной обмотки трансформатора от неправильного включения и предохранит её от выхода из строя.
Если при включении в сеть трансформатора с последовательно включенной лампой накаливания, спираль лампы не загорелась, или едва заметно раскалилась, то трансформатор включён в сеть правильно и дальнейшее его подключение можно производить без лампы.

Рисунок 1. Общий внешний вид стержневых трансформаторов ТС-40.

 

Рисунок 2. Внешний вид трансформатора ТС-40 броневого типа.

 

Трансформаторы силовые ТС-40 на сердечнике ПЛ.

Трансформатор силовой ТС-40-1.

Трансформатор ТС-40-1 предназначался для применения в лампово-транзисторной бытовой радиоаппаратуре.
Электрическая схема трансформатора изображена на рисунке 3, а моточные данные и электрические характеристики в таблице №1.

Рисунок 3. Схема трансформатора ТС-40-1.

Первичная обмотка трансформатора ТС-40-1 подключается к сети следующим образом;
127 вольт подключаются (или снимается) к выводам 1 и 1';
220 вольт подключается к выводам 1 - 3', и при этом необходимо установить перемычку на выводы 1' - 3 (или наоборот).

 

Таблица 1. Моточные данные трансформатора ТС-40-1.

Сердечник

NN обмотки

NN выводов

Число витков

Марка и диаметр провода, мм

Напряжение ном. В

Ток ном. А

ПЛ16х32
ПЛ22x32

Ia-Ia'
Iб-Iб'
II-II'
III-III'
IV-IV'

1-1'
3-3'
6-6'
8-8'
10-10'

396,5+396,5
289,5+289,5
594+594
101,5+101,5
21,5+21,5

ПЭВ-1 0,37
ПЭВ-1 0,33
ПЭВ-1 0,16
ПЭВ-1 0,27
ПЭВ-1 0,62

127
93
185
28,0
6,3

0,25
0,25
0,05
0,35
0,7

 

Трансформатор силовой ТС-40-2

Рисунок 4. Внешний вид трансформатора ТС-40-2.

Трансформатор силовой ТС-40-2, предназначался для питания бытовой радио-аппаратуры широкого применения, выполненной на полупроводниковых приборах.
Внешний вид трансформатора ТС-40-2, изображен на рисунке 4, схема трансформатора на рисунке 5, а моточные данные и электрические характеристики в таблице 2.
Первичная обмотка трансформаторов ТС-40-2 может быть выполнена точно так-же, как и у трансформатора ТС-40-1, нумерация выводов вторичных обмоток при этом не изменяется.
Определить, по какому варианту выполнены первичные обмотки трансформатора, можно его внешним осмотром.

Если у трансформатора присутствуют перемычки с номерами 2-2', и 4-4' между катушками, то его первичная обмотка выполнена, как у ТС-40-1, если перемычек нет, то по описываемому ниже на рисунке варианту.

 

Рисунок 5. Схема трансформатора ТС-40-2.

Подключение первичной обмотки к сети 220 вольт трансформатора ТС-40-2 (рисунок 4), производится к выводам 1 и 1', и устанавливается перемычка между выводами 3-3'. Для трансформаторов с первичной обмоткой аналогичной ТС-40-1, согласно схеме ТС-40-1, то есть перемычка устанавливается между выводами 1'-3, а сеть 220 вольт подаётся на выводы 1-3' (или наоборот).

Таблица 2. Моточные данные трансформатора ТС-40-2
(с первичной обмоткой аналогичной ТС-40-1).

Сердечник

NN обмотки

NN выводов

Число витков

Марка и диаметр провода, мм

Напряжение ном. В

Ток ном. А

ПЛ16х32
ПЛ22x32

Ia-Ia'
Iб-Iб'
II
II'
III-III'
IV-IV'

1-1'
3-3'
5-6
5'-6'
7-7'
9-9'

412+412
330,5+330,5
100
100
65,5+65,5
16,5+16,5

ПЭЛ 0,29
ПЭЛ 0,29
ПЭЛ 0,59
ПЭЛ 0,59
ПЭЛ 0,29
ПЭЛ 0,29

127
93
13,5
13,5
18,2
5,0

0,2
0,2
0,85
0,85
0,2
0,2

 

Трансформатор силовой ТС-40-3.

Трансформатор ТС-40-3, так же предназначался для питания бытовой радио-аппаратуры широкого применения, выполненной на полупроводниковых приборах.
Первичная обмотка трансформатора выполнена по варианту, аналогичной трансформатору ТС-40-1.

Схема трансформатора изображена на рисунке 6, а моточные данные и электрические характеристики в таблице 3.

Рисунок 6. Схема трансформатора ТС-40-3.

Подключение к сети 220 вольт трансформатора ТС-40-3 производится к выводам 1 и 3', перемычка при этом устанавливается на выводы 3 и 1'.

Таблица 3. Моточные данные трансформатора ТС-40-3.

Сердечник

NN обмотки

NN выводов

Число витков

Марка и диаметр провода, мм

Напряжение ном. В

Ток ном. А

ПЛ16х32

ПЛ22x32

Ia-Ia'
Iб-Iб'
II
III
IV

V

1-1'
3-3'
6-6'
8-8'
10-10'

12-8

362+362
281+281
60+60

60+60

19+19

39

ПЭЛ 0,33
ПЭЛ 0,29
ПЭЛ 0,69
ПЭЛ 0,69
ПЭЛ 0,23

ПЭЛ 0,23

127
93
9,8+9,8
9,8+9,8
3+3

6,0

0,25
0,25
1,2
1,2
0,15

0,15

 

Трансформатор силовой, ТС-40-5.

Трансформатор силовой, ТС-40-5, так же разрабатывался для питания бытовой радио-аппаратуры, выполненной на полупроводниковых приборах.
Первичная обмотка трансформатора выполнена по варианту, аналогичной трансформатору ТС-40-1.
Схема трансформатора изображена на рисунке 7, а моточные данные и его характеристики, отображены в таблице 4.

Рисунок 7. Схема трансформатора ТС-40-5.

Подключение к сети 220 вольт трансформатора ТС-40-5 производится согласно схеме трансформатора ТС-40-1.

Таблица 4. Моточные данные трансформатора ТС-40-5.

Сердечник

NN обмотки

NN выводов

Число витков

Марка и диаметр провода, мм

Напряжение ном. В

Ток ном. А.

ПЛ16х32
ПЛ22x32

Ia-Ia'
Iб-Iб'
II-II'
III-III'

1-1'
3-3'
4-4'
6-6'

412+412
330,5+330,5
64+64
64+64

ПЭЛ 0,29
ПЭЛ 0,29
ПЭЛ 0,64
ПЭЛ 0,64

127
93

18,0
18,0

0,2
0,2
1,15
1,15


Трансформатор силовой, ТС-40-6.

Трансформатор силовой, ТС-40-6, разрабатывался для питания бытовой радио-аппаратуры широкого применения, выполненной на полупроводниковых приборах.
Схема трансформатора ТС-40-6 изображена на рисунке 8, а моточные данные и характеристики, отображены в таблице 5.

Рисунок 8. Схема трансформатора ТС-40-6.

Подключение к сети 220 вольт трансформатора ТС-40-6 производится к выводам 1 и 1', при этом соединяются перемычкой выводы 2 и 2'.

Таблица 5. Моточные данные трансформатора ТС-40-6.

Сердечник

NN обмотки

NN выводов

Число витков

Марка и диаметр провода, мм

Напряжение ном. В

Ток ном. А.

ПЛ16х32
ПЛ22x32

Ia-Ia'
Iб-Iб'
II-II'
III-III'

1-2
1'-2'
3-4,3'-4'
5-6,5'-6'

742
742
108
54

ПЭЛ 0,29
ПЭЛ 0,29
ПЭЛ 0,64
ПЭЛ 0,64

110
110
15,0
7,5

0,2
0,2
1,15
1,15


Трансформаторы силовые, ТС-40, броневого типа.

Использовались в блоках питания бытовой, звуковоспроизводящей аппаратуре, например в электрофонах "Аккорд - стерео", "Аккорд - 201- стерео".

Трансформатор силовой, ТС-40.

Сердечник трансформатора набран из пластин УШ19 х 51 мм.
Трансформатор имеет отводы в первичной обмотке для подключения к сети с напряжением 110, 127, 220 и 240 вольт (выводы 2, 3, 4, 5).

Схема броневого трансформатора ТС-40, изображена на рисунке 9, а моточные данные и электрические характеристики отображены в таблице 6.
Обмотка 10-11, используется для питания индикаторной лампочки.

Рисунок 9. Схема трансформатора ТС-40.

Таблица 6. Моточные данные трансформатора ТС-40.

Сердечник

NN обмотки

NN выводов

Число витков

Марка и диаметр провода, мм

Напряжение ном. В

Ток ном. А

Сопротивлени постоянному току, Ом

УШ19х51

I
I
II
III

1-2-3
3-4-5
7-8-9
10-11

387+60
328+65
99,5+100,5
17

ПЭЛ 0,27
ПЭЛ 0,23
ПЭЛ 0,49
ПЭЛ 0,49

110+17
93+20
28+28
5,0

0,18
0,18
0,55
0,55

21
27
1,85+1,9
0,45


Трансформаторы силовые, ТС-40-1, ТС-40-2.

Рисунок 10. Внешний вид трансформаторов ТС-40-1, ТС-40-2, броневого типа.

Трансформаторы силовые, ТС-40-1, ТС-40-2, так же имеют по две вторичных обмотки. Максимальный ток нагрузки вторичной обмотки 18+18 вольт - до 1,0 ампера. Отличаются друг от друга исполнением первичной обмотки и соответственно нумерацией выводов. Трансформаторы взаимозаменяемы.
Сердечники трансформаторов набраны из пластин УШ19х51.

Подключение к сети трансформаторов следующее:

ТС-40-1 - соединяются между собой выводы 3-4, сеть 220 вольт подаётся на выводы 2-5, для подключения к сети с напряжением 127 вольт - соединяются между собой выводы 1-4 и 3-6, а сеть 127 вольт подаётся на выводы 1-3 (4-6).

ТС-40-2 - сеть 220 вольт подаётся на выводы 1-3, а 127 на выводы 1-2.

Внешний вид трансформаторов ТС-40-1, ТС-40-2, изображен на рисунке 10, а электрические схемы трансформаторов на рисунке 11.
Моточные данные и электрические характеристики трансформаторов отображены в таблице 7.

Рисунок 11. Схема трансформаторов ТС-40-1 (а) и ТС-40-2 (б).

Таблица 7. Моточные данные трансформаторов ТС-40-1, ТС-40-2.

Тип
трансформатора

NN обмотки

NN выводов

Число витков

Марка и диаметр провода, мм

Напряжение ном. В

Ток ном. А

Сопротивлени постоянному току, Ом

ТС-40-1

I
I
II
III

1-2-3
4-5-6
8-9-10
11-12

60+387
387+60
63,5+63,5
18

ПЭЛ 0,23
ПЭЛ 0,23
ПЭЛ 0,56
ПЭЛ 0,43

17+110
110+17
18+18
5,2

0,18
0,18
0,95
0,45

21
27
0,8+0,9
0,45

ТС-40-2

I
I
II
III

1-2
2-3
5-6-7
8-9

447
328
63,5+63,5
18

ПЭЛ 0,27
ПЭЛ 0,23
ПЭЛ 0,56
ПЭЛ 0,43

127
93
18+18
5,2

0,18
0,18
0,95
0,45

21
23
0,8+0,9
0,45


Трансформатор ТС-40-4

Рисунок 12. Внешний вид трансформатора ТС-40-4 броневого типа.

Трансформатор имеет выходные напряжения 17+17 вольт (выводы 5-6-7), и 5+8 вольт (выводы 8-9-10).
Напряжение сети 220 вольт подключается к выводам 3-11.
Обмотка 1-2 имеет выходное напряжение 127 вольт и предназначена для питания двигателя ЭПУ.
Номинальный ток нагрузки обмотки 5-6-7 составляет 0,8 А.
Схема трансформатора изображена ниже на рисунке 13.

Рисунок 13. Схема трансформатора ТС-40-4.


 

Трансформатор ТС-40-5

Рисунок 14. Внешний вид трансформатора ТС-40-5 броневого типа.

Трансформатор этот аналогичен трансформатору ТС40-4 лишь с небольшой разницей. Он имеет выходные напряжения 17+17 вольт (выводы 5-6-7), и 5 вольт (выводы 8-9).
Напряжение сети 220 вольт, так же подключается к выводам 3-11.
Обмотка 1-2 имеет выходное напряжение 127 вольт и предназначена для питания двигателя ЭПУ.
Номинальный ток нагрузки обмотки 5-6-7 составляет 0,8 А.
Схема трансформатора изображена ниже на рисунке 15.

Рисунок 15. Схема трансформатора ТС-40-5.


 

Схемы соединений трансформаторов тока: схем, звезда, треугольник, параллель

Назначение трансформаторов тока

Счётчики для однофазных и трёхфазных сетей рассчитаны на номинальные токи до 100 А. Использование приборов с большими токами затруднено по причине необходимости использования проводов слишком большого сечения. Таким образом, для измерения характеристик в линиях с большими токами необходимо использовать специальные устройства, понижающие ток до приемлемого значения. Для этой цели используются трансформаторы тока (ТТ).

Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в линейный провод, по которому проходит высокий ток, а ко вторичной обмотке подключается измерительный прибор. Для удобства выводы маркируются обозначениями. Для начала и, соответственно, конца первичной обмотки применяются обозначения Л1 и Л2. Для вторичной обмотки — И1 и И2. При подключении необходимо строго соблюдать полярность первичной и вторичной обмоток ТТ.

Чаще всего величина вторичного тока равна 5 А, иногда применяются ТТ со вторичным током 1 А. Для измерения же напряжения в высоковольтных сетях используется подключение через трансформатор напряжения, который понижает напряжение до 100 или 57.7 вольт.

Орлов Анатолий Владимирович

Начальник службы РЗиА Новгородских электрических сетей

Задать вопрос

Измерительные трансформаторы вносят свою погрешность в измерения. Здесь важно соблюдать правильную схему подключения с соблюдением обозначений. Например, если изменить местами выводы вторичных цепей И1 и И2, то за этим последует существенный недоучёт электроэнергии.

Трансформаторы тока подключаются в трёхфазных цепях по схеме неполной звезды (сети с изолированной нейтралью). При наличии нулевого провода подключение осуществляется с помощью полной звезды. В дифференциальных защитах силовых трансформаторов ТТ подключаются по схеме «Треугольник».

Это позволяет скомпенсировать сдвиг фаз вторичных токов, что уменьшит ток небаланса. В трёхфазных сетях без нулевого провода обычно трансформаторы тока подключаются только на две ведущие линии, поскольку измерив ток в двух фазах, можно легко рассчитать величину тока в третьей фазе.

Если сеть имеет глухозаземлённую нейтраль (как правило, сети 110 кВ и выше), то обязательно подключение ТТ ко всем трём фазам. Соединение обмоток реле и трансформаторов тока в полную звезду. Эта схема соединения трансформаторов представлена в виде векторных диаграмм, которые иллюстрируют работу трансформатора на рис. 2.4.1 и на схемах 2.4.2, 2.4.3, 2.4.4.

Если трансформатор работает в нормальном режиме, или если он симметричный, то будет проходить ток небаланса или небольшой ток, который появляется из–за разных погрешностей трансформаторов тока.

Представленная выше схема применяется против всех видов КЗ (междуфазных и однофазных) во время включения защиты.
Трехфазное КЗ
Двухфазное КЗ

Однофазное КЗ
Отношение Iр/Iф (ток в реле)/ (ток в фазе) называется коэффициентом схемы, его можно определить для всех схем соединения. Для данной схемы коэффициент схемы kсх будет равен 1.

На рис. 2.4.5 предоставлена схема соединения обмоток реле и трансформаторов тока в неполную звезду, а на рис. 2.4.6, 2.4.7. ее векторные диаграммы, которые иллюстрируют работу этой схемы.

Трехфазное КЗ — когда токи могут идти в обратном проводе по обоим реле.
Двухфазное КЗ — когда токи, могут протекать в одном или в двух реле в соответствии с повреждением тех или иных фаз.

КЗ фазы В одной фазы может происходить тогда, когда токи не появляются в этой схеме защиты.

Схему неполной звезды можно применять только в сетях с нулевыми изолированными точками при kсх=1 с целью защиты от КЗ междуфазных, и может реагировать только на некоторые случаи КЗ однофазного.

На рис. 2.4.8. можно изучить схему соединения в звезду и треугольник обмоток реле и трансформаторов соответственно.

Во время симметричных нагрузок в реле и в период возникновения трехфазного КЗ может проходить линейный ток, сдвинутый на 30* по фазе относительно тока фазы и в разы больше его.

Особенности схемы этого соединения:

  1.  при разных всевозможных видах КЗ проходят токи в реле, при этом защита которая построена по такой схеме, будет реагировать на все виды КЗ;
  2. ток в реле относится к фазному току в зависимости от вида КЗ;
  3. ток нулевой последовательности, который не имеет путь через обмотки реле для замыкания, не может выйти за границы треугольника трансформаторов тока.

Выше приведенная схема применяется чаще всего для дистанционной или во время дифференциальной защиты трансформаторов.

Схема восьмерки или включение реле на разность токов двух фаз.

На рис. 2.4.9 представлена сама схема соединения, а на рис. 2.4.10, 2.4.11.векторные диаграммы, которые иллюстрируют работу этой схемы.

Соединение трансформаторов тока и обмоток реле в неполную звезду

Симметричная нагрузка при трехфазном КЗ.

Двухфазное КЗ Двухфазно КЗ АВ или ВС
При разных видах КЗ, ток в реле и его чувствительность будут разными. Ток в реле будет равен нулю во время однофазного КЗ фазы В. Эту схему можно применять, тогда, когда не требуется действий трансформатора для защиты от разных междуфазных КЗ с соединением обмоток Y/* – 11 группа, и когда эта защита обеспечивает необходимую чувствительность.

Соединение трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности

На рис. 2.4.12. можно изучить схему соединения трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности. Только во время однофазных или двуфазных КЗ на землю появляется ток в реле. Эту схему можно применять во время защиты от КЗ на землю. КЗ IN=0 при двухфазных и трехфазных нагрузках. Но часто ток небаланса Iнб появляется из–за погрешности трансформаторов тока в реле.

Последовательное соединение трансформаторов тока


На рис. 2.4.13. представлена схема последовательного соединения трансформаторов тока. Подключенная к трансформаторам тока, нагрузка, распределяется поровну. Напряжение, которое приходится на любой трансформатор тока и на вторичный ток остается неизменным.

Орлов Анатолий Владимирович

Начальник службы РЗиА Новгородских электрических сетей

Задать вопрос

Во время использования трансформаторов тока малой мощности применяется эта схема.

Параллельное соединение трансформаторов тока


На рис. 2.4.14. представлена схема параллельного соединения трансформаторов тока. Эту схему можно использовать с целью получения разных нестандартных коэффициентов трансформации. Схемы подключения счетчиков электроэнегии, как однофазных, так и 3-х фазных Вы можете найти тут.

Устройство и схема трансформатора | HomeElectronics

Всем доброго времени суток! В прошлой статье я рассказывал об основных типах трансформаторов и их классификации. Не смотря на большое разнообразие их типов, трансформаторы имеют ряд параметров, которые характеризуют все типы, например, номинальная мощность, КПД, коэффициент трансформации и т.д. О значении данных параметров и их расчёте я расскажу в данной статье.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Устройство трансформатора

Трансформатором называется статическое (то есть не имеющее движущихся частей) электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменной ток другого напряжения при неизменной частоте. Простейший трансформатор имеет две обмотки, электрически изолированные друг от друга, за исключением автотрансформатора, и объединённые общим магнитным потоком. Для усиления магнитной связи обмоток и уменьшения паразитных параметров большинство трансформаторов выполняют на замкнутом магнитопроводе из ферромагнитных материалов (электротехнические стали и сплавы, ферриты, магнитодиэлектрики).

Рассмотрим устройство трансформатора на броневом Ш-образном сердечнике.


Устройство трансформатора: 1 – магнитопровод, 2 – каркас обмоток трансформатора (изоляция магнитопровода), 3 и 6 – обмотки трансформатора, 4 – межслоевая изоляция обмоток, 5 – межобмоточная изоляция трансформатора.

На рисунке выше изображён трансформатор, состоящий из двух катушек 3 и 6, называемых обмотками. Обмотки наматываются на каркас или гильзу 2, выполняющую роль изоляции магнитопровода трансформатора. Кроме изоляции магнитопровода необходимо выполнять изоляцию между обмотками 5 для предотвращения электрического контакта между ними, так как разность потенциалов может достигать десятки тысяч вольт.

Для предотвращения замыкания обмоточного провода внутри обмотки выполняют межслоевую изоляцию, а также для намотки катушек используют только изолированный провод.

Принцип действия трансформатора

От устройства трансформатора перейдём к принципу его работы. Для этого рассмотрим трансформатор изображённый на рисунке ниже.


Рабочий процесс трансформатора.

Данный трансформатор состоит из двух катушек (обмоток) I и II, находящихся на стержневом магнитопроводе. К катушке I подводится переменное напряжение u1; это катушка называется первичной обмоткой. На выводах катушки II, называемой вторичной обмоткой, формируется напряжение u2, которое передается приёмникам электрической энергии.

Работа трансформатора заключается в следующем. При протекании переменного тока i1 в первичной обмотке I создаётся магнитное поле, магнитный поток, которого пронизывает не только создавшую его обмотку (магнитный поток Ф1), но и частично вторичную обмотку (магнитный поток Ф0). То есть обмотки трансформатора являются магнитно связанными, при этом степень связи зависит от взаимного расположения обмоток: чем дальше обмотки друг от друга, тем меньше магнитная связь между ними и меньше магнитный поток Ф0.

Так как через первичную обмотку протекает переменный ток, то и создаваемый им магнитный поток непрерывно изменяет свою величину и свое направление. Согласно закону электромагнитной индукции, при изменении пронизывающего катушку магнитного потока, в катушке индуцируется переменная электродвижущая сила. Таким образом, в первичной обмотке индуцируется электродвижущая сила самоиндукции, а во вторичной обмотке – электродвижущая сила взаимноиндукции.

Если присоединить концы вторичной обмотки к приемнику электрической энергии (нагрузке), то через неё потечёт ток i2. В тоже время в первичную обмотку будет поступать ток i1 от источника энергии (генератора). Таким образом энергия от первичной обмотки во вторичную будет передаваться при помощи переменного магнитного потока Ф0.

На рисунке видно, что часть магнитного потока первичной  Ф1 и вторичной Ф2 обмотки не замыкается через магнитопровод. Они не участвуют в передаче энергии, а образуют так называемое магнитное поле рассеяния.

Одной из задач проектирования трансформаторов является сведение магнитного потока рассеяния к минимуму.

Что такое коэффициент трансформации?

Одним из основных параметров трансформатора является его коэффициент трансформации. Рассмотрим в чём его смысл. Для этого примем допущение, что магнитное поле рассеяния сведено к минимуму и практически равно нулю. Тогда первичная и вторичная обмотки пронизываются одним и тем же магнитным потоком ФВ. И в соответствии с законом электромагнитной индукции электродвижущая сила на выводах обмоток трансформатора определяется следующими выражениями

где E1 и Е2 – ЭДС на выводах первичной и вторичной обмотки соответственно,

ω1 и ω2 – число витков первичной и вторичной обмотки соответственно,

dФВ/dt – скорость изменения магнитного потока.

Тогда приравняв последнюю часть обоих выражение получим соотношение определяющее значение коэффициента трансформации

где n – коэффициент трансформации.

Таким образом, коэффициентом трансформации n называется отношение числа витков первичной ω1 к числу витков вторичной ω2 обмотки.

В зависимости от величины коэффициента трансформации, трансформатор может быть понижающим, когда n > 1, и повышающим, когда n < 1. В повышающем трансформаторе ЭДС вторичной обмотки больше, чем в первичной E1 < Е2, а в понижающем – E1 > Е2.

Приведённые параметры трансформатора

Для анализа работы трансформатора как электрического устройства используется так называемая эквивалентная схема или схема замещения. Данная схема содержит в себе все основные параметры трансформатора, используемые в расчёте и теории. Эквивалентную схему строят для так называемого приведённого трансформатора, когда число витков вторичной и первичной обмоток считают одинаковыми. Приведение числа витков обмотки сопровождается приведением и всех остальных параметров трансформатора: напряжения, токов и сопротивлений. Приведённые параметры вторичной обмотки вычисляются по следующим выражениям

где n – коэффициент трансформации,

U’2, I’2, Z’2 – приведённые параметры вторичной обмотки: напряжение, ток, сопротивление,

U2, I2, Z2 – реальные параметры вторичной обмотки: напряжение, ток, сопротивление.

Данные выражение соответствуют параметрам вторичной обмотки приведённые к первичной. В случае необходимости можно привести параметры первичной обмотки ко вторичной. В этом случае коэффициент трансформации будет равен отношению витков вторичной обмотки ω2 к первичной обмотке ω1.

Эквивалентная схема трансформатора

Для расчёта электрических параметров трансформатора применяют различные эквивалентные схемы. Данные схемы должны соответствовать следующим условиям:

  • схема должна учитывать наиболее существенные электромагнитные процессы и обеспечивать достаточную точность расчётных характеристик различных режимов трансформаторов;
  • схема должна описываться уравнениями невысокого порядка, чтобы в явном виде определялась связь между электрическими характеристиками и конструктивными параметрами трансформатора.

Ввиду противоречивости данных условий возможно опустить из расчётов ряд конструктивных параметров, которые незначительно влияют на электрические характеристики трансформатора. Кроме того при практической реализации трансформатора его конструктивные размеры всегда отличаются в той или иной степени от расчётных значений.

Поэтому для анализа и расчёта трансформатора используют эквивалентную схему трансформатора изображённую ниже


Эквивалентная схема замещения двухобмоточного трансформатора.

В данной схеме используют следующие параметры:

LC – индуктивность намагничивания трансформатора, усчитывающая запасание энергии в основном потоке взаимной индукции магнитопроводе при приложении напряжения к первичной обмотке,

RC – эквивалентное сопротивление активных потерь в магнитопроводе на перемагничивание и вихревые токи,

LS1и L’S2 – индуктивность рассеивания первичной обмотки и приведённая индуктивность вторичной обмотки, учитывающие запасание энергии в потоках рассеяния,

R и R’2 – активное  сопротивление первичной обмотки и приведённое сопротивление вторичной обмотки, учитывающие потери энергии при протекании по ним тока нагрузки,

С01 и С’02 – собственная емкость первичной обмотки и приведённая емкость вторичной обмотки,

С12 – межобмоточная емкость трансформатора.

С учётом данной эквивалентной схемы запишем уравнения работы трансформатора

Большинство параметров эквивалентной схемы трансформатора рассчитываются по таким же выражениям, что и параметры эквивалентной схемы дросселя, рассмотренной в одной из предыдущих статей. Однако для трансформатора вводится новый параметр – межобмоточная ёмкость С12.

Как определить паразитные параметры трансформатора?

К паразитными параметрами трансформатора, определяющие качество его работы относятся индуктивность рассеяния и емкость обмоток. При правильном расчёте и конструктивном исполнении трансформатора при частотах до сотен кГц и напряжениях в десятки вольт их влияние незначительно. Поэтому есть смысл вести расчёт только суммарных значений паразитных параметров трансформатора в целом.

Так суммарная индуктивность рассеяния трансформатора, приведённая к первичной обмотке, определяется следующим выражением

где μ0 – магнитная постоянная, μ0 = 4π * 10-7 Гн/м,

ω1 – число витков первичной обмотки,

lcp – средняя длина витка обмотки,

b1 и b2 – толщина первичной и вторичной обмоток соответственно

hок – высота окна магнитопровода,

сок – ширина окна магнитопровода,

δ12 – межобмоточное расстояние. Так как данная величина по сравнению с толщиной обмоток незначительна, то её можно не учитывать в расчётах и упростить формулу.

Суммарная емкость обмоток трансформатора, приведённая к первичной обмотке можно вычислить по следующей формуле

где ω1 и ω2 – число витков первичной и вторичной обмотки соответственно,

Vm – объем магнитопровода в см3.

Данные выражение позволяют рассчитать паразитные параметры приблизительно, так как они зависят от различных конструктивных характеристик. Так индуктивность рассеяния зависит от толщины изоляции обмоток и обмоточного провода, а емкость – от расположения обмоточного провода на каркасе сердечника.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Схемы и группы соединения трансформаторов

При эксплуатации трансформаторов в электрических системах необходимо знать угол сдвига по фазе напряжений обмоток ВН и НН. Этот угол понимается как угол между напряжениями обмоток ВН и НН, измеренными на одноименных выводах, например, между напряжением обмотки ВН на выводах А и В и напряжением обмотки НН на выводах а и В
При эксплуатации трансформаторов в электрических системах необходимо знать угол сдвига по фазе ЭДС обмоток высшего и низшего напряжений. Этот угол понимается как угол между ЭДС обмоток ВН и НН, измеренными на одноименных выводах, например, между ЭДС обмотки ВН на выводах А и В и ЭДС обмотки НН на выводах а и b.


Рис. 1. Определение группы соединения обмоток

Одно из возможных взаимных расположений комплексов линейных напряжений АВ и аb трехфазных трансформаторах показано на рис. 1  (направление от А к В и соответственно от а к b говорит о выбранном положительном направлении).
В однофазных трансформаторах угол между напряжениями ВН и НН может быть равен 0 или 180°, линейные напряжения ВН и НН трехфазных трансформаторов могут быть сдвинуты на угол, кратный 30°. Поскольку этот угол во всех случаях кратен 30°, его удобно выражать не в градусах или радианах, а в числе делений часового циферблата (угол между его соседними делениями равен 30°).
Трансформаторы, имеющие одинаковые углы между напряжениями, относятся к одной и той же группе соединения, характеризующейся своим номером.
При этом под номером группы соединения понимается время на часах, минутная стрелка которых совмещена с напряжением ВН и установлена на цифре 0 (12), а часовая совмещена с одноименным напряжением НН (в трехфазных трансформаторах о номере группы судят по углу между линейными напряжениями).
Применение этого правила иллюстрируется рис. 1, на котором показано взаимное расположение напряжения для трансформатора группы соединения П.
В обозначении трансформатора номер группы соединения указывается после обозначения схемы соединения его обмоток (например, Y/Y-0 или Y/A-11). Если обмотки фаз ВН и НН намотаны в одну сторону, то при определенном обозначении выводов ВН в однофазном трансформаторе имеется два возможных варианта маркировки выводов НН, показанных на рис. 2. Поскольку обмотки сцеплены с одним и тем же потоком Ф, напряжения, обозначенные одинаковыми буквами (рис. 2, а), будут находиться в фазе или в противофазе (рис. 2, б). При увеличении потока Ф во времени (рис. 2, а) напряжения ВН и НН направлены от ХкА и от х к а или напряжение ВН направлено в ту же сторону, а напряжение НН — от а кх (рис. 2, б).
Соединение однофазных трансформаторов по рис 2, а относится к группе 0 и обозначается 1/1-0, соединение по рис. 2, б относится к группе 6 и обозначается 1/1-6. Переход от группы 0 к группе 6 не требует пересоединений в самом трансформаторе, он может быть осуществлен путем перемаркировки выводов (а исправлено на х, х на а). В нашей стране однофазные трансформаторы выпускаются только с группой соединения 1/1-0.


Рис, 2. Группы соединения обмоток и обозначения выводов однофазных трансформаторов
Распространяя на фазные обмотки ВН и НН трехфазного трансформатора все сказанное выше о фазах напряжений, можно выявить, что трехфазный трансформатор со схемой соединения Y/Y с маркировкой выводов по рис. 4.7, а относится, как видно из диаграммы напряжений, к группе 0 и обозначается Y/Y-0 (фазное напряжение ах совпадает по направлению с фазным напряжением АХ; by совпадает с BY, cz совпадает с CZ; линейное напряжение ab совпадает с АВ). Круговой перемаркировкой обозначений выводов (без внутренних пересоединений) из группы 0 можно получить группы (4) и [8]. При обозначениях выводов, указанных в круглых скобках (а), (b), (с), линейное напряжение (а) (b) совпадает по направлению с напряжением ЯС(так как эти напряжения измеряются на обмотках, расположенных на одних и тех же стержнях) и трансформатор переходит в группу соединения (4). При обозначениях выводов, указанных в квадратных скобках, напряжение [а] [b] совпадает по направлению с напряжением СА и трансформатор переходит в группу соединения [8]. Переход к соединению Y/Y-6 (рис. 4.7, б) требует переноса нулевой перемычки внутри трансформатора, изменяющей фазу всех напряжений обмотки НН на 180° (напряжение ab находится в противофазе с напряжением АВ). Круговой перемаркировкой выводов из группы 6 получаются группы (10) и [2] (см. на рис. 4.7, б обозначения, указанные в круглых и квадратных скобках). Этим исчерпываются все возможные четные номера групп, которые могут быть получены при соединении Y/Y.
Нечетные номера групп получаются при соединении Y/Д. При обозначениях выводов, указанных без скобок (а, b, с, х, у, z на рис. 4.7, в), линейное напряжение ab, являющееся одновременно фазным напряжением yb, совпадает по направлению с напряжением YB и трансформатор имеет группу соединения II.

Рис. 4.7. Группы соединения трехфазных трансформаторов
Путем круговой перемаркировки обозначений выводов, показанной на рис. 4.7, в, в круглых и квадратных скобках получаются группы (3) и [7] (каждая перемаркировка поворачивает одинаково обозначенное напряжение на угол 120° = 4x30°, изменяя номер группы на 4).
Меняя местами обозначения начала и концов фазных обмоток, можно осуществить переход от группы 11 к группе 5 (рис. 4.7, г — обозначение без скобок) и, наконец, от 5-й группы круговой перестановкой обозначений выводов, показанной на рис. 4.7, г; перейти к группам (9) и [1].
Из всех возможных групп соединения трехфазных двухобмоточных трансформаторов используются только группы 0 и 11 с выводом в случае необходимости нулевой точки звезды (Y/YH-0, Y/Л-11, YH/A-11). Кроме того, ГОСТ 11677-85 предусмотрена группа соединения, в которой треугольником соединены обмотки ВН A/YH-11.

Рис. 4.8. Группа соединения A/Y-11
Рис. 4.9. Изменение группы трансформатора при использовании для обмотки ВН (НИ) схемы и маркировки обмотки НН (ВН)
Как видно из рис. 4.8, в этом случае применяется иной способ образования треугольника, чем при соединении Y/A-11 (А соединяется с Z, в то время как в треугольнике на низкой стороне а соединялось с у). Если бы треугольник на стороне ВН был соединен так же, как треугольник на стороне НН в соединении Y/Д-И по рис. 4.8, то соединение ДА" имело бы группу 1, а не 11.
Представляет интерес выяснить в общем случае, как изменится номер группы, если превратить обмотку НН в обмотку ВН, а обмотку ВН в обмотку НН с сохранением их соединений и маркировки.
Очевидно, угол между линейными напряжениями ВН (АВ) и НН (ab) сохранится и будет равен 30° х/У(рис. 4.9). Но теперь напряжение ab на диаграмме, показанной штриховой линией, будет на такой же угол 30° х ТУ опережать АВ, на который оно отставало на диаграмме, показанной сплошными линиями. Поэтому если отсчитывать угол всякий раз от напряжения АВ до напряжения ab по часовой стрелке, то угол во втором случае 30°х/У' будет углом, дополняющим до 360° угол 30°х/Ув исходном состоянии:
30°хЛГ' + 30°хЛГ= 360°.
Таким образом, номер N' группы трансформатора можно определить
N'r 12-N,
где N — номер группы в исходном состоянии (если N - 11, N' = = 12 — 11 = 1).
Исходной группой для получения группы A/YH-11 (N' = 11) служит группа YH/A-1 (N= 12 -N' - 1), которая, в свою очередь, получается из группы YH/A-11 путем изменения способа образования треугольника (см. ниже).  

Рис. 4.10. Влияние способа образования треугольника на группу соединения
Следует заметить, что группа соединения трансформатора зависит не только от порядка маркировки начал и концов обмотки НН, но и от того, каким образом фазные обмотки объединены в треугольник. Треугольник на стороне НН должен образовываться путем соединения вывода а с выводом у; b с z и с с х, как сделано на рис. 4.7 или 4.10 сплошными линиями. Если вместо этого образовать треугольник путем соединения
зажима а с зажимом z, b с х п с с у (рис. 4.10, штриховая линия), то напряжение обмотки НН, например ab, повернется на угол 180 -- 120 = 2 х 30° по часовой стрелке и номер группы соединения увеличится на 2 (при маркировке на рис. 4.10 вместо группы 3 получится группа 3 + 2 = 5). При соединении, показанном сплошными линиями, линейное напряжение ab, являющееся одновременно фазным напряжением, совпадает по направлению с напряжением ZC При соединении, показанном штриховой линией, линейное напряжение ab, являющееся теперь фазным напряжением ах, совпадает по направлению с напряжением BY, т.е. поворачивается по сравнению с прежним соединением на указанный угол 2x30°.
Это правило распространяется на любые другие нечетные группы соединения, и при использовании нерекомендуемого способа образования треугольника вместо группы N получается группа N' = N + 2. Вместо 11 получается 1, а также 5 вместо 3, 9 вместо 7, 3 вместо 1, 7 вместо 5 и 11 вместо 9.
Соединение по схеме зигзаг используется только для обмотки НН, причем стандартизуется только группа Y/ZH-11 с выведенной нулевой точкой у зигзага.

Как устроен блок питания, часть 4. Силовой трансформатор блока питания. Устройство импульсного блока питания

Как я уже сказал, речь сегодня пойдет о силовом трансформаторе, а также об узле, именуемом Снаббер.
И если трансформатор наверное знает большинство, то снаббер в основном те, кто занимается блоками питания более плотно.
Весь узел на фото выделен красным, а снаббер я обвел зеленым.

Также его можно увидеть в народном блоке питания. На фото я вычеркнул диод, не имеющий отношения к снабберу.

И в моем самодельном блоке питания. Здесь его схема отличается и об этом я расскажу немного позже.

Схема типового обратноходового блока питания думаю знакома многим, подобные схемы часто встречаются в моих обзорах.

Выделим из нее ту часть, о которой я и буду рассказывать.
В нее входит снаббер, трансформатор, входной конденсатор и высоковольтный транзистор.

Отсечем ту часть, которая не имеет отношения к теме разговора, останется совсем мало деталей, думаю что так будет проще для понимания процессов.

Что же происходит в импульсном блоке питания во время работы.
Сначала открывается силовой ключ, через цепь выделенную красным, течет ток, энергия в это время запасается в магнитопроводе трансформатора.

После закрытия ключа полярность на обмотках трансформатора меняется на противоположную и ток начинает течь в нагрузку.

Но так как трансформатор и выходные цепи неидеальны, то на первичной обмотке возникает выброс напряжения, который начинает течь через снаббер.
Если вы посмотрите внимательно, то увидите, что начала обмоток помеченные точками, одинаково сориентированы по отношению к диодам D1 и D2, потому во время открытого состояния силового ключа эти цепи не работают.
Функция снаббера поглотить паразитный выброс, который возникает в первичной обмотке и тем самым защитить высоковольтный транзистор. У некоторых совсем дешевых блоках питания снаббера нет вообще, и это весьма вредно, так как снижает надежность.

В типовом блоке питания данный участок схемы выглядит так. Номиналы подбираются в зависимости от индуктивности обмотки трансформатора, частоты работы и мощности блока питания. Я не буду рассказывать о методике расчета, это довольно долго, но скажу лишь что здесь не работает принцип - чем больше, тем лучше, цепь должна быть оптимальная для определенных условий.

Некоторые наверное увидели диод в схеме снаббера и подумали - что-то знакомое.
Да, так и есть, ближайший аналог, это цепь защиты транзистора, который коммутирует питание обмотки реле. В данном случае он выполняет похожую функцию, не допускает выброса напряжения на транзисторе при выключении. Кстати если диод в этой схеме заменить стабилитроном, то работать должно лучше.

Так как вариант с диодом неприменим в варианте с трансформатором, то последовательно с ним ставят либо резистор с конденсатором, либо супрессор, как на этой схеме.

Еще одно новое слово - супрессор. Не пугайтесь, супрессор это по сути просто стабилитрон, но если у стабилитрона функция обеспечить стабильное напряжение, то у супрессора акцент сделан на импульсный ток и рассеиваемую мощность, стабильность напряжения в данном случае не так важна.
Выглядит он как обычный диод, при этом бывает двунаправленным, но тогда катод не маркируется. Наиолее распространенные супрессоры серий P6KE и 1.5KE. Первый имеет импульсную мощность 600 Ватт, второй 1500 Ватт. Существуют и более мощные, но нас они не интересуют.

Я немного переверну схему так, чтобы было более понятно как работает эта схема. В подобных схемах чаще применяют супрессоры на напряжение в 200 Вольт, например P6KE200A.
Благодаря этому напряжение на обмотке трансформатора не может быть больше чем 200 Вольт. Напряжение на входном конденсаторе около 310 Вольт.
Получается что на транзисторе напряжение около 510 Вольт. На самом деле напряжение будет немного выше, так как детали неидеальны, а кроме того в сети может быть и более высокое напряжение.

В даташитах к микросхемам серии ТОР часто была показана именно такая схема включения супрессора.
Такая схема имеет более жесткую характеристику ограничения, так как до 200 Вольт не ограничивает совсем, а потом старается обрезать все что выше 200 Вольт. Схема с конденсатором имеет немного другую характеристику ограничения, но на самом деле это не критично.

Для уменьшения мощности, рассеиваемой на супрессоре, параллельно ему можно подключить конденсатор.

Или вообще сделать гибрид из двух схем, где есть все элементы обоих вариантов, такое часто применяется в мощных обратноходовых блоках питания.

Иногда применяется альтернативный вариант защиты транзистора, супрессор включенный параллельно ему. Такой вариант применяется довольно редко, чаще в блоках питания имеющих низкое входное напряжение.

Например такое включение супрессора можно увидеть в РоЕ блоке питания, входное напряжение здесь не 310 Вольт постоянного тока, а всего до 70 Вольт.

Теперь можно перейти к трансформатору.
Трансформатор состоит из магнитопровода и каркаса, иногда конструкция дополняется специальным скобами, которые фиксируют магнитопровод на каркасе.

Чаще всего для них используются Ш-образные магнитопроводы. Если блок питания обратноходовый, каким является подавляющее большинство недорогих маломощных блоков питания, то между половинками магнитопровода должен быть зазор. Зазор делается либо между половинками, либо используется специальный магнитопровод, где центральный керн уже имеет зазор, а этом случае ширина зазора должна быть в два раза больше.

Обычно в качестве материала магнитопровода используется феррит, у фирменных магнитопроводов может быть нанесена маркировка и по даташиту можно узнать его характеристики, у более дешевых магнитопроводом чаще маркировки нет.

Вначале мотаются обмотки трансформатора, а затем на этот магнитопровод устанавливается каркас.

Процесс намотки мелких трансформаторов довольно прост.
Сначала мотаем первичную обмотку.

Затем вторичную, иногда в два и более проводов.

Если есть третья обмотка, чаще всего это обмотка питания ШИМ контроллера, то мотаем и ее.

В целях безопасности изолируем всю конструкцию.

После этого берем подобранный магнитопровод, в данном случае здесь у одной половинки средний керн укорочен.

Собираем всю конструкцию вместе. Магнитопровод чаще всего склеивается, но я обычно дополнительно фиксирую скотчем.

В итоге получаем небольшой аккуратный трансформатор. На фото трансформатор мощностью около 25-30 Ватт.

Этот трансформатор уже имеет мощность до 80-100 Ватт. Мотаются они подобным образом, но с некоторыми отличиями.

У трансформаторов рассчитанных на низкое выходное напряжение и большой ток выходная обмотка может мотаться либо литцендратом, либо шиной.

Величина выбора с первичной обмотке напрямую зависит от правильности намотки трансформатора и если для маломощных трансформаторов это не очень критично, то неправильная намотка мощного трансформатора может привести к печальным последствиям.
Обычно наматывают обмотки в три слоя (если используется три обмотки), первичная, вторичная и вспомогательная.
Но связь между обмотками можно сильно улучшить если вторичную обмотку разместить между двумя половинами первичной.

Кроме того рекомендуется мотать провод не внавал, а виток к витку, равномерно заполняя всю площадь каркаса. Обмотки рассчитанные на большой ток мотать лучше несколькими тонкими проводами, а не одним толстым.

Проблемы, которые могут возникнуть в этом узле:
1. Межвитковое КЗ в случае выхода из строя высоковольтного транзистора.
2. Перегрев трансформатора, последующее резкое уменьшение его индуктивности и выход из строя транзистора инвертора
3. Пробой диода снаббера, крайне редко.
4. Частичный пробой супрессора, например супрессор на 200 Вольт превращается в супрессор на 100 Вольт, ничего не выгорает, но БП не работает.

Схемы защиты ТН от феррорезонанса

Скачать опросные листы на трансформаторы напряжения

Скачать каталог на трансформаторы (pdf; 32 Мб)

Скачать каталог на трансформаторы ТВ (pdf; 3,5 Мб)

Скачать каталог "Трансформаторы для железных дорог" (pdf; 4,8 Мб)

 

Варианты схем, разработанных конструкторами ОАО «СЗТТ» для защиты трансформаторов напряжения от феррорезонанса.

 

№ п/п

Схема защиты от феррорезонанса

Схема включения

Краткое описание и преимущества применения

1

Антирезонансная трехфазная группа 3хЗНОЛ(П) однофазных, заземляемых трансформаторов с заземлением нейтрали через высокоомные резисторы.

 

Антирезонансная трехфазная группа 3хЗНОЛ(П) с заземлением нейтрали через высокоомные резисторы - это самая распространенная схема защиты трансформаторов напряжения от феррорезонанса, которая применяется в сетях на класс напряжения (6-10) кВ.

Для повышения устойчивости к феррорезонансу и воздействию перемежающейся дуги в дополнительные обмотки, соединенные в разомкнутый треугольник, используемые для контроля изоляции сети, рекомендуется включать резистор сопротивлением 25 Ом, рассчитанный на длительное протекание тока 4 А.

Также трехфазные группы выпускаются со встроенным защитным предохранителем, что обеспечивает дополнительную защиту обмоток ВН от сверхтоков при феррорезонансе.

Применяется как стандартное решение для защиты трансформаторов напряжения от феррорезонанса в сети.

2

Антирезонансная трехфазная группа 3хЗНОЛ(П) однофазных, заземляемых трансформаторов с заземлением нейтрали через высокоомные резисторы и устройством СЗТн.

 

Антирезонансная трехфазная группа 3хЗНОЛ(П) с заземлением нейтрали через высокоомные резисторы и устройством СЗТн практически не имеет отличий от предыдущего варианта. Отличие лишь в том, что в дополнительные обмотки  соединенные в разомкнутый треугольник, используемые для контроля изоляции сети, включаются устройство СЗТн . Устройство можно применять одновременно с защитным реле и сопротивлением 25 Ом. Параллельное подключение не влияет на защитные функции СЗТн.

Применение устройства СЗТн значительно повышает антирезонансные свойства трехфазной группы.

Применяется как стандартное решение для защиты трансформаторов напряжения от феррорезонанса в сети.

3

Антирезонансная трехфазная группа 3хЗНОЛ.04(П) однофазных, заземляемых трансформаторов с заземлением нейтрали через дополнительный трансформатор напряжения нулевой последовательности.

 

Антирезонансная трехфазная группа 3хЗНОЛ.04(П) с заземлением нейтрали через реактор состоит из трех однофазных заземляемых трансформаторов напряжения, соединенных в звезду с выведенной нейтралью, и дополнительного трансформатора напряжения нулевой последовательности (ТНП), который включается между нейтралью звезды и землей. Вывод «Х» ТН, входящих в звезду, рассчитан на полную изоляцию, что позволяет испытывать внутреннюю изоляцию ТН полным уровнем приложенного напряжения промышленной частоты.

ТНП позволяет измерять напряжение нулевой последовательности , а его большое реактивное сопротивление эффективно предотвращает возникновение устойчивого феррорезонанса.

Данная схема для защиты от феррорезонанса является наиболее эффективной, универсальной и может применяться в широком диапазоне ëмкостных параметров сетей, класса напряжения (6-35) кВ.

 

4

Антирезонансная трехфазная группа 3хНОЛ(П) на базе однофазных  незаземляемых трансформаторов напряжения.

 

Для решения всех вопросов, связанных с эксплуатацией заземляемых трансформаторов напряжения в сетях с изолированной нейтралью разработана трехфазная  группа 3хНОЛ-6(10), состоящая из трех незаземляемых трансформаторов, соединенных по схеме треугольник/треугольник. Основное преимущество 3хНОЛ-6(10) – отсутствие заземляемого вывода с ослабленной изоляцией. Это значит, что трансформатор не подвержен влиянию феррорезонанса и не требует дополнительных защит от его воздействия. Внутреннюю

изоляцию трансформаторов можно испытывать приложенным одноминутным напряжением промышленной частоты.

Возможно изготовление трансформаторов с основной и дополнительной вторичной обмоткой. Дополнительная обмотка предназначена для питания цепей собственных нужд и не является измерительной.

5

 

Антирезонансная схема с R/C –гасителями.

 

Антирезонансная схема с R/C – гасителями. В схеме могут быть использованы заземляемые или незаземляемые трансформаторы напряжения. В случае использования заземляемых трансформаторов напряжения,  R/C – гасители и трансформаторы напряжения включаются параллельно в сеть, по схеме звезда / звезда. В случае с использованием незаземляемых трансформаторов, R/C – гасители включаются по схеме звезда, трансформаторы напряжения по схеме открытого или полного треугольника.

Схемы с R/C – гасителями применяются, как правило, для защиты трансформаторов напряжения от воздействия перенапряжений, низкого качества электрической энергии и других негативных факторов влияющих на надежность трансформаторов напряжения. 

Версия для печати (pdf) 

Схема 5 разработана совместно с партнером - ООО "Экспертный центр технологических решений" г. Екатеринбург. Подробная информация по ссылке.

 Вариант исполнения шкафов с трансформаторами напряжения и RC-гасителями.

При выборе схемы 5 обязательно заполнение опросного листа.

Схемы соединения обмоток трансформаторов | nord-eksim.ru

Трансформаторы Схемы соединения обмоток

Схемы соединения обмоток

Раздел: Трансформаторы /  Дата: 22 августа, 2017 в 12:06 /  Просмотров: 48040

В соответствии с ГОСТ  силовые трансформаторы 10(6)/0,4 кВ мощностью от 25 до 2500 кВА могут изготавливаться со следующими схемами соединения обмоток:

 «звезда/звезда» — Y/Yн-0 ;
 «треугольник-звезда» — D/Yн-11 ;
 «звезда-зигзаг» — Y/Zн-11 .
Принципиальное отличие технических характеристик трансформаторов с различными схемами соединений обмоток заключается в разной реакции на несимметричные токи, содержащие составляющую нулевой последовательности. Это прежде всего однофазные сквозные короткие замыкания, а также рабочие режимы с неравномерной загрузкой фаз.
Как известно, силовые трансформаторы 6(10)/0,4 кВ имеют трехстержневой стальной сердечник, на каждом стержне которого располагаются первичная и вторичная обмотки соответствующей фазы — А, В и С. Магнитные потоки трех фаз в симметричных режимах работы циркулируют в стальном сердечнике трансформатора и за его пределы не выходят.
Что происходит при нарушении симметрии с преобладанием нагрузки одной из фаз на стороне 0,4 кВ? Такие режимы работы исследуются с использованием теории симметричных составляющих . Согласно этой теории любой несимметричный режим работы трехфазной сети представляется в виде геометрической суммы трех симметричных составляющих тока и напряжения: это составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей.

*   У/УН-0: обмотка ВН соединена в звезду, обмотка НН – в звезду в выведенной
     нейтралью; группа 0;

 

*  Д/УН-11: обмотка ВН соединена в треугольник, обмотка НН – в звезду с
     выведенной нейтралью; группа 11;

*  У/ZН-11: обмотка ВН соединена в звезду, обмотка НН- в зигзаг с выведенной
     нейтралью; группа 11.

Для трансформаторов малой мощности (от 25 до 250 кВА), защищаемых предохранителями со стороны ВН, безусловное преимущество имеет схема соединения обмоток Y/Zн-11. Несколько меньший эффект дает схема Y/Yн-0. Схему D/Yн-11 для таких трансформаторов применять не следует.
Схема соединения обмоток трансформаторов D/Yн-11 может применяться в сравнительно редких случаях для более мощных трансформаторов при необходимости ограничения тока однофазного КЗ с целью повышения устойчивости коммутационной аппаратуры.
Предприятиям-изготовителям силовых трансформаторов следует в обязательном порядке производить замеры их сопротивлений нулевой последовательности.

  • Рекомендуем
  • Комментарии

Рекомендуем наши товары

Трансформаторы (Часть 1) - Катушки индуктивности, конденсаторы, трансформаторы Видеолекция

Мы находимся в Разделе 7.2 и смотрим на Трансформеры. Трансформаторы - это основные компоненты схемы, такие как резисторы и катушки индуктивности. Трансформаторы используются почти во всех электронных системах, работающих от сети переменного тока, поэтому они широко используются. Трансформатор работает по тому же принципу, что и индукторы. Почти каждый компьютер использует трансформатор для понижения напряжения до более низкого уровня. Просто очень быстро, если у вас есть розетка, подключенная к стене, она входит в большую катушку индуктивности, проходит через трансформатор и проходит через несколько цепей.Вот где вы в конечном итоге получаете… в конечном итоге вы получаете свои 12 вольт, пять вольт и 3,5 вольта, необходимые вашему компьютеру для работы. Там немного больше схем, чем я показал здесь, но в конечном итоге трансформатор - это начало этого процесса.

Базовое действие трансформатора

Магнитная связь - это индуктивность напряжения от одной катушки к другой. Трансформаторы работают по этому основному принципу. Процент потока, который проходит от одной катушки через вторую катушку, называется, это термин «коэффициент связи».Коэффициент связи может находиться в диапазоне от нуля до 100 (выражается в процентах). Обычно это выражается десятичной дробью от нуля до единицы.

Действие трансформатора: коэффициент связи

На катушку L1 подается напряжение. Здесь у нас есть напряжение, подключенное к катушке. Здесь мы смотрим на коэффициент связи. Теперь подключенное здесь напряжение хочет вызвать напряжение в L2. Но если вы заметите, L2 действительно находится вне диапазона потока L1.Вольтметр здесь показывает ноль вольт, потому что он просто недостаточно близок. Коэффициент связи здесь был бы неплохим нулем. На нижнем изображении обратите внимание, что катушка L2 находится ближе к L1 и находится в пределах магнитного потока. Таким образом, напряжение индуцируется в L2, и оно отображается на вольтметре. Здесь L2 находится намного ближе к L1, поэтому мы видим напряжение.

Теперь, если бы коэффициент связи был 1, это указывало бы на 100% передачу потока от L1 к L2. Технически это невозможно.Для наших целей мы собираемся сказать, что коэффициент связи равен 1, потому что мы не собираемся углубляться в… на курсах более высокого уровня мы посмотрим, каков фактический коэффициент связи. Но для наших целей это будет 1.

Терминология трансформатора

Обмотка, на которую подается напряжение переменного тока, называется «первичной». Здесь первичная обмотка. Вот что получает ВА, вот приложенное напряжение. Обмотки, в которых индуцируется напряжение в трансформаторе, называются «вторичной обмоткой».Действие индукции, магнитное действие индуцирует напряжение, и вы видите его во вторичной обмотке. Полярность напряжения во вторичной обмотке зависит от направления намотки вторичной обмотки. Фазовые отношения обозначены в трансформаторе с помощью «точечной записи», и мы рассмотрим это на следующем слайде.

Точечная запись

Здесь мы видим то, что мы называем точечной нотацией. Что вы заметите здесь, у нас есть трансформатор, и это первичная обмотка, а это вторичная.Обратите внимание на две синие точки здесь, которые говорят нам, что фазы или вход и выход совпадают по фазе, и вы видите здесь входной сигнал, видите выход, и вы заметите, что они совпадают по фазе. Точечная нотация показывает нам, что они не в фазе, и вы видите, что здесь идет переменный ток, а здесь выход не в фазе. Это указывает на сдвиг фазы на 1800 от входа к выходу.

Повышающий и понижающий трансформаторы

Понижающие трансформаторы

используются во многих различных типах электронных устройств, требующих напряжения ниже 120 В переменного тока.Обычный компьютер работает от 3,5,5 и 12 В постоянного тока. Трансформатор понижает переменный ток со 120 В до гораздо более низкого уровня. Эти напряжения затем преобразуются в постоянный ток с помощью устройства, называемого выпрямителем, которое мы рассмотрим в следующих главах. Есть повышающие трансформаторы и есть понижающие трансформаторы. Это ... то, о чем мы здесь говорим, было бы примером снижения. Обратите внимание, что в повышающем трансформаторе VOUT больше, чем приложенное напряжение, а при понижении V меньше, чем приложенное напряжение.

Типы трансформаторов и их применение

Есть несколько способов классифицировать трансформаторы. Это классификация по применению. Первый - аудио. Они используются для подключения усилителей звука к динамикам. Следующий тип - радио. Они используются для настройки промежуточных радиочастот (ПЧ). Третье - сила. Они используются для повышения или понижения напряжения. Четвертый - изоляция. Одним из примеров изоляции являются трансформаторы, используемые в системах Ethernet. Трансформатор изолирует полезный сигнал от нежелательного шума.

Основной материал

Их также можно классифицировать по материалу сердцевины. То есть из чего сделан сердечник трансформатора? Некоторые из них мы называем Air-core. Они намотаны на немагнитную катушку. Это может быть пластик, картон или любой другой материал с очень низкой проницаемостью. Помните, что проницаемость связана с проводимостью. Что ж, здесь Air-core вам нужна чрезвычайно низкая проницаемость. Флюс, который не разрезает как первичную, так и вторичную части, называется потоком рассеяния.С Air-core у вас будет немного того, что мы называем потоком утечки.

Еще есть трансформаторы с железным сердечником. У них есть очень проницаемая сердцевина, обычно ограниченная диапазоном звуковых частот. Диапазон звуковых частот, как правило, составляет от 20 Гц до 20 кГц. Они обычно используются в качестве силовых трансформаторов. Тогда они - ферритовый сердечник. У них высокая проницаемость. Они сделаны из керамического материала. Они имеют тенденцию быть довольно хрупкими. Они используются в диапазоне звуковых частот, а также на высоких частотах вплоть до мегагерц.Очевидно, вы не заметите, что это звук, а мегагерцы - это миллионы циклов. У них низкий уровень потока утечки.

Классификация по соединению обмоток

На рисунке справа показана первичная обмотка с несколькими наборами обмоток для вторичной обмотки. Теперь вот мы видим ... вот у нас есть ... это то, как на самом деле выглядит первичный элемент. Здесь у вас есть приложенное напряжение, и у вас есть обмотки, идущие вокруг первичного сердечника здесь, а затем вторичная сторона, здесь у нас есть обмотки, вращающиеся вокруг.Это будет приложенное напряжение. От вторичной обмотки будет снято два напряжения. Теперь, если взглянуть на это на схематической диаграмме, это будет выглядеть так, и здесь будет первичная обмотка, а затем две катушки, отводящие напряжение во вторичной обмотке.

Хорошо, классификация по подключению обмоток. На чертежах (a) и (b) показаны трансформаторы, у которых производитель имеет только одну вторичную обмотку, но использовал «центральные отводы», чтобы можно было подавать несколько различных напряжений, и вот слово, «отводимое» от вторичной обмотки.Здесь у нас есть второстепенное. Вы заметите, что есть проводные соединения, а в некоторых случаях и несколько точек.

Здесь может произойти то, что вы можете снять одно напряжение с этого, а затем другое напряжение может быть снято здесь и, возможно, здесь будет снято другое напряжение. Мы могли бы отводить от них несколько напряжений - от одной вторичной обмотки, а не с нескольких вторичных. Обычно это делается так. Производителю просто нужно войти и подключить центральный ответвитель к точке, где напряжение, которое он хочет снять.

Автотрансформаторы

Вот и это ... Я имею в виду (а), обмотка с одним ответвлением служит как первичной, так и вторичной. Обмотка с одним ответвлением действует как первичная и вторичная. Один конец является общим и для первичного, и для вторичного. У нас есть общая точка зрения на первичное и вторичное.

Выходное напряжение понижается относительно приложенного напряжения. Здесь у нас есть напряжение, которое проходит через всю обмотку трансформатора, но мы снимаем только часть его прямо здесь.В этом случае VOUT будет меньше приложенного напряжения. Здесь у вас более низкое значение, чем у вас во входных данных. В приведенной ниже схеме (b) выход проходит через весь трансформатор, а вход - только через часть трансформатора.

Используется для повышения напряжения. В этом случае центральный кран иногда можно переместить, чтобы отрегулировать окончательный результат. В данном случае это приложенное напряжение. Обратите внимание, что он подключен только к части этого трансформатора. Теперь произойдет то, что у вас будет магнитный поток, который приложен здесь напряжением и будет передан на остальную часть этого индуктора.Теперь, что в конечном итоге произойдет, так это то, что это приведет к тому, что отсюда и здесь у вас будет приложенное напряжение, но отсюда и здесь мы будем иметь все более высокие напряжения. Это то, что мы назвали бы повышающим трансформатором. Здесь выходная мощность будет больше, чем приложенное напряжение. Это называется автотрансформатором.

Анализ цепей трансформатора

«Коэффициент витков» означает, сколько витков вторичной обмотки трансформатора по отношению к первичным обмоткам.Вы видите термин «коэффициент оборотов» и видите Np / Ns. Если вы видите Np / Ns, это означает количество витков в первичной обмотке, деленное на количество витков во вторичной обмотке. Если бы у вас было 500 к 100, 500/100, то мы бы сказали, что наш коэффициент оборотов равен пяти. Если бы входное напряжение составляло 120 вольт, то выходное напряжение было бы - в этом случае коэффициент поворотов равен пяти, то есть 120/5, и, следовательно, наше выходное напряжение будет 24 вольт. Это относится к термину "коэффициент поворотов".

Хорошо. «Коэффициент напряжения» относится к напряжению, индуцированному во вторичной обмотке трансформатора, по сравнению с напряжением в первичной обмотке.Это то же самое, что мы только что рассмотрели. Мы сказали, что Np / Ns и что это будет прямо пропорционально Vp / Vs. Мы только что сделали это. Мы говорим, что 500/100 - это соотношение оборотов. Если напряжение равно 120, это будет отражать отношение витков. Если бы коэффициент трансформации был 3: 1, а входное напряжение было 120, то выход трансформатора был бы 40.

Хорошо. «Коэффициент мощности» в трансформаторе ... обратите внимание, это единица. Единство в данном случае означает 100%. Это означает, что мощность трансформатора будет равна мощности вторичной обмотки.Если у нас есть данная схема здесь, и у нас есть компонент здесь, и мы… скажем, это напряжение понижено, тогда E * I = P.

Мощность вторичной обмотки будет равна мощности первичной обмотки. Сейчас это на самом деле какие-то потери, но для наших целей будем считать это единством. Когда мы сделаем наши расчеты, мы… это будет равно этому. Реальность такова, что первичный будет немного больше мощности, чем вторичный, потому что передачи не идеальны.Но, как я уже сказал, для наших целей мы будем считать, что они на самом деле единство, и на самом деле они очень близки к единству.

Отношение тока в трансформаторе Np / Ns равно… и обратите внимание, что это обратное. Это будет Is / IP. Наше соотношение в трансформаторе, обратите внимание, равно единице. Единство сказать, что Np / Ns = Is / Ip. Теперь вы замечаете, что это наоборот. Вот первичный здесь. Число витков находится в верхнем значении, а в текущем - в нижнем. Эти два собираются поменять местами.

А теперь посмотрим, как это согласовать? Хорошо, мощность в первичной обмотке - E * I. Мы знаем, что то же самое ... или мощность в продукте E * I. Это было бы верно как для первичного, так и для вторичного. Если напряжение падает, то ток во вторичной обмотке должен увеличиваться, чтобы мощность была равной. Идея здесь в том, что если мы понизим напряжение ... помните, и это правда, тогда ток должен возрасти, чтобы мощность была одинаковой как в первичной, так и во вторичной обмотке.

Вот… если коэффициент трансформации трансформатора 10: 1, а ток первичной обмотки равен 100 мА, то каков вторичный ток? Давайте решим… давайте посмотрим.Мы знаем… мы сказали, что коэффициент трансформации составляет 10: 1. Первичный ток имеет 100 мА. Что такое вторичный ток? Давайте решим это уравнение для тока во вторичной обмотке прямо здесь. Что мы могли сделать, мы хотим изолировать это, чтобы мы могли взять эту сторону уравнения (Is / Ip) * (Ip) и эту сторону уравнения (Np / Ns) * (Ip). Это отменит это. Можно сказать, что Is будет равняться (Np / Ns) * (Ip). IP, что мы говорим, Ip имеет ток 100 мА, а затем мы сказали, что это соотношение 10: 1, поэтому Np / N первичной обмотки ко второй составляет 10/1.(100) * (10/1), у нас будет 1000 мА. Это то же самое, что и 1amp. Это относится к коэффициенту тока в трансформаторе.

Анализ схем трансформатора

Теперь посмотрим на «коэффициент импеданса». Отношение импеданса измеряется в омах и, благодаря соотношению между обмотками, может быть изменено между первичной и вторичной обмотками. Отраженный импеданс относится к идее, что импеданс вторичной обмотки трансформатора отражается в первичной обмотке.Связь между витками и импедансом такова, и здесь у нас есть эта конкретная формула (Np / Ns) =? (Zp / Zs). Что мы хотим сделать, так это найти полное сопротивление в первичной обмотке, потому что обычно мы знаем, что такое импеданс вторичной обмотки.

Обычно там есть какой-то компонент, резистор или что-то в этом роде. Нам известно это сопротивление, но мы не обязательно знаем полное сопротивление первичной обмотки. Давайте решим для него это уравнение, потому что здесь мы говорим, что Np / Ns =? (Zp / Zs). Прежде всего, мы хотим удалить этот квадратный корень.Давайте сначала возведем в квадрат обе части этого уравнения. Если мы это сделаем, мы скажем, что (Np / Ns) 2 = Zp / Zs. Если мы хотим изолировать Zp, мы могли бы взять (Zp / Zs) * (Zs / 1) и (Np / Ns) 2 * (Zs / 1), и это отменит. Мы бы увидели, что Zp = (Np / Ns) 2 * (Zs). Если мы знаем, что это (Np / Ns), мы возведем это значение в квадрат, а затем умножим его на (Zs).

Хорошо, мы воспользуемся этой формулой и предыдущей формулой в следующем сеансе. Я сейчас остановлюсь на этом, и мы продолжим работу с частью (B).

Видеолекции, созданные Тимом Фигенбаумом в Общественном колледже Северного Сиэтла.

Эквивалентная схема трансформатора | electricaleasy.com

В практичном трансформере -
(a) Некоторый поток утечки присутствует как на первичной, так и на вторичной стороне. Эта утечка приводит к возникновению реактивных сопротивлений утечки с обеих сторон, которые обозначаются как X 1 и X 2 соответственно.
(b) И первичная, и вторичная обмотки обладают сопротивлением, обозначенным как R 1 и R 2 соответственно.Эти сопротивления вызывают падение напряжения, как I 1 R 1 и I 2 R 2 , а также потери в меди I 1 2 R 1 и I 2 2 R 2 .
(c) Проницаемость сердечника не может быть бесконечной, поэтому необходим некоторый ток намагничивания. Взаимный поток также вызывает потери в сердечнике в железных частях трансформатора.
Чтобы вывести эквивалентную схему трансформатора , необходимо учесть все вышеперечисленное.

Схема замещения трансформатора Сопротивления и реактивные сопротивления трансформатора, описанные выше, можно представить отдельно от обмоток (как показано на рисунке ниже). Следовательно, функция обмоток в дальнейшем будет только преобразовывать напряжение.
Ток холостого хода I 0 делится на чистую индуктивность X 0 (с учетом намагничивающих компонентов I μ ) и неиндукционное сопротивление R 0 (с учетом рабочего компонента I w ), которые соединены параллельно через Главная.Значение E 1 может быть получено путем вычитания I 1 Z 1 из V 1 . Значение R 0 и X 0 можно рассчитать как, R 0 = E 1 / I w и X 0 = E 1 / I μ .

Но использование этой эквивалентной схемы не упрощает вычислений. Чтобы упростить вычисления, предпочтительно передавать ток, напряжение и полное сопротивление либо на первичную, либо на вторичную стороны.В этом случае придется работать только с одной обмоткой, что удобнее.

Из коэффициента трансформации напряжения видно, что
E 1 / E 2 = N 1 / N 2 = K

Теперь давайте отнесем параметры вторичной стороны к первичной.
Z 2 может называться первичным как Z 2 '
, где Z 2 ' = (N 1 / N 2 ) 2 Z 2 = K 2 Z 2 ............. где K = N 1 / N 2 .
, то есть R 2 '+ jX 2 ' = K 2 (R 2 + jX 2 )
приравнивание действительной и мнимой частей,
R 2 '= K 2 R 2 и X 2 '= K 2 X 2 .
And V 2 '= KV 2
На следующем рисунке показана эквивалентная схема трансформатора с вторичными параметрами относительно первичного .


Теперь, когда значения сопротивления обмотки и реактивного сопротивления утечки настолько малы, что V 1 и E 1 можно считать равными. Следовательно, возбуждающий ток, потребляемый параллельной комбинацией R 0 и X 0 , не повлияет существенно, если мы переместим его на входные клеммы, как показано на рисунке ниже.

Теперь пусть R 1 + R 2 '= R'eq и X 1 + X 2 ' = X'eq
Тогда эквивалентная схема трансформатора станет такой, как показано на рисунке ниже
Примерная схема замещения трансформатора
Если рассчитывается только регулировка напряжения, то можно пренебречь даже всей ветвью возбуждения (параллельная комбинация R0 и X0).Тогда эквивалентная схема станет такой, как показано на рисунке ниже

Эквивалентная схема практического трансформатора - нестандартные катушки

Практический трансформатор и эквивалентные схемы

Обмотки трансформатора в основном изготавливаются из меди. Хотя медь является очень хорошим проводником, у нее все же есть внутреннее сопротивление. Следовательно, и первичная, и вторичная обмотки трансформатора имеют конечное сопротивление, а именно. R1 и R2.Эти сопротивления равномерно распределяются по обмоткам и вызывают потери в меди (I2R).

Будем считать, что ЭДС I1N1 в первичной обмотке индуцирует поток Φl1, ЭДС I2N2 во вторичных обмотках и поток утечки Φl2. Оба сопротивления считаются реактивным сопротивлением утечки обмоток трансформатора. Это последовательные эффекты на очень низких (50/60 Гц) рабочих частотах. Для простоты вычислений их можно рассматривать как сосредоточенные параметры.

Поэтому считается, что трансформатор состоит из сосредоточенных сопротивлений R1 и R2 и реактивных сопротивлений X l1 и X l2, включенных последовательно с соответствующими обмотками.Однако наведенные ЭДС E1 и E2 могут незначительно отличаться от вторичных напряжений V1 и V2 из-за наличия сосредоточенных импедансов. Это явление наблюдается из-за небольших падений напряжения на сопротивлениях обмоток R1 и R2 и реактивном сопротивлении утечки.

Приведенное ниже уравнение дает коэффициент трансформации как:
а = (N1 / N2) = (E1 / E2) ≈ (V1 / V2)


Практичный или неидеальный трансформатор

Эквивалентная схема

Теперь ток возбуждения I0‾ можно разделить на две составляющие Im‾ и Ii‾.Im‾ - это его намагничивающая составляющая, которая создает взаимный поток Φ‾, а Ii‾ - составляющая потерь в сердечнике, которая обеспечивает потери, связанные с изменением магнитного потока. Его можно представить как
I0‾ = Im‾ + Ii‾

Здесь векторная форма обозначена отрицательным знаком (‾).

Следовательно, эквивалентная схема практического трансформатора может быть представлена, как показано на рисунке ниже

.


Эквивалентная схема трансформатора

Здесь,
Gc = проводимость
Bm = Susceptance

Импеданс теперь можно отнести к первичной обмотке, в результате получится следующая цепь:

Эквивалентная схема, относящаяся к первичной стороне, следующая: (сердечник не учитывается)


Эквивалентная цепь относительно первичной

X l2 ’= (N1 / N2) 2 X l2
R2 ’= (N1 / N2) 2 R2

Напряжение нагрузки и токи, относящиеся к первичной стороне, равны:

V2’ = (N1 / N2) V2
I2 ’= (N1 / N2) I2

V1’ = (N1 / N2) V1
I1 ’= (N1 / N2) I1
Gi ’= (N1 / N2) 2 Gi
Bi ’= (N1 / N2) 2 Bi
X l1 ’= (N1 / N2) 2 X l1
R1 ’= (N1 / N2) 2 R1

Фазорная диаграмма

Применение закона Кирхгофа о напряжении на первичной и вторичной обмотках эквивалентных схем

V1¬ = E1 + I1R1 + jI1X1
V2¬ = E2 + I2R2 + jI2X1
I1 = I2 ’+ I0’ = I2 ’+ (Ii + Im)

Используя эти уравнения, векторную диаграмму практического трансформатора можно составить следующим образом:


Фазорная схема эквивалентной схемы практического трансформатора

Transformer Simulation - простое выполнение тестов на обрыв и короткое замыкание внутри SolidWorks

Трансформатор

Трансформатор - это статическая электрическая машина, которая передает электрическую энергию между 2 или более цепями по принципу электромагнитной индукции.Как показано на рисунке 1, трансформатор состоит из сердечника (обычно из многослойной стали), первичной обмотки и вторичной обмотки. Изменяющийся во времени ток в первичной катушке создает изменяющееся во времени магнитное поле. На этот раз изменяющееся магнитное поле индуцирует напряжение во вторичной катушке. Это связано с принципом закона индукции Фарадея. Таким образом, мощность может быть легко передана от одной цепи к другой без физического контакта. Так почему это важно.

Рисунок 1 - Однофазный трансформатор

Применение трансформаторовТрансформаторы находят полезное применение в электроэнергетике.В электроэнергетике трансформаторы используются для увеличения или уменьшения переменного напряжения. С момента перехода на переменный ток трансформаторы стали повсеместными в отрасли передачи и распределения электроэнергии. Трансформаторы также используются в электронной и радиочастотной промышленности, поэтому они различаются по размеру. Самые маленькие трансформаторы, используемые в ВЧ-индустрии, имеют размер порядка нескольких кубических сантиметров, а трансформаторы большой мощности, используемые для соединения электрических сетей, могут быть порядка нескольких кубических метров и могут весить несколько тонн.

Потери в трансформаторах

Есть 2 основных типа потерь в трансформаторе, которые могут быть полезны инженерам.

Цель хорошей конструкции - уменьшить потери в трансформаторе. После проектирования трансформатора инженеры создают прототип, а затем измеряют потери, используя тесты на обрыв и короткое замыкание. Кроме того, эти испытания позволяют инженерам создать эквивалентную схему трансформатора. Если у вас есть эквивалентная схема трансформатора, очень легко заменить трансформатор на эквивалентную схему и выполнить моделирование на уровне системы.

Проверка обрыва цепи

Испытание обрыва цепи, показанное на Рисунке 2 схемой подключения, используется для определения потерь в сердечнике трансформатора. Как следует из названия, на одной из обмоток (обычно на стороне высокого напряжения трансформатора) нет нагрузки. Напряжение в обмотке низкого напряжения постепенно повышают до номинального напряжения цепи низкого напряжения. Ваттметр, подключенный к цепи низкого напряжения, используется для измерения входной мощности, и это значение принимается за потери в сердечнике трансформатора.

Рисунок 2 - Испытание на обрыв цепи

Тест на короткое замыкание

На рисунке 3 показана схема подключения теста на короткое замыкание. Сторона низкого напряжения трансформатора замкнута накоротко. Теперь на стороне высокого напряжения напряжение постепенно увеличивается, пока ток не достигнет номинального тока стороны высокого напряжения. Показание ваттметра можно приблизительно представить как потери в меди в трансформаторе. Таким образом, испытание на короткое замыкание используется для определения потерь в меди в трансформаторе.

Рисунок 3 - Тест на короткое замыкание

Испытание на обрыв и испытание на короткое замыкание

Интересной особенностью моделирования в EMS является возможность выполнять оба вышеупомянутых теста виртуально внутри SolidWorks. Для проверки обрыва цепи требуются следующие входы.

  1. Свойство материала сердечника - кривая B-H стального материала, детали ламинирования, кривая потерь сердечника для ламината (кривая P-B)
  2. Номинальное напряжение со стороны низкого напряжения должно подаваться на обмотку низкого напряжения
  3. Сторона высокого напряжения должна быть открыта i.е. на обмотку высокого напряжения
  4. должен подаваться ток равный 0 Ампер.
После завершения моделирования EMS выдает потери в сердечнике в качестве выходных данных. Один раз можно также получить ток на стороне низкого напряжения от EMS. Для моделирования теста короткого замыкания требуются следующие входы.
  1. Сторона низкого напряжения должна быть закорочена. Следовательно, мы прикладываем напряжение 0 к обмотке низкого напряжения.
  2. В обмотке высокого напряжения мы прикладываем разные напряжения и измеряем ток, пока не получим ток, равный номинальному току на стороне высокого напряжения.Это может быть выполнено с помощью параметрического моделирования в EMS, где можно изменять приложенное напряжение и измерять ток. Затем мы берем значение напряжения, которое дает номинальный ток, и выполняем моделирование короткого замыкания.

После завершения моделирования EMS дает значение потерь в меди, индуктивности рассеяния и сопротивления обмотки. Результаты испытаний на обрыв и короткое замыкание используются для создания эквивалентной схемы трансформатора.

Обсуждение результатов, включая эквивалентную схему В этом разделе я коротко покажу вам моделирование внутри EMS и рассмотрю полученные результаты. На рисунке 4 показана модель SolidWorks, используемая для моделирования. На рис. 5 показан материал, из которого изготовлен ламинат. На рисунке 6 показано определение катушки внутри EMS. Результаты получены как для моделирования обрыва, так и для короткого замыкания. В EMS каждый тест проводится как отдельное исследование. На рис. 7 показана таблица результатов, а на рис. 8 - секционный график плотности магнитного потока для испытания на обрыв цепи.

Обсуждение результатов с учетом схемы замещения

В этом разделе я коротко покажу вам моделирование внутри EMS и рассмотрю полученные результаты. На рисунке 4 показана модель SolidWorks, используемая для моделирования. На рис. 5 показан материал, из которого изготовлен ламинат. На рисунке 6 показано определение катушки внутри EMS. Результаты получены как для моделирования обрыва, так и для короткого замыкания. В EMS каждый тест проводится как отдельное исследование. На рис. 7 показана таблица результатов, а на рис. 8 - секционный график плотности магнитного потока для испытания на обрыв цепи.

Рисунок 4 - Однофазный трансформатор, смоделированный в EMS Рисунок 5 - Материал, используемый для ламината Рисунок 6 - Определение катушки внутри EMS Рисунок 7 - Таблица результатов содержит все результаты, включая потери в сердечнике Рисунок 8 - График плотности магнитного потока в разрезе

Заключение

EMS для SolidWorks - это очень эффективное и удобное программное обеспечение для моделирования, в котором инженеры могут создавать трехмерную геометрию своих трансформаторов и моделировать испытания на обрыв и короткое замыкание.Потери в сердечнике, рассчитанные при испытании на обрыв цепи, составили 11 Вт, а потери в меди, рассчитанные при испытании на короткое замыкание, составили около 188 и 200 Вт в первичной и вторичной катушках соответственно. На рисунке 9 показана окончательная эквивалентная схема трансформатора.

Рисунок 9 - Эквивалентная схема трансформатора

Посмотрите наш веб-семинар по моделированию трансформатора

Чтобы увидеть EMS в действии и увидеть, как моделировать исследования обрыва и короткого замыкания в EMS, нажмите ниже, чтобы посмотреть наш веб-семинар по трансформатору.

Схема, эквивалентная

трансформатора? Обращается к первичной и вторичной стороне

Эквивалентная принципиальная схема любого устройства может быть весьма полезна для предварительного определения поведения устройства в различных условиях эксплуатации. Это просто схематическое представление уравнения, описывающего производительность устройства.

Нарисована упрощенная эквивалентная схема трансформатора, представляющая все параметры трансформатора либо на вторичной стороне, либо на первичной стороне.Эквивалентная принципиальная схема трансформатора приведена ниже:

ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ТРАНСФОРМАТОРА

Состав:

Пусть эквивалентная схема трансформатора с коэффициентом трансформации K = E 2 / E 1

Индуцированная ЭДС E 1 равна приложенному первичному напряжению V 1 минус падение первичного напряжения. Это напряжение вызывает ток холостого хода I 0 в первичной обмотке трансформатора.Значение тока холостого хода очень мало, поэтому им пренебрегают.

Следовательно, I 1 = I 1 ’. Ток холостого хода далее делится на две составляющие, которые называются намагничивающим током (I m ) и рабочим током (I w ).

Эти две составляющие тока холостого хода обусловлены током, потребляемым неиндуктивным сопротивлением R 0 , и чистым реактивным сопротивлением X 0 , имеющим напряжение E 1 или (V 1 - падение первичного напряжения).

Вторичный ток I 2 -

Напряжение на клеммах V 2 на нагрузке равно наведенной ЭДС E 2 во вторичной обмотке за вычетом падения напряжения во вторичной обмотке.

Эквивалентная цепь, когда все величины относятся к первичной стороне

В этом случае, чтобы нарисовать эквивалентную схему трансформатора, все величины должны быть отнесены к первичной обмотке, как показано на рисунке ниже:

Принципиальная схема трансформатора, когда все вторичные величины относятся к первичной стороне

Ниже приведены значения сопротивления и реактивного сопротивления, указанные ниже

.

Сопротивление вторичной обмотки относительно первичной обмотки равно:

Эквивалентное сопротивление первичной обмотки:

Вторичное реактивное сопротивление относительно первичной стороны определяется как:

Эквивалентное реактивное сопротивление первичной обмотки определяется как:

Эквивалентная цепь, когда все величины относятся к вторичной стороне

Эквивалентная принципиальная схема трансформатора показана ниже, когда все величины относятся к вторичной обмотке.

Принципиальная схема трансформатора, когда все первичные величины относятся к вторичной стороне

Ниже приведены значения сопротивления и реактивного сопротивления, указанные ниже

.

Первичное сопротивление, относящееся к вторичной стороне, равно

Эквивалентное сопротивление вторичной обмотки равно

Первичное реактивное сопротивление относительно вторичной стороны равно

.

Эквивалентное реактивное сопротивление вторичной обмотки равно

Ток холостого хода I 0 вряд ли От 3 до 5% номинального тока при полной нагрузке, параллельная ветвь, состоящая из сопротивления R 0 и реактивного сопротивления X 0 , может быть опущена без внесения каких-либо заметных ошибок в поведение трансформатора в нагруженном состоянии.

Дальнейшее упрощение эквивалентной схемы трансформатора можно сделать, пренебрегая параллельной ветвью, состоящей из R 0 и X 0 .

Упрощенная принципиальная схема трансформатора представлена ​​ниже:

Упрощенная эквивалентная принципиальная схема трансформатора

Это все об эквивалентной схеме трансформатора.

Что такое эквивалентная схема трансформатора?

Equivalent Circuit of Transformer - это электрическая схема, объясняющая уравнения, представляющие поведение этого трансформатора.Фактически, эквивалентная схема любого электрического прибора важна для анализа его работы и выявления любых возможностей дальнейшего изменения моделирования. Эквивалентная схема трансформатора включает в себя настройку индуктивности, сопротивления, напряжения, емкости и т. Д. Эти схемы затем можно анализировать и исследовать, применяя принципы теории диаграммы.

Что такое эквивалентная схема трансформатора?

Эквивалентная схема или диаграмма любой системы может быть относительно полезной для предварительного определения характеристик прибора в различных ситуациях различных операций.Он может легко представить поведение схемы с помощью конкретного уравнения, полностью описывающего состояние системы.

Например, эквивалентный импеданс системы является жизненно важным для оценки, поскольку трансформатор является электрическим силовым прибором для рассмотрения нескольких характеристик электрического силового устройства, которые могут потребоваться для оценки полного внутреннего импеданса трансформатора в системе электроснабжения. исследование с первичной или вторичной стороны в зависимости от требований.

Эта оценка фактически требует эквивалентной схемы трансформатора на основе основной стороны эквивалентной схемы трансформатора и вторичной стороны соответственно. Относительный импеданс также является очень важной характеристикой трансформатора. Посетите здесь, чтобы увидеть важность этого расчета при проектировании любой схемы.

Подробнее о Linquip

Типы трансформаторов: статья о различиях конструкции и конструкции трансформаторов

Упрощенная эквивалентная схема трансформатора представлена ​​с учетом всех свойств трансформатора на первичной или вторичной стороне.Основная схема замещения трансформатора приведена ниже на схеме:

Эквивалентная схема трансформатора

(Ссылка: circuitglobe.com )

Этой особенности следует уделять большое внимание при установке трансформатора в существующей системе электроснабжения. Относительный импеданс различных силовых трансформаторов должен быть полностью согласован на основе параллельной конфигурации энергосистем. Относительный импеданс можно извлечь из эквивалентного значения импеданса трансформатора, поэтому можно заметить, что эквивалентная схема трансформатора также важна при оценке относительного импеданса.

Мы можем определить эквивалентную схему трансформатора на основе коэффициента трансформации как:

K = \ frac {{E} _ {2}} {{E} _ {1}}

Где E 1 - наведенная ЭДС, равная основному используемому напряжению (V 1 ) с небольшим уменьшением напряжения. Это напряжение влияет на систему, вырабатывая ток I 0 или ток холостого хода в первой обмотке трансформатора. Величина тока холостого хода слишком мала, поэтому при расчетах им можно пренебречь.

В первую очередь мы должны установить общие правила в системе для управления эквивалентной схемой трансформатора, затем мы можем изменить ее для подготовки к определению правил на основе первичной обмотки. Для этого, во-первых, нам необходимо представить полную векторную диаграмму трансформатора, которая представлена ​​на рисунке ниже.

Векторная диаграмма трансформатора (Ссылка: lectric4u.com )

В результате I 1 = I ’ 1 . Далее ток холостого хода разделен на две части: намагниченный ток (I m ) и рабочий ток (I w ).{'}} {K} = \ frac {{I} _ {1} - {I} _ {0}} {K}

Напряжение подключения V 2 внутри нагрузки такое же, как конкретная ЭДС E 2 в следующей обмотке с небольшим снижением напряжения во второй обмотке.

Эквивалентная цепь трансформатора, когда все величины относятся к первичной стороне

В этом методе, чтобы получить эквивалентную схему трансформатора, все характеристики должны рассматриваться как первичная часть, как показано на рисунке ниже:

Эквивалентная цепь трансформатора, относящаяся к первичной стороне (Каталожный номер: circuitglobe.{'}

Примерная эквивалентная схема трансформатора

Из-за небольшого значения I 0 по сравнению с I 1 , оно составляет менее 4 процентов от общей нагрузки первичного тока и незначительно изменяет снижение напряжения. В результате это идеальное приближение для уменьшения эффекта возбуждения схемы в приближенной эквивалентной схеме трансформаторного метода. Сопротивление и реактивное сопротивление обмотки расположены в последовательной конфигурации, которая теперь может быть введена как эквивалентное реактивное сопротивление и сопротивление трансформатора для любой конкретной стороны.{'} = K {V} _ {2}

Примерная эквивалентная схема трансформатора относительно первичной стороны (Ссылка: lectric4u.com )

Эквивалентная цепь трансформатора, когда все величины относятся к вторичной стороне

Эквивалентная схема трансформатора или основная схема представлена ​​ниже, когда все функции рассчитаны на вторичную обмотку.

Эквивалентная цепь

, относящаяся к вторичной стороне (Ссылка: circuitglobe.{'}

Поскольку ток холостого хода или I 0 обычно составляет от 2 до 4 процентов от значения номинального тока полной нагрузки, параллельная конфигурация включает сопротивление R 0 , а реактивное сопротивление X 0 может быть удалено из цепи без внесение какой-либо конкретной ошибки в работу трансформатора при приложении нагрузки.

Мы также можем применить дальнейшее упрощение в эквивалентной схеме трансформатора, удалив параллельные члены в схеме, включая R 0 и X 0 .Эта упрощенная схема системы представлена ​​ниже:

Упрощенная эквивалентная схема трансформатора (Ссылка: circuitglobe.com )

Это все существенные проблемы с эквивалентной схемой трансформатора.

A Лучшая схема, эквивалентная трансформатору

Загрузите эту статью в формате PDF.

Если вы выполните поиск в Интернете по запросу «эквивалентные схемы трансформаторов», вы найдете пять страниц с более чем 100 небольшими принципиальными схемами. На рисунках 1 и 2 показаны две типовые схемы, одна из которых «относится к первичной», а другая - «к вторичной». Схема Рис. 2 также имеет взаимное сопротивление в первичной обмотке. Большинство других схем являются их вариациями.

1. Это типичная эквивалентная схема трансформатора. (Источник: Википедия)

2. Это эквивалентная схема другого трансформатора. 1 (Источник: магнитные цепи и трансформаторы)

Хотя все эти эквивалентные схемы полезны для многих приложений, все они имеют серьезные проблемы, особенно при моделировании индуктивных делителей напряжения (IVD) или мостов трансформаторного передаточного отношения (TRA).

Более полезная схема показана на рис. 3 . Источник этой схемы автору неизвестен - он использовал ее в главе книги 1971 года 2 и статьи 1972 года 3 (он хотел бы знать исходную ссылку). Он не включает емкость (можно добавить три емкости между клеммами) и нет изоляции (можно добавить идеальный трансформатор 1: 1).

3. Основным преимуществом этой схемы является ее использование при моделировании делителя напряжения.

Эта схема может выглядеть немного странно. Очевидно, что большинство компонентов, но есть два странных компонента с коэффициентами (N 1 / N 2 ± 1) и (N 2 / N 1 ± 1). Здесь верхний знак указывает на неинвертирующее соединение; нижний - инвертирующий.

Расчетное входное сопротивление холостого хода с использованием этой схемы равно z 1 + N 1 2 z 12 , как и следовало ожидать.Как и напряжение перехода холостого хода, Z 12 / (z 1 + Z 12 N 1 / N 2) , что близко к N 2 / N 1 . Эти и другие расчеты с использованием этой схемы также дают ожидаемые результаты, указывающие на то, что схема действительна.

Основным преимуществом этой схемы является ее использование при моделировании делителя напряжения. Если используется инвертирующее соединение (нижние знаки), схема вращается по часовой стрелке и подается напряжение, расчетное соотношение напряжений на двух обмотках E 1 / E 2 составляет:

Это очень близко к N 1 / N 2 , если z 1 и z 2 малы по сравнению с Z 12 , и это соотношение может быть очень маленьким.Сопротивления обмоток, r1 и r2, почти полностью компенсировались бы, если бы для обеих обмоток использовался провод одинакового сечения; индуктивности рассеяния l1 и l2 также будут сокращаться. Более того, если обмотки скручены вместе, индуктивности рассеяния могут быть чрезвычайно малы. Взаимное сопротивление Z 12 может быть большим.

Обычно используются тороидальные сердечники с проницаемостью до примерно 100. В результате возможны соотношения с точностью до 1 ppm или лучше. Чтобы получить соотношение 10: 1, 11 проводов можно скрутить вместе в кабель и соединить последовательно.Если использовать 22 провода, можно получить соотношения 1: 1, 10: 1 и 1:10.

Мост TRA

Основное применение прецизионных трансформаторов - в качестве плеч передаточных чисел в мостах сравнения низких частот (TRA). Такие рычаги передаточного числа не только точны, их точность постоянна, за исключением катастрофических повреждений.

Мосты

TRA используются в течение многих лет, 4,5,6 , но они стали особенно важными несколько лет назад, когда для определения стандарта импеданса использовались вычисляемые воздушные конденсаторы типа Томпсона-Лэмпарда.Эти конденсаторы имели емкость около 1 пФ или меньше, и поэтому для практического использования их необходимо было увеличить в размере. Группа экспертов была собрана в Национальном бюро стандартов (NBS), которое сейчас является Национальным институтом стандартов и технологий (NIST), чтобы спроектировать мост для этой задачи. 7 Их метод был адаптирован для популярного коммерческого емкостного моста. 8

Еще одним важным преимуществом мостов TRA является их невосприимчивость к нагрузочной емкости, но при этом высокое входное сопротивление по отношению к напряжению источника Z 12 (N 1 + N 2 ) 2 / N 1 N 2 , что сокращается до 4Z 12 , если N 1 равно N 2.. Однако, если шунтировать одну обмотку, ошибка зависит только от сопротивления обмотки и индуктивности рассеяния. Сопротивление шунта обычно емкостное, это емкость экранированных кабелей или емкости, которые необходимо защитить при измерении трехконтактных конденсаторов. При шунтирующей обмотке номер один емкости C расчетное соотношение составляет приблизительно:

И если N 1 = N 2 , , это упрощается до 1 / [1 + jwC (z 1 + z 2 ) / 2].Если бы использовались плечи с коэффициентом сопротивления, они должны были бы иметь очень низкое сопротивление, чтобы обеспечить устойчивость к нагрузке, и, в таком случае, были бы подвержены ошибкам подключения и потребовали бы мощного источника входного сигнала.

Эта эквивалентная схема может быть полезна для расчетов всех типов двухобмоточных трансформаторов, трансформаторов напряжения и тока, силовых трансформаторов - даже радиочастотных трансформаторов. Расчеты по ним с использованием других схем замещения были бы затруднительны. Расчеты трансформаторных делителей напряжения и мостов были бы практически невозможны, а просто ошиблись бы с использованием других эквивалентных схем.

Генри П. Холл, научный сотрудник IEEE, 40 лет проработал в General Radio Co. / GenRad Corp., занимаясь проектированием мостов импеданса, измерителей и эталонов. Он получил степень бакалавра в колледже Уильямс, а также степень бакалавра и магистра в области инженерии в Массачусетском технологическом институте.

Список литературы

1. M.I.T. Сотрудники « Магнитные цепи и трансформаторы, » с. 338, M.I.T. Пресс, 1943.

2. H.P. Холл, глава «Измерение импеданса» в «Электронные измерения и приборы», стр.264-318, Макгроу-Хилл, 1971.

3. Х. П. Холл, «Достижение точности соотношения долей миллионных долей с помощью двухкаскадных трансформаторов, » Electronic Instrumentation , стр. 30-34, февраль 1972 г.

4. А. Элайс, «Ueber Widerstandsmessungen mit dem Differentialinductor», Ann . dem Phys. , Vol. 335, стр. 828-833 (1888).

5. А.Д. Блюмлейн, «Переменные мостовые схемы», патент Великобритании № 323 027, 1938.

6. C.W. Oatley, J.Г. Йейтс, «Мосты со связанными индуктивными рычагами как прецизионные инструменты для сравнения лабораторных эталонов сопротивления и емкости», Proc. IEE, , март 1954 г., т. 110, №2, с.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *