Обновлено: 05.07.2024

Измерительные трансформаторы тока и напряжения. Назначение. Устройство. Коэффициент трансформации. Стандартные значения вторичных величин. Включение измерительных трансформаторов в измеряемую цепь. Включение электроизмерительных приборов во вторичную обмотку трансформаторов тока.

Техника безопасности при работе с измерительными трансформаторами.

1. Измерительные трансформаторы тока

2. Измерительные трансформаторы напряжения

Трансформаторы тока предназначены для преобразования измеряемых переменных токов в относительно малые токи. Во вторичную цепь трансформатора тока включают амперметры, последовательные обмотки ваттметров, счётчиков и других приборов.

В цепях высокого напряжения при помощи трансформаторов тока измерительные приборы изолируются от проводов высокого напряжения. Таким образом, с одной стороны, достигается возможность применения низковольтных измерительных приборов, с другой стороны, обеспечивается безопасность обслуживания измерительной установки.

Трансформатор тока состоит из стального магнитопровода и двух изолированных обмоток. Первичная обмотка Л1, Л2, имеющая меньшее число витков, включается в рассечку провода с измеряемым током. Вторичная обмотка с большим витком И1, И2 замыкается на амперметр и токовые обмотки измерительных приборов, соединённые последовательно .

Так что сопротивление вторичной внешней цепи мало и обычно не превышает 1–2 Ом.

Принцип работы трансформатора тока тот же, что и трансформатора напряжения, но в отличие от последнего он работает в условиях, близких к короткому замыканию. Кроме того, первичный ток трансформатора тока не зависит от сопротивления его вторичной цепи. При работе этот ток может изменяться от нуля до номинального, а при коротких замыканиях в цепи может превосходить номинальный в десятки раз.

Отношение действительного значения первичного тока I₁ к действительному значению вторичного тока I₂называется действительным коэффициентом трансформации трансформатора тока, т.е. k=I₁ /I₂ . При известном коэффициенте k, измерив вторичный ток амперметром, определяем первичный ток: I₁ =k·I₂ .

Действительный коэффициент трансформации обычно не известен, так как он зависит от режима работы трансформатора тока, т.е. от измеряемого тока, значения и характера сопротивления вторичной внешней цепи и от частоты тока. Вследствие этого пользуются даваемым заводом на щитке трансформатора номинальным коэффициентом трансформации k_Н =I_Н1 /I_{H 2} , представляющим отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному току трансформатора. Зная k_H , находим приближённое значение переменного тока: I'₁=k_H ·I₂ .

Погрешность при измерении тока, вызванная применением трансформатора,

где гК=г1 – погрешность в коэффициенте трансформации или погрешность по току.

Вторичный номинальный ток у большинства трансформаторов тока равен 5 А.

Один из выводов вторичной обмотки должен быть заземлён.

По точности трансформаторы тока подразделяются на десять классов: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 3,0; 5,0; 10.

Разновидность трансформатора тока с разъёмныммагнитопроводом и вторичной обмоткой, замкнутой на амперметр, носит название измерительных клещей. Разъёмный магнитопровод даёт возможность измерять ток в проводе, не разрывая его, а только охватывая его как клещами.

Измерительные трансформаторы напряжения

Представляет собой измерительный преобразователь, понижающий измеряемое напряжение в заданное число раз. Получаемое низкое напряжение, не превышающее обычно 100 В, подводится к вольтметрам, параллельным цепям ваттметров, счётчиков и других измерительных приборов.

Используя трансформаторы напряжения, с одной стороны, получаем возможность применения низковольтных приборов для измерений в цепях высокого напряжения, а с другой – обеспечиваем безопасность обслуживания высоковольтных установок.

Устройство трансформатора напряжения аналогично устройству силового трансформатора. Трансформатор напряжения состоит из замкнутого магнитопровода, набранного из листовой трансформаторной стали, и двух изолированных обмоток – первичной Л1, Л2 и вторичной И1, И2 с числами витков w1, и w2. Первичная обмотка трансформатора присоединённая к сети с измеряемым напряжением; к зажимам вторичной обмотки подключается соединённые параллельно вольтметры и параллельные цепи других приборов.

Для работы трансформатора напряжения характерно незначительное изменение первичного напряжения и большое сопротивление вторичной внешней цепи; таким образом, он работает в условиях, близких к холостому ходу.

Отношение действительного значения первичного напряжения U₁ к действительному напряжению U₂называется действительным коэффициентом трансформации трансформатора напряжения k = U ₁ / U ₂. зная этот коэффициент и измерив вторичное напряжение вольтметром, можно определить первичное напряжение U ₁ =k · U ₂.

Однако действительный коэффициент трансформации обычно не известен, так как он зависит от режима работы трансформатора, т.е. от измеряемого напряжения, от значения и характера нагрузки и от частоты переменного тока.

Вследствие этого приближённо измеряемое напряжение U’₁ находят по формуле:

где k_H = U_{H 1} / U_{H 2}– номинальный коэффициент трансформации, равный отношению номинального первичного напряжения к номинальному вторичному напряжению, даётся заводом изготовителем на щитке трансформатора. Напряжение U_{H 2} =100 B или 100 В.

Погрешность при измерении напряжения, вызванная применением трансформатора,

где г _{K =} г _U –погрешность в коэффициенте трансформации или погрешность по напряжению.

Для безопасности обслуживающего персонала один зажим вторичной цепи трансформатора и его металлический корпус всегда заземляются.

Трансформаторы напряжения по точности делятся на классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0 и 3,0.

Породу изоляции трансформаторы напряжения делят на сухие (для напряжений до 3 кВ) и трансформаторы с заливкой маслом или изолирующей массой (для напряжения 3 кВ и выше).

Отечественная промышленность, кроме различных типов промышленных трансформаторов, изготовляет лабораторные трансформаторы с несколькими номинальными первичными и вторичными напряжениями.

Вопросы для самоконтроля:

1. Измерительные трансформаторы.
2. Схема включения измерительных трансформаторов.
3. Разделительные и согласующие трансформаторы.
4. Преобразователи неэлектрических величин в электрические.
5. Методы электрических измерений.
6. Измерение токов и напряжений.

Литература: [1], с. 162 – 193

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.005)

Измерительные трансформаторы тока и напряжения - конструкции, технические характеристики

Измерительные трансформаторы тока и напряжения предназначены для уменьшения первичных токов и напряжений до значений, наиболее удобных для подключения измерительных приборов, реле защиты, устройств автоматики. Применение измерительных трансформаторов обеспечивает безопасность работающих, так как цепи высшего и низшего напряжения разделены, а также позволяет унифицировать конструкцию приборов и реле.

Трансформаторы тока классифицируют:

по конструкции — втулочные, встроенные, проходные, опорные, шинные, разъемные;

роду установки — наружные, для закрытых и комплектных распределительных устройств;

числу ступеней трансформации — одноступенчатые и каскадные;

коэффициентам трансформации — с одним или несколькими значениями;

числу и назначению вторичных обмоток.

Т — трансформатор тока;

Ф — с фарфоровой изоляцией;

Н — наружной установки;

К — каскадный, с конденсаторной изоляцией или катушечный;

О — одновитковый стержневой;

Ш — одновитковый шинный;

В — с воздушной изоляцией, встроенный или с водяным охлаждением;

Л — с литой изоляцией;

М — маслонаполненный, модернизированный или малогабаритный;

Р — для релейной защиты;

Д — для дифференциальной защиты;

З — для защиты от замыканий на землю.

Технические характеристики трансформаторов тока

Номинальный первичный и вторичный ток трансформаторов тока

Трансформаторы тока характеризуются номинальным первичным током Iном1 (стандартная шкала номинальных первичных токов содержит значения от 1 до 40000 А) и номинальным вторичным током Iном2, который принят равным 5 или 1 А. Отношение номинального первичного к номинальному вторичному току представляет собой коэффициент трансформации КТА= Iном1/ Iном2

Токовая погрешность трансформаторов тока

Трансформаторы тока характеризуются токовой погрешностью ∆I=(I2K-I1)*100/I1 (в процентах) и угловой погрешностью (в минутах). В зависимости от токовой погрешности измерительные трансформаторы тока разделены на пять классов точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Наименование класса точности соответствует предельной токовой погрешности трансформатора тока при первичном токе, равном 1—1,2 номинального. Для лабораторных измерений предназначены трансформаторы тока класса точности 0,2, для присоединений счетчиков электроэнергии — трансформаторы тока класса 0,5, для присоединения щитовых измерительных приборов -классов 1 и 3.

Нагрузка трансформаторов тока

Нагрузка трансформатора тока — это полное сопротивление внешней цепи Z2, выраженное в омах. Сопротивления r2 и х2 представляют собой сопротивление приборов, проводов и контактов. Нагрузку трансформатора можно также характеризовать кажущейся мощностью S2 В*А. Под номинальной нагрузкой трансформатора тока Z2ном понимают нагрузку, при которой погрешности не выходят за пределы, установленные для трансформаторов данного класса точности. Значение Z2ном дается в каталогах.

Электродинамическая стойкость трансформаторов тока

Электродинамическую стойкость трансформаторов тока характеризуют номинальным током динамической стойкости Iм.дин. или отношением kдин = Термическая стойкость определяется номинальным током термической стойкости Iт или отношением kт= Iт / I1ном и допустимым временем действия тока термической стойкости tт.

Конструкции трансформаторов тока

По конструкции различают трансформаторы тока катушечные, одновитковые (типа ТПОЛ), многовитковые с литой изоляцией (типа ТПЛ и ТЛМ). Трансформатор типа ТЛМ предназначен для КРУ и конструктивно совмещен с одним из штепсельных разъемов первичной цепи ячейки.

Для больших токов применяют трансформаторы типа ТШЛ и ТПШЛ, у которых роль первичной обмотки выполняет шина. Электродинамическая стойкость таких трансформаторов тока определяется стойкостью шины.

Для ОРУ выпускают трансформаторы типа ТФН в фарфоровом корпусе с бумажно-масляной изоляцией и каскадного типа ТРН. Для релейной защиты имеются специальные конструкции. На выводах масляных баковых выключателей и силовых трансформаторов напряжением 35 кВ и выше устанавливаются встроенные трансформаторы тока. Погрешность их при прочих равных условиях больше, чем у отдельно стоящих трансформаторов.

Технические характеристики измерительных трансформаторов напряжения

Номинальные первичное и вторичное напряжение измерительных трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения характеризуются номинальными значениями первичного напряжения, вторичного напряжения (обычно 100 В), коэффициента трансформации К=U1ном/U2ном. В зависимости от погрешности различают следующие классы точности трансформаторов напряжения: 0,2;0,5; 1:3.

Нагрузка трансформаторов напряжения

Вторичная нагрузка трансформатора напряжения—это мощность внешней вторичной цепи. Под номинальной вторичной нагрузкой понимают наибольшую нагрузку, при которой погрешность не выходит за допустимые пределы, установленные для трансформаторов данного класса точности.

Конструкции трансформаторов напряжения

В установках напряжением до 18 кВ применяются трехфазные и однофазные трансформаторы, при более высоких напряжениях — только однофазные. При напряжениях до 20 кВ имеется большое число типов трансформаторов напряжения: сухие (НОС), масляные (НОМ, ЗНОМ, НТМИ, НТМК), с литой изоляцией (ЗНОЛ). Следует отличать однофазные двухобмоточные трансформаторы НОМ от однофазных трехобмоточных трансформаторов ЗНОМ. Трансформаторы типов ЗНОМ-15, -20 -24 и ЗНОЛ-06 устанавливаются в комплектных токопроводах мощных генераторов. В установках напряжением 110 кВ и выше применяют трансформаторы напряжения каскадного типа НКФ и емкостные делители напряжения НДЕ.

Схемы включения трансформаторов напряжения

Присоединение расчетных счетчиков к трехфазным трансформаторам напряжения не рекомендуется, т.к. они имеют, обычно, несимметричную магнитную систему и увеличенную погрешность. Для этой цели желательно устанавливать группу из двух однофазных трансформаторов соединенных в неполный треугольник.

Трансформаторы напряжения выбирают по условиям Uуст ≤U1ном, S2≤ S2ном в намечаемом классе точности. За S2ном принимают мощность всех трех фаз однофазных трансформаторов напряжения, соединенных по схеме звезды, и удвоенную мощность однофазного трансформатора, включенного по, схеме неполного треугольника.

Мощные электротехнические установки могут работать с напряжением несколько сот киловольт, при этом величина тока в них может достигать более десятка килоампер. Естественно, что для измерения величин такого порядка не представляется возможным использовать обычные приборы. Даже если бы таковые удалось создать, они получились бы довольно громоздкими и дорогими.

Помимо этого, при непосредственном подключении к высоковольтной сети переменного тока повышается риск поражения электротоком при обслуживании приборов. Избавиться от перечисленных проблем позволило применение измерительных трансформаторов тока (далее ИТТ), благодаря которым удалось расширить возможности измерительных устройств и обеспечить гальваническую развязку.

Назначение и устройство ИТТ

Функции данного типа трансформаторов заключаются в снижении первичного тока до приемлемого уровня, что делает возможным подключение унифицированных измерительных устройств (например, амперметров или электронных электросчетчиков), защитных систем и т.д. Помимо этого, трансформатор тока обеспечивают гальваническую развязку между высоким и низким напряжением, обеспечивая тем самым безопасность обслуживающего персонала. Это краткое описание позволяет понять, зачем нужны данные устройства. Упрощенная конструкция ИТТ представлена ниже.

Конструкция измерительного трансформатора тока

Обозначения:

1. Первичная обмотка с определенным количеством витков (W₁).
2. Замкнутый сердечник, для изготовления которого используется электротехническая сталь.
3. Вторичная обмотка (W₂ — число витков).

Как видно из рисунка, катушка 1 с выводами L1 и L2 подключена последовательно в цепь, где производится измерение тока I₁. К катушке 2 подключается приборы, позволяющие установить значение тока I₂, релейная защита, система автоматики и т.д.

Основная область применения ТТ — учет расхода электроэнергии и организация систем защиты для различных электроустановок.

В измерительном трансформаторе тока обязательно наличие изоляции как между катушками, витками провода в них и магнитопроводом. Помимо этого по нормам ПУЭ и требованиям техники безопасности, необходимо заземлять вторичные цепи, что обеспечивает защиту в случае КЗ между катушками.

Получить более подробную информацию о принципе действия ТТ и их классификации, можно на нашем сайте.

Перечень основных параметров

Технические характеристики трансформатора тока описываются следующими параметрами:

• Номинальным напряжением, как правило, в паспорте к прибору оно указано в киловольтах. Эта величина может быть от 0,66 до 1150 кВ. получит полную информацию о шкале напряжений можно в справочной литературе.
• Номинальным током первичной катушки (I₁), также указывается в паспорте. В зависимости от исполнения, данный параметр может быть в диапазоне от 1,0 до 40000,0 А.
• Током на вторичной катушке (I₂), его значение может быть 1,0 А (для ИТТ с I₁ не более 4000,0 А) или 5,0 А. Под заказ могут изготавливаться устройства с I₂ равным 2,0 А или 2,50 А.
• Коэффициентом трансформации (КТ), он показывает отношение тока между первичной и вторичной катушками, что можно представить в виде формулы: КТ = I1/I2. Коэффициент, определяемый по данной формуле, принято называть действительным. Но для расчетов еще используется номинальный КТ, в этом случае формула будет иметь вид: I_НОМ1/I_НОМ2, то есть в данном случае оперируем не действительными, а номинальными значениями тока на первой и второй катушке.

Ниже, в качестве примера, приведена паспортная таблица модели ТТ-В.

Перечень основных параметров измерительного трансформатора тока ТТ-В

Виды конструкций измерительных трансформаторов

В зависимости от исполнения, данные устройства делятся на следующие виды:

Обозначения:

• A – Клеммная колодка вторичной обмотки.
• В – Защитный корпус.
• С – Контакты первичной обмотки.
• D – Обмотка (петлевая или восьмерочная) .

1. Стержневые, их также называют одновитковыми. В зависимости от исполнения они могут быть:

• Встроенными, они устанавливаются на изоляторы вводы силовых трансформаторов, как показано на рисунке 4. Рисунок 4. Пример установки встроенного ТТ

Обозначения:

• А – встроенный ТТ.
• В – изолятор силового ввода трансформатора подстанции.
• С – место установки ТТ (представлен в разрезе) на изоляторе. То есть, в данном случае высоковольтный ввод играет роль первичной обмотки.

1. Шинными, это наиболее распространенная конструкция. Ее принцип строения напоминает предыдущий тип, стой лишь разницей, что в данном исполнении в качестве первичной обмотки используется токопроводящая шина или жила, которая заводится в окно ИТТ. Шинные ТТ производства Schneider Electric

1. Разъемными. Особенность данной конструкции заключается в том, что магнитопровод ТТ может разделяться на две части, которые стягиваются между собой специальными шпильками.

Такой вариант конструкции существенно упрощает монтаж/демонтаж.

Расшифровка маркировки

Обозначение отечественных моделей интерпретируется следующим образом:

Приведем пример расшифровки маркировки трансформатора тока.

Шильдик на ТТ с указанием его марки

Схемы подключения

Рисунок 9. Схема подключения ТТ на разность двух фаз (А) и неполной звездой (В)

Когда необходимо запитать защиту от КЗ на землю, применяется схема, позволяющая суммировать токи всех фаз (см. А на рис 10.). Если к выходу такой цепи подключить реле тока, то оно не будет реагировать на КЗ между фазами, но обязательно сработает, если происходит пробой на землю.

Рис 10. Подключения: А – для суммы токов всех фаз, В и С — последовательное и параллельное включение двухобмоточных ТТ

В завершении приведем еще два примера соединения вторичных обмоток ТТ для снятия показаний с одной фазы:

Вторичные катушки включаются последовательно (В на рис. 10), благодаря этому возникает возможность измерения суммарной мощности.

Вторичные обмотки соединяются параллельно, что дает возможность понизить КТ, поскольку происходит суммирование тока в этих катушках, в то время как в линии этот показатель остается без изменений.

Выбор

При выборе трансформатора тока в первую очередь необходимо учитывать номинальное напряжение прибора было не ниже, чем в сети, где он будет установлен. Например, для трехфазной сети с напряжением 380 В можно использовать ТТ с классом напряжения 0,66 кВ, соответственно для установок более 1000 В, устанавливать такие устройства нельзя.

Помимо этого I_НОМ ТТ должен быть равен или превышать максимальный ток установки, где будет эксплуатироваться прибор.

Кратко изложим и другие правила, позволяющие не ошибиться с выбором ТТ:

• Сечение кабеля, которым будет подключаться ТТ к цепи вторичной нагрузки, не должно приводить к потерям сверх допустимой нормы (например, для класса точности 0,5 потери не должны превышать 0,25%).
• Для систем коммерческого учета должны использоваться устройства с высоким классом точности и низким порогом погрешности.
• Допускается установка токовых трансформаторов с завышенным КТ, при условии, что при максимальной нагрузке ток будет до 40% от номинального.

Посмотреть нормы и правила, по которым рассчитываются измерительные трансформаторы тока (в том числе и высоковольтные) можно в ПУЭ ( п.1.5.1.). Пример расчета показан на картинке ниже.

Пример расчета трансформатора тока

Что касается выбора производителя, то мы рекомендуем использовать брендовую продукцию, достоинства которой подтверждены временем, например ABB, Schneider Electric b и т.д. В этом случае можно быть уверенным, что указанные в паспорте технические данные, а методика испытаний соответствовала нормам.

Обслуживание

Необходимо обратить внимание, что при соблюдении режима и условий эксплуатации, правильно подобранных номиналах и регулярном обслуживании ТТ будет служить 30 лет и более. Для этого необходимо:

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Измерительные трансформаторы предназначены для изоляции измерительных приборов и аппаратов автоматической защиты от цепи высокого напряжения, расширения пределов измерения измерительных приборов.

Применение этих приборов, которые обладают различными пределами, дает возможность использовать одни и те же приборы со стандартными пределами измерения (100 В и 5 А) для проведения измерений в различных цепях посредством данных приборов через измерительные трансформаторы с различными коэффициентами трансформации.

Различают измерительные трансформаторы напряжения, применяемые для включения вольтметров, частотомеров, цепей напряжения измерительных приборов (ваттметров, счетчиков, фазометров) и реле, а также трансформаторы тока, предназначенные для включения амперметров, цепей тока измерительных приборов и реле.

Устройство трансформатора напряжения и его условное обозначение показаны на рисунках 46 и 47. Первичная обмотка таких трансформаторов, которая является и обмоткой высшего напряжения, имеет большое число витков и включается как вольтметр под измеряемое напряжение U1; вторичная же обмотка является обмоткой низшего напряжения, имеет меньшее количество витков и замыкается на вольтметр и цепи напряжения других приборов.

Измерительный прибор относительно вторичной обмотки соединяется параллельно, что обеспечивает действие одного и того же вторичного напряжения. Трансформатор напряжения в условиях работы находится в условиях холостого хода, так как сопротивление вольтметра и цепей напряжения измерительных приборов велико. Поэтому внутренние падения напряжения в обмотках измерительного трансформатора не принимают больших значении, поэтому U1 = E1 и U2 = E2. Итак, с помощью измерительного трансформатора во вторичную цепь передается пропорционально измененное значение первичного трансформатора.

Напряжения первичного высокого напряжения. Определяя низкое напряжение, можно определить первичное высокое напряжение. Фаза вторичного напряжения противоположна фазе первичного.

Первичное и вторичное напряжения строго пропорциональны, если внутренние падения напряжения измерительного трансформатора равны нулю. В реальных ситуациях присутствие падений внутренних напряжений приводит к неточностям при передаче напряжения. Данные неточности приводят к появлению погрешностей напряжения, а неточности в передаче фаз способствует появлению угловой погрешности.

Погрешностью напряжения называется выражаемая в процентах погрешность в измерениях первичного напряжения, которая относится к действительному значению этого напряжения. Угловая погрешность — это угол ?u, который образуется между вектором первичного напряжения и смещенным на 180° вектором вторичного напряжения. Ее измеряют в минутах и считают положительной, если повернутый на 180° вектор вторичной величины опережает вектор первичной величины.

Трансформатор тока включают в линию так же, как амперметр, последовательно с измеряемым объектом, а вторичную обмотку замыкают на амперметр и цепи тока других измерительных приборов.

Трансформаторы напряжения позволяют определять большую силу тока на основании измерения небольшой силы тока в условиях полной безопасности. Также трансформаторы тока используют для измерения больших токов в установках с напряжением ниже 1000 В.

• Для учеников 1-11 классов и дошкольников
• Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Тема 1.6 Трансформаторы

Лекция 11. Устройство и принцип действия трансформатора. Режим холостого хода и короткого замыкания. Потери в трансформаторе и их определение. Рабочий режим трансформатора, КПД, коэффициент нагрузки . Внешняя характеристика .

Трансформатор – это статический магнитный прибор, который служит для изменения величины электрического напряжения в цепях переменного тока.

Если трансформатор увеличивает напряжение – повышающий.

Если трансформатор уменьшает напряжение – понижающий.

Рис. Принципиальная схема однофазного трансформатора и изображение не схеме.

Трансформатор содержит сердечник и как минимум две обмотки. Различают обмотку первичного напряжения и вторичного напряжения. Сердечник необходим для направления и усиления магнитного потока Ф. Он делается из тонких листов ферромагнитного материала. Каждая пластина покрыта электротехническим лаком для изоляции друг от друга. Это уменьшает потери от вихревых токов. Для уменьшения потерь на гистерезис магнитопровод делают из магнитомягкого материала.

Принцип работы. При подключении первичной обмотки трансформатора с количеством витков ω 1 к напряжению U 1 по обмотке начинает проходить переменный ток i 1, который создаёт в сердечнике переменный магнитный поток Ф. Магнитный поток, пронизывает витки вторичной

обмотки ω 2 и индуцирует в ней ЭДС Е 2 , которую можно использовать для питания нагрузки.

Поскольку первичная и вторичная обмотки трансформатора пронизываются одним и тем

же магнитным потоком Ф, выражения индуцируемых в обмотке ЭДС можно записать в виде

E1=4,44 f ω 1 Ф ; E2=4,44 f ω 2 Ф Это формула трансформаторной э.д.с.

,где f — частота переменного тока; ω 1, ω 2 — число витков обмоток, Ф-магнитный поток.

Соотношение Е1 к Е2 называется коэффициентом трансформации .

К12 = Е1/Е2 = ω 1 / ω 2 ≈ U 1 / U 2 ≈ I 2 / I 1

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА.

Режим холостого хода.

Первичная обмотка трансформатора подключена к напряжению и U 1 по обмотке проходит переменный ток i 1. Вторичная обмотка разомкнута. То есть i 2 =0, Z н = ∞. Трансформатор потребляет из сети энергию, которая расходуется только на потери.

Коэффициент трансформации можно определить экспериментально при режиме холостого хода, измерив напряжения на входе и выходе ненагруженного трансформатора.

К12 = Е1 / Е2 ≈ U 1 / U 2

Магнитный поток образуется только от тока в первичной обмотке Ф=Ф m

Величина магнитного потока пропорциональна приложенному напряжению U 1.

E1=4,44 f ω 1 Ф m

При этом ток в первичной обмотке I 1= I 0=(1%-10%) I 2ном.

В этом режиме экспериментальным путем определяется коэффициент трансформации К12 и мощность потерь в магнитопроводе Δ Pст(потери в стали) .

Рабочий режим.

Первичная обмотка трансформатора подключена к напряжению U 1= U 1 ном и по обмотке проходит переменный ток i 1= I 1 ном . К вторичной обмотке присоединена нагрузка 0 Z н . При этом U 2= U 2ном и i 2= I 2 ном .Трансформатор потребляет из сети энергию, которая расходуется на нагрузку и на потери.

Ток в первичной и ток во вторичной обмотке каждый создаёт свой магнитный поток Ф1 и Ф2.

Результирующий магнитный поток Ф=Ф1+Ф2

При этом ток в первичной обмотке I 1= I 0 + I 2, то есть зависит от тока нагрузки.

Номинальный режим – это работа трансформатора в нормальных условиях при номинальном напряжении на первичной обмотке и обеспечении номинальной мощности на нагрузке S ном.

Номинальная мощность S ном – это полная мощность, которую трансформатор, установленный на открытом воздухе, может непрерывно отдавать в процессе службы ( 20-25 лет ) при номинальном напряжении и средней температуре окружающей среды 40град С.

На каждом трансформаторе указаны номинальные значения работы трансформатора в номинальном режиме.

Полная мощность трансформатора S ном= I 2 ном U 2 ном ;

При увеличении тока во вторичной обмотке (увеличение нагрузки) ток в первичной обмотке увеличивается от I хх до I ном.

Введено понятие коэффициента нагрузки Кн = S / S ном . Он показывает насколько нагрузка отличается от номинальной. Трансформатор чаще работает с нагрузкой меньше номинальной.

Режим короткого замыкания.

Для большинства трансформаторов этот режим является аварийным. Очень большой ток во вторичной обмотке приводит к нагреву и разрешению.

Мощные трансформаторы помещаются в металлический бак, заполненный специальным трансформаторным маслом, которое служит для изоляции и улучшения температурного режима при коротком замыкании.

В этом режиме экспериментальным путем определяется мощность потерь в обмотках трансформатора Δ Pм (потери в меди) .

Коэффициент полезного действия трансформатора.

Преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается потерями. В отличие от электрических машин трансформатор не имеет движущихся частей, поэтому механические потери отсутствуют. Имеющиеся потери обусловлены явлением гистерезиса, вихревыми токами, потоками рассеяния магнитного поля и активным сопротивлением обмоток.

Коэффициент полезного действия показывает, как отличается мощность на нагрузке от мощности, забираемой трансформатором из сети.

η = Р2 / Р1 , где Р1 – мощность из сети, Р2 – мощность потребителя ( на нагрузке ).

При этом Р1 = Р2 + Рм + Рст , где Рм – потери в меди (нагрев проводов трансформатора),

Рст- потери в стали (вихревые токи в сердечнике).

Где - коэффициент мощности - сдвиг по фазе между колебаниями напряжения U 2 и тока I 2.

Вихревые токи, возникающие в сердечнике трансформатора, замыкаясь, нагревают его и приводят к потерям энергии.

Сердечник трансформатора подвергается циклическому перемагничиванию. Магнитный поток связан с током зависимостью, выраженной петлёй гистерезиса. При этом, при каждом цикле перемагничивания сердечника затрачивается работа, пропорциональная площади петли гистерезиса. Эта работа идёт на нагревание. Выбирают магнитомягкий материал для сердечника, так как площадь петли гистерезиса у такого материала маленькая.

Потоки рассеяния в сердечнике трансформатора создаются той частью магнитного поля, которая замыкается через воздух, а не через магнитопровод.

Активное сопротивление обмоток нагревается при прохождении тока. Для уменьшения этих потерь обмотки делают из медного провода.

Потери Рм и Рст определяют опытным путём, проводя два опыта.

Опыт холостого хода. Показывает потери в стали.

В режиме холостого хода энергия, потребления трансформатором, расходуется только на потери от вихревых токов и гистерезиса. Поэтому, если в режиме холостого хода включить в первичную цепь ваттметр, то он покажет величину этих потерь (Рст).

Опыт короткого замыкания. Показывает потери в меди.

Если вторичную обмотку трансформатора замкнуть накоротко, а на первичную обмотку подать такое напряжение, при котором токи в обмотках не превышают номинальных значений, то энергия, потребляемая трансформатором из сети, расходуется в основном на тепловые потери в проводах обмоток трансформатора.

То есть при этом опыте к первичной обмотке подводится пониженное напряжение. При этом магнитный поток очень мал. Потери в стали, зависящие от магнитного потока, тоже малы.

Поэтому, если включить в первичную цепь ваттметр, то он покажет величину этих потерь ( Рм).

Это зависимость Внешнего напряжения от тока нагрузки. U2 = f ( I2 )

При I 2 = 0 в режиме холостого хода напряжение во вторичной обмотке равно напряжению холостого хода U 2 = U хх

При увеличении тока нагрузки напряжение U 2 падает и может упасть до нуля в режиме короткого замыкания.

U н и I н – это напряжение и ток при номинальной нагрузке.

Трехфазные трансформаторы. Автотрансформато ры, измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Трехфазные трансформаторы.

В линиях электропередачи используют в основном трехфазные силовые трансформаторы.

Магнитопровод трехфазного трансформатор имеет три стержня. На каждом стержне размещены две обмотки одной фазы. Принцип работы и электромагнитные процессы в трехфазном трансформаторе аналогичны однофазным трансформаторам. Особенностью трехфазного трансформатора является зависимость коэффициента трансформации линейных напряжений от способа соединения обмоток.

Рис. а) Принципиальная схема трёхфазного трансформатора, б) размещение обмоток на сердечнике трехфазного, в) маркировка выводов на крышке бака трансформатора.

Рис. Способы соединения обмоток трёхфазного трансформатора.

Применяются главным образом три способа соединения обмоток трехфазного

трансформатора: 1) соединение первичных и вторичных обмоток звездой ( а); 2) соединение первичных обмоток звездой, вторичных — треугольником ( б); 3) соединение первичных обмоток треугольником, вторичных — звездой (в).

Коэффициент трансформации К12 = ω 2 / ω 1 ≈ U ф2 / U ф1

При соединении обмоток по схеме звезда — звезда

При соединении обмоток по схеме звезда — треугольник

При соединении обмоток по схеме треугольник — звезда

Таким образом, при одном и том же числе витков обмоток трансформатора можно в 3 раза увеличить или уменьшить его коэффициент трансформации, выбирая соответствующую

схему соединения обмоток.

Автотрансформато ры, измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Автотрансформатор представляет собой трансформатор, у которого обмотка низкого напряжения является частью обмотки высокого напряжения. У однофазного автотрансформатора всего одна обмотка. В режиме холостого хода автотрансформатор ничем не отличается от обычного трансформатора. В режиме нагрузки по общей части витков протекает ток, который равен разности токов (i1- i2), так как вторичный ток ослабляет магнитный поток в сердечнике (т. е. соответствующий магнитный поток имеет знак, противоположный знаку потока, создаваемого

током первичной обмотки).

Чаще всего автотрансформаторы изготавливают со скользящим контактом, что позволяет плавно регулировать выходное напряжение в широких пределах. Примером может служить лабораторный автотрансформатор (ЛАТР).

Рис. Принципиальная схема автотрансформатора.

У автотрансформатора часть витков первичной обмотки используется в качестве вторичной обмотки, поэтому помимо магнитной связи имеется электрическая связь между первичной и вторичной цепями. В соответствии с этим энергия из первичной цепи во вторичную передается как с помощью магнитного потока, замыкающегося по магнитопроводу, так и непосредственно по проводам.

С помощью автотрансформатора можно выбрать необходимое соотношение ω 1 и ω 2.

Автотрансформаторы применяют для пуска мощных двигателей переменного тока, регулирования напряжения в осветительных сетях, а также в других случаях, когда необходимо

регулировать напряжение в небольших пределах.

Измерительные трансформаторы напряжения и тока используют для включения измерительных приборов. Это позволяет расширить пределы измерения приборов переменного тока – вольтметров и амперметров.

Рис. а) Схема включения и условное обозначение измерительного трансформатора тока; б)Схема включения и условное обозначение измерительного трансформатора напряжения.

Сварочные трансформаторы.

К источникам питания сварочных аппаратов предъявляются специфические требования:

при заданной мощности они должны создавать большие токи в нагрузке, причем резкое изменение сопротивления нагрузки не должно существенно сказываться на значении сварочного тока. Относительно невысокие напряжения при больших токах обеспечивают не только

эффективное тепловыделение в сварочном контакте, но и безопасность сварщика, работающего

обычно среди металлических конструкций с высокой электропроводностью.

Рис. а) Принципиальная схема сварочного аппарата, б) выходная характеристика U 2= f ( I 2)

Напряжение первичной обмотки U 1 = 220В или 380В.

Напряжение во вторичной обмотке U 2 меняется от U 2дуги=60÷70 В до U 2=0 В

РК-реактивная катушка, δ – зазор в магнитной цепи дросселя. Служит для изменения индуктивного сопротивления обмоток трансформатора. Это приводит к изменению сварочного тока. На рисунке кривая (1) - I 1= Imin и кривая (2) - I 1= Im ах.

При работе трансформатора происходят частые скачки от I хх до I кз. Дополнительное сопротивление дросселя обеспечивает устойчивое горение дуги.

Читайте также:

  
• Грегори зрительное восприятие движения конспект
  
• Знакомство с голосовым аппаратом первый второй класс конспект урока самый легкий
  
• Конспект урока е чарушин еж
  
• Почему мы так часто слышим слово экология конспект урока 1 класс
  
• Имидж казахстанской армии конспект