Характеристики трансформатора: Параметры силовых трансформаторов

Силовые трансформаторы: назначение и основные характеристики

Трансформаторы силовые предназначены для преобразования трехфазного переменного тока в сетях электроэнергии. Они имеют многогранный спектр применения на всевозможных производствах, в общественных сооружениях и зданиях, используются для повышения уровня безопасности и снижения вероятности взрыва или возгорания. Применяются и в тех местах, где предоставляются высокие требования к экологической чистоте. Также одним из главных областей применения – это объекты АЭС, с классом безопасности 3 ил 4.

Предназначение трансформаторов

Главной задачей трансформатора является повысить безопасность использования электроприборов путем снижения напряжения в сети. Контроль уровня напряжения позволяет без риска перегорания использовать электрооборудование. Благодаря этому можно спокойно выполнять работы по строительству, где возникают постоянные перепады напряжения из-за специфики работы.

Основные показатели и характеристики

Далее приведем список основных показателей, которые характеризуют данное оборудование:

• коэффициент трансформации,
• потери короткого замыкания,
• напряжение короткого замыкания,
• потери холостого хода,
• суммарные потери,
• ток холостого хода,
• полная масса.

Важной характеристикой является и номинальные напряжения обмоток, которые представляют собой напряжения первичной и вторичной обмоток.

Трансформаторы силовые применяются в различных условиях любой сложности. Устойчивы к повышенной влажности, стабильно работают при загрязненности. Оборудование характеризуется относительно малым уровнем шума, позволяя комфортно работать с ним. Агрегат наделен стойкостью к перегрузкам, что позволит эксплуатировать трансформатор при граничных нагрузках, сохраняя пожаробезопасность.

Отличительная черта трансформаторов – это возможность использования оборудования при холостом ходе. Такой режим работы позволяет сократить потребление тока. Стоит обратить внимание, что трансформаторы уязвимы к различного рода вибрациям, тряске и ударам. Поэтому устанавливать их стоит на устойчивую поверхность без каких-либо колебаний. Также поддаются воздействию химической агрессивной среды. Данное оборудование подходит для работы в закрытых помещениях или же на открытом воздухе.

Электрические параметры трансформаторов

Трансформаторы предназначены для изменения напряжения переменного тока, согласования электрических цепей и осуществления связей между отдельными каскадами.

Трансформатор в большинстве случаев состоит из замкнутого магнитопровода (сердечника) с расположенными на нем обмотками. Число обмоток может быть произвольным. Одна из них подключается к источнику переменной ЭДС и называется первичной. Все остальные обмотки называются вторичными.

Трансформатор электрический

Переменный ток, протекая через витки первичной обмотки, наводит в ней и сердечнике переменное магнитное поле. Это магнитное поле пересекает витки вторичных обмоток и индуцирует (наводит) в них переменные ЭДС. Величины индуцированных ЭДС вторичных обмоток прямо пропорциональны числу витков в этих обмотках. Поэтому основным параметром трансформатора является коэффициент трансформации n:

или

• W1 и U1 – число витков и напряжение первичной обмотки
• W2 и U2 – число витков и напряжение вторичной обмотки

Если во вторичной обмотке больше витков, чем в первичной, переменное напряжение вторичной обмотки будет больше переменного напряжения первичной обмотки. Такие трансформаторы называются повышающими, если же наоборот – понижающими.

Обозначение силового трансформатора

с экранированной первичной обмоткой

Трансформаторы, предназначенные для питания радиоаппаратуры электрической энергией, называют силовыми. Чтобы уменьшить влияние помех электрической сети на устройство, первичные обмотки часто экранируется от вторичных. В качестве экрана обычно используют один слой тонкого провода или незамкнутый виток из полосы (по высоте катушки) металлической фольги.

Условное графическое обозначение автотрансформатора

На практике применяются также автотрансформаторы, имеющие одну обмотку с отводами. Если автотрансформатор подключен к источнику переменного напряжения крайними выводами, то напряжения, снимаемые с его промежуточных выводов, будут меньше напряжения источника. Если источник подключен между одним крайним и одним промежуточным выводом, то напряжение между крайними выводами автотрансформатора будет больше напряжения источника.

В идеальном трансформаторе (КПД = 100 %) мощность, потребляемая первичной обмоткой, равна сумме мощностей, потребляемых всеми вторичными обмотками. Так как Р = UI, увеличение напряжения во вторичных обмотках сопровождается пропорциональным уменьшением протекающих через них токов.

Условное графическое обозначение

высокочастотного трансформатора

Входные трансформаторы используются для повышения напряжения на входе первого каскада устройства (например, на входе усилителя низкой частоты), а также для согласования сопротивлений входного каскада и источника переменного напряжения. Выходные трансформаторы служат для получения на выходе напряжения требуемой величины и согласования выходного сопротивления устройства с сопротивлением нагрузки.

Условное графическое обозначение начала обмоток

Работа некоторых устройств, содержащих трансформаторы, в принципе невозможна, если неправильно подключены концы обмотки. Для исключения этого помечают начало и конец нужных обмоток. На электрических схемах начало обмоток обозначают точками, которые ставят у соответствующего вывода.

Основные характеристики трансформатора. Как правильно выбрать, подобрать трансформатор.

Силовые трансформаторы являются электрическими устройствами (электрическими машинами), которые трансформируют электрическую энергию по средствам электромагнитного поля (промежуточной среды, гальванически развязывающий трансформаторные обмотки). Как правило трансформаторы применяются для понижения сетевого напряжения (220, 380 вольт) до нужной более низкой величины. Они являются главными функциональными элементами различных блоков питания (трансформаторных). Правильный выбор трансформатора для своего источника питания сводится к максимальному коэффициенту полезного действия при минимальных своих размерах и энергопотерях.

Существует много типов силовых трансформаторов, которые различаются как по электрическим характеристикам, так и по другим (размеры, материал, форма и т. д.). Среди всех имеющихся характеристик трансформатора наиболее важными и значимыми (с практической точки зрения) являются такие как — мощность, напряжение, ток, размеры. В этой теме я рассмотрю именно трансформаторы небольшой мощности, которые ставятся в обычные источники питания различной электротехники. Если говорить о трансформаторах, которые работают на электрических подстанциях (большой мощности), то для них существует много нюансов, которыми занимаются конкретные специалисты в этой области.

Итак, давайте более подробно рассмотрим основные характеристики трансформатора, который нужно выбрать для блока питания соответствующей мощности. К примеру, у нас возникла необходимость собрать лабораторный блок питания, имеющий плавную регуляцию постоянного выходного напряжения.

Неплохо было бы если такой источник питания был рассчитан на максимальное выходное напряжение в 25 вольт и силу тока 10 ампер. Зная ток и напряжение можно вычислить мощность. Для этого мы перемножаем вольты на амперы (U*I) и получаем 250 ватт. Не лишним будет добавить небольшой запас по мощности (пусть это будет 50 ватт). В итоге, для нашего лабораторного блока питания нужен силовой понижающий трансформатор мощностью 300 ватт.

Питать мы будет этот блок питания от обычной сети 220 вольт. Значит первичная обмотка трансформатора должна быть рассчитана именно на это напряжение. На вторичной обмотке должно выходить 25 вольт (хотя если уж быть совсем точным, то даже где-то 22 вольта). Почему так, 22 вольта вместо 25? Любой блок питания содержит в себе выпрямительный диодный мост и фильтрующий конденсатор электролит, которые подключаются к выходной обмотке трансформатора. Так вот, существует такой эффект — переменное напряжение увеличивается примерно процентов на 18 после выпрямительного моста с фильтрующим конденсатором. И чтобы получить свои постоянные 25 вольт нужны где-то 22 вольта переменного напряжения.

Но это не принципиально важно. Ведь лишнее напряжение можно убрать если отмотать определенное количество витков вторичной обмотки. Либо же излишек постоянного напряжения можно срезать за счет самой электронной схемы стабилизатора напряжения (это сделает схема нашего регулятора напряжения, что будет стоять на лабораторном блоке питания). То есть, либо вы изначально учитываете естественное увеличение напряжения на эти 18% и покупаете трансформатор с чуть меньшим выходным напряжением, либо избавляетесь от лишнего за счет отмотки или срезания электронной схемой. Хотя можно оставить и как есть, получив в итоге блок питания с выходным напряжением около 28,5 вольт.

Итак, что касается нашей темы по основным характеристикам трансформатора и правильному его выбору. С мощностью, напряжением и током мы определились. Да, еще на счет тока — если вы будете покупать трансформатор, то просто смотрите на его выходной максимальный ток. А если вы выбираете из имеющихся в наличии (не зная его выходной ток), то смотрите на диаметр выходной медной обмотки. Сначала ее замеряете, а потом в интернете ищите таблицу зависимости силы тока выходных обмоток трансформатора от диаметра провода этих обмоток. К примеру, для нашего лабораторного блока питания с выходным током в 10 ампер нужен медный провод (выходной обмотки) диаметром около 2,3 мм.

Кроме электрических характеристик также имеют значения и размеры силового трансформатора. Они зависят не только от мощности трансформатора, а еще и от типа формы. Есть основные три типа трансформаторов (по форме) — круглый, П — образный, Ш — образный. На первом месте по компактности находится трансформатор круглой формы, но он стоит дороже и мотать его сложнее (если самому, не имея специального намоточного станка). На втором месте по компактности стоит трансформатор П — образной формы. Ну, и на третьем месте трансформаторы Ш — образной формы.

P.S. В итоге, прежде чем покупать (находить) силовой трансформатор сначала четко определитесь с его выходным напряжением и током. Перемножьте их и вы получите мощность трансформатора (не забудьте немного добавить запаса). А при выборе конкретной формы лучше брать круглые и П — образные, так как они имеют более компактные размеры. Хотя если это для вас не принципиально важно, то берите хотя бы просто приличного вида (без видимых механических повреждений, ржавчины на магнитопроводе, не сильно старый и т.д.).

Трансформатор ТМГ 800

Технические характеристики трансформатора ТМГ 800

Трансформатор ТМГ 800 (так же как и любая другая модель ТМГ) конструктивно замкнутая металлическая оболочка, полностью изолированная от окружающей среды. Внутри этой оболочки или бака находятся обмотки высшего и низшего напряжения. Они изготавливаются из алюминиевой фольги (реже – из медной). Внутри бака находится масло, которое предназначено для компенсации температурных колебаний во время эксплуатации трансформатора ТМГ 800.

Внутри герметичной оболочки находится расширительный бак, аккумулирующий избыточные объёмы масла, которые уместны при повышении температуры. Герметизация необходима для того, чтобы предотвратить контакт масла и внешней среды. Это значит, что оно, во-первых, никуда не испаряется, а во-вторых, не окисляется и не увлажняется. Повышается эксплуатационный срок и исключается необходимость в периодической замене масла и его проверке.

Для удобства транспортировки трансформатора ТМГ 800 на верхней части бака размещены кронштейны. Если замена масла всё же будет необходима, то можно воспользоваться отверстиями с пробками – одно для слива, а другое – для налива.

Указатель масла выполнен в виде поплавка и используется для технического контроля его уровня.

Преимущества трансформаторов ТМГ 800

• Более компактные как по весу, так и по габаритам по сравнению с обычными трансформаторами ТМ и ТМФ такой же мощности.
• Нет дополнительных расходов во время эксплуатации герметизированного трансформатора ТМГ 800 (в течение 25 и более лет).
• Нулевые расходы на эксплуатацию по сравнению с затратами для трансформаторов ТМ и ТМФ, составляющими до 60 % от его первоначальной стоимости.
• Более низкая стоимость ТМГ по сравнению с ТМЗ.

Схема трансформатора ТМГ 800

Трехфазные масляные трансформаторы ТМГ — 1600/10-У1 являются новейшей серийной продукцией Минского электротехнического завода им.

В. И. Козлова

Трехфазные масляные трансформаторы ТМГ — 1600/10-У1 являются новейшей серийной продукцией Минского электротехнического завода им. В. И. Козлова и выпускаются с апреля 2006 г. От масляных трансформаторов других производителей экономического пространства бывшего СССР он отличается целым рядом важных преимуществ:

• стабильно высокие технические характеристики при минимальных габаритах и количестве расходных материалов;
• отсутствие затрат на эксплуатацию и обслуживание, а также на проведение профилактических, текущих и капитальных ремонтов.

Технические характеристики трансформатора ТМГ-1600/10-У1:

При производстве этих типов трансформаторов применяются технологии фирм «Альстом Атлантик» и «Максеи» (Франция), «Георг» (Германия), «Микафил» (Швейцария), «Нордсон» (США). Наличие на заводе нескольких конструкторских отделов с первоклассными специалистами, экспериментального цеха, хорошо оснащенных испытательных лабораторий и стендов, обеспечивают постоянное совершенствование продукции, учет всех последних тенденций в производстве трансформаторов ТМГ и быстрое внедрение новинок в готовые изделия.

Высокая культура производства, постоянная обратная связь с проектными и обслуживающими организациями, заказчиками и собственными официальными представителями, дают покупателю уверенность в том, что и в случае неблагоприятных ситуаций или особых режимах эксплуатации не возникнут сбои или отказы оборудовании, не будет проблем с поставками и комплектацией.
Минский электротехнический завод им. В. И. Козлова входит в международную сеть качества «IQNet» с 01. 01.2000г, а продукция и все процессы сертифицированы на соответствие МС ИСО 9001:2000 международным органом по сертификации «КЕМА» (Голландия).

Важная информация:

Во время низких температур зимы 2005/2006 года прекрасно зарекомендовала себя продукция Минского электротехнического завода им. В. И. Козлова. По данным ОАО «Тюменьэнерго», несмотря на большое число отказов даже новой продукции других производителей, только трансформаторы МЭТЗ, поставленные в конце 80-х годов, не вызывали никаких нареканий от ремонтных служб. В результате прошедших в начале марта 2006г. переговоров, было заключено соглашение на поставку трансформаторов и КТП (в том числе, укомплектованными ТМГ-1600/10-У1) подразделениям ОАО «Тюменьэнерго» и ОАО «Роснефть». Более 600 тысяч трансформаторов ТМГ надежно и с нулевыми эксплуатационными издержками работают на промышленных объектах, в городских и сельских электросетях.

Надежность и абсолютная безопасность гофрированных баков подтверждается постоянно проходящими механическими испытаниями.

Магнитопровод трансформатора ТМГ состоит из пластин, которые изготавливаются на линии раскроя электротехнической стали «Георг» (Германия). Современное технологическое оборудование позволяет производить шихтовку с косым стыком пластин по схеме «СТЭП-ЛЭП», что повышает качество магнитопровода.

Подчеркнем, что условиями качественного исполнения герметичных трансформаторов ТМГ — 1600/10-У1, помимо гофрированного бака, являются глубокая дегазация трансформаторного масла перед его заливкой и процесс заливки под очень глубоким вакуумом.

Трансформатор ТМГ имеет повышенную электрическую прочность изоляции, вследствие качественной герметизации и особой формы сечения обмоток.

Историческая справка:

Выпуск трансформаторов ТМГ освоен на Минском электротехническом заводе им. В.И.Козлова в 1986 г. по лицензии и на оборудовании фирмы «Альстом Атлантик». Постоянно расширяется ассортиментный ряд изделий, среди которых и продукция для нестабильных электросетей (с симметрирующим устройством), с повышенными требованиями к уровню шума и потерям холостого хода (с особым исполнением магнитопровода), для питания устройств с большими нагрузками на валах приводных механизмов (буровые установки и транспорт) и т. п. До 80% комплектующих составляют поставки лучших российских производителей, с которыми завод работает в единой технологической цепочке.

Трансформаторы. Режимы работы и рабочие характеристики

Приведенные при рассмотрении принципа действии трансформа­тора соотношения справедливы лишь для идеального трансформатора, в котором пренебрегают сопротивлениями обмоток и потерями в сердечнике и считают, что магнитный поток замыкается только по сердечнику. В реальных условиях необходимо учитывать падения напряжения в обмотках и фактическую картину распределения магнитных полей. В частности, при холостом ходе МДС F₀ кроме основного магнитного потока взаимоиндукции Ф₀, замыкающегося по сердечнику, создает магнитный поток рассеяния Ф_рс1, который замыкается, в основном, по воздуху и сцепляется только с первичной обмоткой (рис. 1).

Рис. 1 — Холостой ход однофазного трансформатора

Под действием этого магнитного потока в первичной обмотке индуктируется ЭДС самоиндукции е_рс1, действующее значение которой обычно рассчитывают по соотношению

где х_рс1 — индуктивное сопротивление рассеяния первичной обмотки.

Для упрощения записи это сопротивление часто обозначают просто х₁  Оно равно

где L₁ — индуктивность рассеяния, определяемая по специальным формулам.

Таким образом, реально существующий магнитный поток рассеяния Ф_рс1 первичной обмотки и соответствующая ему ЭДС Е_рс1 учитываются путем введения некоторого индуктивного сопротивления рассеяния х₁, падение напряжения на котором уравновешивает ЭДС, т.е. в векторной форме равенство

записывают в виде

Такой подход значительно упрощает анализ и расчет режимов работы трансформатора. Сопротивление х₁ практически постоянно, а величина Е_рс1 пропорциональна току первичной обмотки.

Полное сопротивление первичной обмотки, кроме сопротивления х₁ учитывает также активное сопротивление r₁, т.е.

Электрическая схема замещения фазы первичной обмотки трансформатора на холостом ходу полностью аналогична схеме замещения катушки со стальным сердечником (рис. 2).

Рис. 2 — Электрическая схема замещения фазы трансформатора на холостом ходу

Уравнение электрического равновесия трансформатора для режима холостого хода может быть записано в виде

или

Таким образом, подводимое к первичной обмотке напряжение уравновешивается ЭДС самоиндукции Е₁₀ и падением напряжения на сопротивлениях r₁ и х₁ обмотки. Поскольку падение напряжения  достаточно мало, последнее уравнение для режима холостого хода часто записывают в виде

Векторная диаграмма трансформатора в режиме холостого хода является графической иллюстрацией и решением уравнений

Векторы как это следует из уравнений

отстают от вектора Фом на 90° (рис.3). Величина напряжения U₂₀ =Е₂₀ отличается от Е₁₀ в отношении коэффициента трансформации. Ток холостого хода I₀ не синусоидален и его представляют в виде двух составляющих: I_0а — активной, определяющей потери энергии в стали сердечника и в обмотке; I_0р — реактивной, необходимой для создания МДС F₀ и потоков Ф₀ и Ф_рс1.

Рис. 3 — Векторная диаграмма холостого хода трансформатора

Таким образом, можно записать

Обычно I_0а<< I_0р и приближенно считают, что в режиме холостого хода ток I₀, в основном, намагничивающий, т.е.

I₀ ? I_0р.

В целом вектор тока  опережает вектор Ф_о  на некоторый угол ?, называемый углом потерь

где r_m и x_m – активное и индуктивное сопротивления ветви намагничивания.

Следует отметить, что на рис. 3 векторы

показаны для наглядности в сильно увеличенном масштабе.

Нагрузочным или рабочим называется режим работы трансформатора, при котором к первичной обмотке подведено напряжение U₁, а к вторичной подключены потребители Z_Н (рис. 4), так  что I₂  > 0.

Рис. 4 — Нагрузочный режим однофазного трансформатора

Это основной режим, при котором вторичный ток изменяется в пределах 0<I₂ ? I_2Н , а коэффициент мощности cos?₂ определяется характером нагрузки и может изменяться от нуля до 1,0. Особенности взаимодействий в рабочем режиме трансформатора определяются тем, что ток I₂ создает МДС F₂ = I₂W₂ и соответствующий магнитный поток Ф₂, действующие встречно по отношению к МДС F₁ и потоку Ф₀, т.е. в соответствии с принципом Ленца реакция вторичной обмотки направлена на уменьшение основного магнитного потока взаимоиндукции Ф₀, созданного при холостом ходе. Однако, поскольку подводимое к первичной обмотке напряжение не изменяется, а оно, в основном, уравновешивается ЭДС Е₁₀, то поток Ф₀ не должен изменяться, что соответствует уравнению равновесия:

Для поддержания неизменным магнитного потока при переходе от холостого хода трансформатора к нагрузке МДС I₀W₁ первичной обмотки увеличивается до такой величины I₁W₁, при которой компенсируется размагничивающее действие МДС вторичной обмотки I₂W₂. При этом закон Ома для магнитной цепи трансформатора в рабочем режиме записывается в виде:

Левые части соотношений одинаковы, поэтому справедливо равенство:

которое называют уравнением равновесия МДС трансформатора.

Из последнего равенства получают уравнения равновесия токов, которые записывают в виде:

или

При нагрузках, близких к номинальной, током холостого хода иногда пренебрегают и уравнение второе уравнение упрощается:

откуда следует соотношение:

Таким образом, соотношение токов при нагрузках, близких к номинальной, определяется соотношением числа витков, причем оно обратно пропорционально коэффициенту трансформации. Поэтому для номинального режима можно записать приближенное равенство:

из которого следует, что полная мощность, потребляемая трансформатором из сети, примерно равна полной мощности, отдаваемой потребителю.

Схема замещения первичной обмотки при переходе от режима холостого хода к нагрузке не изменяется, однако первичный ток увеличивается до значения I₁ (рис.5, а), что должно найти отражение в уравнении равновесия ЭДС первичной обмотки при нагрузке:

Ток вторичной обмотки подобно току первичной обмотки создает магнитный поток рассеяния Ф_рс2, действие которого учитывается или величиной ЭДС самоиндукции Е_рс2, или уравновешивающим ее па­дением напряжения I₂x₂, на индуктивном сопротивлении рассеяния

где  L₂ — индуктивность рассеяния вторичной обмотки.

Рис. 5 — Схемы замещения первичной (а) и вторичной (б)  обмоток трансформатора при нагрузке

Электрическая схема замещения вторичной обмотки показана на рис.5, б, на которой r₂ — её активное сопротивление, а полное сопротивление нагрузки:

Уравнение электрического равновесия вторичной обмотки при нагрузке имеет вид:

Это уравнение источника электрической энергии, что и представляет собой трансформатор по отношению к нагрузке. Как видно, при работе под нагрузкой напряжение на нагрузке отличается от ЭДС Е₂  на величину падения напряжения на внутренних сопротивлениях вторичной обмотки. Следует отметить, что соотношение между ЭДС Е₂ и напряжением U₂  зависит также от характера нагрузки, о чем будет сказано ниже.

Векторные диаграммы первичной и вторичной обмоток являются графическим решением уравнений:

Для вторичной обмотки (рис. 5, б) сдвиг по фазе между током I₂ и напряжением U₂ , (угол ?₂) определяется соотношением параметров нагрузки:

а угол ?₂ — соотношением реактивных и активных сопротивлений вторичной обмотки и нагрузки, т.е.

Рис. 6 — Векторные диаграммы первичной (а) и вторичной (б) обмоток трансформатора

На рис.6  векторные диаграммы изображены для случая активно-индуктивной нагрузки.На векторной диаграмме первичной обмотки (рис. 4, а) вектор тока получают, пристраивая к вектору тока холостого хода вектор тока измененный в отношении 1/к и повернутый на 180°, т.е. вектор

Построение вектора первичного напряжения U₁  аналогично построе­нию для режима холостого хода, однако векторы падений напряжения

ориентируются по отношению к вектору тока .

Сдвиг по фазе между током I₁ и напряжением U₁ обозначают ?₁. Угол ?₁, определяет, как известно, при заданных значениях тока и напряже­ния, подводимую к трансформатору от сети активную P₁ = U₁I₁cos?₁ и реактивную  Q₁ = U₁I₁sin?₁ мощности. Чем больше угол ?₁, тем меньше активная и тем больше реактивная мощности.

Режим короткого замыкания

Короткое замыкание (к.з.) трансформатора представляет собой такой режим его работы, когда вторичная обмотка замкнута накоротко (Z_н = 0) и, следовательно, вторичное напряжение U₂ равно нулю.

При внезапном коротком замыкании, когда к первичной обмотке подводится номинальное напряжение, токи в обмотках превышают номинальные значения в 10…20 раз. Такое к.з. может иметь место при эксплуатации трансформатора и является аварийным. Возникают недопустимые перегревы обмоток и значительные электродинамические усилия, которые приводят к разрушению трансформатора. Для защиты трансформатора от коротких замыканий применяются быстродействующие автоматы защиты.

В процессе испытания трансфор­маторов производят опыт короткого замыкания, но при таком понижен­ном первичном напряжении, чтобы токи в обмотках были равны номи­нальным. Это напряжение, выраженное в % от номинального (u_к %), заносится на заводскую табличку трансформатора. Измерения при таком испытательном коротком замыкании, также как и измерения при холостом ходе позволяют определить ряд важных параметров трансформатора.

Приведенный трансформатор

Приведение вторичной обмотки трансформатора к первичной

Для упрощения анализа и расчета режимов работы трансформатора пользуются способом, при котором одна из его обмоток приводится к другой. Смысл приведения состоит в том, чтобы сделать ЭДС первичной и вторичной обмоток одинаковыми, электромагнитную связь между обмотками заменить электрической связью и получить единую электрическую схему замещения трансформатора, построить другую, более простую и наглядную векторную диаграмму. Чаще всего вторичную обмотку приводят к первичной. Для этого условно заменяют реальную вторичную обмотку некоторой фиктивной обмоткой с числом витков:

т.е. увеличивают число ее витков в k раз. Таким образом, коэффициент приведения вторичной обмотки к первичной равен коэффициенту трансформации. Все параметры приведенной обмотки обозначают со штрихами:

и т.д. В приведенной обмотке в соответствии с новым числом витков увеличиваются все ЭДС, напряжения и падения напряжения, т.е.:

Важным условием приведения является то, чтобы мощности и потери энергии во вторичной обмотке не изменялись. Для этого должны выполняться равенства:

из которых получаются соотношения для тока и активного сопротивления приведенной вторичной обмотки:

Аналогично  последнему соотношению изменяются индуктивное сопротивление рассеяния приведенной вторичной обмотки и параметры нагрузки:

Для полных сопротивлений справедливы соотношения:

Если таким образом изменить (условно конечно) все электрические величины вторичной обмотки, то энергетические соотношения в реальном и приведенном трансформаторе сохраняются без изменений и поэтому приведение правомерно. При этом необходимо помнить, что приведение — это чисто аналитический прием, позволяющий упростить расчеты и анализ физических процессов в реальном трансформаторе.

Схема замещения и уравнения электрического равновесия приведенного трансформатора

Поскольку в приведенной вторичной обмотке ЭДС

равна ЭДС E₁, то оказывается возможным схемы замещения первичной обмотки (рис. 5,а) и вторичной обмотки (рис. 5,б) с измененными параметрами объединить в одну схему замещения, соединив электрически точки равного потенциала. Такая полная двухконтурная схема замещения показана на рис. 7. Ее часто называют Т-образной схемой замещения приведенного трансформатора.

Рис. 7 — Т-образная схема замещения приведенного трансформатора

На этой схеме ветвь c – d  с сопротивлениями r_m и x_m и током I₀ называют ветвью намагничивания, ветвь А – с с током I₁ — первичной ветвью, ветвь с – а– х – d с током

— вторичной ветвью или вторичным контуром. Параметры схемы имеют строго определенные наименования: r_m — активное сопротивление ветви намагничивания, учитывающее потери в стали магнитопровода на перемагничивание и вихревые токи:

— индуктивное сопротивление взаимоиндукции (ветви намаг­ничивания).

Величина:

поэтому принимают, что:

r₁ и r₂’ — активные сопротивления первичной и приведенной вторичной обмоток; x₁ и x₂^‘ — индуктивные сопротивления рассеяния первичной и приведенной вторичной обмоток;

 — приведенное сопротивление нагрузки. Уравнения равновесия токов и ЭДС приведенного трансформатора  записываются на основании 1 и 2 законов Кирхгофа:

Полная векторная диаграмма приведенного трансформатора (рис.8) является графическим решением приведенных уравнений электрического равновесия.

Рис. 8  — Векторная диаграмма приведенного трансформатора

Она объединяет векторные диаграммы первичной и вторичной обмоток, показанные на рис. 6 , при этом векторы ЭДС

и

между собой, а все построения для вторичной обмотки производятся для приведенных параметров.

Как отмечалось выше, в режимах номинальной нагрузки ток холостого хода I₀ очень мал по сравнению с током I_1н. Тем более он несоизмеримо мал по сравнению с током короткого замыкания, поэтому в этих режимах им можно пренебречь и в расчетах пользоваться упрощенной схемой замещения (рис. 9).

Рис. 9  —  Упрощенная схема замещения приведенного трансформатора

Сопротивления r_k = r₁ +r₂^‘  и x_k= x₁ + x₂называют сопротивлениями короткого замыкаия.

Уравнения электрического равновесия для упрощенной схемы имеют вид:

Опытное определение параметров схемы замещения трансформатора

Для определения параметров схемы замещения трансформатора проводят его испытания в режиме холостого хода и опытного короткого замыкания.

Схема опыта холостого хода приведена на рис.10 . Первичную обмотку подключают на номинальное напряжение и измеряют ток холостого хода I₀ , мощность P₀, напряжение на разомкнутой  вторичной обмотке U₂₀ .

Рис. 10 — Схема опыта холостого хода

Мощность P₀, потребляемая из сети, расходуется на потери в меди  ?P_m1 = I₀²r₁  и потери в стали       ?P_ст= I₀²r_m при этом, поскольку  r_m»r₁, потерями в первичной обмотке ?P_m1  пренебрегают и считают, что вся потребляемая из сети мощность расходуется на потери в стали, т. е.:

откуда:

Исходя из схемы замещения (рис. 5, а ) и пренебрегая величиной z₁ по сравнению с z_m  можно определить величину z_m из соотношения:

откуда:

Коэффициент мощности при холостом ходе определяется из соотношения:

Коэффициент трансформации равен:

Схема опыта короткого замыкания приведена на рис. 11.

Рис. 11 — Схема опыта короткого замыкания

 В этом опыте вторичная обмотка замыкается накоротко, а на первичной обмотке с помощью регулятора устанавливают такое напряжение U_1k, при котором ток в первичной обмотке равен номинальному I_1k = I_1н. Величина U_1k  имеет весьма важное эксплуатационное значение и всегда указывается на щитке трансформатора. Обычно она указывается в процентах от номинального напряжения и для однофазных трансформаторов составляет 3%…5%.

Поскольку в рассматриваемом режиме U₂=0, то трансформатор не отдает потребителю полезной мощности и вся мощность P_1k, потребляемая из сети, расходуется на потери. Т.к. потери в стали  ?Р_ст пропорциональны квадрату магнитной индукции  ?Р_ст ? В² ? Е² ? U₁², то, ввиду малости напряжения U_1k, этими потерями пренебрегают и считают, что вся потребляемая мощность расходуется на потери в обмотках, т. е:

откуда получаем:

Полное сопротивление короткого замыкания равно:

поэтому :

Принимая далее, что :

получаем все параметры Т-образной схемы замещения трансформатора.

Рабочие характеристики трансформатора

Зависимость вторичного напряжения трансформатора от величины и характера нагрузки

Изменением напряжения двухобмоточного трансформатора при заданной нагрузке называется выраженная в процентах от номинального вторичного напряжения разность:

где U_2o и U_2н — вторичные напряжения при холостом ходе и при нагрузке.

Существуют определенные ГОСТом допустимые нормы изменения напряжения трансформатора при номинальной нагрузке. Часто в конструкции трансформатора предусматривается возможность в небольших пределах регулировать вторичное напряжение путем изменения числа витков первичной или вторичной обмоток, имеющих дополнительные выводы.

Физически влияние величины нагрузки на вторичное напряжение объясняется изменением (увеличением) падения напряжения на соп­ротивлениях обмоток трансформатора при увеличении тока нагрузки I₂ (или I₂’).

Логическая цепочка этого процесса такова:

При возрастании тока  увеличивается и ток I1 вызывая увеличение падения напряжения в сопротивлениях первичной обмотки. Поскольку:

то это приводит к некоторому снижению ЭДС E₁, и соответствующему изменению магнитного потока взаимоиндукции, а это влечет за собой уменьшение . В свою очередь падение напряжения на сопротивлениях вторичной обмотки создают дополнительные изменения напряжения  .

Влияние характера нагрузки (отношения x_н /r_н) на величину вторичного напряжения при неизменном токе нагрузки удобно проследить, пользуясь упрощенной векторной диаграммой (рис. 1), на которой показаны режимы работы трансформатора для случаев ?₂ > 0, ?₂ = 0  и ?₂ < 0, а также геометрическое место концов вектора при изменении угла ?₂  пределах :

Построение упрощенных диаграмм производятся следующим образом: из точки 0 как из центра проводится дуга окружности радиусом, равным в принятом масштабе величине напряжения ; под углом ?₂ проводятся направления вектора вторичного напряжения ; во всех случаях нагрузки треугольник короткого замыкания распо­лагается таким образом, чтобы вершина А была на дуге  , вер­шина С — на направлении вектора ; а катет ВС совпадал с направлением вектора тока .

Рис. — 12.  Упрощенная векторная диаграмма приведенного  трансформатора при различных по характеру нагрузках

Точки С, С₁ и C₂ определяют величину приведенного вторичного напряжения при соответствующем значении ?₂ . Если треугольник ABC поместить в положение 0 B’ C’, то дуга, проведенная из вершины С радиусом, равным , пройдет через точки С, С₁ и C₂ и является, таким образом, геометрическим местом конца вектора напряжения  .Из рис. 12 хорошо видно, что при активно-индуктивной (?₂ > 0) и чисто активной нагрузке (?₂ = 0) приведенное вторичное напряжение меньше первичного напряжения  .

При активно-емкостной нагрузке (?₂ < 0) вторичное напряжение может стать даже больше первичного.

Физически это объясняется следующим образом. Реактивная мощность, необходимая для создания магнитного поля взаимоиндукции определяется, главным образом, реактивным сопротивлением рассеяния x_k. При активно-емкостной нагрузке эта реактивная мощность может забираться от нагрузки и при определенной величине емкости в нагрузке избыток реактивной мощности отдается в первичную сеть. При этом растет ЭДС:

что приводит к перевозбуждению трансформатора, т.е. к возрастанию потока и увеличению напряжения .

Внешняя характеристика трансформатора

Внешней характеристикой трансформатора называют зависимость:

при   и cos?₁ = const (рис. 13).

Рис. 13 —  Внешняя характеристика трансформатора

Из рис. 13 следует, что внешняя характеристика трансформатора при увеличении тока нагрузки до номинального является достаточно жесткой. Изменение напряжения составляет всего несколько процентов и зависит от характера нагрузки, что находится в соответствии с векторной диаграммой (рис. 12 ).

При активной и активно-индуктивной нагрузке напряжение  уменьшается, при активно-емкостной нагрузке оно может несколько возрастать.  На практике величина изменения напряжения обычно рассчитывается по приближенной формуле:

где  ? = I₂/I_2н нагрузка трансформатора в относительных единицах;

Потери в трансформаторе и его КПД

Трансформатор потребляет из сети мощность:

где m₁ – число фаз.

Часть этой мощности, как отмечалось, теряется в виде потерь в обмотках:

другая часть — в виде потерь в сердечнике на гистерезисе и вихревые токи.

Электромагнитная мощность:

передается во вторичную обмотку посредством магнитного поля.

Полезная мощность равна:

Потери в стали:

мало изменяются при изменении нагрузки и относятся к категории постоянных потерь. Потери в обмотках:

являются переменными т. к. изменяются при изменении тока. Коэффициент полезного действия трансформатора показывает соотношение между мощностью, которая передается из первичной обмотки во вторичную и обратно, и мощностью, которая преобразуется в тепло. КПД определяется по формуле:

КПД силовых трансформаторов обычно достигает 94…98%. Рассчитывают трансформаторы таким образом, чтобы КПД имел наибольшее значение при нагрузке ? = 0,5 – 0,7 от номинальной. Обычно трансформаторы работают с некоторой недогрузкой — в области максимального значения КПД рис. 14.

Рис. 14 — Коэффициент полезного действия трансформатора

При передаче значительной реактивной мощности (при уменьшении cos?₂) КПД уменьшается, что показано на рис. 1, кривая 2.

Параллельная работа трансформаторов

Параллельная работа трансформаторов возможна лишь в том случае, если в обмотках трансформаторов не возникают уравнительные токи, а нагрузка распределяется пропорционально номинальным мощностям трансформаторов. Практически это сводится к выполнению следующих условий:

1. Напряжения обмоток высшего и низшего напряжения, указанные на заводских табличках, должны быть соответственно равны, т.е. должны быть равны коэффициенты трансформации k₁ = k₂ …k_n.

2. Напряжения короткого замыкания u_к, указываемые на заводских табличках трансформаторов, должны быть также равны; при параллельной работе трансформаторов допускают отклонения в пределах ±10 %.

3. Мощности параллельно работающих трансформаторов не должны значительно отличаться одна от другой. Допускается различие мощностей не больше чем в 3 раза.

4. Схемы и группы соединений обмоток трансформаторов, предназначенных для параллельной работы, должны быть одинаковыми. Это требование может быть выполнено, если условные обозначения схем и групп соединений, указанные на заводских табличках, будут одинаковыми.

5. Обмотки фаз трансформаторов, включенных для параллельной работы, должны совпадать, т. е. одинаково обозначенные выводы обмоток фаз должны быть присоединены к одной, а не к разным шинам.

Рассмотрим последствия нарушения названных условий.

Допустим, что не выполнено первое условие (k₁ < k₂ ). Это значит, что при одном и том же напряжении на первичных обмотках трансформаторов U₁, вторичные ЭДС трансформаторов будут неодинаковы Е₁ > Е₂. Под действием возникшей разности потенциалов в замкнутом контуре  вторичных обмоток пойдет уравнительный ток, который создаст падение напряжения в обмотках. В трансформаторе 1 это вызовет уменьшение напряжения на зажимах вторичной обмотки, в трансформаторе 2 – увеличение вторичного напряжения. В результате напряжение на внешних шинах будет иметь среднее значение. При нагрузке уравнительный ток накладывается на ток нагрузки, вследствии чего трансформатор 1 будет перегружен, а трансформатор 2 – недогружен. ГОСТ допускает расхождение в коэффициентах трансформации не больше ±0,5% от их среднего значения.

Если трансформаторы имеют неодинаковые номинальные напряжения короткого замыкания  u_1К  ? u_2К, значит неодинаковы сопротивления короткого замыкания Z_1К ? Z_2К. При работе трансформаторов в параллель напряжения вторичных обмоток одинаковы т. е. I₁₂Z_1К = I₂₂Z_2К, а это возможно лишь при неодинаковых токах трансформаторов. Это значит, что при параллельной работе трансформаторов нагрузка между ними будет распределяться непропорционально их номинальным мощностям. Чтобы не вызвать аварии трансформатора, имеющего меньшее значение u_К, необходимо снижать общую нагрузку. Это ведет к неполному использованию трансформаторов. Согласно ГОСТ необходимо, чтобы разница напряжений короткого замыкания не превышала ±10% от их среднего значения, а соотношение номинальных мощностей параллельно работающих трансформаторов было не больше, чем 3:1.

Несоблюдение четвертого условия вызывает настолько большой уравнительный ток, что трансформаторы могут выйти из строя из-за перегрева обмоток. Даже при минимальном расхождении групп соединения трансформаторов (например, у одного группа ?/? – 0, а у другого ?/? – 11) уравнительный ток будет примерно в 5 раз больше номинального, что равносильно короткому замыканию.

Во избежание ошибок присоединение трансформаторов к сети без нулевого провода ( пятое условие ) производят следующим образом. Включают оба трансформатора со стороны высшего напряжения, затем один из них присоединяют к шинам низкого напряжения выводами обмоток всех фаз, а другой — выводами обмотки одной фазы, например С. Затем между выводами обмоток фаз В и А второго трансформатора и шинами низкого напряжения, к которым соответственно присоединены выводы обмоток фаз В и А первого трансформатора, включают вольтметр или лампу. Если обозначения выводов обмоток фаз на трансформаторах нанесены правильно, то между всеми парами одноименных выводов напряжение равно нулю (лампа не горит или вольтметр показывает нуль) и выводы В и А второго трансформатора могут быть соединены с шинами, к которым соответственно присоединены выводы В и А первого трансформатора.

Контрольные лампы или вольтметры при указанной проверке должны быть взяты на двойное рабочее напряжение трансформатора со стороны низшего напряжения.

Устройство измерительного трансформатора тока — Группа СВЭЛ

Измерительный трансформатор тока используется в измерительных приборах и защитных релейных устройствах электросетей и энергообъектов. Устройство преобразует ток, обеспечивая безопасность и точность измерений.

Конструкция и принцип действия ИТТ

Трансформатор тока включает в себя две обмотки, размещенные на ферромагнитном сердечнике из электротехнической стали. Витки первичной — включаются в цепь, по которой протекает первичный ток, к вторичной — подключаются измерительные и защитные приборы. В магнитопроводе образуется переменный магнитный поток, который индуцирует во вторичной обмотке, за счет чего создается вторичный ток, противоположно направленный первичному.

Для правильной передачи фазы тока и максимальной точности замеров выводы первичной и вторичной обмоток ИТТ обозначают «линия» и «измеритель» соответственно.

Иногда аварии вызывают превышение допустимого значения тока на порядок. При этом ИТТ подвергается перегрузке. Из-за этого его мощность становится значительно больше номинальной, сердечник насыщается, а точность измерений уменьшается. Поэтому ГОСТ определил пределы погрешности 10%.

Специфика трансформатора тока

Основные характеристики ИТТ: вторичный и первичный номинальный ток, нагрузка вторичной цепи, класс точности, коэффициент трансформации, угловая и полная погрешности.

Одно и то же устройство можно применять для подключения сразу нескольких приборов. Но чем их больше подсоединено к трансформатору, тем выше сопротивление. Из-за этого снижается ток во вторичной обмотке, что влияет на рабочий режим агрегата.

Благодаря разделению обмоток амперметр не подвергается высокому напряжению, что позволяет монтировать его непосредственно на распределительный щит. Для снижения риска пробоя изоляции, вывод вторичной обмотки необходимо заземлить.

Номинальный вторичный ток не должен превышать 5А. А если трансформатор устанавливается на большом расстоянии от измерительных устройства, ток снижают до 1А, чтобы уменьшить падение напряжения в гибких выводах.

Трансформатор

и его работа, характеристики и применение — Все о проектировании

Что такое трансформатор | его работа, характеристики и приложения

Трансформатор — очень распространенное и широко используемое электрическое устройство. У него есть приложения от мини-мобильных устройств, которые могут поместиться в кармане, до тяжелого промышленного оборудования. В этой статье мы собираемся обсудить трансформатор, его принцип работы, его характеристики и области применения.

Трансформатор

Трансформатор — это статическое электрическое устройство, которое передает электрическую энергию из одной цепи в другую с увеличением или уменьшением напряжения и тока.

Он состоит из двух или более чем двух обмоток (катушек), намотанных на неподвижный железный сердечник. Обмотки бывают двух типов:

.

• Первичная обмотка
• Вторичная обмотка

Первичная обмотка

Входная обмотка, возбуждаемая переменным током питания, называется первичной обмоткой.Количество витков в первичной обмотке обозначается N _p .

Вторичная обмотка

Обмотка трансформатора, которая является выходом трансформатора и связана с нагрузкой, называется вторичной обмоткой. Число витков вторичной обмотки обозначается N _s .

Коэффициент трансформации трансформатора

Это отношение числа витков вторичной обмотки трансформатора к числу витков первичной обмотки.

Это очень важно для определения входного и выходного напряжения и тока трансформатора.

Принцип трансформатора

Трансформаторы

работают согласно закону Фарадея 2 ^и электромагнитной индукции . это означает, что если катушку поместить в переменное магнитное поле, в катушке будет индуцирована ЭДС.

Трансформатор работает от переменного тока питания, также известного как переменный ток (AC). Из-за переменного тока в первичных обмотках вокруг них создается переменное магнитное поле.Это переменное магнитное поле индуцирует ЭДС во вторичной обмотке посредством явления «взаимной индукции» . Следовательно, происходит передача электрической энергии между двумя обмотками. Первичная и вторичная обмотки соединены магнитным полем, но гальванически изолированы.

Уровни выходного напряжения и тока трансформатора могут изменяться в зависимости от количества витков в первичной и вторичной обмотках, но частота остается неизменной.

Характеристики трансформатора

Некоторые характеристики трансформатора приведены ниже:

Входное и выходное напряжения трансформатора переменные.Трансформатор может увеличивать или уменьшать напряжение питания.

В _выход = В _дюйм (N _с / N _p )

Ток также является переменной величиной в трансформаторе, которую можно увеличивать или уменьшать.

I _выход = I _дюйм (N _p / N _s )

Трансформатор — это устройство, работающее с постоянной частотой. Частота входного и выходного напряжения остается прежней.

Мощность трансформатора остается постоянной.Мощность, подаваемая на трансформатор, и мощность, подаваемая трансформатором, остаются прежними.

P _вход = P _выход

В _в I _в = В _{на выходе} I _{на выходе}

Повышающий и понижающий трансформаторы

По входному и выходному напряжению трансформатора они подразделяются на эти два типа;

1) Повышающий трансформатор

Повышающий трансформатор имеет большее количество витков во вторичной обмотке N _s , чем в первичной обмотке N _p . Он увеличивает входное напряжение на коэффициент трансформации трансформатора.

N _с > N _с

Коэффициент поворота> 1

В _выход = В _дюйм (N _с / N _p )

Коэффициент трансформации повышающего трансформатора больше 1.

2) Понижающий трансформатор

Трансформатор, число витков которого в первичной обмотке N _p больше, чем у вторичной обмотки N _s , называется понижающим трансформатором.

Уменьшает входное напряжение на коэффициент трансформации.

N _с с

Коэффициент поворота <1

В _выход = В _дюйм (N _с / N _p )

Коэффициент трансформации понижающего трансформатора ниже 1.

Применение трансформатора

Трансформатор используется в большом количестве электрических и электронных устройств. Это самый распространенный электрический прибор.Некоторые из его приложений приведены ниже:

• Используется для увеличения или уменьшения напряжения в цепи.
• Используется для гальванической развязки двух цепей.
• Используется в выпрямителях переменного тока в постоянный для снижения высокого входного напряжения переменного тока.
• Используется для согласования импеданса
• Трансформаторы тока используются для измерений.
• Распределительные трансформаторы используются для понижения уровня напряжения в наших бытовых приборах.
• Стабилизатор и регуляторы напряжения

Вы также можете прочитать:

Идеальный трансформатор и его характеристики

Идеальный трансформатор — это воображаемый трансформатор, у которого
— без потерь в меди (без сопротивления обмотки)
— без потерь в железе в сердечнике
— флюс без утечки
Другими словами, идеальный трансформатор дает выходную мощность, точно равную входной мощности. Эффективность преобразователя идей составляет 100%.На самом деле, такой трансформатор невозможно иметь на практике, но идеальный трансформатор модели упрощает проблемы.

Характеристики идеального трансформатора

• Нулевое сопротивление обмотки : Предполагается, что сопротивление первичной и вторичной обмоток идеального трансформатора равно нулю. То есть обе катушки имеют чисто индуктивный характер.
• Бесконечная проницаемость керна : чем выше проницаемость, тем меньше МДС, требуемая для установления потока.Это означает, что при высокой проницаемости для намагничивания сердечника трансформатора требуется меньший ток намагничивания.
• Нет потока утечки : Поток утечки — это часть магнитного потока, которая не связана с вторичной обмоткой. В идеальном трансформаторе предполагается, что весь поток связан со вторичной обмоткой (то есть без потока утечки).
• КПД 100% : Идеальный трансформатор не имеет потерь, таких как гистерезисные потери, потери на вихревые токи и т. Д.Таким образом, выходная мощность идеального трансформатора в точности равна входной мощности. Следовательно, 100% КПД.

Теперь, если переменное напряжение V ₁ приложено к первичной обмотке идеального трансформатора, в первичной обмотке будет индуцирована противоэдс E ₁ . Поскольку обмотки являются чисто индуктивными, эта наведенная ЭДС E ₁ будет точно равна приложенному напряжению, но с противодействием фаз на 180 градусов. Ток, поступающий от источника, создает необходимый магнитный поток.Поскольку первичная обмотка является чисто индуктивной, этот ток отстает на 90 ° от наведенной ЭДС E ₁ . Этот ток называется током намагничивания трансформатора Iμ. Этот ток намагничивания Iμ создает переменный магнитный поток Φ. Этот поток Φ связан со вторичной обмоткой, и ЭДС E ₂ индуцируется взаимной индукцией. (Прочтите закон электромагнитной индукции Фарадея.) Эта взаимно индуцированная ЭДС E ₂ находится в фазе с E ₂ . Если во вторичной обмотке предусмотрена замкнутая цепь, E ₂ вызывает протекание тока I ₂ в цепи.
Для идеального трансформатора: E ₁ I ₁ = E ₂ I ₂ .

Основы трансформатора

1 Трансформаторы: знакомство

Разработка и испытание трансформатора иногда рассматриваются как искусство, а не наука.
Трансформаторы — несовершенные устройства, и между расчетными значениями трансформатора, его контрольными измерениями и его реальными характеристиками в цепи могут быть различия.
Возвращаясь к основам, эта техническая заметка поможет инженерам-проектировщикам и инженерам-испытателям понять, как электрические характеристики трансформатора являются результатом физических свойств сердечника и обмоток.

2 Основная теория трансформатора

На приведенном выше рисунке представлены основные элементы трансформатора: магнитный сердечник с первичной и вторичной обмотками, намотанными на концах магнитопровода.
Переменное напряжение (Vp), приложенное к первичной обмотке, создает переменный ток (Ip) через первичную обмотку.
Этот ток создает переменный магнитный поток в магнитопроводе.
Этот переменный магнитный поток индуцирует напряжение в каждом витке первичной обмотки и в каждом витке вторичной обмотки.

Поскольку поток является постоянным, то есть одинаковым как в первичной, так и во вторичной обмотке:

Это уравнение показывает, что трансформатор можно использовать для повышения или понижения переменного напряжения путем управления соотношением витков первичной и вторичной обмоток. (Действие трансформатора напряжения).

Также можно показать, что:
Первичный вольт-ампер = Вторичный вольт-ампер

Это уравнение показывает, что трансформатор можно использовать для повышения или понижения переменного тока путем управления соотношением витков первичной и вторичной обмоток.(Действие трансформатора тока)

Следует отметить, что между первичной и вторичной обмотками нет электрического соединения.
Трансформатор, таким образом, обеспечивает средство изоляции одной электрической цепи от другой.
Эти характеристики — преобразование напряжения / тока и изоляция — не могут быть эффективно обеспечены никакими другими средствами, в результате чего трансформаторы используются почти в каждом электрическом и электронном оборудовании в мире.

3 кривых B-H

Когда первичная обмотка трансформатора находится под напряжением, а вторичная — ненагруженной, в первичной обмотке протекает небольшой ток.Этот ток создает «намагничивающую силу», которая создает магнитный поток в сердечнике трансформатора.
Сила намагничивания (H) равна произведению тока намагничивания и количества витков и выражается в ампер-витках.
Для любого данного магнитного материала можно построить график зависимости между силой намагничивания и создаваемым магнитным потоком. Это известно как кривая материала B-H.

Из кривой B-H можно увидеть, что, когда сила намагничивания увеличивается от нуля, магнитный поток увеличивается до определенного максимального значения магнитного потока.

Выше этого уровня дальнейшее увеличение силы намагничивания не приводит к значительному увеличению магнитного потока. Магнитный материал считается «насыщенным».

Трансформатор обычно проектируется так, чтобы плотность магнитного потока была ниже уровня, который может вызвать насыщение.
Плотность потока можно определить с помощью следующего уравнения:

Где:
E представляет собой среднеквадратичное значение приложенного напряжения.
Н — количество витков обмотки.
B представляет собой максимальное значение плотности магнитного потока в сердечнике (тесла).
A представляет собой площадь поперечного сечения магнитного материала в сердечнике (квадратных метров).
f представляет частоту приложенных вольт.

Note
1 Тесла = 1 Вебер / м²
1 Вебер / м² = 10 000 Гаусс
1 Ампер-виток на метр = 4 p x 10-3 Эрстед

На практике все магнитные материалы после намагничивания сохраняют некоторую часть своего намагничивания даже при уменьшении силы намагничивания до нуля.
Этот эффект известен как «остаточная сила» и приводит к тому, что кривая B-H для материала демонстрирует реакцию на уменьшение силы намагничивания, которая отличается от реакции на увеличение силы намагничивания.

На практике реальные магнитные материалы имеют следующую кривую B-H:

Кривая, показанная выше, называется «петлей гистерезиса» материала, и она представляет собой истинный отклик B-H материала. (Первая кривая B-H представляет собой среднее или среднее значение истинного отклика петли B-H).

Наклон кривой B-H, уровень насыщения и размер петли гистерезиса зависят от типа используемого материала и других факторов.
Это проиллюстрировано на следующих примерах:

4 Гистерезис потери

Потери на гистерезис являются результатом циклического изменения магнитного материала вдоль его кривой B-H.

Он представляет энергию, взятую как приложенное напряжение, выравнивает магнитные диполи сначала в одном направлении, а затем в другом.

Потери увеличиваются с увеличением площади приложенной кривой B-H. По мере того, как материал приближается к насыщению, как площадь кривой, так и соответствующие потери энергии в каждом цикле существенно увеличиваются.

5 Потери на вихревые токи

Потери на вихревые токи вызываются небольшими токами, циркулирующими в материале сердечника, вызванными переменным потоком в сердечнике.
Потери мощности I * I * R (потери на «нагрев»), связанные с этими токами, вызывают нагрев сердечника, известный как потери на вихревые токи.
В трансформаторах с железным сердечником используются изолированные листы железа, известные как ламинаты, чтобы минимизировать этот эффект, ограничивая путь для циркулирующих токов.
Ферритовые сердечники еще больше ограничивают эти пути.

6 Схема эквивалента трансформатора

Идеальный трансформатор с одной первичной обмоткой и двумя вторичными обмотками можно представить, как показано ниже

Такой трансформатор имеет следующие характеристики:
• Без потерь
• Идеальное соединение между всеми обмотками
• Бесконечное сопротивление холостого хода (т. е.е., отсутствие входного тока при разомкнутых вторичных обмотках).
• Бесконечная изоляция между обмотками
В действительности практические трансформаторы показывают характеристики, которые отличаются от характеристик идеального трансформатора.
Многие из этих характеристик могут быть представлены схемой замещения трансформатора:

Где:
R1, R2, R3 — сопротивление обмоточного провода.

C1, C2, C3 представляют собой емкость между обмотками.

Rp представляет собой потери из-за потерь на вихревые токи и гистерезис.Это реальные потери мощности, иногда называемые потерями в сердечнике, которые можно измерить путем измерения мощности холостого хода. Поскольку ток нагрузки отсутствует, потери в меди I ² R в обмотке под напряжением очень малы, и почти все ватты, измеренные без нагрузки, связаны с сердечником.

Lp представляет собой импеданс, обусловленный током намагничивания. Это ток, который создает намагничивающую силу H, используемую в схемах контура B и H. Обратите внимание, что этот ток может быть не простой синусоидальной волной, но может иметь искаженную форму пика, если трансформатор работает в нелинейной области кривой B-H.Обычно это относится к трансформаторам линейной частоты, многослойным трансформаторам.

L1, L2, L3 представляют индуктивность рассеяния каждой из обмоток. (Это подробно обсуждается в примечании Voltech 104-105, «Индуктивность утечки».)

7 Выводы

Эквивалентная схема трансформатора отражает реальные свойства магнитной цепи, содержащей сердечник и обмотки.
Таким образом, эквивалентную схему можно с уверенностью использовать для понимания и прогнозирования электрических характеристик трансформатора в различных ситуациях.

8 Дополнительная литература

Эквивалентную схему также можно использовать для понимания и оптимизации испытаний и условий испытаний, которые можно использовать для проверки правильности конструкции трансформатора.
В дополнительных технических примечаниях к этой серии обсуждается, как параметры эквивалентной схемы используются для проведения практических испытаний трансформаторов, чтобы гарантировать их качество в производственных условиях.

См. Также: Техническая записка по индуктивности утечки
(VPN 104-105) Техническая записка по соотношению витков
(VPN 104-113)
Техническая записка по испытаниям ферритового трансформатора (VPN 104-128)
Техническая записка по испытаниям ламинатного трансформатора (VPN 104-127)

Каковы основные характеристики идеального трансформатора?

Трансформатор — это электрическая часть оборудования, которая преобразует переменный ток
электрическая мощность от одной цепи к другой.Он использует магнитные катушки для передачи энергии.

В основном он состоит из первичной обмотки и вторичной обмотки.
обмотка. Первичная обмотка и ее цепь называются первичной обмоткой.
трансформатор. Вторичная обмотка и ее цепь называются вторичной обмоткой.
трансформатор. Первичная и вторичная обмотки трансформатора электрически изолированы.
друг от друга, но они связаны магнитным полем.

Чтение:

Следовательно,
первичная и вторичная обмотки магнитно связаны друг с другом.Если первичная обмотка подключена к источнику переменного напряжения, переменный поток
произведен. Взаимный поток свяжет другую обмотку (вторичную) с
первичный и вызовет в нем напряжение. Если вторичная обмотка разомкнута (не подключена к нагрузке), ток в
первичная обмотка определяется ее индуктивностью.

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор — это идеальный трансформатор, в котором нет потерь мощности.
В идеальном трансформаторе:

• Обмотки чисто индуктивные, без сопротивления.Следовательно, в обмотках отсутствуют потери в меди.
• Железный сердечник не нагревается во время работы. Поэтому потерь нет
  в железном сердечнике.
• Ток намагничивания равен нулю, ток в первичной обмотке равен нулю
  когда вторичная обмотка разомкнута.

Коэффициент трансформации в идеальном трансформаторе

• Магнитный поток через первичную и вторичную обмотки одинаков.
• Следовательно, индуцированное напряжение на виток одинаково как в первичной, так и во вторичной обмотке.
• Это означает, что Ep и Es пропорциональны NP и NS соответственно.

Из данной формулы мы можем сказать следующее:

• Если VP> VS, напряжение понижается с более высокого напряжение до более низкого напряжения
  трансформатор в таком случае называется понижающим трансформатором.
• Если VP
• Меняя местами соединения первичной и вторичной обмоток, понижающий трансформатор можно превратить в повышающий.

Пример:

На рисунке ниже определите следующее:

a. вторичное напряжение

б. вторичный ток

c. первичный ток

д. мощность в нагрузке

Решение:

a. По данной формуле можно сказать, что Vp / Vs = 3/1. Таким образом, Vs = 20.

b. По закону Ома I = Vs / R = 20/200; Is = 100 мА

c. По формуле Vp / Vs = Is / Ip; Ip = Vp / Vs x Is = 1/3 x 100 мА; Is = 33,3 мА

d. Поток мощности в нагрузке = Vs x Is = 20 x 100 мА; Pload = 2 Вт.

Типы трансформаторов тока, характеристики, стандарты и соответствие

Целью данного исследования является понимание роли, которую играет важнейший компонент в экосистеме электроснабжения — трансформаторы тока (ТТ) .Подробно обсуждаются принципы работы КТ, различные типы КТ, их различные применения и другие важные аспекты.

Введение в трансформаторы

Рис. Знакомство с трансформаторами тока

Трансформатор — это в основном пассивное электрическое устройство, которое работает по принципу закона электромагнитной индукции Фарадея, преобразуя электрическую энергию из одного значения в другое. Трансформаторы могут увеличивать или уменьшать уровни напряжения и тока источника питания без изменения частоты источника питания или количества передаваемой электроэнергии.

Трансформатор в основном состоит из двух намотанных электрических катушек провода — первичной и вторичной. Первичный блок подключен к источнику питания, а вторичный — к концу подачи питания. Эти две катушки не находятся в электрическом контакте друг с другом, а вместо этого намотаны вместе вокруг общей замкнутой магнитной железной цепи, называемой сердечником. Этот сердечник из мягкого железа не является твердым, а состоит из отдельных пластин, соединенных вместе, чтобы помочь снизить потери сердечника.Когда переменный ток проходит через первичную катушку, в сердечнике индуцируется магнитное поле, которое передает пропорциональное напряжение (или ток) во вторичную катушку.

Трансформаторы

можно в целом разделить на силовые трансформаторы и измерительные трансформаторы в зависимости от их применения. В то время как силовые трансформаторы используются в передаче энергии, измерительные трансформаторы находят основное применение для измерения тока и напряжения .

Измерительные трансформаторы используются в энергосистемах переменного тока для измерения электрических величин i.е. напряжение, ток, мощность, энергия, коэффициент мощности, частота. Измерительные трансформаторы также используются с реле защиты для защиты энергосистемы. Измерительные трансформаторы бывают двух типов — трансформаторы тока и трансформаторы напряжения (или напряжения).

Что такое трансформатор тока?

Трансформатор тока (C.T.) — это тип измерительного трансформатора, который преобразует первичные токи в пропорциональные вторичные токи, соответствующие подключенным измерительным приборам.Технически они могут уменьшать или увеличивать переменный ток (AC). Однако на практике функция уменьшения широко применяется в измерительных приборах, таких как амперметры. Трансформаторы тока — это последовательно соединенные электромагнитные устройства, состоящие из железного сердечника, электрических пластин и медных катушек.

Рис: символ трансформатора тока

Что такое трансформатор потенциала (или напряжения)?

Трансформатор напряжения или напряжения (стр.T.) — это тип измерительного трансформатора, который измеряет высокое напряжение на первичной обмотке путем понижения до измеримого значения. Технически они могут уменьшать или увеличивать первичное напряжение на вторичной стороне. Однако практическое применение трансформатора напряжения заключается в понижении напряжения до безопасного предельного значения, чтобы его можно было легко измерить с помощью обычного прибора низкого напряжения, такого как вольтметр, ваттметр или ваттметр. Они представляют собой приборные трансформаторы с параллельным подключением.

Рис. Символ трансформатора напряжения

Как работают трансформаторы тока?

Основной принцип трансформатора тока такой же, как описано выше. Когда через первичную обмотку протекает переменный ток, создается переменный магнитный поток, который затем индуцирует пропорциональный переменный ток во вторичной обмотке.

Рис. Принцип работы трансформаторов тока

Тем не менее, трансформаторы тока имеют важное рабочее отличие от других типов.ТТ обычно состоит из одного или нескольких витков в качестве первичной обмотки. Это может быть просто стержень или провод, пропущенный через отверстие (как на картинке выше). Или это может быть усиленный провод вокруг сердечника. Напротив, вторичная обмотка будет иметь большое количество витков, намотанных на многослойный сердечник из магнитного материала с низкими потерями.

Первичный ток контролируется независимой внешней нагрузкой, а вторичный ток имеет номиналы 1 А или 5 А, которые подходят для измерительных приборов.Важно, чтобы установка ТТ для измерения тока не влияла на работу первичной цепи.

Трансформаторы тока

в основном представляют собой понижающие трансформаторы, которые принимают на входе низкое напряжение (что означает низкое напряжение) и, следовательно, высокий ток. Таким образом, их также называют Трансформаторы тока низкого напряжения (LTCT) .

Рис: работа трансформатора тока и принципиальная схема

Важные характеристики трансформаторов тока

Current Ratio — Также известный как коэффициент трансформации (в общих чертах) — это отношение первичного тока к вторичному току.Это значение, очевидно, равно отношению количества витков первичной и вторичной катушек. Коэффициент тока трансформатора тока обычно высокий. Номинальные значения вторичного тока обычно составляют 5 А, 1 А и 0,1 А. Соответствующие номинальные значения тока на первичной обмотке варьируются от 10 А до 3000 А или более.

Рисунок: Коэффициент тока в трансформаторах тока Рисунок: Коэффициент тока в трансформаторах тока

Например, трансформатор тока с коэффициентом I p / 5A подает вторичный ток ( I с) 0-5A, который составляет пропорционально току, измеренному на первичной обмотке ( I p ). В случае ТТ 100/5 первичный ток в 20 раз больше, чем вторичный ток, поэтому, когда по первичному проводнику протекает 100 ампер, это приведет к току 5 ампер во вторичной обмотке.

Однако важно отметить, что номиналы трансформаторов тока 100/5 и 20/1 не совпадают, даже если их коэффициенты тока равны. Эти номинальные значения фактически представляют собой абсолютные значения «номинального входного / выходного тока».

Полярность — Полярность ТТ определяется направлением обмотки катушки вокруг сердечника ТТ (по часовой стрелке или против часовой стрелки) и способом вывода проводов, если таковые имеются, из корпуса трансформатора.Все трансформаторы тока имеют вычитающую полярность. Соблюдение правильной полярности важно при установке и подключении трансформаторов тока к реле измерения мощности и защитных реле.

Класс точности — Класс точности описывает рабочие характеристики трансформатора тока и максимальную допустимую нагрузку на его вторичную цепь. В зависимости от класса точности трансформаторы тока подразделяются на точность измерения или точность реле (защитные трансформаторы тока).CT может иметь рейтинги для обеих групп.

Точность измерения CT может обеспечить высокоточное измерение тока в коротких диапазонах тока. В то время как ТТ точности реле предназначен для больших диапазонов тока, даже если точность меньше.

Класс точности ТТ указан на его этикетке или паспортной табличке. Он состоит из трех частей: номинального коэффициента точности, рейтинга класса и максимальной нагрузки.

Как правильно выбрать трансформатор тока?

Следующие параметры, которые необходимо оценить перед выбором подходящего трансформатора тока для приложения:

• Напряжение цепи
• Номинальный первичный ток
• Номинальная нагрузка на вторичной стороне
• Номинальный вторичный ток
• Класс точности Рейтинг

При выборе необходимо также учитывать профиль проводника и максимальную интенсивность первичной цепи.

Применение трансформатора тока

Двумя основными областями применения трансформаторов тока являются измерение тока и защита . Они также используются для изоляции между силовыми цепями высокого напряжения и измерительными приборами. Это обеспечивает безопасность не только оператора, но и используемого конечного устройства. Рекомендуется применять трансформаторы тока на токи 40А и выше.

ТТ в измерении — Измерительный трансформатор тока предназначен для измерения тока в непрерывном режиме.Они работают с высокой точностью, но в пределах номинального диапазона тока. Трансформаторы тока имеют первичную обмотку, на которую подается измеряемый ток. Измерительные приборы подключены к вторичной обмотке. Это позволяет использовать их в сочетании с измерительным оборудованием и продуктами для мониторинга мощности — от простых счетчиков электроэнергии до счетчиков качества электроэнергии , таких как:

• Амперметры
• Киловатт-метр
• Единицы измерения
• Реле управления

Пределы погрешности по току и сдвига фаз определяются классом точности. Классы точности: 0,1, 0,2, 0,5 и 1. Если входной ток превышает номинальный, измерительный трансформатор тока насыщается, тем самым ограничивая уровень тока в измерительном приборе. Основные материалы для этого типа CT обычно имеют низкий уровень насыщения, например нанокристаллический.

Рис. Трансформаторы тока для измерительных приложений

Трансформаторы тока в системе защиты электропитания — A Защитный трансформатор тока используется для уменьшения токов в энергосистемах, тем самым защищая их от неисправностей.Эти трансформаторы тока измеряют фактический ток в первичной обмотке и создают пропорциональные токи во вторичных обмотках, которые полностью изолированы от первичной цепи. Этот дублированный ток затем используется как вход для защитного реле, которое автоматически изолирует часть силовой цепи в случае неисправности. Поскольку изолирована только неисправная часть, остальная часть установки может продолжать нормально функционировать.

Рис. Защитные трансформаторы тока для приложений защиты мощности

Некоторые из важных сценариев применения, в которых устанавливаются ТТ:

• Для управления высоковольтными электрическими подстанциями и электросетями
• Для активации защитного реле в случае тока короткого замыкания и изоляции части или всей системы от основного источника питания
• Коммерческий учет
• Защита от замыканий на землю / Дифференциальная защита / Система защиты шин
• Мотор — генераторные установки

Панель управления

• (панели VCB, AMF, APFC, MCC, PCC и реле) и приводы
• Стандартный КТ для лабораторных целей
• Тип проходного изолятора масляного ТТ в силовом трансформаторе
• Измерение тока, запись, мониторинг и управление

Типы трансформаторов тока

Рис. Типы трансформаторов тока LT

Обмотка первичной обмотки — В этом типе первичная обмотка физически соединена последовательно с проводником, измеряющим ток.Первичная обмотка имеет один виток и расположена внутри трансформатора. Трансформатор тока с проволочной обмоткой можно использовать для измерения токов в диапазоне от 1 А до 100 А.

Шина — В этом типе шина главной цепи сама действует как первичная обмотка с одним витком. Таким образом, трансформатор линейного типа имеет только вторичные обмотки. Сам корпус трансформатора тока обеспечивает изоляцию между первичной цепью и землей. Благодаря использованию масляной изоляции и фарфоровых вводов такие трансформаторы могут применяться при самых высоких напряжениях передачи.

Кольцо Тип — В этом типе трансформатор тока устанавливается над шиной или изолированным кабелем, и вторичная обмотка имеет только низкий уровень изоляции. Для получения нестандартных соотношений или для других специальных целей через кольцо можно пропустить более одного витка первичного кабеля. Сердечник обычно изготавливается из слоистой кремнистой стали, а обмотки — из меди.

Суммирование — Суммирующие трансформаторы используются для сравнения релейных величин, полученных из тока в трех фазах первичной цепи.Это делается путем преобразования трехфазных величин в однофазные. Линейные трансформаторы тока подключены к первичной обмотке вспомогательного трансформатора тока. Эти трансформаторы используются для обеспечения правильного функционирования релейных цепей.

Стандарты и соответствие

• IS 61227, 2016
• МЭК 61869, С-57
• IS 2705 (Часть 1): 1992 для общих требований
• IS 2705 (Часть 2): 1992 для измерительных трансформаторов тока
• IS 2705 (Часть 3): 1992 для защитных трансформаторов тока
• IS 2705 (Часть 4): 1992 для защитных трансформаторов тока специального назначения

Трансформаторы тока от КСИ

KS Instruments является ведущим игроком в разработке и производстве высокоточных трансформаторов тока LT для измерения и защиты. Продукты KSI CT выпускаются в корпусах с ленточной намоткой, литьем из пластмассы и корпусом из АБС-пластика. KSI предлагает широкий ассортимент каталожной продукции для любых нужд. Эти продукты были проверены нашими клиентами на высокую эффективность, надежность и длительный срок службы.

Измерительный трансформатор тока может снизить высокий ток в панелях управления и панельных платах с заранее заданным соотношением, например 100: 1. Предлагаемый кольцевым типом, также называемым оконным типом, позволяет пропускать шины или кабели через ТТ и действовать как первичный трансформатор для ТТ.Безопасный трансформатор тока с низкой нагрузкой в ​​ВА и защелкивающийся трансформатор делает его очень удобным в использовании при модернизации без отсоединения кабеля. Это позволяет сэкономить время простоя и потерю доходов, которые могут возникнуть из-за остановки завода во время установки трансформатора тока .

Защитные трансформаторы тока используются для активации защитного реле в случае тока короткого замыкания и изоляции части или всей системы от основного источника питания.

KS Instruments имеет команду опытных инженеров, которые могут спроектировать и изготовить нестандартные компоненты для конкретных приложений трансформаторов тока .

Характеристики

• Разработан в соответствии с IS-16227, C-57 или требованиями заказчика
• Вторичный ток 5А или 1А
• Первичный ток до 5000 А
• Вторичная нагрузка от 1 ВА до 30 ВА
• Могут быть предложены двойные передаточные числа
• Высокая точность по запросу
• Монтажная схема предлагается по запросу
• Конструкционный стиль — Лента из стекловолокна, покрытая лаком, Лента с изоляцией из ПВХ, Литье из пластмассы, АБС или стекловолокно, формованный

Сертификаты и разрешения

Ассортимент продукции KSI

Рис. Трансформаторы тока с обмоткой

Рис. Трансформаторы тока кольцевого типа

Рис: ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ И ЗАЩИТНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА КОЛЬЦЕВОГО ТИПА Рис. Список специальных серий LTCT Рис. Каталог продуктов KSI Карта сайта

Несмотря на широкий ассортимент Каталог продуктов KSI , в некоторых случаях для вашего приложения может потребоваться индивидуальное решение. При поддержке сильной группы разработчиков и собственного испытательного центра KSI может с легкостью предложить индивидуальные решения с низковольтными трансформаторами тока для решения ваших задач проектирования.
Не стесняйтесь сообщить нам свои индивидуальные требования, чтобы мы могли предложить свое решение!

Автор: Anuradha C

Являясь неотъемлемой частью команды по созданию контента в KS Instruments, Анурадха является корпоративным тренером в области ИТ / телекоммуникаций с более чем 18-летним опытом. Она работала на высших технических и управленческих должностях в Huawei и TCS более 10 лет

Характеристики идеального трансформатора

Основы идеального трансформатора

Прежде чем обсуждать характеристики идеального трансформатора, необходимо понять основы идеального трансформатора.Трансформатор — это устройство, которое просто передает электрическую мощность из одной цепи в другую, сохраняя при этом частоту и мощность постоянными и изменяя уровень напряжения и тока. В зависимости от увеличения или уменьшения уровня напряжения на выходе трансформаторы могут называться повышающим трансформатором или понижающим трансформатором. В повышающем трансформаторе выходное напряжение будет повышаться в определенном соотношении в зависимости от конструкции трансформатора. Точно так же понижающий трансформатор снова снижает выходное напряжение на определенное соотношение в зависимости от конструкции трансформатора.Как повышающие, так и понижающие трансформаторы не изменяют входную частоту электрического сигнала, а также поддерживают одинаковую входную и выходную мощность, делая одинаковым произведение тока и напряжения на входе и выходе, т. Е.

Трансформатор собран состоит из двух катушек, т.е. первичной обмотки (входная сторона) и вторичной катушки (выходная сторона).

Входной сигнал подается на первичную катушку, что вызывает создание магнитного поля вокруг первичной катушки. Это магнитное поле достигает вторичной катушки, вызывая индукцию тока во вторичной катушке, что приводит к напряжению на вторичной катушке. Выходное напряжение, индуцированное во вторичной катушке, зависит от количества витков первичной и вторичной катушек и может быть найдено по формуле:

Характеристики идеального трансформатора

Идеальный трансформатор невозможно спроектировать из-за ограничения материалов, используемых для изготовления трансформатора. Однако теоретически мы можем объяснить характеристики идеального трансформатора. Ниже приведены некоторые характеристики идеального трансформатора.

Сопротивление катушек, используемых в конструкции трансформатора, будет незначительным.

В отличие от настоящих медных катушек, идеальные трансформаторы имеют нулевое реактивное сопротивление.

Идеальный трансформатор не имеет медных потерь, поскольку вторичная и первичная обмотки не имеют реактивного сопротивления или сопротивления.

Как и в неидеальных катушках, когда ток проходит через катушку, возникает явление намагничивания и перемагничивания в зависимости от направления тока. Всегда существует запаздывание в направлении намагничивания и текущем цикле, вызывающее потерю гистерезиса.В идеальном трансформаторе нет явления гистерезиса, что исключает потери из-за гистерезиса.

Вихревой ток — это ток, который индуцируется в первичной катушке, когда магнитное поле, возникающее из-за протекания тока в катушке, взаимодействует с витками самой первичной катушки. Направление этого тока будет противоположным входному току, вызывая потери из-за сопротивления входу. В идеальном трансформаторе в первичной обмотке нет вихревых токов, так как поток, создаваемый вокруг первичной обмотки, не взаимодействует с самой первичной обмоткой.

Идеальный трансформатор, нет утечки магнитного потока. Весь поток, генерируемый за счет протекания тока через первичную обмотку трансформатора, напрямую связан со вторичной обмоткой. Никакой магнитный поток не будет взаимодействовать с первичной обмоткой или с какой-либо другой частью трансформатора или с внешним пространством трансформатора, что устраняет любые потери из-за утечки магнитного потока.

Поскольку в идеальном трансформаторе нет потерь на истерию, не требуется дополнительный ток намагничивания для создания магнитного потока в первичной обмотке.Таким образом, идеальный трансформатор имеет бесконечную магнитную проницаемость, и кривая B-H будет показывать вертикальную линию, указывающую на отсутствие дополнительных требований по току для установления магнитного потока.

Поскольку идеальный трансформатор не имеет истерических потерь, потерь на вихревые токи или утечки магнитного потока, он не имеет потери мощности.

Идеальный трансформатор имеет 100% КПД; означает, что мощность, подаваемая на выходе, равна входной мощности. Следовательно, в идеальном трансформаторе нет потерь или усиления мощности

• Нет частотных зависимостей

Идеальный трансформатор не влияет на входную частоту сигнала и обеспечивает ту же частоту на выходе.Идеальный трансформатор работает независимо от значений частоты, и его работа не влияет на разные значения частоты.

Таким образом, идеальный трансформатор состоит из двух катушек с меньшим сопротивлением, без потерь в сердечнике, потерь на вихревые токи и магнитного поля, создаваемого в первой катушке, имеющей бесконечную проницаемость магнитного потока, связанного со вторым контуром.

Нет утечки магнитного потока, что означает, что обе катушки не имеют физической связи между собой, но они имеют полную связь между ними посредством магнитного потока.Поскольку магнитный поток первичной катушки полностью передается вторичной катушке.

В идеальном трансформаторе, когда переменное напряжение Vp подается на первичную обмотку трансформатора, пиковый поток Φ _p индуцируется в первичной обмотке, имеющей количество витков Np. Этот поток Φ _p напрямую связан с вторичной катушкой, где ток индуцируется во вторичной катушке, а напряжение Vs создается во вторичной катушке, имеющей количество витков, равное Ns.Для идеального трансформатора ЭДС (электродвижущая сила), индуцированная во вторичной катушке Vs, может быть определена как:

Из приведенного выше соотношения ясно, что выходное напряжение напрямую зависит от количества витков первичной и вторичной катушек. Когда первичная обмотка будет иметь большее количество витков, трансформатор будет понижать обороты. Точно так же трансформатор будет повышаться, если во вторичной обмотке будет больше витков по сравнению с первичной обмоткой.

В случае идеального трансформатора, когда концы вторичных обмоток подключены к нагрузке, и через нагрузку протекает ток I _с .Как уже говорилось ранее, материал, используемый для изготовления катушек идеального трансформатора, имеет бесконечную проницаемость. Следовательно, он не требует дополнительного тока возбуждения для индукции магнитного потока, а ток первичной обмотки I _p уравновешивает ток во вторичной обмотке I _s , используя уравнение балансировки:

Из приведенного выше обсуждения ясно, что идеальный трансформатор может обсуждаться только теоретически для целей анализа. Однако практическая конструкция идеального трансформатора невозможна из-за отсутствия идеальных материалов катушки и утечки магнитного потока и различных потерь.

Связанные темы;

1. Эквивалентная схема трансформатора
2. Трансформатор под нагрузкой и без нагрузки
3. Все о трансформаторе
4. Трехфазный трансформатор
5. КПД и потери трансформатора

( PDF) Характеристики трансформатора линейного двигателя-трансформатора

Журнал транспортных технологий, 2011, 1, 94-101

doi: 10.4236 / jtts.2011.14012 Опубликовано в Интернете в октябре 2011 г. (http://www.SciRP.org/journal/jtts)

Авторские права © 2011 SciRes. JTTS

Характеристики трансформатора линейного

Мотор-трансформатор

Нобуо Фуджи1, Шухей Канамицу1, Такеши Мизума2

1Факультет информатики и электротехники, Университет Кюсю, Лаборатория окружающей среды и окружающей среды Фукуока, Токио, Япония

2 Япония

Эл. Почта: fujii @ ees.kyushu-u.ac.jp

Поступила 17. 05.2011; отредактировано 12 июля 2011 г .; принята к печати 20 августа 2011 г.

Конспект

Аналитически исследованы характеристики линейного трансформатора. Трансформатор составлен в одном из

режимов линейного мотор-трансформаторного аппарата, предлагаемого для будущего беспроводного легкорельсового транспорта (LRV). Дополнительный (встроенный) коэффициент мощности sec-

может быть отрегулирован на любое значение с помощью встроенного преобразователя. Эквивалентная схема

используется для исследования управления передаваемой мощностью.Параметры определяются методом трехмерных конечных

элементов (МКЭ) для одной модели пары полюсов. При номинальном первичном (входном) и вторичном напряжении и токе

, которые указаны для работы линейного двигателя, характеристики коэффициента вторичной мощности

сбрасываются. Также показано, что входной конденсатор может улучшить первичный коэффициент мощности и

увеличить входную мощность, но не изменит КПД. Этот линейный трансформатор имеет КПД

, равный 91%, и коэффициент входной мощности 0,87, когда устройство без входного конденсатора управляется при

, вторичном коэффициенте мощности 0,4.

Ключевые слова: линейный двигатель, LIM, линейный трансформатор, бесконтактный сбор энергии, беспроводной LRV, FEM,

Метод конечных элементов, коэффициент мощности, эквивалентная схема

1. Введение

Новый тип общественного транспорта, который находится в гармонии

с окружающей средой предполагалось для будущей городской транспортной системы

[1-3].Мы предложили линейный мотор-трансформатор

для воздушно-беспроводных сетей и бесконтактный сбор энергии легкорельсового транспорта (LRV)

,

, который имеет функции линейного асинхронного двигателя

с регулируемым вторичным током и линейного трансформатора. [2,3]. Режим трансформатора

и режим линейного двигателя соответственно могут переключаться

только сигналом бортового преобразователя, как показано на рисунке 1, как

. Режим трансформатора без тяги

используется для бесконтактной зарядки бортовой батареи в

простой на станции.Мощность зарядки и вторичный коэффициент мощности

соответственно могут регулироваться преобразователем на плате

.

В статье аналитически исследованы характеристики питания трансформатора

. Эквивалентная схема трансформатора

используется для вычисления характеристик.

Параметры в эквивалентной схеме получены путем анализа

с использованием трехмерного метода конечных элементов

thod (FEM).На этом трансформаторе желаемый первичный коэффициент мощности

может быть получен путем управления амплитудой

и фазой вторичного напряжения и тока. Как функции

вторичного коэффициента мощности, следовательно, характеристики первичного коэффициента мощности

и КПД равны очищено под

предел первичного напряжения, первичного тока и вторичного тока

. Также исследуется влияние последовательно или параллельно подключенного входного конденсатора

для получения единичного коэффициента мощности на первичной стороне

.