Принцип работы измерительного трансформатора напряжения кратко: Трансформаторы напряжения: описание, принцип действия

Трансформаторы напряжения: описание, принцип действия

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

Описание и составляющие

Трансформатор состоит из трех частей:

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

Принцип действия

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

Испытание и проверка измерительных трансформаторов тока и напряжения

Перед началом испытаний проводят визуальный осмотр проверяя технический паспорт, состояние фарфора изоляторов, число и место установки заземлений вторичных обмоток. Проверка заземления вторичных обмоток выполняется там, где оно может безопасно отсоединяться без снятия высокого напряжения, на панели защиты.

Также проверяется резьба в ламелях зажимов трансформаторов тока. Трансформаторы класса токов Д и З проверяют на комплектность, номер комплекта должен совпадать.

Встроенные трансформаторы проверяют на сухость и устанавливают в соответствиями с надписями “верх”/”низ”. У выключателей с встроенными трансформаторами тока проверяют наличие уплотнения труб и сборных коробок, через которые проходят цепи трансформаторов тока.

При осмотре масляных трансформаторов удаляют резиновую шайбу из-под заливной пробки.

Проверка сопротивления изоляции обмоток

Мегаомметром на напряжение 1-2,5 кВ проверяют сопротивление первичной изоляции, каждой из вторичных обмоток и сопротивление между обмотками.

Испытание прочности изоляции обмоток производится напряжением 2 кВ на протяжении  одной минуты.

Изоляцию вторичных обмоток разрешается испытывать одновременно с цепями вторичной коммутации переменным током напряжением 1 кВ в течение 1 мин.

Все испытания проводятся в соответствии с нормами.

Проверка полярности вторичных обмоток трансформаторов тока

Данная проверка проводится методом импульсов постоянного тока при помощи гальванометра.

Замыкая цепь контролируют направление отклонения стрелки прибора, при отклонении вправо, однополярные зажимы те, что присоединены к “плюсам” батареи и прибора. Для испытаний, в качестве источника тока, используются аккумуляторы или сухие батареи.

Проверка коэффициента трансформации трансформаторов тока

Нагрузочным трансформатором НТ в первичную обмотку подается ток, близкий к номинальному, не менее 20% номинального. Коэффициент трансформации проверяется на всех ответвлениях для всех вторичных обмоток.

Если на встроенных трансформаторах отсутствует маркировка, она восстанавливается следующим образом:

Подается напряжение Х автотрансформатора AT или потенциометра на два произвольно выбранных ответвления трансформатора тока. Вольтметром V измеряют напряжение между всеми ответвлениями. Максимальное значение напряжения будет на крайних выводах А и Д, между которыми заключено полное число витков вторичной обмотки трансформатора тока. На определенные таким образом начало и конец обмотки подают от автотрансформатора напряжение из расчета 1 В на виток (число витков определяют по данным каталога). После этого, измеряя напряжение по всем ответвлениям, которое будет пропорционально числу витков, определяют их маркировку.

Снятие характеристик намагничивания трансформаторов тока

Витковое замыкание во вторичной обмотке — самый распространенный дефект трансформаторов. Обнаруживается он во время проверки характеристик намагничивания, основных при оценке неисправностей, определении погрешностей. Выявляется дефект по снижению намагничивания и уменьшению крутизны.

При замыкании даже нескольких витков, характеристики резко снижаются.

Полученные характеристики оцениваются сравнением с типовыми значениями, либо с данными полученными при проверке других однотипных трансформаторов с теми же коэффициентов и классом точности.

Не рекомендуется снимать характеристики реостатом, из-за возможности появления остаточного намагничивания стали сердечника трансформатора тока при отключении тока.

В протокол проверки  обязательно записывают по какой схеме проводилась проверка, для того чтобы полученные значения можно было использовать при следующих проверках.

Для трансформаторов высокого класса точности и с большим коэффициентом трансформации достаточно снимать характеристику до 220 В. При снятии характеристик намагничивания вольтметр включают в схему до амперметра, чтобы проходящий через него ток не входил в значение тока намагничивания. Амперметр и вольтметр, применяемые при измерениях, должны быть электромагнитной или электродинамической системы.

Пользоваться приборами детекторными, электронными и другими, реагирующими на среднее или амплитудное значение измеряемых величин, не рекомендуется во избежание возможных искажений характеристики.

Проверка трансформаторов напряжения

Проверка трансформаторов напряжения не отличается от проверки силовых трансформаторов. Отличается методы проверки дополнительной обмотки 5-стержневых трансформаторов напряжения типа НТМИ, так как обмотка соединена в разомкнутый треугольник.

Полярность проверяется поочередным подключением “плюса” батареи ко всем выводам обмотки, а “минус” остается нулевым. При верном подключении наблюдают отклонение стрелок гальванометра в одну сторону.

После включения трансформатора в сеть необходимо измерить напряжение небаланса.

Измерительные трансформаторы напряжения и тока

PAGE   \* MERGEFORMAT 1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра электроснабжения

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:

Измерительные трансформаторы напряжения и тока

                                                  Выполнил:  студент                     
                                                                     очного факультета
                                                                     специальности «Электроснабжение»
                                                                     НИКОЛАЕВА Полина Андреевна

                                                  Проверил:   КРЕЖЕВСКИЙ Юрий Степанович

Ульяновск
2014

Содержание:

1. Введение………………………………………………………………..……3

2. Измерительные трансформаторы напряжения. Общие сведения и схемы соединения……………………………………………………………………..……..4

3. Измерительные трансформаторы тока…………………………………….6

3.1.  Назначение измерительных преобразователей……………………..….6

3.2. Классификация ИПТ………………………………………………………7

4. Заключение………………………………………………………….………9

Приложение………………………………………………………….….…….10

Библиографический список………………………………..…………..……..12

1. Введение

Трансформатор тока представляет собой аппарат, первичная обмотка которого включена в цепь последовательно. А вторичная обмотка, будучи замкнута на некоторую цепь(“вторичную цепь”) отдаёт в неё ток, пропорциональный первичному току.

В трансформаторах тока высокого напряжения первичная обмотка изолирована от вторичной (и от земли) на полное рабочее напряжение.

Вторичная обмотка в эксплуатации имеет потенциал, близкий к потенциалу земли, так как один конец этой обмотки обычно заземляется.

Таким образом, трансформатор тока позволяет измерять и учитывать ток высокого напряжения приборами низкого напряжения, доступными для непосредственного наблюдения обслуживающим персоналом. При этом во вторичную цепь трансформатора тока включаются амперметры, токовые обмотки ваттметров, счётчиков и т.д.

Часто один и тот же трансформатор тока может быть использован как для целей измерения, так и для целей защиты.

Измерительные трансформаторы напряжения (ТН) являются важными элементами любой высоковольтной сети. Основное назначение трансформаторов напряжения – это понижение высокого напряжения, необходимого для питания измерительных цепей, цепей релейной защиты, автоматики и учета (далее вторичных цепей). С помощью трансформаторов напряжения осуществляется измерение напряжения в высоковольтных сетях, питание катушек реле минимального напряжения, обмоток напряжения защит, ваттметров, фазометров, счетчиков, а также контроль состояния изоляции сети.

2. Измерительные трансформаторы напряжения. Общие сведения и схемы соединения.

Трансформатор напряжения предназначен для понижения высокого напряжения до стандартного значения 100 В и для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения. Схема включения однофазного трансформатора напряжения показана на рис. 1 [см. приложение 1]; первичная обмотка включена на напряжение сети U1, а ко вторичной обмотке (напряжение U2) присоединены параллельно катушке измерительных приборов и реле. Для безопасности обслуживания один выход вторичной обмотки заземлен.

«Номинальный коэффициент трансформации определяется следующим выражением:

где U1ном , U2ном – номинальные первичное и вторичное напряжение соответственно.

Рассеяние магнитного потока и потери в сердечнике приводят к погрешности измерения

Так же как и трансформаторах тока, вектор вторичного напряжения сдвинут относительно вектора первичного напряжения не точно на угол 180. Это определяет угловую погрешность.»[1]

В зависимости от номинальной погрешности различают классы точности 0,2; 0,5; 1; 3.

Погрешность зависит от конструкции магнитопровода, магнитной проницаемости стали и от cos j вторичной нагрузки. В конструкции трансформаторов напряжения предусматривается компенсация погрешности по напряжению путем некоторого уменьшения числа витков первичной обмотки, а также компенсация угловой погрешности за счет специальных компенсирующих обмоток.

Суммарное потребление обмоток измерительных приборов и реле, подключенных ко вторичной обмотке ТН, не должно превышать номинальную мощность ТН, т.к. в противном случае это приведет к увеличению погрешностей.

«В зависимости от назначения могут применятся ТН с различными схемами соединения обмоток. Для измерения трех междуфазных напряжений можно использовать два однофазных двухобмоточных трансформатора НОМ, НОС, НОЛ, соединенных по схеме открытого треугольника (рис. 2 [см. приложение 2], а), а также трехфазный двухобмоточный трансформатор НТМК, обмотки которого соединены в звезду (рис.2 [см. приложение 2],б). Для измерения напряжения относительно земли могут применяться 3 однофазных трансформатора, соединенных по схеме Y0/Y0, или трехфазный трехобмоточный трансформатор НТМИ (рис.2 [см. приложение 2], в). В последнем случае обмотка, соединенная в звезду, используется для присоединения измерительных приборов, а к обмотке, соединенной в разомкнутый треугольник, присоединяется реле защиты от замыканий на землю. Таким же образом в трехфазную группу соединяются однофазные трехобмоточные трансформаторы типа ЗНОМ и каскадные трансформаторы НКФ.» [2]

3.  Измерительные трансформаторы тока
3.1. Назначение измерительных преобразователей.

«Измерительный преобразователь тока (ИПТ) это – устройство предназначенное для преобразования первичного тока в такой выходной сигнал, информативные параметры которого функционально связаны с информативными параметрами первичного тока. Для создания ИПТ можно использовать различные физические явления. В настоящее время ИПТ обычно создаются на основе широко применяемого в электротехнике трансформаторного эффекта — в виде трансформатора.» [3]

Трансформатором тока (ТТ), являющимся наиболее широко применяемым ИПТ, называется такой трансформатор, в котором при нормальных условиях работы выходной сигнал является током, практически пропорциональным первичному току и при правильном включении сдвинутым относительно него по фазе на угол, близкий к нулю.

Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь последовательно (в рассечку токопровода), а вторичная замыкается на некоторую нагрузку (измерительные приборы и реле), обеспечивая в ней ток, пропорциональный току в первичной обмотке.

В трансформаторах тока высокого напряжения первичная обмотка изолирована от вторичной (земля) на полное рабочее напряжение. Один конец вторичной обмотки обычно заземляется. Поэтому она имеет потенциал, близкий к потенциалу земли.

Трансформаторы тока по назначению разделяются на трансформаторы тока для измерений и трансформаторы тока для защиты. В некоторых случаях эти функции совмещаются в одном ТТ.

Трансформаторы тока для измерений предназначаются для передачи информации измерительным приборам. Они устанавливаются в цепях высокого напряжения или в цепях с большим током, т. е. в цепях, в которых невозможно непосредственное включение измерительных приборов. Ко вторичной обмотке ТТ для измерений подключаются амперметры, токовые обмотки ваттметров, счетчиков и аналогичных приборов. Таким образом, трансформатор тока для измерений обеспечивает:

1) преобразование переменного тока любого значения в переменный, ток, приемлемый для непосредственного измерения с помощью стандартных измерительных приборов;

2) изолирование измерительных приборов, к которым имеет доступ обслуживающий персонал, от цепи высокого напряжения.

«Трансформаторы тока для защиты предназначаются для передачи измерительной информации в устройства защиты и управления. Соответственно этому трансформатор тока для защиты обеспечивает:                                                        

1) преобразование переменного тока любого значения в переменный ток, приемлемый для питания устройств релейной защиты;

2) изолирование реле, к которым имеет доступ обслуживающий   персонал,   от   цепи   высокого   напряжения.» [4]

Трансформаторы тока в установках высокого напряжения необходимы даже в тех случаях, когда уменьшения тока для измерительных приборов или реле не требуется.

3.2. Классификация ИПТ.

В зависимости от рода тока ИПТ разделяются на ИП переменного и ИП постоянного тока. В работе будут рассматриваться ИПТ переменного тока для установок и сетей с номинальной частотой тока 50 Гц.

По назначению ИПТ разделяются на ИПТ для измерений и ИПТ для защиты. Последние могут предназначаться для работы только в установившихся (статических) режимах либо в установившихся и переходных (динамических) режимах.

В зависимости от вида преобразования ИПТ делятся на преобразователи тока в ток, тока в напряжение (например, трансреакторы, магнитные трансформаторы тока), тока в неэлектрическую величину (например, в световой поток). При этом по способу представления выходной информации ИПТ подразделяются на аналоговые и дискретные.

Одновитковые ТТ (рис. 3 [см. приложение 3]) имеют две разновидности: без собственной первичной обмотки; с собственной первичной обмоткой. Одновитковые ТТ, не имеющие собственной первичной обмотки, выполняются встроенными, шинными или разъемными.

Встроенный трансформатор тока  представляет собой магнитопровод с намотанной на него вторичной обмоткой. Он не имеет, собственной первичной обмотки. Ее роль выполняет токоведущий стержень проходного изолятора. Этот трансформатор тока не имеет изоляционных элементов между первичной и вторичной обмотками. Их роль выполняет изоляция проходного изолятора.

В шинном трансформаторе тока роль первичной обмотки выполняют одна или несколько шин распределительного устройства, пропускаемые при монтаже сквозь полость проходного изолятора. Последний изолирует такую первичную обмотку от вторичной.

«Многовитковые трансформаторы тока (рис. 3 [см. приложение 3]) изготовляются с катушечной первичной обмоткой надеваемой на магнитопровод; с петлевой первичной обмоткой , состоящей из нескольких витков; со звеньевой первичной обмоткой, выполненной таким образом, что внутренняя изоляция трансформатора тока конструктивно распределена между первичной и вторичной обмотками, а взаимное расположение обмоток напоминает звенья цепи.» [5]

Заключение

В данной работе были рассмотрены общие вопросы, касающиеся трансформаторов тока и напряжения. Были изучены назначение, принцип действия и устройство различных конструкций трансформаторов тока и напряжения. В работе приведена основная классификация типов трансформаторов тока и напряжения. Даны сведения об основных параметрах и характеристиках отдельных конструкций трансформаторов тока и напряжения внутренней и наружной установки, а также приведены некоторые сведения об остальных типах трансформаторов тока и напряжения.

Приложение

Приложение 1

Рис.1 Схема включения трансформатора напряжения :

1- первичная обмотка;

2- магнитопровод;

3- вторичная обмотка;

Приложение 2

Рис. 2. Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения.

Приложение 3

Рис. 3. Схема трансформатора тока;

______ собственная первичная обмотка ТТ;

—— токоведущий  стержень проходного изолятора (шина)

Библиографический список:

Электронные ресурсы:

1. Измерительные трансформаторы тока. URL:  
http://www.ronl.ru /fizika/212219/м

2.  Измерительные трансформаторы тока и напряжения — конструкции, технические характеристики . URL:  http://electricalschool.info/2009/03/30/izmeritelnye-transformatory-toka-i.html

3. Измерительные трансформаторы тока и напряжения. URL:  http://forca.ru/spravka/tt-i-tn/izmeritelnye-transformatory-toka-i-napryazheniya.html

4. Измерительные трансформаторы напряжения. URL: http://malahit-irk.ru/index.php/2011-01-13-09-04-43/116-2011-05-03-12-07-57.html

5. Измерительные трансформаторы. URL: http://leg.co.ua/info/podstancii/izmeritelnye-transformatory.html

Измерительные трансформаторы — CT и PT

Приборные трансформаторы

Как вы будете измерять переменные токи и напряжения очень большой величины? Вам понадобятся измерительные приборы с более высоким диапазоном, что буквально означает огромные инструменты. Или есть другой способ, использующий свойство преобразования переменного тока и напряжения. Вы можете преобразовать напряжение или ток вниз с помощью трансформатора, соотношение витков которого точно известно, а затем измерить пониженную величину с помощью прибора нормального диапазона.Исходную величину можно определить, просто умножив результат на коэффициент трансформации. Такие специально сконструированные трансформаторы с точным коэффициентом трансформации называются Измерительные трансформаторы . Эти измерительные трансформаторы бывают двух типов — (i) Трансформаторы тока (CT) и (ii) Трансформаторы напряжения (PT) .

Трансформаторы тока (ТТ)

Трансформаторы тока обычно используются для измерения токов большой величины .Эти трансформаторы понижают измеряемый ток, чтобы его можно было измерить обычным амперметром. Трансформатор тока имеет только один или очень мало первичных витков. Первичная обмотка может быть просто проводником или шиной, помещенной в полый сердечник (как показано на рисунке). Вторичная обмотка имеет большое количество витков, точно намотанных для определенного соотношения витков. Таким образом, трансформатор тока повышает (увеличивает) напряжение при понижении (понижении) тока.
Теперь вторичный ток измеряется с помощью амперметра переменного тока.Коэффициент трансформации трансформатора N _P / N _S = I _S / I _P

Одно из распространенных применений трансформатора тока — это «цифровые токоизмерительные клещи».
Как правило, трансформаторов тока выражаются в их отношении первичного тока к вторичному току. ТТ 100:5 будет означать вторичный ток 5 ампер, когда первичный ток 100 ампер. Номинальный вторичный ток обычно составляет 5 ампер или 1 ампер, что совместимо со стандартными измерительными приборами.

Трансформатор напряжения (PT)

Трансформаторы напряжения также известны как трансформаторы напряжения , и они в основном представляют собой понижающие трансформаторы с чрезвычайно точным коэффициентом трансформации. Трансформаторы напряжения понижают напряжение большой величины до более низкого напряжения, которое можно измерить стандартным измерительным прибором. Эти трансформаторы имеют большое количество первичных витков и меньшее количество вторичных витков.
Потенциальный трансформатор обычно выражается в отношении первичного напряжения к вторичному.Например, 600:120 PT будет означать, что напряжение на вторичной обмотке составляет 120 вольт, а на первичной обмотке — 600 вольт.

Узнать | OpenEnergyMonitor

Измерение напряжения переменного тока с помощью адаптера питания от переменного тока к переменному

Измерение напряжения переменного тока необходимо для расчета активной мощности, полной мощности и коэффициента мощности. Это измерение можно выполнить безопасно (не требуя работы с высоким напряжением) с помощью адаптера питания от переменного тока к переменному. Трансформатор в адаптере обеспечивает изоляцию от сети высокого напряжения.

На этой странице кратко описана электроника, необходимая для сопряжения адаптера питания переменного тока с Arduino.

Как и в случае измерения тока с помощью датчика ТТ, основная задача электроники формирования сигнала, описанной ниже, состоит в том, чтобы настроить выход адаптера переменного тока так, чтобы он соответствовал требованиям аналоговых входов Arduino: положительное напряжение между 0 В и опорное напряжение АЦП (обычно 5 В или 3,3 В — emontx).

Доступны адаптеры переменного тока

для переменного тока с различными номиналами напряжения.Первое, что важно знать, это номинальное напряжение вашего адаптера. Мы составили справочный список основных адаптеров переменного напряжения, которые мы использовали (мы стандартизировали адаптер 9 В RMS).

Выходной сигнал адаптера переменного тока имеет форму, близкую к синусоидальной. Если у вас есть адаптер питания 9 В (RMS), положительный пик напряжения будет 12,7 В, отрицательный пик -12,7 В. Однако из-за плохого регулирования напряжения с адаптером этого типа, когда адаптер не нагружен (как в этом случае), выходное напряжение часто составляет 10–12 В (среднеквадратичное значение), что дает пиковое напряжение 14–17 В.Выходное напряжение трансформатора пропорционально входному напряжению переменного тока, см. ниже примечания о сетевом напряжении в Великобритании.

Электроника формирования сигнала должна преобразовывать выходной сигнал адаптера в сигнал с положительным пиковым напряжением менее 5 В (3,3 В для emonTx) и отрицательным пиковым напряжением более 0 В.

Итак, нам нужно:

1. масштаб   вниз осциллограмма и
2. добавьте смещение , чтобы не было отрицательной составляющей.

Форма сигнала может быть уменьшена с помощью делителя напряжения, подключенного к клеммам адаптера, а смещение (смещение) может быть добавлено с помощью источника напряжения, созданного другим делителем напряжения, подключенным к источнику питания Arduino (точно так же, как мы добавили смещения для схемы измерения тока).

Вот принципиальная схема и кривые напряжения:

Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения, который снижает напряжение переменного тока адаптера питания.Резисторы R3 и R4 обеспечивают напряжение смещения. Конденсатор C1 обеспечивает низкоомный путь к земле для сигнала переменного тока. Значение не является критическим, от 1 мкФ до 10 мкФ будет удовлетворительным.

R1 и R2 должны быть выбраны так, чтобы выходное пиковое напряжение составляло ~1 В. Для адаптера AC-AC со среднеквадратичным выходным напряжением 9 В подойдет комбинация резисторов 10 кОм для R1 и 100 кОм для R2:

 пиковое_напряжение_выход = R1 / (R1 + R2) x пиковое_напряжение_вход =
10к / (10к + 100к) х 12.7В = 1,15В 

Смещение напряжения, обеспечиваемое резисторами R3 и R4, должно составлять половину напряжения питания Arduino. Таким образом, R3 и R4 должны иметь одинаковое сопротивление. Более высокое сопротивление снижает потребление энергии. Для emonTx с батарейным питанием, где важно низкое энергопотребление, мы используем резисторы 470k для R3 и R4.

Если Arduino работает при напряжении 5 В, результирующий сигнал имеет положительный пик 2,5 В + 1,15 В = 3,65 В и отрицательный пик 1,35 В, что удовлетворяет требованиям аналогового входного напряжения Arduino.Это также оставляет некоторый «запас» для минимизации риска повышенного или пониженного напряжения.

Комбинация 10k и 100k R1 и R2 прекрасно работает для emonTx с питанием 3,3 В, с положительным пиком 2,8 В и отрицательным пиком 0,5 В.

Если вам нужна подробная информация о том, как рассчитать оптимальные значения для компонентов с учетом допусков компонентов, см. эту страницу.

Эскиз Arduino

Чтобы использовать приведенную выше схему вместе с измерением тока для измерения активной мощности, полной мощности, коэффициента мощности, Vrms и Irms, загрузите скетч Arduino, подробно описанный здесь: Эскиз Arduino — напряжение и ток

Улучшение качества источника смещения

Этот относительно простой источник смещения напряжения имеет некоторые ограничения.См. Buffered Voltage Bias для получения информации о схеме, обеспечивающей повышенную производительность.

Примечания по ограничениям сетевого напряжения

Стандартное бытовое электропитание для Европы составляет 230 В ± 10 %, что дает нижний предел 207 В и верхний предел 253 В. В соответствии с BS 7671 допустимо падение напряжения в установке на 5 %, что дайте нижний предел 195,5 В.
Стандарт Великобритании до гармонизации составлял 240 В ± 6%, что дает верхний предел 254,4 В.

Несмотря на то, что номинальное напряжение в Великобритании в настоящее время составляет 230 В, система питания в целом не регулировалась, и центральное напряжение составляет около 240 В.

Спасибо Роберту Уоллу за обобщение довольно запутанных стандартов, касающихся напряжения сети Великобритании.

Вся Европа, Африка, Азия, Австралия, Новая Зеландия и большая часть Южной Америки используют электропитание в пределах 6 % от 230 В. Для США требования к питанию находятся в пределах 5 % от 240 В (это на счетчике — NEC допускает еще 5%-ное понижение до розеток в соответствии с 210.19(A) и 215.2(A)(1)).

https://en.wikipedia.org/wiki/Mains_electricity_by_country

Измерение положения и смещения с помощью LVDT

LVDT измеряет смещение, связывая определенное значение сигнала для любого заданного положения сердечника. Эта связь значения сигнала с положением происходит посредством электромагнитной связи сигнала возбуждения переменного тока на первичной обмотке с сердечником и обратно на вторичные обмотки. Положение сердечника определяет, насколько сильно сигнал первичной катушки связан с каждой из вторичных катушек. Две вторичные катушки последовательно-противоположные, что означает намотку последовательно, но в противоположных направлениях. Это приводит к тому, что два сигнала на каждой вторичной обмотке сдвинуты по фазе на 180 градусов. Поэтому фаза выходного сигнала определяет направление и его амплитуду, расстояние.

На рис. 3 показано поперечное сечение LVDT. Сердечник заставляет магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, соединяться со вторичными обмотками. Когда сердечник находится точно по центру между обеими вторичными и первичными обмотками, как показано, напряжение, индуцированное в каждой вторичной обмотке, равно по амплитуде и сдвинуто по фазе на 180 градусов. Таким образом, выходной сигнал LVDT (для последовательно-встречного соединения, показанного в этом случае) равен нулю, поскольку напряжения компенсируют друг друга.

Рис. 3. Поперечное сечение сердечника и обмоток LVDT

Смещение сердечника влево (рис. 4) приводит к тому, что первая вторичная обмотка более сильно связана с первичной, чем вторая вторичная.Результирующее более высокое напряжение первой вторичной обмотки по отношению ко второй вторичной обмотке вызывает выходное напряжение, которое находится в фазе с первичным напряжением.

Рис. 4. Связь с первой вторичной обмоткой, вызванная соответствующим смещением активной зоны

Аналогичным образом, смещение ядра вправо приводит к тому, что вторая вторичная обмотка более сильно связана с первичной, чем первая вторичная. Более высокое напряжение второй вторичной обмотки приводит к тому, что выходное напряжение не совпадает по фазе с первичным напряжением.

Рис. 5. Соединение со вторым вторичным контуром, вызванное соответствующим смещением активной зоны

Подводя итог, «LVDT точно моделирует идеальную структуру датчика смещения нулевого порядка на низкой частоте, где выход является прямой и линейной функцией входа. Это устройство с переменным магнитным сопротивлением, в котором первичная центральная катушка создает магнитный поток, который через центральный сердечник (подвижный якорь) передается на симметрично намотанную вторичную катушку по обе стороны от первичной.Таким образом, измеряя амплитуду и фазу напряжения, можно определить степень перемещения сердечника и направление, то есть смещение».[1] На рис. 6 показана линейность устройства в пределах диапазона смещения сердечника. Обратите внимание, что выходные данные не являются линейными, так как ядро ​​перемещается вблизи границ своего диапазона. Это связано с тем, что меньший магнитный поток передается на сердечник от первичной обмотки. Однако, поскольку LVDT обладают превосходной повторяемостью, нелинейность вблизи границ диапазона устройства можно предсказать с помощью таблицы или полиномиальной функции аппроксимации кривой, тем самым расширяя диапазон устройства.

Рис. 6. Пропорционально-линейная реакция LVDT на смещение сердечника

Функции измерительных трансформаторов (ТТ и ПТ)

Реле защиты типа

переменного тока приводятся в действие током и напряжением, подаваемым трансформаторами тока и напряжения (напряжения), которые обычно классифицируются как измерительные трансформаторы. Обычно измерительные трансформаторы используются в основном для двух целей. Для целей измерения, которые понижают и отображают уровни напряжения и тока от кВ до (0-110 вольт в случае PT) и от нескольких килоампер до (0-5 ампер в случае CT).Второй целью является подача значений тока и напряжения на реле для выполнения функций защиты.

Основные функции измерительных трансформаторов:

• Приборные трансформаторы (трансформаторы тока и напряжения) обеспечивают изоляцию от высоких напряжений силовой цепи и защиту аппаратуры и обслуживающего персонала от контакта с высоким напряжением силовых цепей
• Измерительные трансформаторы (ТТ и ПТ) питают реле защиты током и напряжением, величина которых пропорциональна силовым цепям.Эти величины тока и напряжения, подаваемые измерительными трансформаторами, достаточно уменьшены, так что реле можно сделать относительно небольшими и недорогими
• Измерительные трансформаторы помогают получить различные типы вторичных соединений для получения требуемого тока и напряжения

Для правильного применения трансформаторов тока и трансформаторов напряжения необходимо учитывать следующее:

Механическая конструкция, тип изоляции (сухая или жидкая), соотношение первичных и вторичных токов или напряжений, длительная тепловая нагрузка, кратковременная тепловая и механическая характеристики, класс изоляции, уровень импульса, условия эксплуатации, точность и соединения

В целях безопасности вторичные обмотки трансформаторов тока и напряжения (ТТ и ТН) заземлены.

Почему используются измерительные трансформаторы и их преимущества

Вольтметры и амперметры используются для измерения напряжения и силы тока в цепях. С помощью измерительных трансформаторов диапазоны измерения этих приборов можно увеличить. Трансформатор тока в основном является понижающим трансформатором, поэтому он понижает ток. При использовании вместе с амперметром нижнего диапазона трансформатор тока (ТТ) увеличивает диапазон амперметра. Таким образом, амперметр на 0—5 А можно использовать для измерения силы тока в несколько сотен или тысяч ампер.Точно так же трансформатор напряжения (PT), который в основном представляет собой понижающий трансформатор, может увеличить диапазон вольтметра низкого напряжения. Таким образом, вольтметр, предназначенный для измерения напряжения до 110 В, может измерять гораздо более высокие напряжения (несколько тысяч вольт) при использовании в сочетании с подходящим трансформатором напряжения

.

Измерительные трансформаторы имеют много преимуществ. Некоторые из преимуществ приведены ниже:

Преимущества:

• Однодиапазонные амперметры и вольтметры могут измерять широкий диапазон токов и напряжений, если они используются в сочетании с соответствующими трансформаторами тока (ТТ) и трансформаторами напряжения (ПТ)
• Измерительные приборы, такие как амперметр, вольтметр, ваттметр и т. д., включены во вторичную цепь и, следовательно, полностью изолированы от высокого напряжения, что обеспечивает безопасность оператора и наблюдателя
• Измеритель не должен быть изолирован для высоких напряжений, что было бы в случае, если бы они были непосредственно включены в цепь высокого напряжения
• Используя трансформатор тока с подходящим разъемным и шарнирным сердечником, можно легко измерять большие токи в сборных шинах без разрыва проводника, по которому проходит ток.Сердечник трансформатора тока (ТТ) вскрывается на шарнире, проводник с током вводится в центр сердечника через сделанное отверстие и сердечник снова плотно закрывается. Сам проводник действует как одновитковая первичная обмотка трансформатора тока

.

Понижающий трансформатор — принцип работы, уравнение, типы, преимущества и недостатки

Понижающий трансформатор снижает напряжение и, следовательно, используется почти во всех бытовых электроприборах.Наша современная электроника сильно зависит от него. В этом посте мы попытаемся понять, что это такое, его принцип работы, уравнение, типы, преимущества и недостатки.

Что такое понижающий трансформатор

Понижающий трансформатор — это устройство, которое преобразует высокое первичное напряжение в низкое вторичное. В понижающем трансформаторе первичная обмотка катушки имеет больше витков, чем вторичная обмотка. На рисунке 1 ниже показана схема обмотки типичного понижающего трансформатора.

Рис. 1: Представление обмоток понижающего трансформатора

Принцип работы понижающего трансформатора

Работа трансформатора основана на «законе электромагнитной индукции Фарадея». Взаимная индукция между обмотками отвечает за действие передачи в трансформаторе.

Закон Фарадея гласит, что «когда магнитный поток, связывающий цепь, изменяется, в цепи индуцируется электродвижущая сила, пропорциональная скорости изменения потокосцепления».

ЭДС (электродвижущая сила), индуцированная между двумя обмотками, определяется количеством витков в первичной и вторичной обмотках соответственно. Это соотношение называется Turns Ratio .

Способность понижающих трансформаторов снижать напряжение зависит от соотношения витков первичной и вторичной обмотки. Поскольку количество витков во вторичной обмотке меньше по сравнению с количеством витков в первичной обмотке, количество потокосцепления во вторичной обмотке трансформатора также будет меньше по сравнению с первичной обмоткой.

Соответственно ЭДС во вторичной обмотке будет меньше. Благодаря этому напряжение на вторичной обмотке уменьшается по сравнению с первичной обмоткой

Уравнение понижающего трансформатора

Формула, используемая для расчета понижающего трансформатора:

Где,

• Ns = количество витков во вторичной = количество витков в первичной обмотке
• Vs = напряжение во вторичной обмотке
• Vp = напряжение в первичной обмотке

Количество витков вторичной обмотки всегда должно быть меньше количества витков первичной обмотки трансформатора i. e Np > Ns для работы трансформатора в качестве «понижающего трансформатора».

Поскольку число витков во вторичной обмотке будет меньше, то и полная ЭДС индуктивности будет меньше, и, следовательно, выходное напряжение во вторичной обмотке также будет меньше, чем первичное входное напряжение.

Давайте разберемся, рассмотрев ситуацию с понижающим трансформатором, в котором количество витков вторичной обмотки [Ns] равно 250, витков первичной обмотки [Np] равно 5000, а входное напряжение [Vp] равно 240. Тогда напряжение на вторичной обмотке [Vs] можно рассчитать по формуле:

Купите переставляя уравнение, получаем:

Отсюда напряжение на вторичной обмотке трансформатора 12В, что меньше, чем на первичной обмотке.Следовательно, трансформатор называется понижающим трансформатором.

Типы понижающих трансформаторов

Понижающие трансформаторы можно разделить на три категории в зависимости от ответвлений вторичной обмотки. К ним относятся:

• Однофазный понижающий трансформатор
• Понижающий трансформатор с центральным отводом
• Понижающий трансформатор с несколькими ответвлениями

Однофазный понижающий трансформатор

Используется для понижения номинальных токов и входного напряжения. выходное напряжение и ток.

Пример: 12 В переменного тока.

Рис. 2 – Символ и физический вид однофазного понижающего трансформатора

Понижающий трансформатор с центральным отводом

Понижающие трансформаторы этого типа будут иметь одну первичную обмотку и центральное разделение вторичной обмотки, которым он дает выходное напряжение с центральной булавкой.

Пример: 12В-0-12В.

Рис. 3 – Символ и физический вид понижающего трансформатора с центральным отводом

Понижающий трансформатор с несколькими ответвлениями

Понижающие трансформаторы этого типа имеют несколько ответвлений во вторичной обмотке. Несколько отводов используются для получения желаемого разнообразного выхода с вторичными катушками.

Пример: 0–12 В, 0–18 В.

Рис. 4 – Символ и внешний вид многоотводного понижающего трансформатора

Применение понижающего трансформатора

Различные области применения понижающих трансформаторов включают: стереосистемы и проигрыватели компакт-дисков

Преимущества понижающего трансформатора

Преимущества понижающего трансформатора:

• Полезен для понижения напряжения, что упрощает и удешевляет передачу энергии
• более 99% эффективности
• обеспечивает варьированные требования к различным напряжении
• низкая стоимость
• высокая надежность
• высокая долговечность
• высокая прочность

Недостатки ступенчатой ​​трансформатора

Недостатки шаговых трансформаторов следующие:

• требует много отказов при техническом обслуживании, которые могут повредить трансформатор
• Нестабильность стоимости сырья
• Устранение неисправности занимает больше времени

Роль понижающего трансформатора в передаче напряжения

Рис. 5 – Цепь распределения напряжения с использованием трансформатора

На электростанциях электричество переменного тока вырабатывается при почти низком пиковом напряжении около 440 В. Обычный конечный пользователь использует напряжение от 220 В до 240 В для домашнего хозяйства и бизнеса. Генерируемое выходное напряжение электростанции подается на повышающий трансформатор, который увеличивает его пиковое напряжение с нескольких сотен вольт до нескольких киловольт.

Выход повышающего трансформатора подается на линию электропередачи высокого напряжения, которая транспортирует энергию/электричество на многие мили.Это сделано для уменьшения падения напряжения. Как только эта мощность достигает точки потребления/конечной подстанции, то с помощью понижающего трансформатора она снижается до желаемого значения, т.е. 220В-240В.

  Читайте также:
 Однопереходный транзистор  (UJT) – конструкция, работа, кривая характеристик и применение
Технология телефонной сотовой сети 5G – рабочая архитектура, характеристики, преимущества и недостатки 

12 Краткое описание заводских испытаний трансформатора

Заводские испытания

Далее кратко изложены оставшиеся двенадцать заводских испытаний. Детали соединений тестовых наборов и формулы некоторых из перечисленных тестов уже описаны в отдельно опубликованных статьях, а в отношении остальных за подробностями обращайтесь к стандарту ANSI/IEEE C57.12.90 .

12 Краткое описание заводских испытаний трансформатора (на фото: силовой трансформатор 420 кВ номинальной мощностью 400 МВА производства KOLEKTOR ETRA; общая масса трансформатора более 400 тонн, он работает на электростанции в Германии, принадлежащей SWM Infrastruktur GmbH.)

Этот список неполный, отсутствуют некоторые тесты, не упомянутые здесь, такие как тест коэффициента трансформации или измерение коэффициента напряжения и проверка смещения фаз, но вы также можете найти их отдельно опубликованными в EEP (используйте поиск).

1. без нагрузки потерь
2. No-load Excitiatition Ток
3. Убытки нагрузки и импеданс Напряжение
4. Диэлектрические испытания
5. Коммутационный импульсный тест
6. Тест на молния
7. Тест частичного разряда
8. Изоляция коэффициент мощности
10. Измерение шума
11. Повышение температуры (нагрев)
12. Испытание на короткое замыкание

1.

Потери холостого хода

В ходе испытаний измеряются потери холостого хода при заданном напряжении возбуждения и заданной частоте.Синусоидальные напряжения используются, если для работы трансформатора не характерна другая форма волны.

Рекомендуемым методом является метод вольтметра среднего напряжения с использованием двух параллельно соединенных вольтметров. Один вольтметр является вольтметром, реагирующим на среднее значение, но откалиброванным по среднеквадратичному значению, а другой вольтметр является вольтметром, реагирующим на истинное среднеквадратичное значение.

Испытательное напряжение регулируется до заданного значения, считываемого вольтметрами, реагирующими на среднее значение. Показания обоих вольтметров используются для приведения потерь холостого хода к синусоидальной основе.

Подробнее об этом тесте

Схема подключения для измерения потерь холостого хода

Вернуться к разделу «Тесты» ↑

2. Ток возбуждения холостого хода

обмотки разомкнутые . Обычно выражается в процентах от номинального тока обмотки. Ток возбуждения без нагрузки не является синусоидальным и содержит, как мы видели, нечетные гармоники (преимущественно третья гармоника тока).

Амперметр, используемый для регистрации тока возбуждения без нагрузки, представляет собой измеритель среднеквадратичного значения, который считывает квадратный корень из суммы квадратов токов гармоник.

Вернуться к разделу Тесты ↑

3. Потери нагрузки и напряжение импеданса

Перед измерением потерь нагрузки и напряжения импеданса трансформатор должен находиться в определенном состоянии . Температура изоляционной жидкости должна быть стабилизирована, а разница между температурами масла наверху и внизу должна быть менее 5°C.

Температуры обмотки должны быть измерены (методом сопротивления) до и после испытания , а среднее значение принято за истинную температуру . Разница в температуре обмотки до и после испытания не должна превышать 5°С.

Два метода испытаний для измерения потерь нагрузки и напряжения полного сопротивления:

1. Метод ваттметра-вольтметра-амперметра и
2. Метод импедансного моста.

Цепь для измерения импеданса и потерь при нагрузке

В этих испытаниях обычно применяется пониженное напряжение к одному набору обмоток, а другой набор обмоток закорочен.Для трехобмоточных трансформаторов эти испытания повторяют для каждой комбинации обмоток, взятых по две одновременно.

Подробнее об этом испытании

Вернуться к разделу Испытания ↑

4. Испытания изоляции

Эти испытания состоят из испытаний приложенным напряжением и испытаний наведенным напряжением .

Испытания приложенным напряжением прикладывают высокое напряжение ко всем вводам обмотки, по одной обмотке за раз, при этом остальные обмотки заземлены. Напряжение 60 Гц постепенно повышают в течение 15 с, выдерживают в течение 40 с и снижают до нуля в течение 5 с.

Испытания индуктивным напряжением прикладывают высокое напряжение к обмотке с разомкнутыми другими обмотками, чтобы проверить качество межвитковой изоляции. Чтобы предотвратить насыщение сердечника при более высоком напряжении возбуждения, частота испытания наведенного напряжения увеличена ( обычно около 120 Гц ). Индуцированное напряжение прикладывается в течение 7200 циклов или 60 с, в зависимости от того, что короче.

Подробнее об этом тесте

Вернуться к тестам ↑

5.Тест импульса переключения

Тест импульса переключения применяет импульс импульса переключения между каждой клеммой высоковольтной линии и землей .

Серия испытаний состоит из одной волны пониженного напряжения (50–70 % от указанного испытательного уровня), за которой следуют две волны полного напряжения. Можно использовать либо волны положительной, либо отрицательной полярности, либо и то, и другое. Для каждой приложенной волны снимают осциллограмму напряжения. Испытание считается успешным, если нет внезапного падения напряжения. Последующие осциллограммы могут отличаться из-за влияния насыщения ядра .

Подробнее об этом тесте

Схема подключения импульсного теста включения-выключения

Вернуться к тестам ↑

6. Тест грозового импульса

и две полные волны . Соединения ответвлений выполняются с минимальными действующими витками в испытуемой обмотке, а регулирующие трансформаторы устанавливаются в максимальное обратное положение. Снимаются осциллограммы каждой волны.

Общий метод интерпретации результатов заключается в том, чтобы искать различия в формах сокращенной полной волны и двух полных волн, которые указывают на повреждение межвитковой изоляции.

Подробнее об этом тесте

Импульсные испытания трансформаторов и соединения для обнаружения неисправностей

Дополнительные критерии испытаний приведены в IEEE Std. C57.98-1993 . Импульсные испытания, вероятно, имеют наибольшую вероятность отказов среди всех заводских испытаний, которые обычно выполняются.

Вернуться к разделу «Тесты» ↑

7. Испытание на частичный разряд

В ходе этого испытания обнаруживается радиочастотный (0,85–1,15 МГц) шум , создаваемый частичными разрядами в пустотах в изоляции. Прикладываемое напряжение постепенно увеличивается до тех пор, пока не начнет происходить частичный разряд , что является начальным напряжением. Затем напряжение снижается до тех пор, пока частичный разряд не прекратится, что является напряжением затухания.

Напряжение гашения должно быть меньше рабочего напряжения трансформатора; в противном случае, как только частичный разряд начнется в поле (из-за какого-либо переходного процесса напряжения), он будет продолжаться бесконечно и, возможно, приведет к повреждению или отказу.

Подробнее об этом тесте

Цепь подключения для измерения частичных разрядов

Вернуться к разделу «Тесты» ↑

(вольт-ампер) при синусоидальном напряжении.

Приложенное напряжение 60 Гц в этом испытании обычно ниже рабочего напряжения трансформатора. Тестовый набор Doble разработан специально для проведения этого теста.

Портативные версии используются для измерения коэффициента мощности изоляции трансформаторов в полевых условиях. Этот тест обычно должен выполняться обученным техническим специалистом. Результаты испытаний скорректированы по температуре до эталонной температуры 20°C.

Вернуться к разделу «Тесты» ↑

9. Сопротивление изоляции

В этом испытании к одной обмотке за один раз прикладывается высоковольтное постоянное напряжение , а остальные обмотки заземлены. Измеряется ток утечки и рассчитывается сопротивление изоляции по закону Ома.

A Набор для измерения сопротивления изоляции специально разработан для проведения этого испытания, и его измеритель откалиброван в мегаомах, чтобы можно было избежать вычислений. У Megger, как и у других производителей, есть портативный прибор, который можно легко носить с собой в полевых условиях.

Подробнее об этом тесте

Вернуться к разделу Тесты ↑

10. Измерение шума

Тест по измерению шума проводится, когда трансформатор находится под напряжением при номинальном напряжении и работает все охлаждающее оборудование.Геометрия помещения может сильно повлиять на измерения, поэтому предпочтительно, чтобы трансформатор находился внутри безэховой камеры. Однако, если такая камера недоступна, никакая акустически отражающая поверхность не может находиться в пределах 3 м от измерительного микрофона, кроме пола или земли.

Записывающие микрофоны располагаются с интервалом 1 м по периметру трансформатора , с не менее чем четырьмя (4) микрофонными позициями для малых трансформаторов.

Зона измерения шума и расположение точек измерения Силового трансформатора 242 кВ/ 15.65 кВ, 112 МВА (кредит: Александра Петрович, Любомир Лукич, Милан Коларевич и Душица Лукич из Университета Крагуеваца)

Уровни звуковой мощности измеряются в заданном диапазоне частот. Уровни звуковой мощности конвертируются в децибел (дБ).

Подробнее о шуме

Вернуться к разделу Испытания ↑

11. Повышение температуры (нагрев)

Трансформатор подается при номинальном напряжении для создания потерь в сердечнике . Обмотки подключены к нагрузочному трансформатору, который одновременно пропускает номинальные токи через все обмотки, чтобы получить потери нагрузки.

Естественно, напряжение возбуждения и приложенные циркулирующие токи электрически разнесены на 90°, чтобы свести к минимуму требования к кВт для этого испытания. Тем не менее, большой силовой трансформатор может потреблять до 1 МВт общих потерь , а испытание на нагрев является дорогостоящим испытанием.

Таким образом, чтобы уменьшить общие расходы, тесты теплового цикла обычно выполняются только на одном трансформаторе в заказе на покупку нескольких трансформаторов, если заказчик не решит заплатить за тестирование дополнительных блоков.

Вернуться к разделу Испытания ↑

12. Испытание на короткое замыкание

Испытание на короткое замыкание обычно проводится для образца трансформатора для проверки конструкции сердечника и катушки в сборе , если заказчик не указывает, что короткое замыкание Проверка цепи должна выполняться на приобретенных трансформаторах.

Клиент должен быть осведомлен о постоянном риске повреждения трансформатора во время испытаний на короткое замыкание.

Низковольтный импульс тока (LVI) подается на трансформатор до и после испытаний на короткое замыкание.Сравниваются осциллограммы токов LVI «до» и «после» на наличие существенных изменений формы волны, которые могут свидетельствовать о механических повреждениях обмоток.

Вернуться к тестам ↑

Справочник // Принципы и применение силовых трансформаторов — Джон Дж. Уиндерс-младший
(приобретен на Amazon)

Трансформатор — энергетическое образование

распределение. ^[1]

Трансформатор представляет собой электрическое устройство, использующее электромагнитную индукцию для передачи сигнала переменного тока (AC) из одной электрической цепи в другую, часто изменяя (или «трансформируя») напряжение и электрический ток.Трансформаторы не пропускают постоянный ток (DC) и могут использоваться для извлечения постоянного напряжения (постоянного напряжения) из сигнала, сохраняя при этом изменяющуюся часть (переменное напряжение). В электрической сети трансформаторы играют ключевую роль в изменении напряжения, чтобы уменьшить потери энергии при передаче электроэнергии.

Трансформаторы изменяют напряжение электрического сигнала, выходящего из электростанции, обычно повышая (также известное как «повышение») напряжения. Трансформаторы также снижают («понижают») напряжение на подстанциях и в качестве распределительных трансформаторов. ^[2] Трансформаторы также используются в составе устройств, как и трансформаторы тока.

Как работают трансформаторы

Часто кажется удивительным, что трансформатор сохраняет общую мощность неизменной при повышении или понижении напряжения. Следует иметь в виду, что при повышении напряжения ток падает:

[математика]P=I_1 V_1 = I_2 V_2 [/math]

Трансформаторы используют электромагнитную индукцию для изменения напряжения и тока.Это изменение называется действием трансформатора и описывает, как трансформатор изменяет сигнал переменного тока с его первичной на вторичную составляющую (как в приведенном выше уравнении). Когда сигнал переменного тока подается на первичную катушку, изменяющийся ток вызывает изменение магнитного поля (становится больше или меньше). Это изменяющееся магнитное поле (и связанный с ним магнитный поток) будет проходить через вторичную катушку, индуцируя напряжение на вторичной катушке, тем самым эффективно соединяя вход переменного тока с первичного компонента на вторичный трансформатор. Напряжение, приложенное к первичному компоненту, также будет присутствовать во вторичном компоненте.

Как упоминалось ранее, трансформаторы не пропускают вход постоянного тока. Это известно как изоляция постоянного тока. ^[2] Это связано с тем, что изменение тока не может быть вызвано постоянным током; это означает, что нет изменяющегося магнитного поля, индуцирующего напряжение на вторичном компоненте.

Рисунок 1. Простой работающий трансформатор. ^[3] Ток [math]I_p[/math] приходит вместе с напряжением [math]V_p[/math].Ток проходит через [math]N_p[/math] обмотки, создавая магнитный поток в железном сердечнике. Этот поток проходит через [math]N_s[/math] петель провода в другой цепи. Это создает ток [math]I_s[/math] и разность напряжений во второй цепи [math]V_s[/math]. Электрическая мощность ([math]V\times I[/math]) остается прежней.

Основополагающим принципом, позволяющим трансформаторам изменять напряжение переменного тока, является прямая зависимость между отношением витков провода в первичной обмотке ко вторичной обмотке и отношением первичного напряжения к выходному напряжению. Отношение между количеством витков (или петель) в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке известно как отношение витков . Соотношение витков устанавливает следующую зависимость от напряжения:

[math]\frac{N_p}{N_s} = \frac{V_p}{V_s}=\frac{I_s}{I_p}[/math]

• [math]N_p[/math] = количество витков в первичной обмотке
• [math]N_s[/math] = количество витков во вторичной обмотке
• [math]V_p[/math] = Напряжение на первичной обмотке
• [math]V_s[/math] = Напряжение на вторичной обмотке
• [math]I_p[/math] = ток через первичную обмотку
• [math]I_s[/math] = Ток во вторичной обмотке

Из этого уравнения, если количество витков в первичной обмотке больше, чем количество витков во вторичной обмотке ([math]N_p \gt N_s [/math]), то напряжение на вторичной обмотке будет на меньше, чем на , чем в первичной обмотке.Это известно как «понижающий» трансформатор, потому что он снижает или понижает напряжение. В таблице ниже показаны распространенные типы трансформаторов, используемых в электрической сети.

Преобразователь один к одному будет иметь одинаковых значения для всего и используется в основном для целью обеспечения изоляции постоянного тока.

Понижающий трансформатор будет иметь более высокое первичное напряжение , чем вторичное напряжение, но более низкое значение первичного тока , чем его вторичный компонент.

В случае повышающего трансформатора первичное напряжение будет ниже , чем вторичное напряжение, что означает больший первичный ток , чем вторичный компонент.

Эффективность

В идеальных условиях напряжение и ток изменяются на один и тот же коэффициент для любого трансформатора, что объясняет, почему значение первичной мощности равно значению вторичной мощности для каждого случая в приведенной выше таблице.Когда одно значение уменьшается, другое увеличивается, чтобы поддерживать постоянный равновесный уровень мощности. ^[2]

Трансформаторы могут быть очень эффективными. Трансформаторы большой мощности могут достигать отметки эффективности 99% в результате успехов в минимизации потерь трансформатора. Однако мощность трансформатора всегда будет несколько ниже, чем на входе, так как полностью исключить потери невозможно.