В каком режиме работает трансформатор тока: В каком режиме работает трансформатор тока? Логика работы устройств АВР.

В каком режиме работает трансформатор тока? Логика работы устройств АВР.

Трансформаторы тока состоят из сердечника и двух обмоток: первичной и вторичной. Первичную обмотку, которая содержит небольшое количество витков, включают последовательно с нагрузкой, в цепи которой необходимо измерить ток, а к вторичной обмотке, с большим числом витков, подключают амперметр. Т. к. сопротивление амперметра мало, то можно считать, что трансформатор работает в режиме короткого замыкания, при котором суммарный магнитный поток равен разности потоков, созданных первичной и вторичной обмотками. Измеряемый ток, протекая по первичной обмотке, создаёт в ней небольшое падение напряжения, которое трансформируется во вторичную обмотку. Поскольку число витков вторичной обмотки значительно больше, чем у первичной, то на ней получается значительно большее напряжение при меньшем токе.

АВР

1. АВР должны приходить в действие при потере питания от рабочего источника по любой причине, за исключением случая, когда нагрузка отключается действием устройства АЧР и необходим запрет действия АВР.

2. Включение резервного источника питания должно осуществляться только после отключения выключателя на вводе рабочего источника питания.

3. АВР должны производить включение резервного источника сразу же вслед за отключением рабочего с целью уменьшения длительности перерыва питания потребителей.

4. Действие АВР должно быть однократным во избежание многократного включения резервного источника на КЗ.

5. При выполнении АВР должно обеспечиваться нормальные условия самозапуска электродвигателей.

6. Должно быть наличие ключей или съемных накладок для вывода АВР из работы при ремонте.

7. Для ускорения отключения резервного источника при его включении на не устранившееся КЗ должно предусматриваться ускорение защиты резервного источника после АРВ. Это особенно важно в тех случаях, когда потребители, потерявшие питание, подключаются к другому источнику, несущему нагрузку.

Кем осуществляется управление технологическими режимами работы объектов электроэнергетики в ЕЭС России? Что такое технические потери электроэнергии?

Система оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике включает в себя комплекс мер по централизованному управлению технологическими режимами работы объектов электроэнергетики и энергопринимающих установок потребителей в пределах Единой энергетической системы России и технологически изолированных территориальных электроэнергетических систем, осуществляемому субъектами оперативно-диспетчерского управления, уполномоченными на осуществление указанных мер в порядке, установленном настоящим Федеральным законом.

Технические потери электроэнергии – потери, обусловленные физическими процессами, происходящими при передаче электроэнергии по электрическим сетям и выражающимися в преобразовании части электроэнергии в тепло в элементах сетей. Технические потери не могут быть измерены. Их значения получают расчетным путем на основе известных законов электротехники.

Каким методом определяется степень увлажнения изоляции? Расшифруйте тип кабеля АВВГнг 3×95

Измерение сопротивления изоляции, коэффициента абсорбции и диэлектрических потерь, а также сопоставление этих данных с результатами предыдущих измерений позволяет во многих случаях сделать вывод о состоянии изоляции испытываемого оборудования.

«АВВГ» означает « алюминий-винил-винил-голый», что отсылает нас к наличию двух слоев поливинилхлорида, а также отсутствию специализированного защитного слоя. Ну а «нг», если оно применяется в маркировке, означает, что кабель, в случае возникновения пожароопасной ситуации, не будет распространять горение.



Трансформатор тока принцип работы — Всё о электрике

Трансформаторы тока назначение и принцип действия

В электротехнике довольно часто возникает необходимость измерения величин с большими значениями. Для решения этой задачи применяются трансформаторы тока, назначение и принцип действия которых делает возможным проведение любых измерений. С этой целью выполняется последовательное включение первичной обмотки устройства в цепь с переменным током, значение которого необходимо измерить. Вторичная обмотка подключается к измерительным приборам. Между токами в первичной и вторичной обмотке существует определенная пропорция. Все трансформаторы этого типа отличаются высокой точностью. В их конструкцию входит две и более вторичных обмоток, к которым подключаются защитные устройства, измерительные средства и приборы учета.

Что такое трансформатор тока?

К трансформаторам тока относятся устройства, в которых вторичный ток, применяемый для измерений, находится в пропорциональном соотношении с первичным током, поступающим из электрической сети.

Включение в цепь первичной обмотки осуществляется последовательно с токопроводом. Подключение вторичной обмотки выполняется на какую-либо нагрузку в виде измерительных приборов и различных реле. Между токами обеих обмоток возникает пропорциональная зависимость, соответствующая количеству витков. В трансформаторных устройствах высокого напряжения выполняется изоляция между обмотками из расчета на полное рабочее напряжение. Как правило производится заземление одного из концов вторичной обмотки, поэтому потенциалы обмотки и земли будут примерно одинаковыми.

Все трансформаторы тока предназначены для выполнения двух основных функций: измерения и защиты. В некоторых устройствах обе функции могут совмещаться.

• Измерительные трансформаторы передают полученную информацию к подключенным измерительным приборам. Они устанавливаются в цепях с высоким напряжением, в которые невозможно включить напрямую приборы для измерений. Поэтому только во вторичную обмотку трансформатора выполняется подключение амперметров, счетчиков, токовых обмоток ваттметров и прочих приборов учета. В результате, трансформатор преобразует переменный ток даже очень высокого значения, в переменный ток с показателями, наиболее приемлемыми для использования обычных измерительных приборов. Одновременно обеспечивается изоляция измерительных приборов от цепей с высоким напряжением, повышается электробезопасность обслуживающего персонала.
• Защитные трансформаторные устройства в первую очередь передают полученную измерительную информацию на устройства управления и защиты. С помощью защитных трансформаторов, переменный ток любого значения преобразуется в переменный ток с наиболее подходящим значением, обеспечивающим питание устройств релейной защиты. Одновременно выполняется изоляция реле, к которых имеется доступ персонала, от цепей высокого напряжения.

Назначение трансформаторов

Трансформаторы тока относятся к категории специальных вспомогательных приборов, используемых совместно с различными измерительными устройствами и реле в цепях переменного тока. Главной функцией таких трансформаторов является преобразование любого значения тока до величин, наиболее удобных для проведения измерений, обеспечения питания отключающих устройств и обмоток реле. За счет изоляции приборов, обслуживающий персонал оказывается надежно защищен от поражения током высокого напряжения.

Измерительные трансформаторы тока предназначены для электрических цепей с высоким напряжением, когда отсутствует возможность прямого подключения измерительных приборов. Их основное назначение заключается в передаче полученных данных об электрическом токе на измерительные устройства, подключаемые к вторичной обмотке.

Немаловажной функцией трансформаторов является контроль над состоянием электрического тока в цепи, к которой они подключены. Во время подключения к силовому реле, выполняются постоянные проверки сетей, наличие и состояние заземления. Когда ток достигает аварийного значения, включается защита, отключающая все используемое оборудование.

Принцип работы

Принцип работы трансформаторов тока основан на законе электромагнитной индукции. Напряжение из внешней сети поступает на силовую первичную обмотку с определенным количеством витков и преодолевает ее полное сопротивление. Это приводит к появлению вокруг катушки магнитного потока, улавливаемого магнитопроводом. Данный магнитный поток располагается перпендикулярно по отношению к направлению тока. За счет этого потери электрического тока в процессе преобразования будут минимальными.

При пересечении витков вторичной обмотки, расположенных перпендикулярно, происходит активация магнитным потоком электродвижущей силы. Под влиянием ЭДС появляется ток, который вынужден преодолевать полное сопротивление катушки и выходной нагрузки. Одновременно на выходе вторичной обмотки наблюдается падение напряжения.

Классификация трансформаторов тока

Все трансформаторы тока можно классифицировать, в зависимости от их особенностей и технических характеристик:

1. По назначению. Устройства могут быть измерительными, защитными или промежуточными. Последний вариант используется при включении измерительных приборов в токовые цепи релейной защиты и других аналогичных схемах. Кроме того, существуют лабораторные трансформаторы тока, отличающиеся высокой точностью и множеством коэффициентов трансформации.
2. По типу установки. Существуют трансформаторные устройства для наружной и внутренней установки, накладные и переносные. Некоторые виды приборов могут встраиваться в машины, электрические аппараты и другое оборудование.
3. В соответствии с конструкцией первичной обмотки. Устройства разделяются на одновитковые или стержневые, многовитковые или катушечные, а также шинные, например, ТШ-0,66.
4. Внутренняя и наружная установка трансформаторов предполагает проходные и опорные способы монтажа этих устройств.
5. Изоляция трансформаторов бывает сухая, с применением бакелита, фарфора, и других материалов. Кроме того, применяется обычная и конденсаторная бумажно-масляная изоляция. В некоторых конструкциях используется заливка компаундом.
6. По количеству ступеней трансформации, устройства могут быть одно- или двухступенчатыми, то есть, каскадными.
7. Номинальное рабочее напряжение трансформаторов может быть до 1000 В или более 1000 В.

Все характерные классификационные признаки присутствуют в условных обозначениях трансформаторов тока, состоят из определенных буквенных и цифровых символов.

Параметры и характеристики

Каждый трансформатор тока обладает индивидуальными параметрами и техническими характеристиками, определяющими область применения этих устройств.

Номинальный ток. Позволяет устройству работать в течение длительного времени без перегрева. В таких трансформаторах имеется значительный запас по нагреву, а нормальная работа возможна при перегрузках до 20%.

Номинальное напряжение. Его значение должно обеспечивать нормальную работу трансформатора. Именно этот показатель влияет на качество изоляции между обмотками, одна из которых находится под высоким напряжением, а другая заземлена.

Коэффициент трансформации. Представляет собой отношение между токами в первичной и вторичной обмотке и определяется по специальной формуле. Его действительное значение будет отличаться от номинального в связи с определенными потерями в процессе трансформации.

Токовая погрешность. Возникает в трансформаторе под влиянием тока намагничивания. Абсолютное значение первичного и вторичного тока различается между собой как раз на эту величину. Ток намагничивания приводит к созданию в сердечнике магнитного потока. При его возрастании, токовая погрешность трансформатора также увеличивается.

Номинальная нагрузка. Определяет нормальную работу устройства в своем классе точности. Она измеряется в Омах и в некоторых случаях может заменяться таким понятием, как номинальная мощность. Значение тока является строго нормированным, поэтому значение мощности трансформатора полностью зависит лишь от нагрузки.

Номинальная предельная кратность. Представляет собой кратность первичного тока к его номинальному значению. Погрешность такой кратности может достигать до 10%. Во время расчетов сама нагрузка и ее коэффициенты мощности должны быть номинальными.

Максимальная кратность вторичного тока. Представлена в виде отношения максимального вторичного тока и его номинального значения, когда действующая вторичная нагрузка является номинальной. Максимальная кратность связана со степенью насыщения магнитопровода, при котором первичный ток продолжает увеличиваться, а значение вторичного тока не меняется.

Возможные неисправности трансформаторов тока

У трансформатора тока, включенного под нагрузку, иногда возникают неисправности и даже аварийные ситуации. Как правило, это связано с нарушениями электрического сопротивления изоляции обмоток, снижением их проводимости под влиянием повышенных температур. Негативное влияние оказывают случайные механические воздействия или некачественно выполненный монтаж.

В процессе работы оборудования наиболее часто происходит повреждение изоляции, вызывающее межвитковые замыкания обмоток, что существенно снижает передаваемую мощность. Токи утечки могут появиться в результате случайно созданных цепей, вплоть до возникновения короткого замыкания.

С целью предупреждения аварийных ситуаций, специалистами с помощью тепловизоров периодически проверяется вся действующая схема. Это позволяет своевременно устранить дефекты нарушения контактов, снижается перегрев оборудования. Наиболее сложные испытания и проверки проводятся в специальных лабораториях.

Принцип действия ТТ и их назначение

В сегодняшнем материале, я решил начать рассматривать вопросы, касающиеся основ теории трансформаторов тока. Сами эти аппараты распространены повсеместно в электроустановках, и я думаю, всем будет интересно и полезно обновить в памяти принцип их работы.

Назначение трансформаторов тока: преобразование тока и разделение цепей

Начнем с ответа на вопрос – для чего нужен трансформатор тока? Здесь существует несколько основных вопросов, которые решает установка трансформаторов тока.

• Во-первых, это измерение больших токов, когда измерение непосредственно реальной величины первичного тока не представляется возможным. Измеряют преобразованную в меньшую сторону после трансформатора тока величину. Обычно это 1, 5 или 10 ампер.
• Во-вторых, это разделение первичных и вторичных цепей. Таким образом, происходит защита изоляции релейного оборудования, приборов учета электроэнергии, измерительных приборов.

Из чего состоит ТТ, принцип его работы

Трансформатор тока имеет замкнутый сердечник (магнитопровод), который собирают из листов электротехнической стали. На сердечнике расположено две обмотки: первичная и вторичная.

Первичная обмотка включается последовательно (в рассечку) цепи, по которой течет измеряемый (первичный) ток. К вторичной обмотке присоединяются последовательно соединенные реле, приборы, которые образуют вторичную нагрузку трансформатора тока. Такое описание состава трансформатора тока достаточно для описания принципа его работы, более подробное описание реального состава трансформатора тока приведено в другой статье.

Для рассмотрения принципа действия трансформатора тока рассмотрим схему, расположенную на рисунке.

В первичной обмотке протекает ток I₁, создавая магнитный поток Ф₁. Переменный магнитный поток Ф₁ пересекает обе обмотки W₁ и W₂. При пересечении вторичной обмотки поток Ф₁ индуцирует электродвижущую силу Е₂, которая создает вторичный ток I₂. Ток I₂, согласно закону Ленца имеет направление противоположное направлению I₁. Вторичный ток создает магнитный поток Ф₂, который направлен встречно Ф₁. В результате сложения магнитных потоков Ф₁ и Ф₂ образуется результирующий магнитный поток (на рисунке он обозначен Ф_нам). Этот поток составляет несколько процентов от потока Ф₁. Именно поток Ф_нам и является тем звеном, что производит передачу и трансформацию тока. Его называют потоком намагничивания.

Коэффициент трансформации идеального ТТ

В первичной обмотке w₁ создается магнитодвижущая сила F₁=w₁*I₁, а во вторичной – F₂=w₂*I₂. Если принять, что в трансформаторе тока отсутствуют потери, то магнитодвижущие силы равно по величине, но противоположны по знаку. F₁=-F₂. В итоге получаем, что I₁/I₂=w₂/w₁=n. Это отношение называется коэффициентом трансформации трансформатора тока.

Коэффициент трансформации реального ТТ

В реальном трансформаторе тока существуют потери энергии. Эти потери идут на:

• создание магнитного потока в магнитопроводе
• нагрев и перемагничивание магнитопровода
• нагрев проводов вторичной обмотки и цепи

К магнитодвижущим силам из прошлого пункта прибавится мдс намагничивания Fнам=Iнам*w1. В выражении ниже токи и мдс это вектора. F₁=F₂+F_нам или I₁*w₁=I₂*w₂+I_нам*w₁ или I₁=I₂*(w₂/w₁)+I_нам

В нормальном режиме, когда первичный ток не превышает номинальный ток трансформатора тока, величина тока Iнам не превышает 1-3 процента от первичного тока, и этой величиной можно пренебречь. При ненормальных режимах происходит так называемый бросок тока намагничивания, об этом более подробно можно почитать здесь. Из формулы следует, что первичный ток разделяется на две цепи – цепь намагничивания и цепь нагрузки. Более подробно о схеме замещения ТТ и о векторной диаграмме ТТ.

Режимы работы трансформаторов тока

У ТТ существуют два основных режима работы – установившийся и переходный.

В установившемся режиме работы токи в первичной и вторичной обмотке не содержат свободных апериодических и периодических составляющих. В переходном режиме по первичной и вторичной обмотке проходят свободные затухающие составляющие токов.

Если ТТ выбран правильно, то в обоих режимах работы погрешности не должны превышать допустимых в этих режимах, а токи в обмотках не должны превышать допустимые по термической и динамической стойкости.

ТТ для измерений предусмотрены для работы в установившемся режиме, при условии не превышения допустимых погрешностей. Работа ТТ для защиты начинается с момента возникновения тока перегрузки или тока КЗ, в этих режимах должны обеспечиваться требования определенных типов защит.

Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения и силового трансформатора

Существуют существенные отличия в работе ТТ и ТН.

Во-первых, первичный ток ТТ не зависит от вторичной нагрузки, что свойственно ТН. Это определяется тем фактом, что сопротивление вторичной обмотки ТТ на порядок меньше сопротивления первичной цепи. В трансформаторах напряжения и силовых трансформаторах же первичный ток зависит от величины тока вторичной нагрузки.

Во-вторых, ТТ всегда работает с замкнутой вторичной обмоткой и величина его вторичного сопротивления нагрузки в процессе работы не изменяется.

В-третьих, не допускается работа ТТ с разомкнутой вторичной обмоткой, для ТН и силовых при размыкании вторичной обмотки происходит переход в режим работы холостого хода.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Устройство и принцип работы трансформатора тока

Трансформатор тока представляет собой измерительное устройство, первичная обмотка (высокая сторона) которого подключается к источнику переменного электрического тока, а его вторичная обмотка (низкая сторона) подключается к приборам измерения или к приборам защиты с малым сопротивлением.

Если точнее, то первичная обмотка любого трансформатора тока включается только последовательно в силовую электрическую цепь, по которой протекает электрическая нагрузка. К вторичной обмотке или нескольким вторичным обмоткам подключаются защитные приборы, измерительные приборы и приборы учёта электроэнергии.

Принцип действия трансформатора тока

Работа обычного трансформатора тока базируется на физическом явлении электромагнитной индукции. Это значит, что при подаче напряжения на первичную обмотку, в её витках будет проходить переменный ток, образующий впоследствии появление переменного магнитного потока. Появившийся магнитный поток проходит по сердечнику и пронизывает витки всех обмоток трансформатора, таким образом, индуцируя в них электродвижущие силы (э.д.с.). В случае закорачивания вторичной обмотки или же при включении нагрузки в её цепь, под воздействием э.д.с. в витках обмотки начнёт протекать вторичный ток.

Назначение трансформаторов

Общее назначение трансформаторов тока – преобразование (снижение) большой величины переменного тока до таких значений, которые будут удобны и безопасны для измерения.

Трансформаторы тока позволяют безопасно измерять большие электрические нагрузки в сетях переменного тока. Это становится возможным благодаря изолированию первичной обмотки и вторичной обмотки друг от друга.

При изготовлении к трансформаторам тока предъявляются строгие требования по качеству изоляции и по точности измерений электрических нагрузок.

Конструкция трансформатора тока

Трансформатор тока – это устройство, основой которого является сердечник, шихтованный из особой трансформаторной стали. На сердечник (магнитопровод) наматываются витки одной, двух или даже нескольких вторичных обмоток, электрически изолированных друг от друга, а также и от сердечника.

Что касается первичной обмотки, то она может представлять собой катушку, также намотанную на сердечник измерительного трансформатора. Однако чаще всего первичная обмотка представляет собой алюминиевую или медную шину (пластину). Не менее часто в трансформаторе тока вообще отсутствует первичная обмотка как таковая. В этом случае функцию первичной обмотки выполняет силовой проводник, проходящий через кольцо трансформатора тока. Это может быть отдельная жила электрического кабеля.

Вся конструкция трансформатора тока помещается в корпус для защиты от механических повреждений.

Коэффициент трансформации

Основной технической характеристикой каждого трансформатора тока является номинальный коэффициент трансформации. Его значение указывается на специальной табличке (шильдике) в виде отношения номинального значения первичного тока к номинальному значению вторичного тока.

Например, указанное значение 400/5 означает, что при первичной нагрузке в 400А, во вторичной цепи должен протекать ток в 5А и, следовательно, коэффициент трансформации будет равен 80. Если на шильдике указано значение 50/1, то коэффициент трансформации будет равен 50.

Практически у каждого трансформатора тока есть определённая погрешность. В зависимости от её величины каждому трансформатору тока присваивается свой класс точности.

Классификация трансформаторов

Существует несколько признаков, по которым трансформаторы тока делятся.

По своему назначению они бывают измерительными, защитными, а также промежуточными и лабораторными.

• Измерительные выполняют функцию измерения. К ним подключаются приборы, такие как амперметр или приборы учёта (счётчики электрической энергии).
• Защитные трансформаторы тока выполняют функцию электрической защиты совместно с устройствами защиты, поэтому к ним подключаются устройства, такие как реле тока или современные цифровые устройства высоковольтной защиты.
• Промежуточные трансформаторы тока применяют в токовых цепях релейной защиты.
• Лабораторные устройства обладают очень высокой степенью точности измерений. Также у них может быть несколько разных коэффициентов трансформации.

По виду установки трансформаторы тока бывают наружными и внутренними, а также встроенными внутрь электрооборудования (внутри высоковольтных выключателей, внутри питающих силовых трансформаторов и т.д.). Кроме того трансформаторы тока бывают накладными и переносными. Переносные трансформаторы используют для измерений токовой нагрузки в лабораторных условиях.

По исполнению первичной обмотки бывают одновитковые, многовитковые и шинные трансформаторы тока. По количеству ступеней трансформации – одно- и двухступенчатые.

По напряжению трансформаторы тока делятся на две группы – устройства с напряжением до 1000В и устройства с напряжением выше 1000В.

Кроме обычных измерительных трансформаторов тока, существуют и специальные, такие как трансформаторы тока нулевой последовательности.

{SOURCE}

61) В каком режиме работает трансформатор напряжения?

Т.к.
сопротивления обмоток вольтметров и
других приборов, подключаемых к
трансформатору напряжения, велики, то
он практически работает в режиме
холостого хода. В этом режиме можно с
достаточной степенью точности считать,
что

Схема
включения измерительного трансформатора
напряжения

62. В каком режиме работает трансформатор тока?

Трансформатор
тока нормально работает в режиме
короткого замыкания и не допускает
работы в холостую.Сопротивления обмоток
амперметров и других приборов, подключаемых
к трансформатору тока, обычно малы.
Поэто­му он практически работает в
режиме короткого замыкания, при
котором токи I₁
и I‘₂
 во много раз больше тока I₀,(ток
хх) и с достаточной степенью точности
можно считать, что

63-64 Чем определяется погрешность коэффициента трансформации у измерительных трансформаторов?Чем определяется угловая погрешность у измерительных трансформаторов?

Реальный
коэффициент трансформации несколько
отличается от номинального. Это
отличие характеризуется
величиной
погрешности преобразования,
состоящей из двух составляющих — синфазной
и квадратурной.
Первая
характеризует отклонение по величине,
вторая отклонение по фазе вторичного
тока реального от номинального.

У
трансформатора тока :

В
действительности из-за наличия тока
холостого хода
в
рассматриваемом трансформаторе
и
междувекторами
этих токов имеется некоторый угол,
отличный от
180° (рис. 3.34, в).
Это
создает относительную токовую по­грешность

и
угловую погрешность, измеряемую углом
δ_i,
между векто­рами
и—
.Погрешность
δ_i
считается
положительной, если
вектор —
опережает
вектор.

Угловая
погрешность составля­ет
10… 120 угл. мин.

У
трансформатора напряжения :

Так
как сопротивления обмоток вольтметров
и
других приборов, подключаемых к
трансформатору на­пряжения,
велики, то он практически работает в
режиме холостого
хода. В этом режиме можно с достаточной
степенью
точности считать,  что   U_l
= U‘₂=U₂k.

В
действительности ток холостого хода
I₀
(а также не­большой ток нагрузки)
создает в трансформаторе падение
напряжения,
поэтому, как видно из векторной диаграммы
(рис.
3.33, б),
и
между векторами этих напряжений имеется
некоторый сдвиг по фазе δ_u.
В результате при изме­рениях
образуются некоторые погрешности.

В
измерительных трансформаторах напряжения
различа­ют
два вида погрешностей:

а)
относительную
погрешность напряжения

б)
угловую
погрешность δ_u;
за
ее значение принимают угол
между векторами
и
—.
Она
влияет на результаты измерений,
выполненных с помощью ваттметров,
счетчиков, фазометров
и прочих приборов, показания которых
зависят не
только от силы тока и напряжения, но и
от угла сдвига
фаз между ними. Угловая погрешность
считается положительной,
если вектор
опережает
вектор.
Угловая их погрешность составляет
20… 40 угл. мин.

Измерительные
трансформаторы используют главным
образом
для подключения электроизмерительных
приборов в
цепи переменного тока высокого напряжения.

Измерительные трансформаторы — Студопедия

Измерительные трансформаторы используются главным образом для подключения электроизмерительных приборов в цепи переменного тока высокого, напряжения. При этом электроизмерительные приборы оказываются изолированными от цепей высокого напряже­ний, что обеспечивает безопасность работы обслуживающего персонала. Кроме того, измерительные трансформаторы дают возможность расширять пределы измерения приборов, т. е. измерять большие токи и напряжения с помощью сравнительно несложных приборов, рассчитанных для измерения малых токов и напряжений. В ряде случаев измерительные трансформаторы служат для подключения к цепям высокого напряжения обмоток реле, обеспечивающих защиту электри­ческих установок от аварийных режимов.

Измерительные трансформаторы подразделяются на два типа: трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Первые служат для включения вольтметров, а также других приборов, реагирующих на величину напряжения, например катушек напряжения ваттметров, счетчиков, фазометров и различных реле. Вторые служат для вклю­чения амперметров и токовых катушек указанных приборов. Измери­тельные трансформаторы изготовляют мощностью от пяти до несколь­ких сот вольт-ампер, они рассчитаны для работы совместно со стан­дартными приборами (амперметрами на 1 и 5 а, вольтметрами до 100 в).

Трансформатор напряжения. Выполняется как обычный двухобмоточный понижающий трансформатор (рис. 1.19). Для обеспечения безопасности работы обслуживающего персонала вторичную обмотку тщательно изолируют от первичной и заземляют. Так как сопротивление обмоток вольтметров и других приборов, подключаемых к трансформатору напряжения, велико, то он фактически работает в режиме холостого хода. В этом режиме можно с достаточной степенью точности считать, что

, (1.77)

Рис. 1.19. Схема включения трансформатора напряжения

В действительности ток холостого хода (а также небольшой ток нагрузки) создает в трансформаторе падение напряжения; поэтому и между векторами этих напряжений имеется некоторый сдвиг по фазе . В ре­зультате этого при измерениях создаются некоторые погрешности.

В измерительных трансформаторах напряжения различают два вида погрешностей:

а) относительная погрешность коэффициента трансформации, или погрешность напряжения; величина ее

(1.78)

б) угловая погрешность ; за величину ее принимается угол между векторами и .Она влияет на результаты измерений, выполненных с помощью ваттметров, счетчиков, фазометров и прочих приборов, показания которых зависят не только от величины тока и напряжения, но и от угла сдвига фаз между ними. Угловая погрешность считается положительной, если вектор опережает вектор .

В зависимости от величины допускаемых погрешностей трансформаторы напряжения подразделяются на четыре класса точности: 0,2; 0,5; 1 и 3. Обозначение класса соответствует величине относительной погрешности при номинальном напряжении . Угловая погрешность составляет 10-40 минут (для 3-го класса она не нормируется). Для уменьшения погрешностей и сопротив­ления обмоток трансформатора z₁и z₂ делают по возможности малыми, а сердечник выполняют из высококачественной стали достаточно большого поперечного сечения, чтобы в рабочем режиме он был не насыщен (B 0,6 — 0,8 тл). Благодаря этому обеспечивается значительное уменьшение тока холостого хода.

Трансформатор тока. Выполняется в виде обычного двухобмоточного повышающего трансформатора (рис. 1.20, а) или в виде проходного трансформатора, у которого первичной обмоткой служит провод, проходящий через окно магнитопровода. В некоторых конструкциях магнитопровод и вторичная обмотка смонтированы на проходном изоляторе, служащем для ввода высокого напряжения в силовой трансформатор или другую электрическую установку; роль первичной обмотки трансформатора выполняет медный стержень, проходящий внутри изолятора (рис. 1.20, б).

Рис. 1.20. Схема включения трансформатора тока (а), общий вид проходного трансформатора (б)

Сопротивление обмоток амперметров и других приборов, подклю­чаемых к трансформатору тока, обычно мало. Поэтому он практически работает в режиме короткого замыкания, в котором токи и во много раз больше тока , и с достаточной степенью точности можно считать, что

(1.79)

В действительности из-за наличия тока холостого хода в рас­сматриваемом трансформаторе и между векторами этих токов имеется некоторый угол, отличный от 180°. Это создает токовую по­грешность

(1.80)

и угловую погрешность, измеряемую углом между векторами и . Погрешность считается положительной, если вектор опережает вектор .

В зависимости от величины допускаемых погрешностей трансформаторы тока подразделяются на пять классов точности: 0,2: 0,5; 1; 3 и 10. Эти цифры соответствуют допускаемой для данного класса токовой погрешности при номинальной величине тока. Угловая по­грешность для первых трех классов составляет 10 – 80 мин, а для двух последних не нормируется. Для уменьшения указанных погрешностей сердечник трансформатора тока изготовляют из высококачественной стали достаточно большого сечения, чтобы в рабочем режиме он был не насыщен (B = 0,06 — 0,1 тл). При этих условиях ток холостого хода будет мал.

Следует отметить, что размыкание цепи вторичной обмотки тран­сформатора тока недопустимо. В этом случае трансформатор переходит в режим холостого хода и его результирующая м.д.с., которая в рабочем режиме была равна становится равной . В результате резко (в десятки и сотни раз) возрастает магнитный поток Ф_т в сердечнике, и индукция в стали достигает значения более 2 тл. Соответственно с этим резко возрастают потери в стали и трансформатор может сгореть. Еще большую опасность представляет резкое повышение напряжения на зажимах вторичной обмотки до нескольких сот и даже тысяч вольт. Для предотвращения режима холостого хода при отключении приборов нужно замыкать вторичную обмотку трансформатора тока накоротко.

Что такое трансформатор тока (ТТ)? Определение, конструкция, векторная диаграмма и типы

Определение: Трансформатор тока — это устройство, которое используется для преобразования тока с более высокого значения в пропорциональный ток к более низкому значению. Он преобразует ток высокого напряжения в ток низкого напряжения, благодаря чему сильный ток, протекающий по линиям передачи, надежно контролируется амперметром.

Трансформатор тока используется с прибором переменного тока, измерителями или контрольной аппаратурой, где измеряемый ток имеет такую ​​величину, что измеритель или приборную катушку невозможно сделать с достаточной пропускной способностью по току.Трансформатор тока показан на рисунке ниже.

Первичный и вторичный ток трансформаторов тока пропорциональны друг другу. Трансформатор тока используется для измерения тока высокого напряжения из-за сложности с недостаточной изоляцией самого счетчика. Трансформатор тока используется в счетчиках для измерения тока до 100 ампер.

Строительство трансформаторов тока

Сердечник трансформатора тока выполнен из кремнистой стали.Для получения высокой степени точности для изготовления стержней используется Permalloy или Mumetal. Первичные обмотки трансформаторов тока пропускают измеряемый ток, и он подключен к главной цепи. Вторичные обмотки трансформатора пропускают ток, пропорциональный измеряемому току, и он подключен к токовым обмоткам счетчиков или приборов.

Первичная и вторичная обмотки изолированы от сердечников и друг от друга.Первичная обмотка — это однооборотная обмотка (также называемая стержневой первичной обмоткой), по которой проходит полный ток нагрузки. Вторичная обмотка трансформаторов имеет большое количество витков.

Соотношение первичного тока и вторичного тока известно как коэффициент трансформатора тока цепи. Коэффициент тока трансформатора обычно высокий. Номинальные значения вторичного тока составляют 5 А, 1 А и 0,1 А. Текущие номинальные параметры первичной обмотки варьируются от 10 А до 3000 А или более.Символьное представление трансформатора тока показано на рисунке ниже.

Принцип работы трансформатора тока немного отличается от силового трансформатора. В трансформаторе тока полное сопротивление нагрузки или нагрузка на вторичной обмотке немного отличается от силовых трансформаторов. Таким образом, трансформатор тока работает в условиях вторичной цепи.

Нагрузка на груз

Нагрузка трансформатора тока — это величина нагрузки, подключенной ко вторичному трансформатору.Он выражается как мощность в вольт-амперах (ВА). Номинальная нагрузка — это величина нагрузки, указанная на паспортной табличке ТТ. Номинальная нагрузка — это произведение напряжения и тока на вторичной обмотке, когда трансформатор тока подает на прибор или реле максимальное номинальное значение тока.

Влияние открытых вторичных обмоток ТТ

В нормальных условиях эксплуатации вторичная обмотка ТТ подключена к его нагрузке и всегда замкнута. Когда ток течет через первичные обмотки, он всегда течет через вторичные обмотки, и ампер-витки каждой обмотки соответственно равны и противоположны.

Количество витков вторичной обмотки будет на 1% и 2% меньше, чем витков первичной обмотки, и разница будет использоваться в намагничивающем сердечнике. Таким образом, если вторичная обмотка разомкнута и ток течет через первичные обмотки, то размагничивающего потока из-за вторичного тока не будет.

Из-за отсутствия противоамперных витков вторичной обмотки несопротивляющийся первичный MMF создаст аномально высокий магнитный поток в сердечнике. Этот поток вызовет потери в сердечнике с последующим нагревом, и на вторичном выводе будет индуцировано высокое напряжение.

Это напряжение вызвало пробой изоляции, а также в будущем может произойти потеря точности, потому что чрезмерный MMF оставляет остаточный магнетизм в сердечнике. Таким образом, вторичная обмотка ТТ никогда не может быть разомкнута, если по первичной обмотке проходит ток.

Векторная диаграмма трансформатора тока

Векторная диаграмма трансформатора тока показана на рисунке ниже. Основной поток взят за эталон. Наведенные напряжения в первичной и вторичной обмотках отстают от основного потока на 90º.Величина первичного и вторичного напряжений зависит от количества витков на обмотках. Ток возбуждения индуцируется составляющими намагничивающего и рабочего тока.

где, I _s — вторичный ток
E _s — вторичное индуцированное напряжение
I _p — первичный ток
E _p — первичное индуцированное напряжение
K _t — коэффициент передачи, количество вторичных витков / количество первичных витков
I ₀ — ток возбуждения
I _м — ток намагничивания
I _Вт — рабочий компонент
Φ _с — главный поток

Вторичный ток отстает от вторичного наведенного напряжения на угол θº.Вторичный ток перемещается в первичную обмотку путем реверсирования вторичного тока и умножения на коэффициент трансформации. Ток, протекающий через первичную обмотку, является суммой возбуждающего тока I ₀ и произведения коэффициента трансформации и вторичного тока K _t I _s.

Ошибка соотношения и фазового угла CT

Трансформатор тока имеет две ошибки — ошибку соотношения и ошибку угла сдвига фаз.

Current Ratio Errors — Трансформатор тока в основном обусловлен энергетической составляющей тока возбуждения и определяется как

Где I _p — первичный ток.K _t — коэффициент трансформации и вторичный ток.

Ошибка фазового угла — В идеальном трансформаторе тока векторный угол между первичным и обратным вторичным током равен нулю. Но в реальном трансформаторе тока существует разница фаз между первичным и вторичным токами, потому что первичный ток также обеспечивает составляющую тока возбуждения. Таким образом, разница между двумя фазами называется ошибкой фазового угла.

Типы трансформаторов тока

Трансформаторы тока в основном подразделяются на три типа, т.е.е., трансформатор тока намотки, трансформатор тока тороидальный и трансформаторы стержневого типа.

1. Трансформатор с обмоткой — В этом трансформаторе первичная обмотка расположена внутри трансформатора. Первичная обмотка имела один виток и была подключена последовательно с проводником, измеряющим ток. Обмотанный трансформатор в основном используется для измерения тока от 1 до 100 ампер.

2. Трансформатор тока стержневого типа — Трансформатор стержневого типа имеет только вторичные обмотки.Проводник, на котором установлен трансформатор, будет действовать как первичная обмотка трансформаторов тока.

3. Тороидальный трансформатор тока — Этот трансформатор не содержит первичных обмоток. Линия, по которой протекает ток в сети, подключается через отверстие или окно трансформаторов. Основным преимуществом этого трансформатора является то, что трансформатор имеет симметричную форму, благодаря чему он имеет низкий поток рассеяния, а значит, меньше электромагнитных помех.

.Типы трансформаторов

— разные типы трансформаторов

Существуют различные типы трансформаторов , которые используются в электроэнергетической системе для различных целей, таких как производство, распределение и передача и использование электроэнергии.

Различные типы трансформаторов: повышающий и понижающий трансформатор, силовой трансформатор, распределительный трансформатор, измерительный трансформатор, включающий трансформатор тока и напряжения, однофазный и трехфазный трансформатор, автотрансформатор и т. Д.

В комплекте:

Различные типы трансформаторов

Различные типы трансформаторов, показанные на рисунке выше, подробно описаны ниже.

Повышающий и понижающий трансформатор

Этот тип трансформатора классифицируется на основе количества витков в первичной и вторичной обмотках и наведенной ЭДС.

Повышающий трансформатор преобразует низковольтный сильноточный переменный ток в высоковольтную и слаботочную систему переменного тока. В этом типе трансформатора количество витков во вторичной обмотке больше, чем количество витков в первичной обмотке.Если (В ₂ > В ₁ ) напряжение на выходе повышается и называется повышающим трансформатором

.

Понижающий трансформатор преобразует высокое первичное напряжение, связанное с низким током, в низкое напряжение с высоким током. В трансформаторе этого типа количество витков в первичной обмотке больше, чем количество витков во вторичной обмотке. Если (В ₂ <В ₁ ) уровень напряжения на выходе понижается и известен как понижающий трансформатор

.

Силовой трансформатор

Силовые трансформаторы используются в передающих сетях высокого напряжения.Характеристики силового трансформатора следующие: 400 кВ, 200 кВ, 110 кВ, 66 кВ, 33 кВ. В основном они рассчитаны на мощность более 200 МВА. В основном устанавливается на генерирующих станциях и передающих подстанциях. Они рассчитаны на максимальную эффективность 100%. Они больше по размеру, чем распределительный трансформатор.

При очень высоком напряжении мощность не может быть передана напрямую потребителю, поэтому мощность понижается до желаемого уровня с помощью понижающего силового трансформатора.Трансформатор загружен не полностью, поэтому потери в сердечнике происходят в течение всего дня, но потери в меди зависят от цикла нагрузки распределительной сети.

Если силовой трансформатор подключен к сети передачи, колебания нагрузки будут очень меньшими, поскольку они не подключены напрямую к стороне потребителя, но при подключении к распределительной сети будут колебания нагрузки.

Трансформатор нагружен на передающей станции в течение 24 часов, поэтому потери в сердечнике и меди будут происходить в течение всего дня.Силовой трансформатор экономичен, когда мощность генерируется при низком уровне напряжения. Если уровень напряжения повышается, то ток силового трансформатора уменьшается, что приводит к потерям I ² R, а также увеличивается регулировка напряжения.

Распределительный трансформатор

Этот тип трансформатора имеет более низкие номиналы, такие как 11 кВ, 6,6 кВ, 3,3 кВ, 440 В и 230 В. Они имеют номинальные характеристики менее 200 МВА и используются в распределительной сети для преобразования напряжения в энергосистеме путем понижения напряжения. уровень, на котором электрическая энергия распределяется и используется на стороне потребителя.

Первичная обмотка распределительного трансформатора намотана эмалированным медным или алюминиевым проводом. Толстая лента из алюминия и меди используется для изготовления вторичной обмотки трансформатора, которая представляет собой обмотку высокого тока и низкого напряжения. Бумага, пропитанная смолой, и масло используются для изоляции.

Масло в трансформаторе используется для

• Охлаждение
• Изоляция обмоток
• Защита от влаги

Различные типы распределительных трансформаторов подразделяются на следующие категории и показаны на рисунке ниже

• Место установки
• Тип изоляции
• Характер поставки

Распределительный трансформатор менее 33 кВ используется в промышленности, а 440, 220 В — в быту.Он меньше по размеру, прост в установке, имеет низкие магнитные потери и не всегда полностью загружен.

Так как он не работает при постоянной нагрузке в течение 24 часов, так как днем ​​его нагрузка находится на пике, а в ночное время он загружен очень слабо, поэтому эффективность зависит от цикла нагрузки и рассчитывается как эффективность на весь день. Распределительные трансформаторы рассчитаны на максимальный КПД от 60 до 70%

Использование распределительного трансформатора

• Применяется в насосных станциях с уровнем напряжения ниже 33 кВ
• Электроснабжение ВЛ ж.д. электрифицированных АС
• В городских районах многие дома питаются от однофазного распределительного трансформатора, а в сельской местности может быть возможно, что одному дому потребуется один трансформатор в зависимости от нагрузки.
• Многоканальные распределительные трансформаторы используются в промышленных и коммерческих помещениях.
• Используется в ветряных электростанциях, где электрическая энергия вырабатывается ветряными мельницами. Там он используется как коллектор для подключения подстанций, удаленных от ветроэнергетической системы.

Измерительный трансформатор

Трансформатор тока

• Трансформатор тока используется для измерения, а также для защиты. Когда ток в цепи является высоким для подачи непосредственно на измерительный прибор, трансформатор тока используется для преобразования высокого тока в желаемое значение тока, необходимого в цепи.

Первичная обмотка трансформатора тока подключена последовательно к основному источнику питания и различным измерительным приборам, таким как амперметр, вольтметр, ваттметр или катушка защитного реле. У них есть точный коэффициент тока и фазовое соотношение, что позволяет измерить точность измерения на вторичной стороне. Термин соотношение имеет большое значение в компьютерной томографии.

Например, если его соотношение составляет 2000: 5, это означает, что трансформатор тока имеет выходную мощность 5 ампер, когда входной ток составляет 2000 ампер на первичной стороне.Точность трансформатора тока зависит от многих факторов, таких как нагрузка, нагрузка, температура, изменение фазы, номинал, насыщение и т. Д.

В трансформаторе тока полный первичный ток представляет собой векторную сумму тока возбуждения и тока, равную реверс вторичного тока, умноженный на коэффициент трансформации.

Где,
I _p — первичный ток
I _с — вторичный или обратный ток
I ₀ — ток возбуждения
K _T — передаточное число

Трансформатор потенциала

Трансформатор напряжения также называют трансформатором напряжения.Первичная обмотка подключена к линии высокого напряжения, напряжение которой должно быть измерено, а все измерительные приборы и счетчики подключены к вторичной обмотке трансформатора.

Основная функция трансформатора потенциала — понизить уровень напряжения до безопасного предела или значения. Первичная обмотка трансформатора напряжения заземлена в качестве точки безопасности.

Например, отношение напряжения первичной обмотки к вторичной задается как 500: 120, это означает, что выходное напряжение составляет 120 В, когда 500 В подается на первичную обмотку.Различные типы трансформаторов напряжения показаны ниже на рисунке

.

• Электромагнитный (трансформатор проволочный)
• Конденсатор (конденсаторный трансформатор напряжения CVT использует конденсаторный делитель напряжения)
• Оптический (работает над электрическими свойствами оптических материалов)

Ошибка напряжения в процентах определяется уравнением, приведенным ниже

Однофазный трансформатор

Однофазный трансформатор — это статическое устройство, работающее по принципу закона взаимной индукции Фарадея.При постоянном уровне частоты и изменении уровня напряжения трансформатор передает мощность переменного тока от одной цепи к другой. В трансформаторе есть два типа обмоток. Обмотка, на которую подается питание переменного тока, называется первичной, а во вторичной обмотке подключена нагрузка.

Трехфазный трансформатор

Если взять три однофазных трансформатора и соединить их вместе со всеми тремя первичными обмотками, соединенными друг с другом как одна, а все три вторичные обмотки друг с другом, образуя одну вторичную обмотку, трансформатор, как говорят, ведет себя как трехфазный трансформатор, то есть группа из трех однофазных трансформаторов, соединенных вместе, которые действуют как трехфазный трансформатор.

Трехфазный источник питания в основном используется для производства, передачи и распределения электроэнергии в промышленных целях. Менее затратно собрать три однофазных трансформатора для образования трехфазного трансформатора, чем купить один единственный трехфазный трансформатор. Подключение трехфазного трансформатора может быть выполнено по схеме звезда (звезда) и треугольник (сетка).

Соединение первичной и вторичной обмоток может осуществляться различными комбинациями, показанными ниже

Комбинация первичной обмотки и вторичной обмотки выполняется по схеме звезда-звезда, треугольник-треугольник, звезда-треугольник и треугольник.

.

Как работают электрические трансформаторы?

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 27 мая 2020 г.

Могучие линии электропередач, которые пересекаются
наша сельская местность или незаметное шевеление под улицами города несет электричество
при очень высоких напряжениях от источника питания
растения в наши дома. Для линии электропередачи нет ничего необычного в
от 400000 до 750000 вольт! Но бытовая техника в наших домах
напряжения в тысячи раз меньше — обычно всего от 110 до 250 вольт.Если
вы пытались включить тостер или телевизор от опоры электричества,
мгновенно взорваться! (Даже не думайте пытаться, потому что
электричество в воздушных линиях почти наверняка убьет вас.)
какой-то способ снизить потребление электроэнергии высокого напряжения от электростанций до
электричество более низкого напряжения, используемое фабриками, офисами и домами.
Устройство, которое это делает, гудит от электромагнитного
энергия, как она идет, называется трансформатором.
Давайте подробнее разберемся, как это работает!

Фото: Взрыв из прошлого: Трансформатор странной формы на плотине Чикамауга недалеко от Чаттануги, Теннесси.Сфотографировано в 1942 году Альфредом Т. Палмером, Управление военного управления, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Почему мы используем высокое напряжение?

Фото: Спуск: эта старая подстанция (понижающий трансформатор) снабжает энергией маленькую английскую деревню, где я живу. Его высота составляет около 1,5 м (5 футов), и его задача — преобразовывать несколько тысяч вольт входящей электроэнергии в сотни вольт, которые мы используем в наших домах.

Ваш первый вопрос, наверное, такой: если наши дома и офисы
с помощью копировальных аппаратов,
компьютеры,
стиральные машины и электробритвы
рассчитаны на 110–250 вольт, почему бы электростанциям просто не передавать
электричество при таком напряжении? Почему они используют такое высокое напряжение? Чтобы
Объясните это, нам нужно немного узнать о том, как распространяется электричество.

Как электричество течет по металлу
проволока, электроны, которые несут свою энергию
покачиваться сквозь металлическую конструкцию, разбиваясь и разбиваясь и
обычно тратят энергию как непослушный
школьники бегут по коридору. Вот почему провода нагреваются, когда
через них течет электричество (что очень полезно в электрических тостерах и других
приборы, использующие ТЭНы). Оказывается, что
чем выше напряжение электричества, которое вы используете, и тем ниже ток,
тем меньше энергии тратится таким образом.Итак, электричество, которое приходит
от электростанций передается по проводам под очень высоким напряжением в
экономия энергии.

Но есть и другая причина. Промышленные предприятия имеют огромные фабрики
машины, которые намного больше и более энергоемкие, чем все, что вы
есть дома. Энергия, которую использует прибор, напрямую связана (пропорциональна)
к используемому напряжению. Таким образом, вместо того, чтобы работать от 110–250 вольт, энергоемкие машины могут использовать
10 000–30 000 вольт. Небольшим предприятиям и механическим цехам может потребоваться
источники питания на 400 вольт или около того.Другими словами, разное электричество
пользователям нужны разные напряжения. Имеет смысл отправлять высоковольтные
электричество от электростанции, а затем преобразовать его в
более низкое напряжение при достижении различных пунктов назначения. (Даже в этом случае централизованные электростанции
по-прежнему очень неэффективны. Около двух третей энергии, поступающей на электростанцию,
в виде сырого топлива, тратится на самом заводе и по пути к вам домой.)

На фото: изготовление больших электрических трансформаторов на заводе Westinghouse во время Второй мировой войны.Фото Альфреда Т. Палмера, Управление военного управления, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Как работает трансформатор?

Трансформатор основан на очень простом факте об электричестве: когда
по проводу течет колеблющийся электрический ток, он создает магнитное
поле (невидимый образец магнетизма) или «магнитный поток» все
вокруг него. Сила магнетизма (которая имеет довольно
техническое название плотности магнитного потока)
непосредственно связанный с
величина электрического тока.Так что чем больше ток, тем
сильнее магнитное поле. Теперь есть еще один интересный факт о
электричество тоже. Когда магнитное поле колеблется вокруг куска
провод, он генерирует электрический ток в проводе. Итак, если мы поставим
вторая катушка проволоки рядом с первой, и посылает колеблющийся
электрический ток в первую катушку, мы создадим электрический
ток во втором проводе.
Ток в первой катушке обычно
называется первичным током, а ток
во втором проводе
это (сюрприз, сюрприз) вторичный ток.Что мы сделали
вот пропустить электрический ток через пустое пространство от одной катушки
провод к другому. Это называется электромагнитным
индукция, потому что ток в первой катушке
вызывает (или «индуцирует») ток во второй катушке.
Мы можем сделать так, чтобы электрическая энергия передавалась более эффективно от одной катушки к
другой, обернув их вокруг стержня из мягкого железа (иногда называемого сердечником):

Чтобы сделать катушку из проволоки, мы просто скручиваем проволоку в петли или
(«повороты», как их любят называть физики).Если
вторая катушка
имеет такое же количество витков, что и первая катушка, электрический ток в
вторая катушка будет практически такого же размера, как и первая.
катушка. Но (и вот умная часть), если у нас будет больше или меньше ходов
во второй катушке мы можем сделать вторичный ток и напряжение
больше или меньше, чем первичный ток и напряжение.

Важно отметить, что этот трюк работает, только если
электрический ток каким-то образом колеблется. Другими словами, у вас есть
использовать тип постоянно меняющегося электричества, называемый переменным
ток (AC) с трансформатором.Трансформаторы не работают с постоянным током (DC), где постоянный ток постоянно течет в одном и том же
направление.

Трансформаторы понижающие

Если у первой катушки больше витков, чем у второй, вторичная
напряжение меньше, чем
первичное напряжение:

Это называется понижающей
трансформатор. Если у второй катушки половина
столько витков, сколько первая катушка, вторичное напряжение будет вдвое меньше
величина первичного напряжения; если во второй катушке в десять раз меньше
оказывается, он имеет одну десятую напряжения.Всего:

Вторичное напряжение ÷
Первичное напряжение = Число витков во вторичной обмотке ÷ Число витков
в начальной

Ток преобразуется в обратную сторону — увеличивается в размере — в
понижающий трансформатор:

Вторичный ток ÷ Первичный ток = Количество витков в
первичный ÷ Количество витков вторичного

Так понижающий трансформатор со 100 витками в первичной обмотке и 10
катушки во вторичной обмотке снизят напряжение в 10 раз, но
одновременно умножьте ток в 10 раз.Сила в
электрический ток равен току, умноженному на напряжение (Вт =
вольт x ампер — один из способов запомнить это), поэтому вы можете увидеть мощность в
вторичная катушка теоретически такая же, как мощность в
первичная обмотка. (На самом деле есть некоторая потеря мощности между
первичный и вторичный, потому что некоторая часть «магнитного потока» просачивается наружу
сердечника часть энергии теряется из-за его нагрева и т. д.)

Трансформаторы повышающие

Изменив ситуацию, мы можем сделать шаг вперед
трансформатор, который увеличивает
низкое напряжение в высокое:

На этот раз у нас больше витков на вторичной
катушка, чем первичная.По-прежнему верно, что:

Вторичное напряжение ÷ Первичное напряжение = Количество витков в
вторичный ÷ Количество витков первичной обмотки

и

Вторичный ток ÷ Первичный ток = Количество витков в
первичный ÷ Количество витков вторичного

В повышающем трансформаторе мы используем больше витков во вторичной обмотке, чем в
первичный, чтобы получить большее вторичное напряжение и меньшее вторичное
текущий.

Рассматривая как понижающие, так и повышающие трансформаторы, вы можете видеть, что это общее правило:
катушка с наибольшим числом витков имеет наибольшее напряжение, а катушка с наименьшим числом витков
имеет самый высокий ток.

Трансформаторы в вашем доме

Фото: Типичные домашние трансформаторы. Против часовой стрелки
слева вверху: модем-трансформер, белый трансформер в iPod
зарядное устройство и зарядное устройство для мобильного телефона.

Как мы уже видели, в городах много огромных трансформаторов.
и города, где высоковольтная электроэнергия от входящих линий электропередачи
преобразуется в более низкое напряжение. Но есть много трансформаторов в
Ваш дом тоже. Большие электрические приборы, такие как стиральные и посудомоечные машины, используют относительно высокое напряжение.
110–240 вольт, но электронные устройства, такие как портативные компьютеры и зарядные устройства для MP3-плееров и мобильных телефонов, используют относительно крошечные
напряжения: ноутбуку нужно около 15 вольт, зарядному устройству iPod — 12
вольт, а мобильному телефону обычно требуется менее 6 вольт, когда вы
зарядить его аккумулятор.Такие электронные устройства имеют небольшие размеры.
встроенные в них трансформаторы (часто устанавливаются в конце силового
свинец) для преобразования 110–240 вольт бытовой
подавать на меньшее напряжение, которое они могут использовать. Если вы когда-нибудь задумывались, почему
у таких вещей, как мобильные телефоны, есть большие толстые короткие шнуры питания, потому что
они содержат трансформаторы!

Фотографии: электрическая зубная щетка, стоящая на зарядном устройстве. Аккумулятор в щетке заряжается за счет индукции: между пластиковой щеткой и пластиковым зарядным устройством в основании отсутствует прямой электрический контакт.Индукционное зарядное устройство — это особый вид трансформатора, разделенный на две части: одна в основании, а другая — в щетке. Невидимое магнитное поле связывает две части трансформатора вместе.

Зарядные устройства индукционные

Многие домашние трансформаторы (например, те, что используются в iPod и
мобильных телефонов) предназначены для зарядки аккумуляторных батарей.
Вы можете точно увидеть, как они работают: течет электричество
в трансформатор из розетки на стене, попадает
преобразуется в более низкое напряжение и перетекает в аккумулятор в вашем
iPod или телефон.Но что происходит с чем-то вроде электрической зубной щетки, у которой нет
кабель питания? Он заряжается немного другим типом
трансформатор, одна из катушек которого находится в основании щетки, и
другой в зарядном устройстве, на котором стоит щетка. Вы можете узнать
как работают подобные трансформаторы в нашей статье про индукционные зарядные устройства.

Трансформаторы на практике

Если у вас есть дома некоторые из этих зарядных устройств для трансформаторов (обычные или индукционные), вы заметите, что они нагреваются после того, как пробыли какое-то время.Поскольку все трансформаторы выделяют некоторое количество отработанного тепла, ни один из них не является полностью эффективным: вторичная обмотка производит меньше электроэнергии, чем мы подаем в первичную, и большая часть разницы приходится на отработанное тепло. В небольшом домашнем зарядном устройстве для мобильного телефона потеря тепла довольно минимальна (меньше, чем у старой лампы накаливания), и обычно не о чем беспокоиться. Но чем больше трансформатор, тем больше ток, который он несет, и тем больше тепла он производит.Для трансформатора подстанции, подобного изображенному на нашей верхней фотографии, ширина которого примерно равна ширине небольшого автомобиля, отходящее тепло может быть действительно значительным: оно может повредить изоляцию трансформатора, серьезно сократить срок его службы и сделать его гораздо менее надежным (давайте не забывайте, что сотни или даже тысячи людей могут зависеть от мощности от одного трансформатора, который должен надежно работать не только изо дня в день, но из года в год). Вот почему вероятное повышение температуры трансформатора во время работы является очень важным фактором в его конструкции.Необходимо учитывать типичную «нагрузку» (насколько интенсивно он используется), сезонный диапазон наружных (окружающих) температур и даже высота (которая снижает плотность воздуха и, следовательно, эффективность его охлаждения), — все это необходимо учитывать. выяснить, насколько эффективно будет работать наружный трансформатор.

На практике большинство больших трансформаторов имеют встроенные системы охлаждения, использующие воздух, жидкость (масло или вода) или и то, и другое для отвода отработанного тепла. Обычно основная часть трансформатора (сердечник, а также первичная и вторичная обмотки) погружается в масляный бак с теплообменником,
насос и охлаждающие ребра прикреплены.Горячее масло перекачивается из верхней части трансформатора через теплообменник (который охлаждает его) и обратно в нижнюю часть, чтобы повторить цикл. Иногда масло перемещается по охлаждающему контуру только за счет конвекции без использования отдельного насоса. Некоторые трансформаторы оснащены электрическими вентиляторами, которые обдувают охлаждающие ребра теплообменника воздухом для более эффективного рассеивания тепла.

Изображение: Большие трансформаторы имеют встроенную систему охлаждения. В этом случае сердечник и катушка трансформатора (красный) находятся внутри большого масляного бака (серый).Горячее масло, взятое из верхней части резервуара, циркулирует через один или несколько теплообменников, которые отводят отработанное тепло с помощью охлаждающих ребер (зеленые), прежде чем возвращать масло в тот же резервуар внизу. Иллюстрация из патента США 4 413 674: Структура охлаждения трансформатора Рэндалла Н. Эйвери и др., Westinghouse Electric Corp., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Что такое твердотельные трансформаторы?

Из того, что было сказано выше, вы могли понять, что трансформаторы могут быть очень большими, очень неуклюжими, а иногда и очень неэффективными.С середины 20 века всевозможные хитрые электрические трюки, которые раньше выполнялись крупными (а иногда и механическими)
компоненты были сделаны электронным способом, с использованием так называемой «твердотельной» технологии.
Так, например, поменяли местами переключающее и усилительное реле.
для транзисторов,
в то время как магнитные жесткие диски все чаще заменяются флэш-памятью
(например, твердотельные накопители, твердотельные накопители и карты памяти USB).

В течение последних нескольких десятилетий инженеры-электронщики работали над разработкой так называемых твердотельных трансформаторов (SST).По сути, это компактные высокомощные высокочастотные полупроводниковые схемы, которые повышают или понижают напряжение с большей надежностью и
КПД по сравнению с традиционными трансформаторами; они также намного более управляемы, поэтому больше
реагировать на изменения спроса и предложения. «Умные сети» (будущие системы передачи электроэнергии, питаемые от периодических источников
возобновляемые источники энергии, такие как ветряные турбины и солнечные фермы),
поэтому будут основным приложением. Несмотря на огромный интерес, SST
технологии по-прежнему используются относительно мало, но, вероятно,
самая захватывающая область проектирования трансформаторов будущего.

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги

Для читателей постарше

• Конструкция и применение трансформаторов Роберт М. Дель Веккио и др. CRC Press, 2018. Подробное руководство по трансформаторам питания.
• Справочник по проектированию трансформаторов и индукторов полковника Уильяма Т. Маклаймана. CRC Press, 2011. Подробное практическое руководство по проектированию электрических машин с использованием индуктивности.
• «Электрические трансформаторы и силовое оборудование» Энтони Дж. Пансини. Fairmont Press, 1999. Объясняет теорию, конструкцию, установку и техническое обслуживание трансформаторов и различных типов трансформаторов перед тем, как перейти к рассмотрению соответствующих силовых устройств, таких как автоматические выключатели, предохранители и защитные реле.
• Трансформаторы и двигатели Джорджа Патрика Шульца. Newnes, 1997. Эта книга гораздо более «практическая», чем некоторые другие книги, перечисленные здесь; он предназначен больше для электриков и людей, которым приходится работать с трансформаторами, чем для тех, кто хочет их проектировать.
• «Трансформаторы и индукционные машины» М. В. Бакши и У. А. Бакши. Технические публикации, 2009 г. Объясняет различные типы трансформаторов и связанное с ними электрическое оборудование, работающее по индукции.

Книги общего характера для младших читателей

• Д.К. Свидетель: Электричество Стива Паркера. Дорлинг Киндерсли, 2005. Исторический взгляд на электричество и на то, как люди применяют его на практике.
• Сила и энергия Криса Вудфорда. Факты в файле, 2004.В одной из моих собственных книг описывается, как люди использовали энергию (включая электричество) на протяжении всей истории.

Патенты

Существуют сотни патентов на электрические трансформаторы различных типов. Вот несколько особенно интересных (ранних) из базы данных Управления по патентам и товарным знакам США:

• Патент США 351,589: Система распределения электроэнергии Люсьена Голлара и Джона Гиббса, 26 октября 1886 г. Голлард и Гиббс описывают, как можно использовать трансформаторы для повышения и понижения напряжения для эффективного распределения энергии — основы современного электроснабжения. система во всем мире.
• Патент США 433702: Электрический трансформатор или индукционное устройство, автор Никола Тесла, 5 августа 1890 г. Тесла описывает трансформатор со сдвигом фаз (такой, который может создавать разность фаз между первичным и вторичным токами).
• Патент США 497113: Трансформаторный двигатель, автор Отто Титус Блати, 9 мая 1893 г. Комбинированный трансформатор и двигатель, произведенный одним из изобретателей трансформатора.
• Патент США 1422653: Электрический трансформатор для регулирования или изменения напряжения подаваемого тока, Эдмунд Берри, 11 июля 1922 г.Трансформатор со шкалой, позволяющей регулировать выходное напряжение.

Новостные статьи

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2007, 2020.Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2007/2020) Трансформаторы электрические. Получено с https://www.explainthatstuff.com/transformers.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте…

.

Основы электроники: что вам нужно знать о трансформаторах

2. Программирование
3. Электроника
4. Компоненты
5. Основы электроники: что нужно знать о трансформаторах

Автор: Дуг Лоу

Трансформатор сочетает в себе два основные принципы магнетизма и индуктивности путем размещения двух катушек с проволокой в ​​непосредственной близости друг от друга. Вот принципы, которые использует трансформатор:

Когда источник переменного тока подключен к одной из катушек, эта катушка создает магнитное поле, которое расширяется и сжимается вместе с изменяющимся напряжением переменного тока.Другими словами, по мере увеличения напряжения на катушке катушка создает расширяющееся магнитное поле. Когда напряжение достигает пика и начинает уменьшаться, магнитное поле, создаваемое вокруг катушки, начинает разрушаться.

Вторая катушка расположена в магнитном поле, создаваемом первой катушкой. Когда магнитное поле расширяется, оно индуцирует ток во второй катушке. Напряжение на второй катушке увеличивается, пока расширяется магнитное поле. Когда магнитное поле начинает разрушаться, напряжение на второй катушке начинает уменьшаться.

Таким образом, ток, индуцированный во второй катушке, отражает ток, который проходит через первую катушку. При этом теряется небольшое количество энергии, но если трансформатор хорошо сконструирован, сила тока, индуцируемого во второй катушке, очень близка к силе тока, проходящего через первую катушку.

Первая катушка в трансформаторе — та, которая подключена к переменному напряжению — называется первичной катушкой . Вторая катушка — та, в которой индуцируется переменное напряжение — называется вторичной катушкой .Все трансформаторы имеют как первичную, так и вторичную обмотку.

Трансформатор, первичная обмотка которого имеет больше витков, чем вторичная обмотка, называется понижающим трансформатором , потому что он снижает напряжение, то есть напряжение на вторичной обмотке меньше напряжения на первичной обмотке. Точно так же трансформатор, у которого больше витков во вторичной обмотке, чем в первичной, называется повышающим трансформатором , потому что он увеличивает напряжение.

Хотя напряжение в повышающем трансформаторе увеличивается, ток уменьшается пропорционально.Например, если первичная катушка имеет вдвое меньше витков, чем вторичная катушка, индуцированное во вторичной катушке напряжение будет в два раза больше напряжения, приложенного к первичной катушке, но ток, протекающий через вторичную катушку, будет в два раза меньше тока. протекает через первичную обмотку.

Аналогично, когда напряжение в понижающем трансформаторе уменьшается, ток увеличивается пропорционально. Таким образом, если напряжение уменьшается вдвое, ток удваивается.

Запомните основную формулу расчета электроэнергии:

P = V I

Другими словами, мощность равна напряжению, умноженному на ток.Трансформатор передает мощность от первичной обмотки ко вторичной. Поскольку мощность должна оставаться неизменной, при увеличении напряжения ток должен уменьшаться. Точно так же, если напряжение уменьшается, ток должен увеличиваться.

Трансформаторы — основная причина, по которой мы используем переменный ток вместо постоянного в крупных распределительных сетях. Это потому, что, когда вы посылаете большое количество энергии на большое расстояние, гораздо эффективнее отправлять энергию в виде высокого напряжения и низкого тока.

Трансформаторы работают только с переменным током. Это потому, что это изменение магнитного поля, создаваемого первичной катушкой, которое индуцирует напряжение во вторичной катушке. Чтобы создать изменяющееся магнитное поле, напряжение, приложенное к первичной катушке, должно постоянно изменяться. Поскольку постоянный ток — это постоянное фиксированное напряжение, он создает фиксированное магнитное поле, которое не вызывает напряжения во вторичной катушке.

Об авторе книги

У Дуга Лоу все еще есть набор для экспериментатора электроники, который дал ему отец, когда ему было 10.Хотя он стал программистом и написал книги по различным языкам программирования, Microsoft Office, веб-программированию и ПК (в том числе более 30 книг для чайников), Дуг никогда не забывал свою первую любовь: электронику.

.