Силовые трансформаторы — устройство и принцип действия

Определение и назначение

Для питания устройств требуются напряжения различных характеристик. Трансформатор – это конструкция, использующая индуктивную работу магнитного поля. Катушки из ленты или проволоки, объединенные общим током, увеличивают или уменьшают напряжение. В телевизоре для работы транзисторов и микросхем используется 5В, для питания кинескопа требуется несколько киловольт при использовании каскадного генератора.

Изолированные обмотки расположены на сердечнике из самопроизвольно намагниченного материала с определенным значением напряжения. В более старых установках использовалась существующая частота сети, около 60 Гц. В современных схемах питания электроприборов используются высокочастотные импульсные трансформаторы. Переменное напряжение выпрямляется и преобразуется генератором в значение с заданными параметрами.

Напряжение стабилизируется блоком управления ШИМ. На трансформатор передаются высокочастотные импульсы, и получаются стабильные выходные значения. На смену массе и тяжести устройств прошлых лет пришла легкость и небольшие размеры. Линейные показатели агрегата пропорциональны мощности в соотношении 1: 4; для уменьшения габаритов устройства частота тока увеличивается.

Массивные устройства используются в цепях питания, когда необходимо создать минимальный уровень рассеивания высокочастотных шумов, например, при обеспечении качественного звука.

Виды трансформаторов

Так выглядит силовой трансформатор

Этот тип трансформатора относится к трансформаторам, работающим в сетях промышленных и бытовых установок с промышленной частотой 50-60 Гц. Силовые трансформаторы предназначены для преобразования электрической энергии для передачи по линиям электропередач, например, с 38кВ на 6кВ, от 380В до 220В. (380 / 220В). Электрические цепи, в которых используется высокое напряжение, в электротехнике обычно называют силовыми цепями, а трансформаторы, соответственно, являются силовыми трансформаторами.

Конструкция силового трансформатора состоит из двух-трех обмоток, а может, и больше. Обмотки размещены на армированном сердечнике из листов электротехнической стали. Некоторые силовые трансформаторы (разделенные обмотки) могут иметь несколько обмоток низкого напряжения (НН), запитываемых параллельно. Это позволяет получать напряжение от более чем одного генератора и передавать больше электроэнергии, тем самым повышая эффективность электрической системы.

Мощные силовые трансформаторы чаще всего делают на масле, то есть его обмотки помещают в бак со специальным трансформаторным маслом. Трансформаторное масло используется для активного охлаждения и одновременной изоляции его обмоток. Трансформаторы на 400 кВА тяжелые и устанавливаются на платформах или в специальных помещениях. Они поступают с завода в собранном виде, готовые к подключению нагрузки на подстанциях или электростанциях. Основная конструкция силовых трансформаторов – это трехфазные трансформаторы, это связано с тем, что потеря эффективности однофазных трансформаторов составляет более 15.

Сетевые трансформаторы

Сетевые трансформаторы – это самый распространенный тип трансформатора, который можно найти практически в любом бытовом приборе. Все сетевые трансформаторы обычно однофазные. Эти трансформаторы используются для преобразования высокого напряжения сети 220 В в допустимое напряжение, используемое в конкретном электроприборе. Понижающее напряжение может быть: 220 / 12В или 220 / 9В, 220 / 36В и т.

Многие делают сетевой трансформатор не с одной, а с несколькими вторичными обмотками, что делает трансформатор более универсальным, часто используется одновременно для разных напряжений.

Например, одна часть схемы питается от 12 Вольт, а другая – 3 Вольт от одного трансформатора с несколькими обмотками.

Чертеж магнитопровода трансформатора

Сетевые трансформаторы часто изготавливают из электротехнической стали на W-образных или стержневых сердечниках. Есть тороидальные ядра. W-образный сердечник собирается из пластин, на которых размещается каркас, на который намотаны обмотки трансформатора.

Преимущество тороидального трансформатора в том, что он более компактен и имеет лучшую производительность. Обмотки тороидального трансформатора полностью закрывают магнитопровод, нет пустого пространства, не занятого обмоткой, в отличие от стержневых или бронированных трансформаторов.

Сварочные трансформаторы также можно отнести к сетевым трансформаторам, мощность которых не превышает 6 кВт. Все сетевые трансформаторы работают на низкой частоте 50-60 Гц.

Автотрансформатор

Автотрансформатор – это трансформатор, в котором обмотки низкого напряжения являются частью верхней обмотки. Обмотки автотрансформатора имеют прямое электрическое соединение, а не только через магнитопровод. Взяв розетки с одной обмотки, можно получить разные напряжения. Можно отличить обмотки с самым низким и самым высоким напряжением на разных участках провода, используемого для обмотки.

Преимуществом автотрансформатора является его меньший размер, меньше используемого провода, меньше сердечника, меньше стали, затрачиваемой на его изготовление, как следствие, меньшая стоимость автотрансформатора.

Основным недостатком трансформатора является гальваническое соединение обмоток низкого и высокого напряжения. Возможность попадания высоковольтной сети в низковольтную. Невозможность использования автотрансформаторов в заземленных сетях. Автотрансформаторы применяют в сетях трехфазного тока с соединением обмоток чаще в звезду, реже – в треугольник.

Автотрансформаторы часто используются в устройствах контроля напряжения, высоковольтных установках, в промышленности для запуска мощных асинхронных двигателей переменного тока. Мощность автотрансформаторов может достигать 100 МВт.

Преимущество автотрансформаторов возрастает с увеличением близкого коэффициента трансформации (K = 1-2).

Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)

Один тип автотрансформатора можно назвать лабораторным трансформатором (ЛАТР). Его основное предназначение – плавное регулирование напряжения, подаваемого на нагрузку, любому потребителю электроэнергии. Конструкция автотрансформатора представляет собой тороидальный трансформатор с одной обмоткой, по которой скользит ползун (угольный роликовый контакт), соединяющий каждый виток неизолированной обмотки (дорожки) автотрансформатора в цепь. Это создает регулирующий эффект.

При замыкании соседних витков роликовым ползунком в ЛАТР коротких замыканий между витками не происходит, так как токи питающей сети и нагрузки автотрансформатора в общей обмотке близки друг к другу и направлены противоположно. Наиболее распространенные LATR регулируют напряжение от 0 до 250 В. Трехфазное регулирование 0/450 вольт. Автотрансформаторы LATR часто используются в исследовательских лабораториях для ввода в эксплуатацию различного назначения.

Трансформаторы тока

Трансформатор тока в основном используется в измерительной технике. Первичная обмотка такого трансформатора подключена к источнику тока, вторичная обмотка используется для различных измерительных приборов с малым внутренним сопротивлением (R int). Первичная обмотка – это, как правило, весь виток провода, включенный последовательно с измеряемой цепью переменного тока. Ток первичной обмотки прямо пропорционален току вторичной обмотки, в которой измеряется амплитуда тока (А).

Основная особенность трансформаторов тока в том, что вторичная обмотка всегда должна быть нагружена, иначе происходит пробой изоляции из-за высокого напряжения и при отключении нагрузки магнитопровод трансформатора тока просто выгорает от неиндуцированных токов. компенсация.

Конструктивно трансформатор тока представляет собой одну или несколько изолированных обмоток, намотанных на холоднокатаную электротехническую сталь, называемую сердечником. Первичная обмотка может быть просто проводом, проходящим через окно магнитной цепи трансформатора тока, который измеряет ток, протекающий через этот провод или шину. Коэффициент трансформации здесь, конечно, 100/5, так как гальванической связи между обмотками нет.

Применение трансформаторов тока: измерение тока в схемах релейной защиты, в средствах измерения. Изготавливаются с 1-2 группами вторичных обмоток. Одна группа может быть подключена к устройствам защиты, другая – к измерительным приборам и счетчикам.

Трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения – это трансформаторы, которые пропорционально и точно по фазам преобразуют высокое напряжение в измеримые величины. Трансформаторы среднего напряжения имеют одну магнитную цепь и могут быть выполнены с одной или несколькими вторичными обмотками. Трансформаторы напряжения с заземлением при желании, помимо измерительной или защитной обмотки, могут быть выполнены с дополнительной обмоткой для регистрации замыкания на землю.

Импульсный трансформатор тока

трансформатор импульсного тока

Они используются для измерения направления или силы тока в импульсных цепях. Импульсный трансформатор состоит из кольцевого ферритового сердечника с обмоткой. Измеряемый провод проходит через петлю, обмотка подключается к сопротивлению нагрузки (Rн). Если обмотка содержит 1000 витков провода, ток, проходящий по измеряемому проводу, будет равен 1000 1, т. е сопротивление нагрузки будет иметь ток в 1000 раз меньше, чем ток, проходящий по измеряемому проводу.

Производители трансформаторов тока выпускают импульсные трансформаторы тока с различными коэффициентами трансформации. Разработчику остается только рассчитать сопротивление нагрузки и схему ее измерения. Если необходимо измерить направление тока, то вместо сопротивления нагрузки подключите два стабилитрона с противоположным зажиганием.

Импульсный трансформатор

Распространен во всех современных электронных схемах. Импульсный трансформатор предназначен для сварочных аппаратов, источников питания, импульсных преобразователей. Заменены низкочастотные трансформаторы с сердечником из пластинчатой ​​стали, имевшие большие габариты и вес. он состоит из ферритового магнитопровода различной формы: кольца, чашки, стержня, W-образной, U-образной формы. Ферритовый сердечник импульсных трансформаторов дает им несравненное преимущество перед старыми стальными трансформаторами, поскольку они могут работать на частотах до и выше 500000 Гц.

Импульсный трансформатор – это ВЧ (высокочастотный) трансформатор, имеющий размеры и вес, который только сжимается при увеличении частоты!
Обмотка требует меньше витков, а для регистрации тока на высокой частоте достаточно биполярных или полевых транзисторов, подключенных по специальной схеме:

• Простой;
• Двухтактный;
• Полумост;
• Мостовая схема

Импульсные трансформаторы и ферритовые индукторы используются в энергосберегающих лампах, мобильных зарядных устройствах, мощных инверторах и сварочных аппаратах.

Трансформатор Тесла

Трансформатор Николы Теслы – это аппарат, с помощью которого получаются токи высокой частоты. Он реализован с использованием первичной и вторичной обмоток, но первичная обмотка питается на резонансной частоте вторичной обмотки, при этом выходное напряжение увеличивается в десятки раз.

По мнению экспертов, Tesla изобрела трансформатор, чтобы решить глобальную проблему передачи электроэнергии из одной точки в другую без использования проводов. Для передачи задуманной изобретателем энергии с помощью эфира необходимо иметь в двух удаленных точках по мощному трансформатору, каждая из которых работала бы на одной и той же частоте в резонансе. В случае реализации проекта гидроэлектростанции, мощные линии электропередачи не потребуются, наличие кабельных линий, что, конечно, противоречит монопольному владению электроэнергией несколькими компаниями.

Благодаря проекту Николы Теслы каждый гражданин общества мог бесплатно пользоваться электричеством в нужное время, где бы и где бы он ни находился.

С точки зрения бизнеса эта система убыточна, так как не будет окупаться, потому что электроэнергия становится бесплатной, именно по этой причине патент №645576 все еще ожидает своих инвесторов.

Видео: Принцип работы трансформатора

Основы – как работает трансформатор, первичная и вторичная обмотки, как напряжение на трансформаторе уменьшается или увеличивается из-за магнитного поля, для чего нужен магнитопровод и что такое взаимная индуктивность – все это смотрите в видео!

Трансформаторы и их применение

Трансформатор – это устройство, используемое для увеличения или уменьшения переменного напряжения без изменения его частоты и практически без потери мощности. Трансформатор состоит из двух или более катушек, которые размещены на общем сердечнике. Катушка, которая подключена к источнику переменного напряжения, называется первичной, а катушка, к которой подключена нагрузка (потребители электроэнергии), называется вторичной. Сердечники трансформаторов изготовлены из электротехнической стали и собраны из отдельных изолированных пластин (для уменьшения потерь энергии из-за возникновения в сердечнике вихревых токов).

Катушки трансформатора, как правило, содержат разное количество витков, при этом большее напряжение прикладывается к катушке с большим количеством витков. Если для увеличения напряжения используется трансформатор, обмотка с меньшим количеством витков подключается к источнику напряжения, а нагрузка подключается к обмотке с большим количеством витков. Чтобы снизить напряжение, все делается в обратном порядке. При этом не следует забывать, что на первичную обмотку можно подавать напряжение не более номинального (того, на которое она рассчитана).

Коэффициент трансформации – это отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки. Он также равен соотношению ЭДС в обмотках. При отсутствии потерь в обмотках коэффициент трансформации равен отношению напряжений на выводах обмотки: k = U1 / U2. Для понижающего трансформатора коэффициент трансформации больше 1, а для повышающего трансформатора меньше 1. Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Когда через первичную катушку протекает переменный ток, вокруг нее формируются переменное магнитное поле и магнитный поток, который также проникает во вторую катушку. В результате во вторичной катушке возникает вихревое электрическое поле и на ее выводах возникает ЭДС индукции.

Трансформатор характеризуется КПД, равным отношению мощности, выделяемой во вторичной обмотке, и мощности, потребляемой первичной обмоткой из сети. Хорошие трансформаторы имеют КПД 99 – 99,5%. Важным свойством трансформатора является его способность преобразовывать сопротивление нагрузки. Рассмотрим трансформатор с КПД примерно 100%. В этом случае мощность, выделяемая во вторичной цепи трансформатора, будет равна мощности, потребляемой первичной обмоткой от источника напряжения. Для такого трансформатора мощность, снимаемая с источника напряжения, будет чисто активной. Мощность в первичной цепи трансформатора P1 = (U12) / R1, а во вторичной цепи P2 = (U22) / R2.

Поскольку P1 = P2 и U1 = kU2, то R1 = k2R2.

Следовательно, нагрузка с сопротивлением R2, подключенная к источнику переменного напряжения через трансформатор, будет эквивалентна по мощности нагрузке с сопротивлением R1, подключенной без трансформатора. Для регулирования переменного напряжения широко применяются лабораторные автотрансформаторы. Автотрансформаторы предназначены для подключения к сети переменного напряжения 220 В или 127 В. Как правило, выходное напряжение автотрансформатора непрерывно регулируется до 250 В.

Обмотка трансформатора выполнена из изолированного провода в один слой. На участках обмотки, соприкасающихся подвижным контактом с угольной вставкой, производится зачистка изоляции. При перемещении контакта угольная вставка замыкает проволочную петлю. Однако из-за низкого напряжения на одном витке и высокого сопротивления угольной вставки через замкнутый виток протекает допустимый ток.

Первичная обмотка автотрансформатора является частью его вторичной обмотки, поэтому между первичной и вторичной обмотками трансформатора имеется гальваническое соединение. Потребители нельзя подключать напрямую ко вторичной обмотке автотрансформатора, один из проводов которой можно подключить к массе. Такое подключение приведет к аварии или аварии. При работе с автотрансформатором не заземляйте вторичную цепь. Кратко рассмотрим простейший расчет маломощных трансформаторов для домашней радиоаппаратуры.

Мощность трансформатора (в Вт) численно равна квадрату площади (в см2) сечения центрального сердечника магнитопровода. Зная номинальную мощность трансформатора, можно найти ток в первичной обмотке при номинальной нагрузке во вторичных обмотках. Диаметр обмоточного провода выбирается из расчета (2,5-3) А / мм2 сечения провода. Для стандартных магнитных цепей, используемых для изготовления трансформаторов, количество витков на вольт приблизительно равно частному 50, деленному на площадь поперечного сечения центрального сердечника магнитной цепи, выраженную в см2. Однако в зависимости от качества магнитопровода коэффициент может варьироваться от 35 до 65.

Импеданс индуктора с ферромагнитным сердечником зависит от силы тока, протекающего через него. Сопротивление катушки в зависимости от силы протекающего тока сначала увеличивается, достигает максимального значения, а затем уменьшается. Нелинейное увеличение тока холостого хода в зависимости от напряжения, приложенного к первичной обмотке, начинается примерно с 0,8Un. Номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора подбирается таким образом, чтобы ток холостого хода составлял 5-10% от номинального тока. При напряжении 1,1Uном ток холостого хода не должен превышать 20-25% номинального тока нагруженного трансформатора.

Режимы работы трансформатора

Трансформатор может работать в трех режимах: без нагрузки, с коротким замыканием, в рабочем режиме. Трансформатор находится в «неактивном состоянии», когда выводы вторичных обмоток нигде не подключены. Если сердечник трансформатора изготовлен из магнитомягкого материала, ток холостого хода показывает, какие обратные потери сердечника и вихревые токи возникают в трансформаторе.

В режиме короткого замыкания выводы вторичной обмотки закорачиваются вместе, и на первичную обмотку подается небольшое напряжение, так что ток короткого замыкания равен номинальному току трансформатора. Величину потерь (мощность) можно рассчитать, если напряжение во вторичной обмотке умножить на ток короткого замыкания. Этот режим трансформатора находит свое техническое применение в измерительных трансформаторах.

Если подключить нагрузку ко вторичной обмотке, в ней возникает ток, который индуцирует прямой магнитный поток, противоположный магнитному потоку в первичной обмотке. Теперь в первичной обмотке ЭДС источника питания и ЭДС индукции мощности не совпадают, поэтому ток в первичной обмотке увеличивается до тех пор, пока магнитный поток не достигнет предыдущего значения.

Режимы работы трансформатора.

Для трансформатора в режиме активной нагрузки выполняется равенство:
U_2 / U_1 = N_2 / N_1, где U2, U1 – мгновенные напряжения на концах вторичной и первичной обмоток, а N1, N2 – количество витков в первичной и вторичной обмотках. Если U2> U1, трансформатор называется повышающим, иначе имеем понижающий трансформатор. Любой трансформатор обычно характеризуется числом k, где k – коэффициент трансформации.

Разновидности

Существует много типов трансформаторов тока, но в самом общем виде при выборе трансформаторов тока принимается во внимание то, что изделия делятся на измерительные (TTI) и защитные.

Деловое свидание, встречазащита или контроль (измерение);промежуточные – для измерений, уравнивания токов в АВДТ;лаборатория. ДизайнВ обмотке первичная обмотка включается последовательно с измеряемым проводником. В тороидальных на его месте находится сетевой шнур (в отверстии ТА), а в стержневых, в его роли – цепной трос, что эквивалентно 1 витку. Сборкадля размещения снаружи (во внешней панели) или внутри (во внутренней панели);встраиваемые (в электростанциях, счетчиках, коммутационных устройствах);накладные;для транспорта (для лабораторий, тестов). Количество круговс множеством витков (кольцевая, восьмерка);один оборот. Изоляциясухой: (фарфор, эпоксидная смола, бэкелит);промасленное покрытие;составлен. ШагиОдин или несколько (каскадный)Под каким наименованиемДо 1 кВ и выше (например, для тока 10 кВ)

Трансформатор тока может быть выполнен с возможностью его открытия, установки и запирания, без отключения, в онлайн-режиме.

Защитные ТТ

Трансформаторы защиты обычно бывают релейными, они «выглядят» так, чтобы манипулятор, входящий в электрическую сеть электростанции, не получил смертельного удара. Внутри электрических систем, которые генерируют, транспортируют и распределяют энергию, существуют опасные значения для правильной работы. Но любое оборудование необходимо проверить, отремонтировать, отремонтировать, чтобы оно оставило «окно» безопасности в виде ТТ для специалистов по ремонту.

Измерительные ТТ

Задача измерительного трансформатора тока TTI – преобразовывать значения, позволяя подключить вольтметр, амперметр, еще один измеритель, не опасаясь, что он сгорит из-за чрезмерной нагрузки. При этом получаются наиболее точные и надежные данные измерений. Другими словами, TT изолирует подключенное устройство не только для измерений, но и любое другое устройство большой мощности по мере необходимости.

Устройство и принцип работы

Производитель выбирает основные правила эксплуатации агрегата, но на надежность работы это никак не влияет. Концепции различаются производственным процессом. Принцип работы трансформатора основан на двух принципах:

• изменяющееся движение направленных носителей заряда создает переменное магнитное силовое поле;
• воздействие на поток энергии, передаваемой через катушку, создает электродвижущую силу и индукцию.

Устройство состоит из следующих частей:

• магнитный привод;
• катушки или обмотки;
• основа для расположения поворотов;
• изоляционный материал;
• система охлаждения;
• прочий крепеж, доступ, охрана.

Работа трансформатора осуществляется в зависимости от типа конструкции и сочетания сердечника и обмоток. В стержневом типе проводник заключен в обмотки, его трудно увидеть. Видны витки спирали, видны верх и низ сердечника, ось расположена вертикально. Материал, из которого сделана катушка, должен хорошо проводить электричество.

В бронированных изделиях аукцион скрывает большую часть революций; размещается горизонтально или вертикально. Тороидальная конструкция трансформаторов предусматривает расположение двух независимых обмоток на магнитопроводе без электрического соединения между ними.

Магнитная система

Изготовлен из трансформаторной стали на связке, феррита, пермаллоя с сохранением геометрической формы для создания магнитного поля агрегата. Кондуктор строится из пластин, лент, подков, изготавливается на прессе. Деталь, на которой расположена обмотка, называется стержнем. Ярмо – это элемент без спирали, который выполняет замыкание цепи.

Принцип работы трансформатора зависит от компоновки стеллажа, а именно:

• плоский: оси ярм и сердечников находятся в одной плоскости;
• пространственные – продольные элементы расположены на разных поверхностях;
• симметричный – жилы одинаковой формы, размера и конструкции расположены на всех ярмах аналогично остальным;
• асимметричный – отдельные стойки различаются по внешнему виду, размеру и размещаются в разных положениях.

Если предположить, что по обмотке, называемой первичной, протекает постоянный ток, магнитопровод открывается. В остальных случаях сердечник закрывается, он служит для замыкания линий электропередач.

Обмотки

Они выполнены в виде серии витков, расположенных на проводниках квадратного сечения. Модуль предназначен для эффективной работы и увеличения коэффициента заполнения окна магнитопровода. Если необходимо увеличить сечение жилы, ее делают в виде двух параллельных элементов, чтобы уменьшить возникновение вихревых токов. Каждый из этих проводников называется сердечником.

Удочка обернута бумагой, покрыта эмалевой краской. Иногда две параллельно расположенные жилы заключают в общую изоляцию, комплект называется кабелем. Обмотки различают по назначению:

• основные: к ним подводится переменный ток, выходит преобразованный электрический ток;
• регулирование: в них предусмотрены розетки для преобразования низкого напряжения тока;
• вспомогательные – служат для питания своей сети мощностью ниже номинала трансформатора и для поляризации цепи постоянным током.

• обыкновенная намотка – витки выполняются в направлении оси по всей длине проводника, последующие витки наматываются плотно, без зазоров;
• винтовая намотка – многослойная обмотка с зазорами между кольцами или с учетом соседних элементов;
• намотка диска – спиральный ряд выполняется последовательно, по кругу, намотка производится в радиальном порядке по внутреннему и внешнему направлениям;
• фольгированная спираль состоит из широкого алюминиево-медного листа, толщина которого варьируется от 0,1 до 2 мм.

Работа ТТ поэтапно на примере схемы

Трансформатор тока, как он работает, принцип работы в несколько этапов:

• Ток I1 протекает через первичную цепь (количество витков W1), его полное сопротивление Z1 превышено.
• Направленное магнитное поле F1 формируется вокруг катушки и улавливается стержнем, перпендикулярным вектору (I1) заданного значения. Ориентация деталей делает потери энергии практически нулевыми.
• Поток F1, проходящий через катушки W2 перпендикулярно к ним, создает в них движущую силу E2.
• За счет последнего во вторичной обмотке (Z2) появляется ток I2, преодолевая сопротивление (его и подключенную нагрузку Zн).
• Уменьшение напряжения U2 происходит на выводах витков вторичной катушки. Магнитное поле Ф2 от вторичных обмоток I2 опускает другую Ф1 в стержне. Входящий в него поток трансформатора Ft определяется суммой векторов (F1 и 2).

Принцип действия, отличия в трансформаторе напряжения основаны на электромагнитных явлениях, как и в токовых. Но разница заключается в количестве витков обмоток и назначении. Важно учитывать цели, для которых разработана конструкция, трансформаторы напряжения обслуживают потребителей, поэтому они «острые» для преобразования питания электроприборов, ТТ – для устройств защиты и учета, а также используются для контроля и работа в режиме короткого замыкания.

Монтаж, подключение, опасные факторы

В случае разрыва изоляции обмотки существует вероятность поражения электрическим током, но риск предотвращается путем заземления вывода (обозначенного на корпусе) вторичной обмотки.

На выводах вторичной обмотки I1 и I2 токи полярные, они обязательно постоянно подключены к нагрузке. Энергия, протекающая через первичный контур со значительным потенциалом (S = UI). В другом случае происходит преобразование, и когда оно прерывается, там падает напряжение. Потенциал открытых концов во время прохождения энергии высок, что представляет значительную опасность.

По причинам, описанным выше, все вторичные цепи ТТ собраны особенно аккуратно и надежно; на них всегда размещаются шунтирующие короткие замыкания, а на выведенных из строя сердечниках.

Как подключается ТТ

Существует несколько схем изделий защитного типа. Рассмотрите возможность подключения ТТ для трехфазного напряжения.

• наиболее распространенная защита от короткого замыкания одно- и многофазных систем;
• три ТТ подключены к звезде.

Если ток ниже уставки на реле КА1-КА3, то это нормальная ситуация, защита не срабатывает. Ток на K0 – это сумма всех трех фаз. При увеличении значений в одном из них ток в ТТ также увеличивается. Реле сработает при коротком замыкании и при превышении нагрузки.

• защита от цепных КЗ для создания цепей с заземленной нейтралью;
• для маломощных приемников с другими вариантами защиты.

Дельта и звезда – для дифференциальной защиты.

Используется цепь без замыкания на землю, но редко по той же причине. Для защиты от короткого замыкания между фазами и перенапряжения в одной из них.

TTI подключаются через простое последовательное соединение первичных шлейфов продукта.

Монтаж

Монтаж трансформаторов тока:

• Капитальный ремонт прибора, проверка изоляции (должно быть больше 1 кОм на 1 В);
• Выключите EI;
• Убедитесь, что питание отключено, закрепите заземление.
• Разметка, установка крепежа. Запрещается размещать трансформатор близко к ЭУ (минимальное расстояние – 10 см).
• Выставлена ​​посуда, заборы.
• Первичные витки соединены последовательно, но с нагрузкой на вторичную. Если нет возможности подключить счетчик, его контакты замыкаются, чтобы на него не было больших мощностей, которые могут его повредить.

ТТ не допускает работы без нагрузки, его режим близок к короткому замыканию: при подключении прибора к измеряемому току вторичные витки замыкаются. В противном случае произойдет перегрев, повредив изоляцию. Перед отключением счетчиков сначала закорачивают катушки. Некоторые модели имеют клеммные группы, для этого перемычки.

Расчет

Расчет трансформатора тока можно произвести с помощью онлайн-калькуляторов, подобранных по номиналу (например, на 10 кВ). Но это слишком упрощенные инструменты. Расчеты и параметры для выбора – тема чрезвычайно обширная, поэтому мы опишем основы.

Крайне важна точность, поэтому потребуются точные расчеты специалистов. Нужно знать множество специфических нюансов, например:

• при разных схемах подключения, типах коротких замыканий существуют разные формулы определения сопротивления;
• проверить первичный ток на термическое и электродинамическое сопротивление;
• есть нюансы по ТТ, по релейной защите и в целях учета, замеров.

Правила, как выбрать трансформатор тока в общих чертах:

• номинальное рабочее напряжение ТТ должно превышать или сравниваться с номиналом ES (стандартные значения: 0,66, 3, 6, 10, 15, 20, 24, 27, 35, 110, 150, 220, 330 , 750 кВ). Если обслуживаемое оборудование имеет напряжение 10 кВ, изделие должно быть рассчитано на этот показатель;
• первичный ток ТТ больше номинального тока блока управления, но с учетом перегрузочной способности;
• оценить размеры и положение установки, номинальные нагрузки (есть таблица), среднее время наработки на отказ, срок полезного использования, класс точности.

Проверка после расчета

• после расчета TT проверьте максимальную и минимальную нагрузку на значения проходящих через нее нагрузок;
• согласно п. 1.5. 17 ПУЭ при максимальном токе нагрузки, подключаемой во вторичной обмотке – не менее 40% от номинала счетчика, при мин. – не менее 5 %;
• максимальная нагрузка должна составлять 40% и мин. – от 5%, и в любом случае не должно превышать 100%, за исключением случаев перегрузки трансформатора;
• если расчетные значения составляют макс. / мин нагрузки соответственно ниже 40% и 5%, то необходимо выбрать продукт с более низкими номинальными характеристиками, а если это невозможно сделать в соответствии с параметрами максимальной нагрузки, необходимо предусмотреть установку двух счетчиков – на максимальную и минимальную нагрузку.

Базовые принципы действия

Как это работает и как выбрать трансформатор тока

Определение преобразователя напряжения основано на двух принципах работы:

• Электромагнетизм. Изменяясь в течение определенного периода времени, ток создает изменяющееся магнитное поле.
• Электромагнитная индукция. Магнитный ток, проходящий через вторичную обмотку, возбуждает в ней электродвижущую силу (ЭДС).

Закон Фарадея

Электромагнитная индукция вызывает электрический ток в замкнутой цепи во время изменения магнитного потока, проходящего через область этой цепи.

Закон Фарадея объясняет прямо пропорциональную зависимость ЭДС от скорости изменения магнитного потока. Эта зависимость отражена в формуле закона электромагнитной индукции:

Формула закона Фарадея

• ЭДС – индукция в цепи;
• ∆F – интенсивность магнитного потока;
• t – временной интервал.

Важно! Минус в формуле закона Фарадея – исправление выражения, предложенное русским ученым Ленцем. Знак «-» означает, что индукционный ток в ограниченной цепи предназначен для предотвращения изменения магнитного потока.

Уравнение идеального трансформатора

Направлять электрический ток с измененными параметрами в электрические цепи или в определенный участок электронной схемы, для чего используются трансформаторы. Идеальный трансформатор – это устройство, которое не несет потерь из-за гистерезиса, вихревых токов и рассеивания энергии от обмоток.

В идеальном устройстве мощности обеих обмоток равны. Электрический поток, проходящий через первичную катушку, преобразуется в магнитный поток, который, в свою очередь, преобразуется в ЭДС вторичного контура.

Что делает трансформатор идеальным, можно выразить следующим выражением:

P1 = I1U1 = P2 = I2U2,

где это находится:

• P1 – мгновенная мощность первичной цепи;
• P2 – мгновенная мощность вторичной обмотки.

Путем преобразования произведений силы и тока в отношения математическое определение идеального трансформатора получается:

U2 / U1 = I1 / I2 = n,

где n – коэффициент трансформации.

Модель реального трансформатора

Реальная модель трансформатора отличается от идеального исполнения конструктивного решения устройства такими характеристиками, как:

• Наличие тока холостого хода, отличного от нуля;
• Появление контейнеров;
• Кривая нелинейного намагничивания.

Ненулевой ток холостого хода

Обмотки реального трансформатора вместе с пластинами сердечника представляют собой магнитоэлектрическую систему, по контуру которой циркулирует вектор напряжения магнитного поля, равный полному току внутри этой цепи.

Все типы эксплуатируемых трансформаторов при включении без нагрузки испытывают увеличение первичного тока. Это явление называется ненулевым током холостого хода. При расчете защиты преобразовательных устройств проводится сравнение фактического и идеального смещения токов двух обмоток. Разница между углами этих смещений называется углом ошибки. Этот показатель учитывается при определении класса приборов, особенно в тех моделях, которые предназначены для работы в системах учета электроэнергии.

Возникновение ёмкостей

Проводники с разделительным диэлектрическим материалом вызывают появление паразитных емкостей между обмотками, их слоями и витками. Благодаря им высокочастотные помехи от первичной катушки проникают во вторичную обмотку. При расчете характеристик устройств вводятся теоретические значения эквивалентных емкостей. Это сделано для того, чтобы резко снизить риск возникновения таких негативных явлений, как возникновение продольных и поперечных перегрузок.

Нелинейная кривая намагниченности

Ферритовые сердечники трансформаторов используются в большинстве преобразователей напряжения. За счет достижения большого значения ЭДС во вторичных обмотках получается крайне нелинейная характеристика намагничивания. Следовательно, индуктивность также становится нелинейной.

В результате создается феррорезонансный режим, при котором существует опасность выхода из строя преобразователя напряжения. Происходит чрезмерный нагрев магнитопровода, что вызывает необходимость охлаждения устройства.

Примечание! Для гашения вихревых токов сердечники собираются из многослойных ферромагнитных пластин с высоким удельным сопротивлением. Они изготовлены из специальной тонкой кремнистой стали.

Режимы работы трансформаторов

Трансформатор тока – принцип действия, назначение и устройство

Трансформаторы предназначены для работы в трех режимах:

• минимум;
• нагрузка;
• короткое замыкание.

Режим холостого хода

Минимальным является такое состояние устройства, когда вторичная обмотка разомкнута и на потребителя не поступает исходящий поток энергии. ЭДС течет в первичную обмотку, что называется током холостого хода. В этом режиме определяется КПД устройства, коэффициент трансформации и потери в магнитопроводе.

Режим нагрузки

Это стандартное рабочее состояние оборудования, когда первичная цепь подключена к источнику питания, а вторичная заряжена. Нагрузочная характеристика в основном определяет применение желаемого типа трансформатора.

Состояние короткого замыкания

Выводы вторичной обмотки замыкаются напрямую для обнаружения потерь на нагрев катушек в цепи устройства. Единственная нагрузка – это внутреннее сопротивление витков вторичной обмотки.

Условные обозначения

Чтобы схему трансформатора было легче читать, на ней есть специальные знаки. Сердечник нарисован толстой линией, цифра 1 показывает первичную обмотку, вторичные витки обозначены цифрами 2 и 3.

В некоторых схемах центральная линия аналогична по толщине линии полукругов намотки. Обозначение материала планки разное:

• ферритовый магнитопровод нарисован жирной линией;
• стальной сердечник с магнитным пространством нарисован тонкой линией с промежутком посередине;
• ось намагниченного диэлектрика обозначена тонкой пунктирной линией;
• на схеме медный стержень выглядит как узкая линия с условным обозначением материала согласно периодической таблице.

Для выделения выхода катушки используются жирные точки, обозначение мгновенной индукции такое же. Используется для обозначения промежуточных блоков в каскадных генераторах для обозначения противофазности. Точки ставятся, если вы хотите задать полярность при монтаже и направление обмоток. Количество витков в первичной обмотке определяется условно, так же как количество полукругов не нормируется, пропорциональность есть, но строго не соблюдается.

Как сделать самостоятельно

Так как же сделать трансформатор самостоятельно? Зная принцип работы установки и особенности ее конструкции, вы сможете собрать простейший аппарат своими руками. Для этого вам потребуются любые металлические кольца, на которые нужно намотать два участка обмотки. Самое главное, чтобы обмотки не касались друг друга и место их намотки особо не зависело от их расположения. То есть их можно размещать друг напротив друга или рядом друг с другом. Важно – даже небольшое расстояние между ними.

Внимание! Трансформатор работает только от сети переменного тока. Поэтому не подключайте к устройству аккумулятор или аккумулятор, где есть постоянный ток. От этих источников электричества он работать не будет.

Как упоминалось ранее, количество витков в обмотках определяет, какое устройство вы собираете: понижающее или повышающее. Например, если вы наберете 1200 витков на первичной обмотке и только 10 на вторичной, вы получите на выходе напряжение 2 вольта. Конечно, при подключении первичной катушки к напряжению 220-240 вольт. Если изменить фазировку трансформатора, то есть подключить к вторичной обмотке 220 вольт, то на выходе первичной будет получен ток 2000 вольт. То есть к назначению трансформатора нужно подходить внимательно, учитывая тот же коэффициент трансформации.

Область применения

Приборы заземлены нейтральным проводом. Одновременное соприкосновение цепи фазы и нуля потребителем тока приводит к замыканию цепи и травмам. Подключение через разделительный трансформатор позволяет защитить человека, так как вторичная обмотка не касается земли.

Импульсные агрегаты используются при передаче прямоугольных импульсов и преобразовании коротких сигналов под нагрузкой. На выходе полярность и амплитуда тока меняются, но напряжение остается прежним.

Измерительное оборудование постоянного тока представляет собой магнитный усилитель. Направленное движение электронов малой мощности помогает изменять переменное напряжение. Выпрямитель обеспечивает постоянную энергию и зависит от значений поступающей электроэнергии.

Силовые агрегаты широко применяются в генераторах малых габаритов, мощность, показатели в дизельных двигателях имеют средние значения. Трансформаторы устанавливаются последовательно с нагрузкой, устройство подключается к источнику от первичной обмотки, вторичная цепь обеспечивает преобразованную энергию. Выходной ток прямо пропорционален нагрузке. Если генератор трехфазный, используется устройство с 3 магнитными стержнями.

Инвертирующие блоки имеют транзисторы одинаковой проводимости и усиливают только часть выходного сигнала. Для полного преобразования напряжения на оба транзистора подается импульс.

Соответствующее оборудование используется для подключения к электронным устройствам с высоким входным и выходным сопротивлением нагрузкам с низкими электрическими диапазонами. Блоки полезны в высокочастотных линиях, где разница в размерах приводит к потерям энергии.

Вопросы об устройстве трансформатора

-Почему расстояние между катушками минимизировано?
Это сделано для лучшего контакта с магнитными полями. Если зазор велик, КПД трансформатора будет низким.

– Можно ли сделать трансформатор без сердечника с такой же мощностью, как у сердечника?
Да, но тогда вам нужно увеличить количество оборотов, чтобы увеличить магнитный поток. Например, с сердечником обмотки могут иметь несколько тысяч витков. А без сердечника придется увеличивать магнитный поток за счет катушек. А количество смен будет несколько десятков тысяч. Это не только увеличивает размер катушек, но также снижает их эффективность и увеличивает вероятность перегрева.

-Можно ли понижающий трансформатор подключать как повышающий?
Если у вас есть трансформатор, понижающий напряжение сети с 220 В до 12 В, вы можете подключить его как повышающий. То есть можно подать на него переменное напряжение 12 В на вторичную обмотку и получить повышение на первичной 220 В.

-Что произойдет, если на вторичную обмотку понижающего трансформатора будет подано сетевое напряжение?
Тогда обмотка сгорит. Его сопротивление, количество витков и сечение провода не рассчитаны на такие напряжения. -Можете ли вы сделать трансформер своими руками в домашних условиях?
Да, вполне реально. И этим занимаются многие радиолюбители и электронщики. А некоторые даже зарабатывают на продаже готовой продукции. Но стоит помнить, что это долгая, трудная и непростая работа. Нам нужны качественные материалы. Это железо для трансформаторов, медные эмалированные провода различного сечения, изоляционные материалы. Все материалы должны быть качественными. Если медный провод плохо изолирован, возможно короткое замыкание между витками, что неминуемо приведет к перегреву. И для начала нужно рассчитать все параметры будущего трансформатора. Это можно сделать с помощью различных программ, доступных в Интернете. К тому же это долгие часы сборки. Особенно если вы решили намотать тороидальный трансформатор.

Намотывать витки необходимо плотно и равномерно, записывать каждые десять, чтобы не запутаться и не изменить характеристики будущего преобразователя или блока питания.

-Что будет, если включить трансформатор без сердечника?
Поскольку трансформатор изначально рассчитывался с сердечником, он не сможет полностью преобразовать напряжение. То есть на вторичке что-то будет, но явно не те параметры. А если подключить нагрузку к обмоткам без сердечника, они быстро нагреваются и сгорают.

Неисправности трансформаторов

Основные отказы трансформатора включают:

• Коррозия и ржавчина на сердечнике;
• Перегрев и выход из строя изоляции;
• Короткое замыкание между витками;
• Деформация корпуса, обмоток и сердечника
• Попадание воды в обмотку.

Как проверить на целостность

Трансформатор можно проверить обычным мультиметром. Установите измеритель в режим измерения сопротивления и проверьте обмотки. Они никогда не должны быть на обрыве. Если нигде нет обрывов, можно определить первичную и вторичную обмотки, измерив сопротивление. Первичная обмотка понижающего трансформатора будет иметь более высокое сопротивление, чем вторичная. Все это связано с количеством кругов. Чем больше количество витков и чем меньше диаметр провода, тем больше сопротивление обмотки.

Вы также можете найти паспорт на свой трансформатор. Указывает сопротивления обмоток и их параметры, которые нужно будет проверить мультиметром.

Безопасная проверка работы трансформатора

Если вы решили намотать трансформатор или проверить старый, обязательно подключите лампочку в разрыв цепи (последовательно!). Если что-то пойдет не так, свет включится и будет принимать ток на себя и сможет спасти неисправный трансформатор.

Типы трансформаторов

Номинальный ток в первичной и вторичной цепях определяет классификацию трансформаторов. У распространенных типов показатель находится в пределах 1-5 А.

В сепараторе не предусмотрено соединение обеих спиралей. В оборудовании предусмотрена гальваническая развязка, т. е передача импульсов бесконтактным способом. Без него ток, протекающий между цепями, ограничивается только сопротивлением, которое не учитывается из-за малого значения.

Согласующий трансформатор имеет разные импедансы, чтобы минимизировать искажение формы выходного сигнала. Служит для организации гальванической развязки.

Прежде чем узнать, какие бывают силовые трансформаторы, отмечают, что они производятся для работы с сетями большой мощности. Устройства переменного тока изменяют показания энергии в приемных сооружениях и работают в местах с высокой эффективностью и скоростью изменения электроэнергии.

Вращающийся трансформатор не следует путать с вращающимся оборудованием, машиной, которая преобразует угол поворота в напряжение цепи, где эффективность зависит от скорости. Устройство передает электрический импульс движущимся частям оборудования, например, головке видеомагнитофона. Двойной сердечник с отдельными обмотками, одна из которых проходит вокруг другой.

В масляном блоке для охлаждения катушек используется специальное трансформаторное масло. Имеют магнитопровод замкнутого типа. В отличие от воздушных типов, они могут взаимодействовать с сетями большой мощности.

Сварочные трансформаторы для оптимизации работы оборудования, снижения напряжения и генерации тока высокой частоты. Это связано с изменением индуктивного сопротивления или показаний холостого хода. Ступенчатое регулирование осуществляется расположением электрической обмотки на проводниках.

Для чего нужен трансформатор напряжения?

Трансформатор напряжения – универсальное устройство. Он передает и распределяет энергию.

• электроустановки;
• запасы энергии;
• блок трансмиссии;
• устройства обработки сигналов;
• блоки питания устройства.

Силовой трансформатор высокого напряжения используется для:

• электроснабжение электрических сетей электростанций;
• увеличивают напряжение генератора, ЛЭП;
• снижение напряжения до уровня потребителя.

В электрических сетях используется трехфазный прибор со специальной системой охлаждения. Ядро в составе является общим для всех 3-х фаз.

Область применения сетевого трансформатора – источники питания, блоки электроприборов с различным напряжением. Импульсные блоки незаменимы для радиотехники, электронных устройств. Сначала выпрямляется переменное напряжение в источниках питания. Также благодаря инвертору преобразуются высокочастотные импульсы, стабилизирующие постоянное напряжение.

Трансформаторы включены во многие цепи питания, чтобы обеспечить минимальный уровень радиопомех. Например, разделительные устройства предотвращают риск поражения людей электрическим током. Ведь включение бытовой техники в сеть через трансформатор становится безопасным.

Вторая цепь устройства будет изолирована от заземляющих контактов, если, конечно, речь не идет о заземлении электрооборудования. В цепях генератора используются приборы учета мощности. Количество фаз на генератор от трансформатора должно быть одинаковым, чтобы получить стабильное выходное напряжение.

Согласующие трансформаторы незаменимы для электронных устройств с высоким входным сопротивлением и высокочастотными линиями, но с различным сопротивлением нагрузки.

Как работает трансформатор напряжения?

Устройства преобразуют энергию источника в требуемый коэффициент напряжения. Они работают только с переменным напряжением постоянной частоты. Работа основана на электромагнитной индукции как явлении, срабатывающем при изменении магнитного потока во времени, генерации ЭДС в обмотках.

Работа трансформатора начинается в первичной обмотке, где сердечник создает магнитный поток. Затем включается переменный ток, который намагничивает сердечник, увеличивает индуктивность первичной обмотки и предотвращает рост тока на выводах обмотки напряжения. Если первичная обмотка излучает магнитный поток, вторичная обмотка принимает его, изменяет его с определенной скоростью, проникая во все ветви и создавая ЭДС.

Напряжение на ветвях полностью зависит от скорости изменения магнитного потока в сердечнике. Хотя на ветвях первичной и вторичной обмоток получается одинаково за счет прохождения через них одного и того же магнитного потока.

Он, в свою очередь, создает вокруг себя в ядре электрическое поле, своего рода вихрь, воздействующий на электроны, начиная толкать их в определенном направлении.

Ссылка! Проще говоря, принцип работы трансформатора напряжения основан на возбуждении напряжения во второй обмотке за счет переменного тока, генерируемого в магнитной цепи.

Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения?

Источником питания трансформатора тока является сам ток. Если он не пройдет через обмотки, это устройство быстро выйдет из строя. Источник питания для трансформатора напряжения является источником напряжения и не будет работать даже при более высоких нагрузках по току.

Разница между приборами в разных электрических величинах и схемах переключения.