Принципиальная схема трансформатора: ТРАНСФОРМАТОРЫ

Содержание

ТРАНСФОРМАТОРЫ

   В этой статье мы поговорим о трансформаторах, устройствах способных повышать или понижать напряжение при переменном токе. Существуют различные по конструкции и предназначению трансформаторы. Например есть как однофазные, так и трехфазные. На фото изображен однофазный трансформатор:

Трансформатор однофазный

Трансформатор однофазный

   Трансформатор напряжения соответственно будет называться повышающим, если на выходе со вторичной обмотки напряжение выше, чем в первичной, и понижающим, если, напряжение во вторичной обмотке ниже, чем в первичной. На рисунке ниже изображена схема работы трансформатора:

Принципиальная схема трансформатора

Принципиальная схема трансформатора

   Красным (на рисунке ниже) обозначена первичная обмотка, синим вторичная, также изображен сердечник трансформатора, собранный из пластин специальной электротехнической стали. Буквами U1

обозначено напряжение первичной обмотки. Буквами I1 обозначен ток первичной обмотки. U2 обозначено напряжение на вторичной обмотке, I2 ток во вторичной. В трансформаторе две или более обмоток индуктивно связаны. Также трансформаторы могут использоваться для гальванической развязки цепей.

Принцип работы трансформатора 2

Принцип работы трансформатора

Принцип действия трансформатора

   При подаче напряжения на первичную обмотку в ней наводится ЭДС самоиндукции. Силовые линии магнитного поля пронизывают не только ту катушку, которая наводит ток, но и расположенную на том же сердечнике вторую катушку (вторичную обмотку) и наводит также в ней ЭДС самоиндукции. Отношение числа витков первичной обмотки к вторичной называется Коэффициентом трансформации. Записывается это так:
  • U1 =напряжение первичной обмотки.
  • U2 = напряжение вторичной обмотки.
  • w1 = количество витков первичной обмотки.
  • w2 = количество витков вторичной обмотки.
  • кт = коэффициент трансформации.

Коэффициент трансформации - формула

Коэффициент трансформации - формула

   Если коэффициент трансформации меньше единицы, то трансформатор повышающий, если больше единицы, понижающий. Разберем на небольшом примере: w1 количество витков первичной обмотки равно условно равно 300, w2 количество витков вторичной обмотки равно 20. Делим 300 на 20, получаем 15. Число больше единицы, значит трансформатор понижающий. Допустим, мы мотали трансформатор с 220 вольт, на более низкое напряжение, и нам теперь нужно посчитать, какое будет напряжение на вторичной обмотке. Подставляем цифры: U2=U1\кт = 220\15 = 14.66 вольт. Напряжение на выходе с вторичной обмотки будет равно 14.66 вольт.

Трансформаторы на схемах

   Обозначается на принципиальных схемах трансформатор так:

Обозначение трансформатора на схемах

Обозначение трансформатора на схемах

   На следующем рисунке изображен трансформатор с несколькими вторичными обмотками:

Трансформатор с двумя вторичными обмотками

Трансформатор с двумя вторичными обмотками

   Цифрой "1" обозначена первичная обмотка (слева), цифрами 2 и 3 обозначены вторичные обмотки (справа).

Сварочные трансформаторы

   Существуют специальные сварочные трансформаторы. 

Сварочный трансформатор

Сварочный трансформатор

   Сварочный трансформатор предназначен для сварки электрической дугой, он работает как понижающий трансформатор, снижая напряжение на вторичной обмотке, до необходимой величины для сварки. Напряжение вторичной обмотки бывает не более 80 Вольт. Сварочные трансформаторы рассчитаны на кратковременные замыкания выхода вторичной обмотки, при этом образуется электрическая дуга, и трансформатор при этом не выходит из строя,
в отличие от силового трансформатора
.  

Силовые трансформаторы

   Электроэнергия передается по высоковольтным линиям от генераторов, где она вырабатывается до высоковольтных подстанций потребителя, в целях сокращения потерь, при высоком напряжении равном 35-110 киловольт и выше. Перед тем, как мы сможем использовать эту энергию, её напряжение нужно понизить до 380 вольт, которое подводится к электрощитовым, находящимся в подвалах многоквартирных домов. Трехфазные трансформаторы обычно бывают рассчитаны на большую мощность. В электросетях на трансформаторных подстанциях стоят трансформаторы понижающие напряжение с 35 или 110 киловольт, до 6 или 10 киловольт, наверное все видели такие трансформаторы величиной с небольшой дом:

Фото высоковольтный трансформатор

Фото высоковольтный трансформатор

   Трансформаторы с 6-10 киловольт на 380 вольт расположены вблизи потребителей. Такие трансформаторы стоят на трансформаторных подстанциях расположенных во многих дворах. Они поменьше размерами, но вместе с ВН (выключателями нагрузки) которые ставятся перед трансформатором и вводными автоматами и фидерами могут занимать двух этажное здание. 

Трансформатор 6 киловольт

Трансформатор 6 киловольт

   У трехфазных трансформаторов обмотки соединяются не так, как у однофазных трансформаторов. Они могут соединяться в звезду, треугольник и звезду с выведенной нейтралью. На следующем рисунке приведена как пример одна из схем соединения обмоток высокого напряжении и низкого напряжения трехфазного трансформатора:

Пример соединения обмоток силового трансформатора

Пример соединения обмоток силового трансформатора

   Трансформаторы существуют не только напряжения, но и тока. Такие трансформаторы применяют для безопасного измерения тока при высоком напряжении. Обозначаются на схемах трансформаторы тока следующим образом:

Изображение на схемах трансформатор тока

Изображение на схемах трансформатор тока

   На фото далее изображены именно такие трансформаторы тока:

Трансформатор тока

Трансформатор тока - фото

   Существуют также, так называемые, автотрансформаторы. В этих трансформаторах обмотки имеют не только магнитную связь, но и электрическую. Так обозначается на схемах лабораторный автотрансформатор (ЛАТР):

Лабораторный автотрансформатор Изображение на схеме

Лабораторный автотрансформатор - изображение на схеме

   Используется ЛАТР таким образом, что включая в работу часть обмотки, с помощью регулятора, можно получить различные напряжения на выходе. Фотографию лабораторного автотрансформатора можно видеть ниже:

Фото ЛАТР

Фото ЛАТР

   В электротехнике существуют схемы безопасного включения ЛАТРа с гальванической развязкой с помощью трансформатора:

Безопасный ЛАТР изображение на схеме

Безопасный ЛАТР изображение на схеме

   Для согласования сопротивления разных частей схемы служит согласующий трансформатор. Также находят применение измерительные трансформаторы для измерения очень больших или очень маленьких величин напряжения и тока.

Тороидальные трансформаторы

   Промышленность изготавливает и так называемые тороидальные трансформаторы. Один из таких изображен на фото: 

Фото тороидальный трансформатор

Фотография - тороидальный трансформатор

   Преимущества таких трансформаторов по сравнению с трансформаторами обычного исполнения заключаются в более высоком КПД, меньше звуковой дребезг железа при работе, низкие значения полей рассеяния и меньший размер и вес.

   Сердечники трансформаторов, в зависимости от конструкции могут быть различными, они набираются из пластин магнитомягкого материала, на рисунке ниже приведены примеры сердечников:

Сердечники трансформаторов рисунок

Сердечники трансформаторов - рисунок

   Вот в кратце и вся основная информация о трансформаторах в радиоэлектронике, более подробно разные частные случаи можно рассмотреть на форуме. Автор AKV.

   Форум по трансформаторам

   Обсудить статью ТРАНСФОРМАТОРЫ


Устройство и принцип работы трансформатора

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем знакомство с электронными компонентами и в этой статье рассмотрим устройство и принцип работы трансформатора.

Трансформаторы нашли широкое применение в радио и электротехнике и применяются для передачи и распределения электрической энергии в сетях энергосистем, для питания схем радиоаппаратуры, в преобразовательных устройствах, качестве сварочных трансформаторов и т.п.

Трансформаторы

Трансформатор предназначен для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины.

В большинстве случаев трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода (сердечника) с расположенными на нем двумя катушками (обмотками) электрически не связанных между собой. Магнитопровод изготавливают из ферромагнитного материала, а обмотки мотают медным изолированным проводом и размещают на магнитопроводе.

Одна обмотка подключается к источнику переменного тока и называется первичной (I), с другой обмотки снимается напряжение для питания нагрузки и обмотка называется вторичной (II). Схематичное устройство простого трансформатора с двумя обмотками показано на рисунке ниже.

Схематичное устройство трансформатора

1. Принцип работы трансформатора.

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

Если на первичную обмотку подать переменное напряжение U1, то по виткам обмотки потечет переменный ток Io, который вокруг обмотки и в магнитопроводе создаст переменное магнитное поле. Магнитное поле образует магнитный поток Фo, который проходя по магнитопроводу пересекает витки первичной и вторичной обмоток и индуцирует (наводит) в них переменные ЭДС – е1 и е2. И если к выводам вторичной обмотки подключить вольтметр, то он покажет наличие выходного напряжения U2, которое будет приблизительно равно наведенной ЭДС е2.

Работа трансформатора без нагрузки

При подключении к вторичной обмотке нагрузки, например, лампы накаливания, в первичной обмотке возникает ток I1, образующий в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф1 изменяющийся с той же частотой, что и ток I1. Под воздействием переменного магнитного потока в цепи вторичной обмотки возникает ток

I2, создающий в свою очередь противодействующий согласно закону Ленца магнитный поток Ф2, стремящийся размагнитить порождающий его магнитный поток.

Работа трансформатора под нагрузкой

В результате размагничивающего действия потока Ф2 в магнитопроводе устанавливается магнитный поток Фo равный разности потоков Ф1 и Ф2 и являющийся частью потока Ф1, т.е.

Формула магнитного потока

Результирующий магнитный поток Фo обеспечивает передачу магнитной энергии из первичной обмотки во вторичную и наводит во вторичной обмотке электродвижущую силу е2, под воздействием которой во вторичной цепи течет ток I2. Именно благодаря наличию магнитного потока Фo и существует ток I2, который будет тем больше, чем больше Фo. Но и в то же время чем больше ток I2, тем больше противодействующий поток Ф2 и, следовательно, меньше Фo.

Из сказанного следует, что при определенных значениях магнитного потока Ф1 и сопротивлений вторичной обмотки и нагрузки устанавливаются соответствующие значения ЭДС е2, тока I2 и потока Ф2, обеспечивающие равновесие магнитных потоков в магнитопроводе, выражаемое формулой приведенной выше.

Таким образом, разность потоков Ф1 и Ф2 не может быть равна нулю, так как в этом случае отсутствовал бы основной поток Фo, а без него не мог бы существовать поток Ф2 и ток I2. Следовательно, магнитный поток Ф1, создаваемый первичным током I1, всегда больше магнитного потока Ф2, создаваемого вторичным током I2.

Величина магнитного потока зависит от создающего его тока и от числа витков обмотки, по которой он проходит.

Напряжение вторичной обмотки зависит от соотношения чисел витков в обмотках. При одинаковом числе витков напряжение на вторичной обмотке будет приблизительно равно напряжению, подаваемому на первичную обмотку, и такой трансформатор называют разделительным.

Схематичное изображение разделительного трансформатора

Если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то развиваемое в ней напряжение будет больше напряжения, подаваемого на первичную обмотку, и такой трансформатор называют повышающим.

Схематичное изображение повышающего трансформатора

Если же вторичная обмотка содержит меньшее число витков, чем первичная, то и напряжение ее будет меньше, чем напряжение подаваемое на первичную обмотку, и такой трансформатор называют понижающим.

Схематичное изображение понижающего трансформатора

Следовательно. Путем подбора числа витков обмоток, при заданном входном напряжении U1 получают желаемое выходное напряжение U2. Для этого пользуются специальными методиками по расчету параметров трансформаторов, с помощью которых производится расчет обмоток, выбирается сечение проводов, определяются числа витков, а также толщина и тип магнитопровода.

Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Если его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то в магнитопроводе образуется магнитный поток постоянный во времени, по величине и направлению. В этом случае в первичной и вторичной обмотках не будет индуцироваться переменное напряжение, а следовательно, не будет передаваться электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Однако если в первичной обмотке трансформатора будет течь пульсирующий ток, то во вторичной обмотке будет индуцироваться переменное напряжение частота которого будет равна частоте пульсации тока в первичной обмотке.

2. Устройство трансформатора.

2.1. Магнитопровод. Магнитные материалы.

Назначение магнитопровода заключается в создании для магнитного потока замкнутого пути, обладающего минимальным магнитным сопротивлением. Поэтому магнитопроводы для трансформаторов изготавливают из материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью в сильных переменных магнитных полях. Материалы должны иметь малые потери на вихревые токи, чтобы не перегревать магнитопровод при достаточно больших значениях магнитной индукции, быть достаточно дешевыми и не требовать сложной механической и термической обработки.

Магнитные материалы, используемые для изготовления магнитопроводов, выпускаются в виде отдельных листов, либо в виде длинных лент определенной толщины и ширины и называются электротехническими сталями.
Листовые стали (ГОСТ 802-58) изготавливаются методом горячей и холодной прокатки, ленточные текстурованные стали (ГОСТ 9925-61) только методом холодной прокатки.

Также применяют железноникелевые сплавы с высокой магнитной проницаемостью, например, пермаллой, перминдюр и др. (ГОСТ 10160-62), и низкочастотные магнитомягкие ферриты.

Для изготовления разнообразных относительно недорогих трансформаторов широко применяются электротехнические стали, имеющие небольшую стоимость и позволяющие трансформатору работать как при постоянном подмагничивании магнитопровода, так и без него. Наибольшее применение нашли холоднокатаные стали, имеющие лучшие характеристики по сравнению со сталями горячей прокатки.

Магнитопроводы из электротехнической стали

Сплавы с высокой магнитной проницаемостью применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, предназначенных для работы при повышенных и высоких частотах 50 – 100 кГц.

Недостатком таких сплавов является их высокая стоимость. Так, например, стоимость пермаллоя в 10 – 20 раз выше стоимости электротехнической стали, а пермендюра – в 150 раз. Однако в ряде случаев их применение позволяет существенно снизить массу, объем и даже общую стоимость трансформатора.

Другим их недостатком является сильное влияние на магнитную проницаемость постоянного подмагничивания, переменных магнитных полей, а также низкая стойкость к механическим воздействиям – удар, давление и т.п.

Магнитопроводы из сплавов с высокой магнитной проницаемостью

Из магнитомягких низкочастотных ферритов с высокой начальной проницаемостью изготавливают прессованные магнитопроводы, которые применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, работающих на высоких частотах от 50 – 100 кГц. Достоинством ферритов является невысокая стоимость, а недостатком является низкая индукция насыщения (0,4 – 0,5 Т) и сильная температурная и амплитудная нестабильность магнитной проницаемости. Поэтому их применяют лишь при слабых полях.

Магнитопроводы из магнитомягких прессованных ферритов

Выбор магнитных материалов производится исходя из электромагнитных характеристик с учетом условий работы и назначения трансформатора.

2.2. Типы магнитопроводов.

Магнитопроводы трансформаторов разделяются на шихтованные (штампованные) и ленточные (витые), изготавливаемые из листовых материалов и прессованные из ферритов.

Шихтованные магнитопроводы набираются из плоских штампованных пластин соответствующей формы. Причем пластины могут быть изготовлены практически из любых, даже очень хрупких материалов, что является достоинством этих магнитопроводов.

Шихтованные магнитопроводы

Магнитопровод из плоских шихтовых пластин

Ленточные магнитопроводы изготавливаются из тонкой ленты, намотанной в виде спирали, витки которой прочно соединены между собой. Достоинством ленточных магнитопроводов является полное использование свойств магнитных материалов, что позволяет уменьшить массу, размеры и стоимость трансформатора.

Ленточные магнитопроводы

Трансформатор с ленточным магнитопроводом

Тороидальный трансформатор из ленточного магнитопровода

В зависимости от типа магнитопровода трансформаторы подразделяются на стрежневые, броневые и тороидальные. При этом каждый из этих типов может быть и стрежневым и ленточным.

Стержневые.

В магнитопроводах стержневого типа обмотки располагается на двух стержнях (стержнем называют часть магнитопровода, на которой размещают обмотки). Это усложняет конструкцию трансформатора, но уменьшает толщину намотки, что способствует снижению индуктивности рассеяния, расхода проволоки и увеличивает поверхность охлаждения.

Схематичное изображение трансформатора стержневого типа

Трансформатор стержневого типа

Стержневые магнитопроводы используют в выходных трансформаторах с малым уровнем помех, так как они малочувствительны к воздействию внешних магнитных полей низкой частоты. Это объясняется тем, что под влиянием внешнего магнитного поля в обеих катушках индуцируются напряжения, противоположные по фазе, которые при равенстве витков обмоток компенсируют друг друга. Как правило, стержневыми выполняются трансформаторы большой и средней мощности.

Броневые.

В магнитопроводе броневого типа обмотка располагается на центральном стержне. Это упрощает конструкцию трансформатора, позволяет получить более полное использование окна обмоткой, а также создает некоторую механическую защиту обмотки. Поэтому такие магнитопроводы получили наибольшее применение.

Схематичное изображение трансформатора броневого типа

Трансформатор броневого типа

Некоторым недостатком броневых магнитопроводов является их повышенная чувствительность к воздействию магнитных полей низкой частоты, что делает их малопригодными к использованию в качестве выходных трансформаторов с малым уровнем помех. Чаще всего броневыми выполняются трансформаторы средней мощности и микротрансформаторы.

Тороидальные.

Тороидальные или кольцевые трансформаторы позволяют полнее использовать магнитные свойства материала, имеют малые потоки рассеивания и создают очень слабое внешнее магнитное поле, что особенно важно в высокочастотных и импульсных трансформаторах. Но из-за сложности изготовления обмоток не получили широкого применения. Чаще всего их делают из феррита.

Схематичное изображение тороидального трансформатора

Тороидальный трансформатор

Для уменьшения потерь на вихревые токи шихтованные магнитопроводы набираются из штампованных пластин толщиной 0,35 – 0,5 мм, которые с одной стороны покрывают слоем лака толщиной 0,01 мм или оксидной пленкой.

Лента для ленточных магнитопроводов имеет толщину от нескольких сотых до 0,35 мм и также покрывается электроизолирующей и одновременно склеивающейся суспензией или оксидной пленкой. И чем тоньше слой изоляции, тем плотнее происходит заполнение сечения магнитопровода магнитным материалом, тем меньше габаритные размеры трансформатора.

За последнее время наряду с рассмотренными «традиционными» типами магнитопроводов находят применение новые формы, к числу которых следует отнести магнитопроводы «кабельного» типа, «обращенный тор», катушечный и др.

Новые формы магнитопроводов

На этом пока закончим. Продолжим во второй части.
Удачи!

Литература:

1. В. А. Волгов – «Детали и узлы радио-электронной аппаратуры», Энергия, Москва 1977 г.
2. В. Н. Ванин – «Трансформаторы тока», Издательство «Энергия» Москва 1966 Ленинград.
3. И. И. Белопольский – «Расчет трансформаторов и дросселей малой моности», М-Л, Госэнергоиздат, 1963 г.
4. Г. Н. Петров – «Трансформаторы. Том 1. Основы теории», Государственное Энергетическое Издательство, Москва 1934 Ленинград.
5. В. Г. Борисов, – «Юный радиолюбитель», Москва, «Радио и связь» 1992 г.

принцип работы, схема подключения, типы

В данной статье мы подробно рассмотрим что такое трансформатор тока, опишем принцип его работы, какие бывают типы, а так же расчеты и схемы трансформатора тока.

Описание и принцип работы

Трансформатор тока представляет собой тип «измерительного трансформатора», который предназначен для производства переменного тока в его вторичной обмотки, которое пропорционально току измеряется в его первичном. Трансформаторы тока уменьшают токи высокого напряжения до гораздо более низкого значения и обеспечивают удобный способ безопасного контроля фактического электрического тока, протекающего в линии электропередачи переменного тока, с использованием стандартного амперметра. Принцип работы основного трансформатора тока немного отличается от обычного трансформатора напряжения.

Типичный трансформатор токаТипичный трансформатор тока

В отличие от трансформатора напряжения или мощности, рассматриваемого ранее, трансформатор тока состоит из одного или нескольких витков в качестве своей первичной обмотки. Эта первичная обмотка может иметь либо один плоский виток, либо катушку из сверхпрочного провода, намотанного на сердечник, либо просто проводник или шину, расположенную через центральное отверстие, как показано на рисунке. Купить трансформатор тока вы можете в популярном интернет магазине Алиэкспресс:

Типичный трансформатор токаТипичный трансформатор тока

Из-за такого типа расположения трансформатор тока часто называют также «последовательным трансформатором», поскольку первичная обмотка, которая никогда не имеет более нескольких витков, соединена последовательно с проводником с током, питающим нагрузку.

Однако вторичная обмотка может иметь большое количество витков катушки, намотанных на многослойный сердечник из магнитного материала с малыми потерями. Этот сердечник имеет большую площадь поперечного сечения, так что создаваемая плотность магнитного потока является низкой при использовании провода с меньшей площадью поперечного сечения, в зависимости от того, какой ток должен быть понижен, когда он пытается выдать постоянный ток, независимо от подключенной нагрузки.

Вторичная обмотка будет подавать ток либо на короткое замыкание, в виде амперметра, либо на резистивную нагрузку, пока напряжение, наведенное во вторичной обмотке, не станет достаточно большим, чтобы насытить сердечник или вызвать отказ из-за чрезмерного пробоя напряжения.

В отличие от трансформатора напряжения, первичный ток трансформатора тока не зависит от тока вторичной нагрузки, а контролируется внешней нагрузкой. Вторичный ток обычно оценивается в стандартный 1 Ампер или 5 Ампер для больших значений первичного тока.

Существует три основных типа трансформаторов тока: обмоточныйтороидальный и стержневой.

  • Обмоточный трансформатор тока — первичная обмотка трансформатора физически соединена последовательно с проводником, который несет измеренный ток, протекающий в цепи. Величина вторичного тока зависит от коэффициента оборотов трансформатора.
  • Тороидальный трансформатор тока — они не содержат первичной обмотки. Вместо этого линия, по которой проходит ток, протекающий в сети, проходит через окно или отверстие в тороидальном трансформаторе. Некоторые трансформаторы тока имеют «разделенный сердечник», который позволяет открывать, устанавливать и закрывать его, не отключая цепь, к которой они подключены.
  • Трансформатор тока стержневого типа — в этом типе трансформатора тока используется фактический кабель или шина главной цепи в качестве первичной обмотки, что эквивалентно одному витку. Они полностью изолированы от высокого рабочего напряжения системы и обычно крепятся болтами к токонесущему устройству.

Трансформаторы тока могут снизить или «понизить» уровни тока с тысяч ампер до стандартного выходного сигнала с известным отношением либо к 5 А, либо к 1 А для нормальной работы. Таким образом, небольшие и точные приборы и устройства управления могут использоваться с трансформаторами тока, потому что они изолированы от любых высоковольтных линий электропередач. Существует множество применений для измерения и использования для трансформаторов тока, таких как ваттметры, измерители коэффициента мощности, защитные реле или в качестве катушек отключения в магнитных выключателях или MCB.

Конструкция и схема трансформатора тока

конструкция и символ на схеме трансформатора токаконструкция и символ на схеме трансформатора тока

Обычно трансформаторы тока и амперметры используются вместе как согласованная пара, в которой конструкция трансформатора тока такова, чтобы обеспечить максимальный вторичный ток, соответствующий полномасштабному отклонению амперметра. В большинстве трансформаторов тока существует приблизительное соотношение обратных витков между двумя токами в первичной и вторичной обмотках. Вот почему калибровка трансформатора тока обычно для определенного типа амперметра.

Большинство трансформаторов тока имеют стандартную вторичную номинальную мощность 5 А, при этом первичные и вторичные токи выражаются в таком соотношении, как 100/5. Это означает, что ток первичной обмотки в 20 раз больше, чем ток вторичной обмотки, поэтому, когда в первичном проводнике протекает 100 ампер, во вторичной обмотке будет протекать 5 ампер. Трансформатор тока, скажем, 500/5, будет производить 5 А во вторичной обмотке при 500 А в первичной обмотке, что в 100 раз больше.

Увеличивая количество вторичных обмоток Ns, ток вторичной обмотки можно сделать намного меньшим, чем ток в измеряемой первичной цепи, потому что, когда Ns увеличивается, Is уменьшается пропорционально. Другими словами, число витков и ток в первичной и вторичной обмотках связаны обратно пропорционально.

Трансформатор тока, как и любой другой трансформатор, должен удовлетворять уравнению ампер-виток, и мы знаем из нашего учебника по трансформаторам напряжения с двойной обмоткой, что это отношение витков равно:

отношение витковотношение витков

из которого мы получаем:

вторичный токвторичный ток

Коэффициент тока устанавливает коэффициент витков, и, поскольку первичный обычно состоит из одного или двух витков, тогда как вторичный может иметь несколько сотен витков, соотношение между первичным и вторичным может быть довольно большим. Например, предположим, что номинальный ток первичной обмотки составляет 100А. Вторичная обмотка имеет стандартный рейтинг 5А. Тогда соотношение между первичным и вторичным токами составляет 100А-5А или 20: 1. Другими словами, первичный ток в 20 раз больше вторичного тока.

Однако следует отметить, что трансформатор тока с номиналом 100/5 не совпадает с трансформатором с номиналом 20/1 или подразделениями 100/5. Это связано с тем, что отношение 100/5 выражает «номинальный ток на входе / выходе», а не фактическое соотношение первичных и вторичных токов. Также обратите внимание, что число витков и ток в первичной и вторичной обмотках связаны обратно пропорционально.

Но относительно большие изменения в соотношении витков трансформаторов тока могут быть достигнуты путем изменения первичных витков через окно трансформатора ток, где один первичный виток равен одному проходу, а более одного прохода через окно приводит к изменению электрического соотношения.

Так, например, трансформатор тока с отношением, скажем, 300 / 5А можно преобразовать в другой из 150 / 5А или даже 100 / 5А, пропустив основной первичный проводник через его внутреннее окно два или три раза, как показано ниже. Это позволяет более высокому значению трансформатора тока обеспечивать максимальный выходной ток для амперметра, когда используется на меньших первичных линиях тока.

Коэффициент первичных оборотов трансформатора токаКоэффициент первичных оборотов трансформатора тока

Пример трансформатора тока

Трансформатор тока стержневого типа, который имеет 1 виток на своей первичной обмотке и 160 витков на своей вторичной обмотке, должен использоваться со стандартным диапазоном амперметров с внутренним сопротивлением 0,2 Ом. Амперметр необходим для полного отклонения шкалы, когда первичный ток составляет 800 А. Рассчитайте максимальный вторичный ток и вторичное напряжение на амперметре.

Вторичный ток:

расчет вторичного токарасчет вторичного тока

Напряжение через амперметр:

напряжение через амперметрнапряжение через амперметр

Выше мы видим, что, поскольку вторичная обмотка трансформатора тока подключена к амперметру с очень малым сопротивлением, падение напряжения на вторичной обмотке составляет всего 1,0 В при полном первичном токе.

Однако, если амперметр был удален, вторичная обмотка фактически разомкнута, и, таким образом, трансформатор действует как повышающий трансформатор. Это частично связано с очень большим увеличением намагничивающего потока во вторичном сердечнике, поскольку реактивное сопротивление вторичной утечки влияет на вторичное индуцированное напряжение, потому что во вторичной обмотке нет противоположного тока, чтобы предотвратить это.

Результатом является очень высокое напряжение, наведенное во вторичной обмотке, равное отношению: Vp (Ns / Np), развиваемое через вторичную обмотку. Например, предположим, что наш трансформатор тока сверху используется на трехфазной линии электропередачи напряжением 480 вольт. Следовательно:

расчет высокого напряжениярасчет высокого напряжения

Это высокое напряжение связано с тем, что отношение вольт на витки в первичной и вторичной обмотках практически постоянно, а поскольку Vs = Ns * Vp, значения Ns и Vp являются высокими значениями, поэтому Vs чрезвычайно велико.

По этой причине трансформатор тока никогда не следует оставлять разомкнутым или работать без нагрузки, когда через него протекает основной первичный ток, точно так же, как трансформатор напряжения никогда не должен работать при коротком замыкании. Если амперметр (или нагрузка) должен быть удален, сначала следует установить короткое замыкание на вторичных клеммах, чтобы исключить риск удара током.

Это высокое напряжение объясняется тем, что когда вторичная обмотка разомкнута, железный сердечник трансформатора работает с высокой степенью насыщения и ничто не может его остановить, он создает аномально большое вторичное напряжение, и в нашем простом примере выше это было рассчитано на 76,8 кВ ! Это высокое вторичное напряжение может повредить изоляцию или привести к поражению электрическим током при случайном прикосновении к клеммам трансформатора тока.

Ручные трансформаторы тока

ручной трансформатор токаручной трансформатор тока

В настоящее время доступно много специализированных типов трансформаторов тока. Популярный и портативный тип, который может быть использован для измерения нагрузки цепи, называется «клещами», как показано на рисунке.

Измерители зажимов открывают и закрывают вокруг проводника с током и измеряют его ток, определяя магнитное поле вокруг него, обеспечивая быстрое считывание результатов измерений, как правило, на цифровом дисплее без отключения или размыкания цепи.

Наряду с ручным зажимом типа трансформатора тока имеются трансформаторы тока с разделенным сердечником, у которых один конец съемный, поэтому нет необходимости отсоединять проводник нагрузки или шину для его установки. Они доступны для измерения токов от 100 до 5000 ампер, с квадратными размерами окна от 1 ″ до более 12 ″ (от 25 до 300 мм).

Подводя итог, можно сказать, что трансформатор тока (ТТ) представляет собой тип измерительного трансформатора, используемого для преобразования первичного тока во вторичный ток через магнитную среду. Его вторичная обмотка обеспечивает значительно уменьшенный ток, который можно использовать для обнаружения условий сверхтока, пониженного тока, пикового или среднего тока.

Первичная катушка трансформатора тока всегда соединена последовательно с главным проводником, в результате чего ее также называют последовательным трансформатором. Номинальный вторичный ток рассчитан на 1А или 5А для простоты измерения. Конструкция может представлять собой один первичный виток, как в типах тороидальных, кольцевых или стержневых, или несколько витков первичной обмотки, как правило, для малых коэффициентов тока.

Трансформаторы тока предназначены для использования в качестве устройств пропорционального тока. Поэтому вторичная обмотка трансформаторов тока никогда не должна эксплуатироваться в разомкнутой цепи, точно так же, как трансформатор напряжения никогда не должен работать при коротком замыкании.

Очень высокое напряжение возникает в результате разомкнутой цепи вторичной цепи трансформатора тока под напряжением, поэтому их клеммы должны быть замкнуты накоротко, если амперметр должен быть удален или когда ТТ не используется перед включением питания системы.

В следующей статье о трансформаторах мы рассмотрим, что происходит, когда мы соединяем вместе три отдельных трансформатора в конфигурации «звезда» или «треугольник», чтобы получить более мощный силовой трансформатор, называемый трехфазным трансформатором, который используется для питания трехфазных источников питания.

Электрическая схема трансформатора

В России эра преобразования напряжения из одной величины в другую берёт начало из работ по изучению ферромагнитных материалов великим российским физиком Александром Григорьевичем Столетовым, который впервые открыл в 1880-х годах гистерезисную петлю, а так же перераспределение доменов в ферромагнитном материале при воздействии на него электромагнитного поля.

Ранее, тогда ещё не изученный этот эффект позволил выявить Майклу Фарадею в 1831 году возможность передачи энергии по всей плоскости ферромагнитного материала – так называемое явление электромагнитной индукции. Через 17 лет Генрих Даниэль Румкорф впервые положил прообраз графического изображения намагниченной катушки.

Первый трансформатор передачи переменного тока представлял собой ферромагнитный стержень с несколькими обмотками. Данное изобретение было зафиксировано выдачей патента Яблочникову Павлу Николаевичу в 1876 году, но трансформатор в его современном представлении был представлен уже через год в 1877 году Мотовиловым Дмитрием Николаевичем. Тогда же появилось первая электрическая схема трансформатора, отображающая две обмотки на ферромагнитном материале.

В скором времени в Лондоне в 1884 году на станции Гровнерской галереи (считается, что здесь появилась первая электростанция) были применены последовательно соединённые трансформаторы Голяра и Гиббса на основе замкнутого сердечника. За два года до этого в галерее были установлены первые паровые генераторы Томаса Эдисона. В том же году братья Эдуард и Джон Гобкинсоны произвели в свет первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками. Промышленное производство трансформаторов с замкнутым сердечником началось в 1885 году в Венгрии электромашиностроительным заводом «Ганц и Ко». Это были конструкции на кольцевом, броневом и стрежневом сердечниках. Венгерский конструктор Макс Дери в этом же году получает патент на конструкцию трансформаторов с параллельным соединением. Первые модели тут же выявили один существенный недостаток – быстрый перегрев магнитопровода из-за большой величины нагрузки потребителей, что приводило в негодность обмотки трансформатора. В 1889 году шведский изобретатель Д. Свинберн для уменьшения перегрева обмоток погрузил рабочий трансформатор в керамический сосуд, наполненный маслом, назвав его при этом «масляным трансформатором». В этом же году шведский инженер Джонс Венстрем изобретает трёхфазную систему для генераторов, трансформаторов и электродвигателей. В это время появляется трёхфазная электрическая схема трансформатора, которую изобретает русский ученый М. О. Доливо-Добровольский, а уже в 1891 году Чарльз Браун и Волтер Бовери в швейцарском городе Баден организовали компанию по передаче высоковольтной энергии. Спрос на электричество рос экспоненциальной прогрессией и в 1893 году компания Брауна – Бовери предоставила Европе первую промышленную электростанцию на основе применения трёхфазных трансформаторов. Электричество вырабатывалось паровыми генераторами Эдисона. В Российской империи уже упомянутая фирма «Ганц и Ко» в оперном театре Одессы для его освещения запустила одну из первых установок переменного тока. Это произошло в 1887 году.

С тех пор развитие в этой области шагнуло далеко вперёд и на сегодняшний день существует 7 классификаторов трансформаторов. Разделяют трансформаторы по предназначению: - Силовые трансформаторы – достаточно общее понятие, объединяющее применение трансформаторов в статических преобразователях для преобразования переменного тока в постоянный (выпрямители), либо, наоборот - из постоянного в переменный (инверторы). Их основное предназначение заключается в преобразовании одной величины напряжения и тока в напряжение и ток другой величины без изменения мощности (с учётом, конечно, потерь из-за индукции рассеяния). - Силовые трансформаторы специального назначения – чаще всего их можно встретить в старых сварочных аппаратах, устройствах пониженной или повышенной частоты (в электрооборудовании железных дорог) и т.д. - Испытательные трансформаторы применяются для получения высоких или сверхвысоких напряжений и токов. В промышленности их применяют для проверки пробоя изоляции (керамических изоляторов, к примеру), в высоковольтных испытательных лабораториях. Долговременная работа таких трансформаторов исключена. - К измерительным трансформаторам относят трансформаторы напряжения и тока. Применяют их преимущественно в силовой электронике или в электроустановках с высоким напряжением, где необходимо измерение высоковольтных цепей стандартным измерительным оборудованием. - Ещё до совсем недавнего времени в блоках питания радиоустройств бытовой электроники применялись радиотрансформаторы. Так же этот тип используют для согласования сопротивлений в межблочных соединениях электрических цепей. Сегодня в блоках питания им на смену пришла импульсная технология, а радиотрансформаторы применяются лишь в устройствах, критичных к чИстоте питающего напряжения (мощных дорогих звуковых усилителях, например).

По виду охлаждения трансформаторы подразделяются на сухие и масляные. Количество фаз в силовой обмотке делит трансформаторы на однофазные и трёхфазные. Так же существует классификация по форме магнитопровода: стержневые (строчные трансформаторы в телеаппаратуре), броневые, тороидальные и овальные.

Электрическая схема трансформатора в самом простом исполнении должна содержать как минимум две обмотки. Такие трансформаторы называют двуобмоточными. Если обмоток больше двух, то они попадают в класс многообмоточных. Конструктивное исполнение обмоток трансформаторов разделяет их на цилиндрические, дисковые и концентрические.

По соотношению обмоток трансформаторы делятся на повышающие – если напряжение вторичной обмотки больше силовой, и понижающий (соответственно наоборот).

Принцип работы устройства хорошо виден из принципиальной электрической схемы трансформатора.

Первичная обмотка W1, при подключении к ней источника переменного напряжения U1, за счёт протекания тока I1 наводит в сердечнике из магнитопроводящего материала переменный магнитный поток Ф, который, в свою очередь, индуктирует в первичной и вторичной (W2) обмотках ЭДС Е1 и Е2. За счёт коэффициента трансформации (отношения ЭДС или количества витков первичной обмотки к вторичной) и эффекта магнитной индукции в обмотке W2 при подключении нагрузки Zн начинает протекать ток I2 . На нагрузке появляется напряжение U2 .

Коэффициент трансформации определяет отношение ЭДС либо количество витков первичной обмотки к вторичной. Если значение K>1, то трансформатор считается понижающим, если KСпособность передать энергию через магнитопровод без потерь, которые будут неизбежны, определяет КПД трансформатора. Современные трансформаторы в заводском исполнении позволяют достичь КПД до 99%. Основными причинами снижения КПД в трансформаторах являются магнитные потери в сердечнике за счёт вихревых токов и гистерезиса (потери энергии из-за перемагничивания сердечника), удельного сопротивления обмоток трансформатора, качества исполнения намотки, величины подключённой нагрузки по отношению к габаритной мощности сердечника.

Многие компьютерные программы, позволяющие производить симуляцию работы электронных схем, для обработки результатов физических процессов преобразования энергии трансформатором используют электронную схему замещения трансформатора. В такой схеме магнитная связь, обычно, заменяется электрической цепью. Существует 2 типа схем эмуляции трансформатора: Т-образная и упрощённая.

В данной электрической схеме замещения трансформатора магнитные связи заменяют электрическими. R1 и X1 совместно с R2 и X2 представляют собой электрическую эмуляцию первичной и вторичной обмоток трансформатора, а R0 и X0 – намагничивание и холостой ход. Если брать в расчёт идеальный трансформатор без потерь, то электрическая схема трансформатора будет выглядеть следующим образом.

1 января 1970 года был утверждён единый международный ГОСТ условного графического отображения трансформаторов. Согласно ГОСТу 2.723—68, электрическая схема трансформатора может отображаться в 3-х вариантах: упрощённом однолинейном, упрощённом многолинейном и развёрнутом. Упрощённое отображение УГО (условного графического отображения) представляет магнитную связь трансформатора в виде окружности .

К примеру, трёхфазный автотрансформатор с ферромагнитным магнитопроводом и девятью выводами на схеме отобразится следующим образом . Данный тип отображения электрической схемы трансформаторов чаще встречается в старых схемах 70-х годов. Современные принципиальные схемы используют УГО низкочастотных трансформаторов по 2-му типу в виде обозначения двух дросселей и ферромагнитного материала - (трансформатор с магнитодиэлектрическим сердечником). Электрическая схема трансформатора импульсного типа всё чаще встречается в таком обозначении .

В последнее время современная бытовая электроника практически полностью перешла на использование в блоках питания импульсной схемотехники. Преимущество её очевидно - меньшие массогабаритные размеры, большее КПД и лучшие мощностные показатели блоков питания. Во многих решениях сегодня используются трансформаторы на сердечниках с высокой магнитной проницаемостью от 400HH и выше. Такие трансформаторы называют высокочастотными или, в простонародье – импульсными. Разберите любой импульсный компьютерный блок питания, и вы увидите его схемотехнику и трансформаторы в том числе. К примеру, на принципиальной электрической схеме ниже представлена реализация мощного зарядного устройства (или блока питания) на основе популярного ШИМ контроллера UC3842, силового полевого транзистора UFN432 и высокочастотного силового трансформатора с изолированным магнитным материалом Т1.

Сердечники импульсных трансформаторов выпускают с немагнитным зазором и без него. Немагнитный зазор применяется для того, чтобы под воздействием больших индукционных токов ферромагнитный сердечник не входил в насыщение, что чревато снижением КПД, быстрым перегревом трансформатора и выходом его из строя. Как правило, такие трансформаторы применяют в импульсных блоках питания, работающих по принципу Flyback (однотактного преобразования энергии). По сути, на его первичную обмотку через силовой ключ поступают импульсы заданной ШИМом частоты. В сердечнике в рабочий период импульса накапливается ЭДС, а в момент паузы накопленная энергия, согласно коэффициенту трансформации передаётся в нагрузку вторичной обмоткой. То есть на практике мы получаем двуобмоточный дроссель. Выше приведённая схема (и большинство схем сетевых понижающих импульсных блоков питания) работает именно по такому принципу. Сетевые импульсные сварочные аппараты (большей частью) так же используют данный тип сердечника.

Сердечники без немагнитоного зазора (торроидальные, броневые и т.д.) используются чаще в топологии импульсных преобразователей по схеме Push-pool. Эта технология чаще используется в импульсных повышающих / понижающих преобразователях, когда необходимо из одного постоянного напряжения сделать напряжение другой величины. К примеру, по приведённой ниже схеме, реализуется простой блок питания автомобильного аудио усилителя.

В данной электрической схеме работа трансформатора Т1 подобна работе обычного трансформатора, то есть на обмотки I и II поочерёдно через ключи VT3 и VT4 поступают прямоугольные импульсы (в идеале). Через коэффициент трансформации напряжение снимается с обмоток III и IV. Возможно, читатель задаст вопрос о том, что если импульсы будут идти непрерывно, то, по сути, это же постоянное напряжение, которое приведёт к сквозным токам в первичной обмотке нашего трансформатора и транзисторам, что приведёт к практически моментальному выходу их из строя. Специально для этого в любой микросхеме ШИМ присутствует такой параметр, как «мёртвое время», задающее паузу подачи импульсов на один ключ и другой. Этим временем мы можем изменять напряжённость электромагнитного поля и его индуктивность, тем самым регулируя уровень напряжения на выходе преобразователя. Изучение работы импульсного трансформатора занимает довольно обширный материал, не входящий в специфику этой статьи.

Электрическая схема с применением импульсного трансформатора требует грамотного расчёта и подбора элементной базы, ведь такое схемотехническое решение является в первую очередь высокочастотным, что подразумевает использование специфических радиодеталей (транзисторы с низким сопротивлением перехода, низкоимпедансные конденсаторы, расчёт мощностей критических сопротивлений и т.д.). Особо важным моментом является расчёт импульсного трансформатора. Не вдаваясь в подробности, скажем, что наиболее простыми и удобными компьютерными программами для расчёта импульсных трансформаторов являются программы человека с ником Starichok (Владимир Денисенко) из Пскова.

Flyback – программа, позволяющая произвести расчёт импульсного трансформатора для обратноходового преобразователя или блока питания.

ExcellentIT – программа для расчёта импульсного трансформатора для двухтактного преобразователя.

Tranz50Hz – расчёт силового трансформатора для электрической 50Hz сети на различных сердечниках.

Все его программы имеют удобный интерфейс, обширную базу параметров заводских сердечников, файл помощи. Кроме того, автор без проблем отвечает на заданные вопросы. Эти и многие другие программы присутствуют в ветках автора на радиоэлектронных форумах.

Смотрите также схемы:

Регулятор освещения Электронный термометр Электрическая печи Стабилизатор напряжения Электрический счетчик

Устройство и схема трансформатора | HomeElectronics

Всем доброго времени суток! В прошлой статье я рассказывал об основных типах трансформаторов и их классификации. Не смотря на большое разнообразие их типов, трансформаторы имеют ряд параметров, которые характеризуют все типы, например, номинальная мощность, КПД, коэффициент трансформации и т.д. О значении данных параметров и их расчёте я расскажу в данной статье.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Устройство трансформатора

Трансформатором называется статическое (то есть не имеющее движущихся частей) электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменной ток другого напряжения при неизменной частоте. Простейший трансформатор имеет две обмотки, электрически изолированные друг от друга, за исключением автотрансформатора, и объединённые общим магнитным потоком. Для усиления магнитной связи обмоток и уменьшения паразитных параметров большинство трансформаторов выполняют на замкнутом магнитопроводе из ферромагнитных материалов (электротехнические стали и сплавы, ферриты, магнитодиэлектрики).

Рассмотрим устройство трансформатора на броневом Ш-образном сердечнике.

Устройство трансформатораУстройство трансформатора
Устройство трансформатора: 1 – магнитопровод, 2 – каркас обмоток трансформатора (изоляция магнитопровода), 3 и 6 – обмотки трансформатора, 4 – межслоевая изоляция обмоток, 5 – межобмоточная изоляция трансформатора.

На рисунке выше изображён трансформатор, состоящий из двух катушек 3 и 6, называемых обмотками. Обмотки наматываются на каркас или гильзу 2, выполняющую роль изоляции магнитопровода трансформатора. Кроме изоляции магнитопровода необходимо выполнять изоляцию между обмотками 5 для предотвращения электрического контакта между ними, так как разность потенциалов может достигать десятки тысяч вольт.

Для предотвращения замыкания обмоточного провода внутри обмотки выполняют межслоевую изоляцию, а также для намотки катушек используют только изолированный провод.

Принцип действия трансформатора

От устройства трансформатора перейдём к принципу его работы. Для этого рассмотрим трансформатор изображённый на рисунке ниже.

Рабочий процесс трансформатораРабочий процесс трансформатора
Рабочий процесс трансформатора.

Данный трансформатор состоит из двух катушек (обмоток) I и II, находящихся на стержневом магнитопроводе. К катушке I подводится переменное напряжение u1; это катушка называется первичной обмоткой. На выводах катушки II, называемой вторичной обмоткой, формируется напряжение u2, которое передается приёмникам электрической энергии.

Работа трансформатора заключается в следующем. При протекании переменного тока i1 в первичной обмотке I создаётся магнитное поле, магнитный поток, которого пронизывает не только создавшую его обмотку (магнитный поток Ф1), но и частично вторичную обмотку (магнитный поток Ф0). То есть обмотки трансформатора являются магнитно связанными, при этом степень связи зависит от взаимного расположения обмоток: чем дальше обмотки друг от друга, тем меньше магнитная связь между ними и меньше магнитный поток Ф0.

Так как через первичную обмотку протекает переменный ток, то и создаваемый им магнитный поток непрерывно изменяет свою величину и свое направление. Согласно закону электромагнитной индукции, при изменении пронизывающего катушку магнитного потока, в катушке индуцируется переменная электродвижущая сила. Таким образом, в первичной обмотке индуцируется электродвижущая сила самоиндукции, а во вторичной обмотке – электродвижущая сила взаимноиндукции.

Если присоединить концы вторичной обмотки к приемнику электрической энергии (нагрузке), то через неё потечёт ток i2. В тоже время в первичную обмотку будет поступать ток i1 от источника энергии (генератора). Таким образом энергия от первичной обмотки во вторичную будет передаваться при помощи переменного магнитного потока Ф0.

На рисунке видно, что часть магнитного потока первичной  Ф1 и вторичной Ф2 обмотки не замыкается через магнитопровод. Они не участвуют в передаче энергии, а образуют так называемое магнитное поле рассеяния.

Одной из задач проектирования трансформаторов является сведение магнитного потока рассеяния к минимуму.

Что такое коэффициент трансформации?

Одним из основных параметров трансформатора является его коэффициент трансформации. Рассмотрим в чём его смысл. Для этого примем допущение, что магнитное поле рассеяния сведено к минимуму и практически равно нулю. Тогда первичная и вторичная обмотки пронизываются одним и тем же магнитным потоком ФВ. И в соответствии с законом электромагнитной индукции электродвижущая сила на выводах обмоток трансформатора определяется следующими выражениями

Рабочий процесс трансформатораРабочий процесс трансформатора

где E1 и Е2 – ЭДС на выводах первичной и вторичной обмотки соответственно,

ω1 и ω2 – число витков первичной и вторичной обмотки соответственно,

dФВ/dt – скорость изменения магнитного потока.

Тогда приравняв последнюю часть обоих выражение получим соотношение определяющее значение коэффициента трансформации

Рабочий процесс трансформатораРабочий процесс трансформатора

где n – коэффициент трансформации.

Таким образом, коэффициентом трансформации n называется отношение числа витков первичной ω1 к числу витков вторичной ω2 обмотки.

В зависимости от величины коэффициента трансформации, трансформатор может быть понижающим, когда n > 1, и повышающим, когда n < 1. В повышающем трансформаторе ЭДС вторичной обмотки больше, чем в первичной E1 < Е2, а в понижающем – E1 > Е2.

Приведённые параметры трансформатора

Для анализа работы трансформатора как электрического устройства используется так называемая эквивалентная схема или схема замещения. Данная схема содержит в себе все основные параметры трансформатора, используемые в расчёте и теории. Эквивалентную схему строят для так называемого приведённого трансформатора, когда число витков вторичной и первичной обмоток считают одинаковыми. Приведение числа витков обмотки сопровождается приведением и всех остальных параметров трансформатора: напряжения, токов и сопротивлений. Приведённые параметры вторичной обмотки вычисляются по следующим выражениям

Рабочий процесс трансформатораРабочий процесс трансформатора

где n – коэффициент трансформации,

U’2, I’2, Z’2 – приведённые параметры вторичной обмотки: напряжение, ток, сопротивление,

U2, I2, Z2 – реальные параметры вторичной обмотки: напряжение, ток, сопротивление.

Данные выражение соответствуют параметрам вторичной обмотки приведённые к первичной. В случае необходимости можно привести параметры первичной обмотки ко вторичной. В этом случае коэффициент трансформации будет равен отношению витков вторичной обмотки ω2 к первичной обмотке ω1.

Эквивалентная схема трансформатора

Для расчёта электрических параметров трансформатора применяют различные эквивалентные схемы. Данные схемы должны соответствовать следующим условиям:

  • схема должна учитывать наиболее существенные электромагнитные процессы и обеспечивать достаточную точность расчётных характеристик различных режимов трансформаторов;
  • схема должна описываться уравнениями невысокого порядка, чтобы в явном виде определялась связь между электрическими характеристиками и конструктивными параметрами трансформатора.

Ввиду противоречивости данных условий возможно опустить из расчётов ряд конструктивных параметров, которые незначительно влияют на электрические характеристики трансформатора. Кроме того при практической реализации трансформатора его конструктивные размеры всегда отличаются в той или иной степени от расчётных значений.

Поэтому для анализа и расчёта трансформатора используют эквивалентную схему трансформатора изображённую ниже

Эквивалентная схема замещения двухобмоточного трансформатораЭквивалентная схема замещения двухобмоточного трансформатора
Эквивалентная схема замещения двухобмоточного трансформатора.

В данной схеме используют следующие параметры:

LC – индуктивность намагничивания трансформатора, усчитывающая запасание энергии в основном потоке взаимной индукции магнитопроводе при приложении напряжения к первичной обмотке,

RC – эквивалентное сопротивление активных потерь в магнитопроводе на перемагничивание и вихревые токи,

LS1и L’S2 – индуктивность рассеивания первичной обмотки и приведённая индуктивность вторичной обмотки, учитывающие запасание энергии в потоках рассеяния,

R и R’2 – активное  сопротивление первичной обмотки и приведённое сопротивление вторичной обмотки, учитывающие потери энергии при протекании по ним тока нагрузки,

С01 и С’02 – собственная емкость первичной обмотки и приведённая емкость вторичной обмотки,

С12 – межобмоточная емкость трансформатора.

С учётом данной эквивалентной схемы запишем уравнения работы трансформатора

Эквивалентная схема замещения двухобмоточного трансформатораЭквивалентная схема замещения двухобмоточного трансформатора

Большинство параметров эквивалентной схемы трансформатора рассчитываются по таким же выражениям, что и параметры эквивалентной схемы дросселя, рассмотренной в одной из предыдущих статей. Однако для трансформатора вводится новый параметр – межобмоточная ёмкость С12.

Как определить паразитные параметры трансформатора?

К паразитными параметрами трансформатора, определяющие качество его работы относятся индуктивность рассеяния и емкость обмоток. При правильном расчёте и конструктивном исполнении трансформатора при частотах до сотен кГц и напряжениях в десятки вольт их влияние незначительно. Поэтому есть смысл вести расчёт только суммарных значений паразитных параметров трансформатора в целом.

Так суммарная индуктивность рассеяния трансформатора, приведённая к первичной обмотке, определяется следующим выражением

Эквивалентная схема замещения двухобмоточного трансформатораЭквивалентная схема замещения двухобмоточного трансформатора

где μ0 – магнитная постоянная, μ0 = 4π * 10-7 Гн/м,

ω1 – число витков первичной обмотки,

lcp – средняя длина витка обмотки,

b1 и b2 – толщина первичной и вторичной обмоток соответственно

hок – высота окна магнитопровода,

сок – ширина окна магнитопровода,

δ12 – межобмоточное расстояние. Так как данная величина по сравнению с толщиной обмоток незначительна, то её можно не учитывать в расчётах и упростить формулу.

Суммарная емкость обмоток трансформатора, приведённая к первичной обмотке можно вычислить по следующей формуле

где ω1 и ω2 – число витков первичной и вторичной обмотки соответственно,

Эквивалентная схема замещения двухобмоточного трансформатораЭквивалентная схема замещения двухобмоточного трансформатора

Vm – объем магнитопровода в см3.

Данные выражение позволяют рассчитать паразитные параметры приблизительно, так как они зависят от различных конструктивных характеристик. Так индуктивность рассеяния зависит от толщины изоляции обмоток и обмоточного провода, а емкость – от расположения обмоточного провода на каркасе сердечника.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Трансформатор своими руками: пошаговая инструкция

Несмотря на многообразие электрооборудования на рынке, далеко не во всех ситуациях можно найти подходящий преобразовательный агрегат для решения конкретной задачи. Поэтому многие обыватели пытаются изготовить  трансформатор своими руками для получения определенных параметров работы. Стоит отметить, что намотать трансформатор может каждый, даже без специализированного оборудования и особых навыков, но этот процесс довольно трудоемкий и кропотливый. Поэтому изначально вам придется определиться с типом и характеристиками прибора.

Что понадобится для сборки?

Все преобразователи подразделяются на две основные категории – повышающие и понижающие трансформаторы.

В зависимости от предназначения, конструктивных особенностей и места установки их можно разделить на такие категории:

Практически каждое из вышеперечисленных устройств вы можете воссоздать в домашних условиях. Наиболее простым вариантом является перемотка трансформатора из заводского изделия, так как он уже содержит необходимые элементы. Главное, чтобы первичная обмотка подходила по номиналу питающего напряжения и мощности. Куда хуже, если перематывать нужно обе обмотки, к примеру, если и первичная, и вторичная обмотка пробиты или получили механическое повреждение.

Для изготовления трансформатора своими руками вам понадобятся:

  • Магнитопровод – служит в качестве проводника магнитного потока, лучше взять из старого трансформатора, так как он изготовлен из электротехнической стали и обеспечивает необходимые параметры работы, характеризуется малыми потерями в железе.
  • Провода нужного вам сечения в лаковой, полимерной или стеклотканевой изоляции. Чем тоньше этот слой, тем плотнее прилягут витки к каркасу и друг к другу.
  • Каркас – служит в качестве основания для обмоток трансформатора, устанавливает габариты по ширине. Можно взять из старого трансформатора, а можно изготовить своими руками. Материалом для каркаса может послужить электротехнический картон, гетинакс или текстолит, важно чтобы он не занимал много места в зазоре между сердечником и проводом.
  • Изоляция – предназначена для электрического отделения токоведущих элементов друг от друга и от конструктивных элементов трансформатора. В промышленном производстве используется лакотканевая лента, фторопласт, парафиновая пропитка, но при самостоятельном изготовлении подойдет любой имеющийся у вас материал, главное, чтобы его диэлектрической прочности хватало для напряжения сети.
  • Намоточный станок – позволяет упростить процесс и обеспечить постоянное натяжение. Можно изготовить своими руками из ручной дрели или по принципу вертела на двух шарнирах. Важно, чтобы изготовленный станок имел как можно меньший люфт.

Помимо этого вам могут пригодиться: молоток с деревянной пресс-планкой, паяльник для соединения проводов, ножницы, пассатижи. Но перед изготовлением, обязательно рассчитайте параметры трансформатора.

Расчеты

Принципиальная схема трансформатораРис. 1: принципиальная схема трансформатора

Наиболее сложный вариант, если вы будете изготавливать трансформатор своими руками с нуля. В таком случае расчет электрической машины производится в зависимости от выходной мощности. Исходя из этого параметра, рассчитывается мощность первичной обмотки. Если вы используете заводской сердечник, то можно считать эти величины одинаковыми, если вы соберете его самостоятельно, то P2 = 0,9 * P1

Это приблизительный расчет с учетом потерь в сердечнике. В зависимости от качества шихтовки своими руками, разница мощностей может находиться в пределах от 5 до 20%.

В зависимости от мощности первички определяется сечение магнитопровода, которое вычисляется по формуле: S = √P1

Следует отметить, что мощность для вычислений берется в Ваттах, а размеры сердечника получаем в квадратных сантиметрах.

Далее определяется коэффициент передачи электромагнитной энергии: k = f/S, 

Где k – коэффициент передачи, f – частота сетевого напряжения переменного тока, S – площадь сечения магнитопровода.

Исходя из полученного коэффициента, определяется число витков в обмотках по величине входных и выходных напряжений: N1 = k*U1, N2 = k*U2

Это приблизительные вычисления, предназначенные для бытового применения радиолюбителями. Заводские трансформаторы имеют более сложную процедуру расчета, которая производится по справочникам и зависит от их типа и назначения (силовые, измерительные, трехобмоточные, тороидальные устройства и т.д.)

Далее рассчитывается сила тока в первичной обмотке трансформатора: I1 = P/ U1

Соответственно, ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора, вычисляется по  формуле: : I2 = P/ U2

Исходя из величины тока в каждой обмотке, выбирается сечение жилы. Но заметьте, что проводник в обмотке значительно хуже охлаждается, поэтому запас сечения делается на 20 – 30%. Проще выполнять данную работу медными проводами, но это требование не критично.

Таблица: выбор сечения, в зависимости от протекающего тока

Медный проводник Алюминиевый проводник
Сечение жил, мм2 Ток, А Сечение  жил. мм2 Ток, А
0,5 11
0,75 15
1 17
1.5 19 2,5 22
2.5 27 4 28
4 38 6 36
6 46 10 50
10 70 16 60
16 80 25 85
25 115 35 100
35 135 50 135
50 175 70 165
70 215 95 200
95 265 120 230
120 300

Сборка повышающего трансформатора

Особенностью повышающего трансформатора является большее сечение жил первичной обмотки трансформатора по отношению к вторичной. Ярким примером может служить любой агрегат, повышающий напряжение питания 220 Вольт до 400, 500, 1000 В и т.д., соответственно класс изоляции трансформатора выбирается по номиналу вторичной обмотки, как в сетевых трансформаторах.

Заметьте, что проводник большого сечения не получится намотать самодельным станком, поскольку вы не сможете выдать достаточное усилие. Определить это довольно просто – если первые витки свободно двигаются по каркасу катушки или хуже того, вы видите явный зазор между жилой и каркасом, переходите к ручной намотке.

Для сборки вам потребуется выполнить такую последовательность действий:

  • Соберите основание из диэлектрического материала, для этого можно вырезать его по лекалу из картона. Сборка каркаса производится внахлест при помощи клея. Изготовьте каркас для трансформатораРис. 2: изготовьте каркас для трансформатора

Если у вас имеется готовый образец, можете переходить к следующему этапу.

  • Сделайте отверстия в щеке катушки под выводы в электрическую сеть и к потребителю. Проденьте в них выводы. Проденьте вывод первичной обмоткиРис. 3: проденьте вывод первичной обмотки
  • Уложите первый слой изоляции под первичку. Нанесите слой изоляции на катушкуРис. 4: нанесите слой изоляции на катушку
  • Намотайте первичную обмотку трансформатора – если позволяет толщина, используйте станок, в противном случае, сделайте это руками. При намотке каждые 4 -5 витков проверяйте жесткость фиксации и плотность прилегания. Намотайте первичкуРис. 5: намотайте первичку

В случае наличия видимых зазоров рекомендуется придавливать витки деревянной пресс-плашкой или прибивать их через плашку молотком.

  • Посчитайте количество витков, оно должно соответствовать расчетному, выводы проденьте в отверстия. Уложите слой изоляции на первичку.
  • После слоя изоляции намотайте вторичку, так как здесь будет использоваться более тонкий провод, эту процедуру проще выполнять на станке. Намотайте вторичную обмоткуРис. 6: намотайте вторичную обмотку

Периодически проверяйте плотность витков и их фиксацию на стержне. Хорошая фиксация не должна прогибаться и деформироваться при нажатии пальцами.

  • Если все витки не помещаются в один слой, их выкладывают в несколько, тогда важно соблюдать одно и то же количество витков в каждом из них. Слои перекладываются диэлектрическим материалом, заметьте, что толщина изоляции не должна существенно влиять на общие габариты катушек. Заизолируйте первый слойРис. 7: заизолируйте первый слой
  • Выведете концы вторичной обмотки на щечку каркаса.
  • Поместите магнитопровод в окно каркаса, сборка сердечника выполняется поочередно с каждой стороны, иначе потери окажутся слишком большими. Затем сердечник распирается для плотности фиксации. Поместите катушки на сердечникРис. 8: поместите катушки на сердечник

Мощные трансформаторы на большой номинал напряжения дополнительно пропитывается парафиновой изоляцией. Такая процедура приводит к повышению емкостных потерь, но создает дополнительную защиту от электрического тока.

Сборка понижающего трансформатора

Понижающий трансформатор будет отличаться большим количеством витков на первичке. В быту их можно часто встретить в блоках питания, сварочных аппаратах и прочем оборудовании. Правда, в импульсных блоках используется другая технология, поэтому ремонт таких устройств производится без трансформаторов.

Так как изготовление сварочного трансформатора своими руками довольно актуально для домашних самоделок, рассмотрим на примере этот вариант. Требования к процессу сборки соответствует предыдущему. Отличительной особенностью такого агрегата является большое сечение провода во вторичной обмотке, так как сварочный ток может достигать сотен ампер.

Процесс изготовления заключается в следующем:

  1. Возьмите старое или изготовьте основание для катушки.
  2. Зафиксируйте на трансформаторном каркасе слой изоляции.
  3. Намотайте первичную обмотку с попеременной изоляцией слоев.
  4. Заизолируйте первичку и намотайте вторичную обмотку, так как большой диаметр проводов не позволит сделать это вручную, используйте слесарный инструмент.
  5. Зафиксируйте выводы обеих катушек.
  6. Установите пластины сердечника.

Испытание

Для проверки работоспособности П-образных или тороидальных трансформаторов в домашних условиях можно воспользоваться обычным мультиметром. Для этого переведите измерительный прибор в режим прозвона и проверьте целостность каждой из обмоток. Затем  проверьте изоляцию между каждой из обмоток и магнитопроводом и сопротивление между обеими обмотками. Это наиболее простой комплекс испытаний, который даст общее представление об исправности самодельного агрегата.

Для проверки отсутствия короткозамкнутых витков используется лампа, включающаяся последовательно к первичной обмотке.

Помимо этого электрические машины испытываются в режиме холостого хода и короткого замыкания. Такие проверки показывают, насколько качественно собран преобразователь, но выполнять их в домашних условиях не обязательно.

Видео инструкции


Принципиальная Схема Защиты Трансформатора - tokzamer.ru

Релейная защита и электроавтоматика на переменном оперативном токе. Последнее осуществляется замыкающими контактами токовых реле максимальной защиты 1РТ или 2РТ, а также размыкающими контактами реле 2РП и В рис.


З, ведь они работают в таком режиме и при некоторых коротких замыкания отключение не должно происходить, а только лишь поднятие электродов. Такой способ обеспечивает компенсацию сдвига фаз не только при симметричной нагрузке и трехфазных КЗ, но и при любом несимметричном повреждении.

Защита по максимальному току МТЗ Рис. Выбор самого реле основывается на конструкции трансформатора и его габаритах.
✅Для чего служит дифференциальная защита трансформатора?

В нормальном состоянии контакты находятся в разомкнутом положении. Параллельно с размыкающим контактом 2РП включен размыкающий контакт В — контакт вспомогательной цепи выключателя 10 6 кВ или реле- повторителя положения этого выключателя.

Предусмотрена возможность перевода отключающего элемента на сигнал с помощью переключающего устройства ХВ.

Подстанции без выключателей на высшем напряжении. Конечно же, речь идёт от печах для плавки металла, а не для приготовления пищи.

При протекающем токе, большем, чем ток срабатывания реле КА, будет дан сигнал. Особое внимание нужно уделять защите масляных трансформаторов.

Для этого нужно всего лишь открыть специальный краник вентиль , находящийся на корпусе реле и выпустить воздух.

Схема релейной защиты ВЛ 10 кВ

Принципиальная схема релейной защиты блока генератор-трансформатор с генератором твф-120.

На необслуживаемых подстанциях защита может выполняться с действием на автоматическую разгрузку или отключение трансформатора. Применение газовой защиты является обязательным на внутрицеховых трансформаторах мощностью кВА и выше независимо от наличия других быстродействующих защит.


Все основные виды защиты трансформатора можно разделить на две группы: основные резервные.

При наличии межфазного замыкания на шине В через другие шины все равно протекает большой ток. Поэтому их габариты, стоимость, а также затраты на ремонт являются ощутимыми даже для крупного производства.

Дегтярева О. Для параллельных линий, присоединенных к шинам подстанции, через один выключатель Q рис.

Шабад М.

В этом случае применяется токовая защита нулевой последовательности. Показаны коммутационные аппараты и их электромагниты управления.

В связи с наличием гальванической связи генератора с сетью потребителей по реактированной линии защита от замыканий на землю в обмотке статора выполнена на емкостном токе с применением трансформатора тока нулевой последовательности с подмагничиванием типа ТНПШ.
Релейная защита Вводная лекция

Виды защит

Реле дифференциальных защит элементов энергосистем. Основные защиты трансформатора Любая релейная защита трансформатора направлена на срабатывание при повреждении или же ненормальном режиме работы этого устройства.


Релейная защита электрических систем —М. Релейная защита и автоматика питающих элементов собственных нужд тепловых электростанций.

С выдержкой времени большей времени действия защит на включение короткозамыкателя УРОКЗ действует на отключение отделителя. Работа таких защит основана на трансформаторах тока, вот парочка самых распространённых схем подключения.

Чаще всего здесь применяются специальные электропечные трансформаторы. В соответствии с назначением для защиты трансформаторов автотрансформаторов при их повреждениях и сигнализации о нарушении нормальных режимов работы применяются следующие типы защит: Дифференциальная защита для защиты при повреждениях обмоток, вводов и ошиновки трансформаторов автотрансформаторов Токовая отсечка мгновенного действия для защиты трансфер мотора автотрансформатора при повреждениях его ошиновки, вводов и части обмотки со стороны источника питания Газовая защита для защиты при повреждениях внутри бака трансформатора автотрансформатора , сопровождающихся выделением газа, а также при понижениях уровня масла. Если это условие не выполняется, в продольной дифзащите используют реле типа РНТ. Конечно же, это касается только крупных трёхфазных трансформаторов на подстанциях.

При исправной изоляции геометрическая сумма токов, входящих в реле типа КИВ, близка к нулю. Как только оно достигнет критического уровня, защита отключает питание устройства. Исключением может быть газовая защита трансформаторов в районах, подверженных землетрясениям, а также при постоянном проведении вблизи места установки трансформатора взрывных работ и т.


Это понижает надежность срабатывания защиты, поскольку неисправность единственного выходного реле или отсутствие заряда конденсаторов приводит к отказу всех защит и повреждению трансформатора. Если оперативный персонал дежурит на подстанции только в дневное время, то выполняется передача сигнала для вызова на подстанцию персонала в остальное время суток.

Принцип действия газовой защиты трансформаторов Газовая защита силовых трансформаторов основана на работе газового реле, которое и изображено на рисунке. Наиболее простой схемой выполнения продольной дифзащиты является дифференциальная токовая отсечка, которая применяется в случаях, когда она удовлетворяет требованиям чувствительности. Основные виды повреждений и ненормальных режимов трансформаторов, основные виды защит 2 часа. Основные защиты трансформатора Любая релейная защита трансформатора направлена на срабатывание при повреждении или же ненормальном режиме работы этого устройства. С выдержкой времени большей времени действия защит на включение короткозамыкателя УРОКЗ действует на отключение отделителя.

Он является механическим приводом, и всякий раз, когда появляются незначительные внутренние неисправности в трансформаторе, такие как нарушение изоляции, поломка сердечника трансформатора и прочее, падает уровень масла в баке трансформатора, из-за чего ртутный индикатор отключает его от сети питания. При к. Сравнивание происходит в конце и в начале защищаемого участка. Самоудерживание автоматически снимается после отключения выключателей В1 и В2 трансформатора и размыкания их блок-контактов.
Самый сложный вопрос в защитах трансформатора 10/0,4 кВ

Резервная токовая защиты

Защита трансформаторов от сверхтоков в обмотках, обусловленных внешними короткими замыканиями Для защиты понижающих трансформаторов от токов, обусловленных внешними короткими замыканиями, предусматривается максимальная токовая защита без пуска или с пуском от реле минимального напряжения, действующая на отключение выключателя.

В связи с наличием гальванической связи генератора с сетью потребителей по реактированной линии защита от замыканий на землю в обмотке статора выполнена на емкостном токе с применением трансформатора тока нулевой последовательности с подмагничиванием типа ТНПШ. Участком в данном случае служит одна из понижающих обмоток. При разряде кратковременно загорается лампа JIP.

Бычков АЛ. Гогичайшвили П. В связи с наличием гальванической связи генератора с сетью потребителей по реактированной линии защита от замыканий на землю в обмотке статора выполнена на емкостном токе с применением трансформатора тока нулевой последовательности с подмагничиванием типа ТНПШ.

Особенностью дифзащиты трансформаторов по сравнению с дифзащитой генераторов, линий и т. Фельдман А.

Используемая при отключенном выключателе Q2 дополнительная максимальная токовая защита МТЗ подключается ко вторичным обмоткам встроенных в трансформатор блока трансформаторов тока, соединенных в треугольник. Работа таких защит основана на трансформаторах тока, вот парочка самых распространённых схем подключения. Печные трансформаторы должны быть оборудованы защитой от перегрузок, а также при возникновении К. Нагревательные элементы таких печей могут работать от пониженного напряжения от — Вольт.

Второе отделение газового реле подключается непосредственно к масляному контуру трансформатора и соединяет его вертикальные каналы, открывая путь для поднимающегося газа. Буренин А. Для защиты трансформатора применяется целый комплекс мероприятий и электромеханических схем, вот основные из них: Дифференциальная защита.

Такой элемент защиты даёт возможность персоналу, не понимающему причины отключения, повторно произвести включение, которое может принести вред оборудованию или пожар. Сигнальная страховка при помощи специальных компьютерных программ. Защита трансформатора от перегрузки при наличии дежурного персонала должна выполняться с действием на сигнал. Федосеев А. С меньшей выдержкой времени на отключение ввода 10кВ, а с большей — на отключение трансформатора со всех сторон.

Защита трансформатора дифференциальная Это одна из самых быстродействующих и важных защит, которая необходима для надёжной эксплуатации следующих трансформаторов: На понижающих одиночно работающих трансформаторах мощность которых выше чем кВА; При параллельной работе данных устройств с мощностью кВА и выше. С учетом этого номинальный ток предохранителя.
Как читать электрическую схему РЗА.

Схема цепи

бестрансформаторного источника питания

Генерация постоянного тока низкого напряжения от сети переменного тока 220 В или 110 В очень полезна и необходима в области электроники. Низкое напряжение постоянного тока, например, 5 В, 6 В, 9 В, 12 В, используется в электронных схемах, светодиодных лампах, игрушках и многих других бытовых электронных приборах. Обычно для их питания используются батареи, но их необходимо время от времени заменять, что неэффективно с точки зрения затрат, а также требует нашего времени и энергии. Таким образом, альтернатива состоит в том, чтобы генерировать постоянный ток из сети переменного тока, для которого доступно много адаптеров переменного тока, но какие схемы они используют внутри?

Простой и понятный подход заключается в использовании понижающего трансформатора для снижения переменного тока, но недостатки использования трансформатора заключаются в том, что они дороги по стоимости, тяжелы по весу и имеют большие размеры.Мы уже рассмотрели этот тип преобразования переменного тока в постоянный, используя Transformer в этой статье. И да, мы также можем преобразовать высокое напряжение переменного тока в низкое напряжение постоянного тока, без использования трансформатора, это называется Бестрансформаторный источник питания . Основным компонентом схемы бестрансформаторного источника питания является конденсатор с понижением напряжения или конденсатор с номинальным напряжением X , которые специально предназначены для сети переменного тока. Этот конденсатор с номинальным значением X подключен последовательно к фазной линии переменного тока для снижения напряжения.Этот тип трансформаторного блока питания называется Capacitor Power Supply .

X-Rated Capacitor

Как уже упоминалось, они соединены последовательно с фазовой линией переменного тока для понижения напряжения, они доступны в 230 В, 400 В, 600 В переменного тока или выше.

x rated capacitors

Ниже приведена таблица для выходного тока и выходного напряжения (без нагрузки), различных значений конденсаторов с номинальной характеристикой X:

Код конденсатора

Значение конденсатора

Напряжение

Текущий

104k

0.1 мкФ

4 в

8 мА

334k

0,33 мкФ

10 В

22 мА

474k

0,47 мкФ

12 В

25 мА

684k

0,68 мкФ

18 v

100 мА

105к

1 мкФ

24 В

40 мА

225к

2.2 мкФ

24 В

100 мА

Выбор конденсатора падения напряжения важен, он основан на реактивном сопротивлении конденсатора и величине тока, который необходимо отвести. Реактивное сопротивление конденсатора определяется по формуле:

X = 1 / 2¶fC

X = Реактивное сопротивление конденсатора

f = частота переменного тока

C = Емкость X номинального конденсатора

Мы использовали 474k означает 0.Конденсатор на 47 мкФ и частота AV-сети составляют 50 Гц, поэтому Reactance X составляет:

X = 1/2 * 3,14 * 50 * 0,47 * 10 -6 = 6776 Ом (приблизительно)

Теперь мы можем рассчитать ток (I) в цепи:

I = V / X = 230/6775 = 34 мА

Так вот как рассчитывается реактивное сопротивление и ток.

Описание схемы

Цепь проста, конденсатор сброса напряжения 0,47 мкФ подключен последовательно с фазной линией переменного тока, это неполяризованные конденсаторы, поэтому он может быть подключен с любой стороны.Резистор на 470 кОм подключен параллельно конденсатору, чтобы разрядить накопленный ток в конденсаторе, когда цепь отключена, что предотвращает поражение электрическим током. Это сопротивление называется Сопротивление Bleeder .

Дополнительный мостовой выпрямитель (комбинация из 4 диодов) был использован для удаления отрицательной половины компонента переменного тока. Этот процесс называется Исправление . И конденсатор 1000 мкФ / 50 В был использован для фильтрации , означает удаление пульсаций в полученной волне.И, наконец, стабилитрон 6,2 В / 1 Вт используется в качестве регулятора напряжения. Как мы знаем, эта схема обеспечивает ок. Выход 12 В (см. Таблицу выше), поэтому этот стабилитрон регулирует его до прибл. Напряжение 6,2 В и обратный ток. Также можно использовать другое значение стабилитрона для требуемого напряжения, например, 5,1 В, 8 В и т. Д. Светодиод подключен для индикации и тестирования. R3 (100 Ом) используется в качестве ограничителя тока.

Используйте номинальный резистор мощностью 1 Вт или выше (5 Вт), особенно резистор R4.В противном случае он сгорит через некоторое время. Они обычно толще обычного резистора. Ниже приведена схема для резисторов разного типа:

Преимущества этого бестрансформаторного источника питания по сравнению с трансформаторным источником питания заключаются в следующем: он экономичен, легче и меньше.

Примечания

  • Сделайте это на свой страх и риск, крайне опасно работать с сетью переменного тока без надлежащего опыта и мер предосторожности.Будьте предельно осторожны при построении этой схемы.
  • Не заменяйте конденсатор X-Rated обычным, иначе он разорвется.
  • Если требуется большее выходное напряжение и выходной ток, используйте другое значение конденсатора X-Rated в соответствии с таблицей.
  • Используйте только номинальный резистор мощностью 1 Вт или выше (5 Вт) и стабилитрон.
  • Предохранитель на 1 ампер также можно использовать перед конденсатором с номинальным напряжением Х, последовательно с фазовой линией, в целях безопасности.
  • Регулятор напряжения
  • IC также может использоваться вместо стабилитрона для регулирования напряжения.
.
Чтение и понимание схем переменного и постоянного тока в реле защиты и управления

Схемы реле защиты и управления

Эта техническая статья объясняет схематическое представление AC / DC систем защиты и управления, используемых в электрических сетях. Это включает в себя схемы переменного тока и схемы постоянного тока, а также диаграммы, которые заметно показывают ретрансляцию.

Reading Guidelines For AC and DC Schematics In Protection And Control Relaying Руководство по чтению для схем переменного и постоянного тока в реле защиты и управления (на фото: панель защиты 110 кВ; кредит: eon -ести.CZ)

Существуют и другие не менее важные типы чертежей, которые не являются предметом данной статьи, включая логические схемы, таблицы данных и однолинейные схемы, электрические схемы, схемы передачи данных, а также те однолинейные схемы, которые не имеют существенного отношения к ретрансляции.

Содержание:

  1. AC схема
    1. Инструментальные трансформаторы
      1. Трансформаторы напряжения (VT) или потенциальные трансформаторы (PT)
      2. Трансформаторы тока (ТТ)
    2. Защитные реле
    3. Функции измерения
  2. DC схемы
      1. Общая практика
      2. уникальных стандартов
      3. Схема
      4. постоянного тока и микропроцессорное реле
      5. Схема постоянного тока
      6. и станция МЭК 61850

1.Схема переменного тока

Схемы

переменного тока, которые также называются элементарными схемами переменного тока или трехлинейными схемами , будут показывать все три фазы первичной системы по отдельности.

Примеры этого можно увидеть на рисунках 1, 2 и 3. Как и в одной строке, будет показано расположение всего значимого оборудования. Втулки обозначены на автоматических выключателях и силовых трансформаторах.

Чертеж также будет включать в себя оборудование непрерывной тепловой номинальной мощности, автоматические выключатели в амперах, трансформаторы в МВА.Пример этой информации преобразователя можно увидеть на рисунке 2.

Также будут показаны подробные подключения ко всему оборудованию, использующему входы переменного тока . Эти подробные соединения часто включают номера клемм. Приведенные в качестве примера цифры не включают все номера клемм для удобства чтения.

Пример A - Схема AC

Example A of an AC Schematic Example A of an AC Schematic Рисунок 1 - Пример A схемы AC (нажмите, чтобы развернуть)

Пример B - Схема AC

Example B of an AC Schematic (click to expand) Example B of an AC Schematic (click to expand) Рисунок 2 - Пример B схемы AC (нажмите, чтобы развернуть)

Пример B - продолжение схемы AC

 Continuation of example B of an AC schematic  Continuation of example B of an AC schematic Рисунок 3 - Продолжение примера B схемы AC (нажмите, чтобы развернуть)

Вернуться к содержанию ↑


1.Инструментальные трансформаторы

трансформаторы напряжения (VT) или потенциальные трансформаторы (PT)

Схема переменного тока покажет точку в высоковольтной системе, к которой подключен каждый VT, и предоставит подробную информацию о первичном и вторичном соединении для каждой из фаз.

Подробности обычно включают в себя отношения обмоток, количество первичных и вторичных отводов, метки полярности, номинальные напряжения и конфигурацию обмоток (например, треугольник, заземленный контакт). Если используются вторичные предохранители, их расположение и размер также будут показаны.

Также распространенной практикой является включение имен вторичных проводов, например, P1, P2, P3 и P0 для трех вторичных напряжений и нейтрали заземленного источника Wye , как показано на рисунке 1. Это может использоваться в качестве источника для поставка защитного релейно-измерительного оборудования.

Вернуться к содержанию ↑


Трансформаторы тока (CT)

Трансформаторы тока с большим соотношением обычно используются для защитных реле. Расположение КТ, полное и подключенное соотношение, полярность и конфигурация обмотки (например,грамм. дельта или уай) будет указан на чертеже.

Номинальный номинальный ток вторичной обмотки (обычно 1A или 5A) также будет показан вместе с названиями вторичных проводов, например, C1, C2, C3 и C0 для набора трансформаторов тока, подключенных в конфигурации Wye на рисунке 1.

Вернуться к содержанию ↑


2. Защитные реле

Защитные реле, которые применяются для контроля изменений в системе переменного тока, будут показаны на схеме переменного тока, подключенной к вторичным выходам трансформатора тока и напряжения.На диаграммах должна быть показана подробная информация о подключении, соответствующая рекомендациям производителя, для обеспечения правильной работы.

Если цепь защищена несколькими однофункциональными устройствами (обычно это электромеханические реле), важно показать подключения тока и напряжения к каждому из элементов, которые составляют эти реле.

Это соединение с отдельными элементами тока можно увидеть на рисунке 3 между катушками 50 / 51TBU и 51 / 87TP в элементарных элементах переменного тока .Эта деталь должна включать номера клемм, метки полярности и любую другую важную информацию, которая относится к входам переменного тока. Это обеспечит ценную информацию относительно входных величин, конкретно используемых элементами реле, а также информацию о направленной чувствительности (если применимо).

При использовании микропроцессорных реле параметры программы внутреннего реле будут определять способ измерения вторичных входных величин, а также чувствительность по направлению конкретных элементов.На этом чертеже потребуется дополнительная информация, если необходимо подробно описать используемые функции.

Другая важная функция схемы переменного тока - показать , как цепи переменного тока и напряжения могут быть изолированы для тестирования . Подробная информация о подключении и работе этих тестовых переключателей включена в эти схемы, и пример можно увидеть в левом нижнем углу рисунка 1.

Здесь текущий тестовый переключатель 6 TC четко показывает номер клеммы и то, что каждый тестовый переключатель делает при работе.Например, тестовый выключатель 1-2 при размыкании замыкает цепь от точки 2 к точке 4.

Этот уровень детализации необходим , чтобы обеспечить простоту тестирования и избежать ошибок при тестировании .

Вернуться к содержанию ↑


3. Функции учета

Измерительная информация, обычно требуемая для коммунальных операций, может включать напряжение, ток, мощность (в ваттах и ​​ВАР), а также другие значения. Современные микропроцессорные реле часто способны предоставлять эту информацию с приемлемой точностью.

Дискретные измерительные устройства, включая щитовые измерительные приборы и преобразователи, часто более не требуются.

Если функции измерения должны быть включены в микропроцессорное реле, эти функции могут быть указаны на схематическом чертеже переменного тока или даже однолинейной схеме. Это то место, где можно увидеть влияние микропроцессорных реле на схематическое изображение.

При использовании этих реле для выполнения функций измерения больше нет необходимости тщательно детализировать все датчики, необходимые для выполнения тех же функций.

Вернуться к содержанию ↑


2. Схемы постоянного тока

Схемы

постоянного тока, часто называемые элементарными электрическими схемами , являются конкретными схемами, которые изображают систему постоянного тока и обычно показывают функции защиты и управления оборудованием на подстанции. Следует отметить, что иногда функции управления обеспечиваются переменным током и включены в элементарную диаграмму (см. Рисунки 6 и 8).

Одним из примеров схемы постоянного тока является схема управления автоматическим выключателем , которая показывает отключение и замыкание автоматического выключателя как от органов управления или защитных устройств, так и от аварийных сигналов для автоматического выключателя.

Примеры типичных элементарных диаграмм показаны на рисунках 4, 5, 6, 7 и 8.

Электроэнергетические компании использовали элементарные электрические схемы для демонстрации своих конструкций в течение многих лет. По мере роста опыта использования этих чертежей возникли общие для отрасли практики, и в то же время коммунальные службы разработали множество стандартов, касающихся деталей элементарной электрической схемы, которая лучше всего подходит для них.

Example A: DC Schematic of Relays Operating Switcher in Figure 4 Example A: DC Schematic of Relays Operating Switcher in Figure 4 Рисунок 4 - Пример A: Схема постоянного тока реле, работающего Switcher на рисунке 5 (нажмите, чтобы развернуть)

Поскольку детали в этих стандартах часто незначительно, но существенно различаются в зависимости от полезности, важно понимать стандарты при рассмотрении чертежей этих типов .

За последние годы коммунальные услуги претерпели некоторые корпоративные изменения, такие как слияние различных компаний, поэтому выбор общего стандарта часто может быть сложным процессом.

Вернуться к содержанию ↑


Общая практика

Существует ряд распространенных практик, которые можно увидеть в схемах постоянного тока. Если сложность системы требует этого, устройства, управляющие оборудованием, , подобно двум реле, показанным на фиг.4, могут быть показаны на одном чертеже .

Управляемое оборудование будет показано на другом чертеже, например, переключатель на рисунке 5 ниже.

 Example A – DC Schematic of Switcher Operated by Relays of Figure 3  Example A – DC Schematic of Switcher Operated by Relays of Figure 3 Рисунок 5 - Пример A - Схема постоянного тока коммутатора, управляемого реле 4, нажмите (чтобы развернуть)

Цепь постоянного тока обычно отображается с положительной шиной ближе к верхней части страницы и отрицательной шиной ближе к нижней части. Общая схема этих чертежей такова, что источник постоянного тока обычно показан на левом конце чертежа, а инициирующие контакты показаны над рабочими элементами.

Например, на рис. 5, , когда контакты с маркировкой 51 / 87TP замыкаются, а контакты 89 / a замыкаются, тогда положительный постоянный ток в верхней части подключается «вниз» к катушке отключения (TC), и переключатель работает.

Существуют также функциональные сходства со схемами переменного тока. Подобно схемам переменного тока, схемы постоянного тока будут включать номинальные параметры для элементов схемы, таких как предохранители, нагреватели и резисторы.

Например, на рисунке 6 мы видим, что FU-1 рассчитан на 20 А, что HTR2 рассчитан на 300 Вт при 240 В и что резистор 7500 Ом необходим при подключении к 250 В постоянного тока .

И точно так же, как на схеме переменного тока, расположение тестовых переключателей показано подробно, поэтому выходы и входы могут быть изолированы для тестирования.

Обратитесь к рисункам 5 и тестовых переключателей для выходов реле 87TP и 50 / 51TBU .

Example B of a DC Schematic (click to expand) Example B of a DC Schematic (click to expand) Рисунок 6 - Пример B схемы постоянного тока (щелкните, чтобы развернуть)

На рисунке 6 приведены примеры перехода между функциональным дизайном и физическим дизайном. Рядом с центром рисунка находится число 13 прямо над текстом «79« NLR21U ».

Обратите внимание, что 13 повторяется справа рядом с контактом, помеченным R2, и слева рядом с контактом, помеченным C1. Повторение 13 на этой схеме не требуется для сообщения о том, что все эти точки электрически одинаковы, этот факт можно легко увидеть на чертеже.

Однако 13 также используется в физической конструкции, показанной на электрических схемах.

Клеммные блоки будут отмечены этим номером, и в этом приложении это означает, что все точки электрически одинаковы и могут быть идентифицированы одинаковыми 13 на этой схеме.

Вернуться к содержанию ↑


Уникальные Стандарты

На рисунке 6 приведены примеры стандартов, которые были разработаны в отношении деталей проекта. Например, черные треугольники и ромбы на всем чертеже имеют конкретные значения, касающиеся расположения проводов.

Они символизируют переходы из одного места в другое. Необходимо позаботиться о том, чтобы оценить разницу между символом черного треугольника, используемым для обозначения переходов, и символом черного треугольника, используемым в правом нижнем углу для обозначения диода.

Другие примеры из рисунка 6 уникальных стандартов включают в себя использование символа ~ для омов и использование круга с линией через него для конечных точек . Хотя эти символы можно объяснить ключом где-то на чертеже, это не всегда так.

Вернуться к содержанию ↑


Схема постоянного тока и микропроцессорное реле

Сегодня возникает новая проблема, поскольку коммунальные предприятия перешли от своих традиционных конструкций с использованием электромеханических реле к конструкциям с использованием микропроцессорных реле и современных систем связи.

Основой проблемы является то, что проект системы защиты переместился на из аппаратной системы в систему, основанную на программном обеспечении, с небольшим опытом в лучших методах документирования этих конструкций .

Документирование логики в микропроцессорных реле добавляет один уровень проблем, а появление схем, использующих реле для ретрансляции соединений и протоколов, таких как МЭК 61850, добавляет еще один уровень проблем.

Как и в традиционных проектах, утилиты будут продолжать документировать аппаратное соединение на элементарной электрической схеме.Поскольку микропроцессорные реле настолько мощные и гибкие, возникает новый акцент на том, чтобы показать не только то, что такое конструкция защиты, но и то, чем она не является.

Другими словами, документация должна охватывать ресурсы IED, доступные, если проект когда-либо изменяется и требуются новые ресурсы (входы и выходы IED).

Реле ввода / вывода

Одна полезная таблица, обычно включаемая в схему постоянного тока или однострочную, была бы таблицей входов и выходов микропроцессорного реле, указывающей, какие из них использовались (помечены соответствующей функцией) и какие были доступны.Эта таблица удобна для привязки требуемой функциональности настроек и логики к физической проводке и настройкам реле.

Эта таблица показана справа на рисунке 7. Другой подход, показанный на рисунке 8, состоит в том, чтобы показать все доступные релейные входы и выходы в графической форме на одном чертеже.

Example C of a DC Schematic Example C of a DC Schematic Рисунок 7 - Пример C схемы постоянного тока (щелкните, чтобы развернуть)

Соединения, показывающие выходные и входные контакты, будут показаны на принципиальных схемах, но проблема остается , как один документирует, что происходит в программировании .Будут представлены несколько альтернатив, которые сработали для других утилит.

Одна из этих альтернатив может показаться лучшим выбором, или может подойти комбинация подходов. Также отмечается, что эти альтернативы не являются всеобъемлющими, и может быть разработана лучшая идея. Альтернативы, которые будут кратко обсуждены, включают только документацию по аппаратному обеспечению, программное обеспечение, показанное как часть традиционной элементарной диаграммы, и показ логической схемы по элементарному элементу.

Первый подход - это для документирования только оборудования, которое подключено к реле .В дополнение к показу конкретных контактов, которые используются в конструкции, можно использовать метки, которые могут показывать небольшие детали относительно контакта, такого как «51» для контакта реле максимального тока.

Основная проблема с этим подходом - - возможное отсутствие достаточной информации относительно дизайна . Для простых конструкций может быть достаточно ярлыка контакта, но если этот подход выбран для сложных конструкций, то необходимо будет предоставить дополнительную документацию.

Одним из вариантов будет включение дополнительной информации в лист настройки реле или другой тип документации, прилагаемой к реле.

Example D of a DC Schematic Example D of a DC Schematic Рисунок 8 - Пример D схемы постоянного тока (щелкните, чтобы развернуть)

Дополнительный документ может включать в себя словесное описание логики реле, которое позволяет понять, когда сработает контакт. Логические диаграммы также могут быть использованы в качестве дополнительной документации, чтобы показать, как разрабатывается дизайн.

Одним из преимуществ этого подхода является то, что упрощает простую схему соединений для тех, кому не нужны детали . Для тех, кому нужны подробности, они могут получить его из дополнительной документации.

Еще одним преимуществом этого подхода является повышение гибкости для большинства организаций. Изменения элементарных электрических схем часто требуют получения одобрений, что часто затрудняет внесение изменений.

Одним из преимуществ использования микропроцессорных реле является то, что облегчает изменение конструкции, если можно улучшить . Если никаких изменений в проводке не производится, то использование дополнительной документации или таблиц настройки для документирования изменений часто менее трудоемко, чем изменение элементарных схем соединений.

Второй вариант - показать детали логики в виде элементарной схемы соединений. Таким образом, аналогично схеме соединений, если логика использует функцию «ИЛИ», переменные отображаются параллельно. Если используется функция «И», то переменные отображаются последовательно.

Сложность в этой альтернативе состоит в том, что проводит различие между аппаратными соединениями , которые имеют физические контакты, и логикой, которая изображает логические выходы в виде контактов.Поэтому может быть полезно использовать разные цвета или типы линий для программной логики.

Еще одной альтернативой является для использования логических схем на элементарной электрической схеме . Логические диаграммы представляют собой графический дисплей, который показывает, что происходит в логике реле или системы связи.

Вернуться к содержанию ↑


Схема постоянного тока

и станция МЭК 61850

Ранние применения протоколов ретрансляции предоставляли инженерам основные инструменты для автоматизации подстанций, но они часто были ограничены в функциональности.Некоторые из них являются собственностью, и по этой причине необходимо обратиться к руководствам реле производителя производителя для схематического представления методов.

МЭК 61850 отличается от других стандартов / протоколов тем, что содержит несколько стандартов, описывающих клиент / сервер и одноранговую связь, проектирование и настройку подстанции, а также тестирование .

МЭК 61850 предоставляет метод межоператорной совместимости между устройствами IED разных производителей. Благодаря открытой архитектуре он свободно поддерживает выделение C37.2 функции устройства.

Благодаря этой функции он устраняет большинство выделенных управляющих проводов, которые обычно подключаются от реле к реле (т. Е. Выходной контакт отключения от одного реле к входной катушке другого реле).

Из-за этой цифровой связи между реле одна типичная схема постоянного тока не является адекватным методом для описания системы.

Поэтому сообщения (сигналы) GOOSE по МЭК 61850 лучше всего представлять в виде списка 9001 «точка-точка» или в формате электронной таблицы (например,грамм. дифференциальное реле на шине подписывалось бы на все связанные реле защиты фидера на этой шине, или группа главных магистральных реле соединялась бы друг с другом для выполнения блокировки выключателя).

Этот список «точка-точка» (издатель / подписчик) не поддерживается компьютером в сети Ethernet, но вместо этого инженер-защитник использует программный инструмент System Configurator для программирования каждого устройства IED для подписки друг на друга в зависимости от схемы защиты ,

Возможно, что одно IED-устройство может одновременно передавать одно и то же защитное сообщение нескольким другим IED-устройствам.Устройства IED, однажды запрограммированные для связи друг с другом, будут управлять сообщениями, которые они были запрограммированы для приема и передачи.

Вернуться к содержанию ↑

Ссылка // Схематическое представление ретрансляции энергосистемы Комитетом по ретрансляции энергосистем IEEE Power Engineering Society

,Схема подключения преобразователя

переменного тока в постоянный

В современную эпоху почти каждая бытовая электроника работает на постоянном токе (DC), но мы получаем переменный ток (AC) от электростанций по линиям электропередачи, поскольку переменный ток может передаваться более эффективно, чем постоянный ток в более низкая стоимость Таким образом, каждый прибор, который работает на постоянном токе, имеет и цепи преобразователя переменного тока в постоянный. Ранее мы создали зарядное устройство для сотового телефона на 5 В, в котором также имеется схема преобразователя переменного тока в постоянный.

Существует в основном два типа преобразователей, широко используемых для разговора AC-DC.

Одним из них является традиционный линейный преобразователь на базе трансформатора , в котором используется простой диодный мост, конденсатор, регулятор напряжения. Простой диодный мост может быть построен либо с одним полупроводниковым устройством, таким как DB107, либо с 4 независимыми диодами, такими как 1N4007. Другим типом преобразователя является SMPS или импульсный источник питания , который использует высокочастотный малый трансформатор и импульсный регулятор для обеспечения выхода постоянного тока.

В этом проекте мы обсудим традиционную конструкцию на основе трансформаторов , в которой используются простые диоды и конденсаторы для преобразования переменного тока в постоянный ток и дополнительный регулятор напряжения для регулирования выходного напряжения постоянного тока.Проект будет представлять собой преобразователь переменного тока с использованием трансформатора с входным напряжением 230 В и выходом 12 В 1A .

Необходимые компоненты

1.Трансформатор с номиналом 1А 13В

2,4 шт. 1N4007 Диоды

3.A 1000 мкФ Электролитический конденсатор с номинальным напряжением 25 В.

4. Несколько одножильных проводов

5. Макет

6.LDO или линейный регулятор напряжения согласно спецификации (здесь используется LM2940).

7.Мультиметр для измерения напряжения.

Схема и пояснение

AC to DC Converter Circuit Diagram

Схема для этой схемы преобразователя в переменный ток проста. Трансформатор используется для понижения напряжения 230 В переменного тока до 13 В переменного тока.

Для выпрямления входа переменного тока используются четыре выпрямительных диода общего назначения 1N4007. 1N4007 имеет пиковое повторяющееся обратное напряжение 1000В со средним выпрямленным прямым током 1А.Эти четыре диода используются для преобразования выходного напряжения 13 В переменного тока через трансформатор. Диоды используются для создания мостового преобразователя, который является неотъемлемой частью схемы преобразования переменного тока в постоянный. Чтобы узнать больше о схеме мостового выпрямителя, перейдите по ссылке.

Фильтрующий конденсатор, C1 добавляется после мостового преобразователя для сглаживания выходного напряжения.

LDO , IC1 также подключен для регулирования выходного напряжения.

Работа цепи преобразователя переменного тока в постоянный

Понижающий трансформатор используется для преобразования переменного тока высокого напряжения в переменный ток низкого напряжения.Трансформатор монтируется на печатной плате и представляет собой 1-амперный 13-вольтный трансформатор. Однако во время нагрузки напряжение трансформатора падает примерно на 12,5-12,7 вольт.

Transformer for AC to DC Converter

Основной частью схемы является диодный мост , который состоит из четырех диодов. Диод представляет собой электронное полупроводниковое устройство, которое преобразует переменный ток в постоянный ток.

Diode for AC to DC Converter

Поток тока внутри диодного моста можно увидеть на рисунке ниже.

Diode-Bridge for AC to DC Converter

Здесь два диода D2 и D4 блокируют отрицательный пик переменного тока и направляют ток в одном направлении. Это мостовой выпрямитель, который означает, что диодный мост выпрямляет как положительный, так и отрицательный пик сигнала переменного тока.

Большой конденсатор C1 заряжается во время преобразования и сглаживает выходное напряжение. Но в конечном итоге это не регулируемое выходное напряжение. Здесь регулирование напряжения выполняется LDO, LM2940, , который является IC1 в схеме.

LDO, LM2940 - это 3-контактное устройство в корпусе TO220. LDO означает низкое падение напряжения. Схема выводов показана на рисунке ниже.

LM2940 Pinout

Некоторые регуляторы напряжения имеют ограничения по входному напряжению, которое требуется для обеспечения гарантированного регулирования напряжения на выходе регулятора. В некоторых линейных регуляторах обозначается, что для этого требуется минимальная разница 2 В между входным напряжением и выходным напряжением, что означает для регулируемого выходного напряжения 12 В, для регулятора требуется по меньшей мере 14 В для входного напряжения для гарантированного регулируемого выходного напряжения 12 В.В целом, регуляторы с низким падением напряжения (LDO) требуют очень минимальной разности напряжений между входом и выходом. Для таблицы данных LM2940 это минимальная разница в 0,5 В между входом и выходом. Мы использовали регулятор LDO серии с фиксированным напряжением от Texas Instruments. LM2940, который имеет номинальную мощность 12 вольт.

AC to DC Converter Circuit Hardware

Вывод отлично виден на изображении ниже.

Testing AC to DC Converter Circuit

Проверьте завершить работу в видео , приведенном в конце.

Преобразователь переменного тока в постоянный на основе трансформатора очень распространен, когда требуется преобразование переменного тока в постоянный ток высокого напряжения. Чаще всего это касается систем усилителей, различных адаптеров питания, паяльных станций, испытательного оборудования и т. Д.

Ограничения схемы преобразователя переменного тока в постоянный

Преобразование переменного тока в постоянный на основе трансформатора является распространенным выбором, когда требуется постоянный ток, но он имеет определенные недостатки.

1.В любых ситуациях, когда входное переменное напряжение может колебаться или если переменное напряжение значительно падает, выходное переменное напряжение на трансформаторе также падает. Таким образом, преобразователь 230 В переменного тока в 12 В постоянного тока не может быть подключен к линии 110 В переменного тока. Для решения этой проблемы предусмотрена дополнительная настройка для различных уровней входного напряжения.

2. Несмотря на отсутствие универсального диапазона входного напряжения, это дорогостоящий выбор, поскольку сам трансформатор стоит более 60% от общей стоимости изготовления схемы преобразователя.

3. Другим ограничением является низкая эффективность преобразования. Трансформатор нагревается, а ненужная энергия теряется.

4.Трансформатор - это тяжелый материал, который излишне увеличивает вес продукта.

5.В связи с трансформатором, внутри изделия требуется большее пространство для установки схемы преобразователя или, по крайней мере, трансформатора.

Для преодоления этих ограничений предпочтительным выбором является SMPS или импульсный источник питания.

,

12 основных классов силовых трансформаторов

классов трансформаторов

Трансформаторы

используются для самых разных целей, с полным диапазоном значений напряжения и мощности, а также многими специальными функциями для конкретных применений.

SIEMENS - View of the main production hall of the Nuremberg transformer plant. SIEMENS - View of the main production hall of the Nuremberg transformer plant. SIEMENS - Вид на главный производственный цех Нюрнбергского трансформаторного завода.

Ниже перечислены основные типы:

.

1. Трансформаторы для электроники

Трансформаторы для электронных схем или низковольтные источники питания используются для согласования напряжения питания с рабочим напряжением компонентов или аксессуаров или для согласования полного сопротивления нагрузки с источником питания, чтобы максимизировать пропускную способность.Они могут использоваться для согласования импедансов в первичных и вторичных цепях.

Сердечник обычно изготавливается из маломощных трансформаторов из C- и I-пластин или из E- и I-пластин . Обмотки обычно выполнены из круглой эмалированной проволоки, и узел может быть покрыт лаком или герметизирован смолой для механического уплотнения и предотвращения проникновения влаги.

Увеличивающиеся числа этого типа работают на высоких частотах в диапазоне килогерц и используют расслоения из специальной стали, часто содержащие кобальт, чтобы уменьшить потери в железе


2.Малые трансформаторы

Они используются для стационарных, переносных или ручных источников питания, в качестве изолирующих трансформаторов и для специальных применений, таких как зажигание горелки, бритвы, нагреватели для душа, звонки и игрушки. Они могут использоваться для подачи трехфазной мощности до 40 кВА на частотах до 1 МГц.

Эти трансформаторы обычно имеют с воздушной изоляцией , меньшие блоки используют эмалированные обмоточные провода и кольцевые сердечники, а большие блоки используют C- и I- или E- и I-ламинированные сердечники.

Безопасность является серьезной проблемой для этих трансформаторов, и они определены как класс I, класс II или класс III. Блоки класса I изолированы и защищены клеммой заземления. Трансформаторы класса II имеют двойную или усиленную изоляцию. Трансформаторы класса III имеют выходы при безопасном сверхнизком напряжении (SELV) ниже 50 В переменного тока или 120 В постоянного тока.


3. Распределительные трансформаторы

Они используются для распределения электроэнергии в бытовых или промышленных помещениях. Они могут быть однофазными или трехфазными, на столбах или на земле, и имеют номинальные значения от 16 кВА до 2500 кВА.

Обмотки и сердечник погружены в минеральное масло с естественным охлаждением, и на фазу приходится две обмотки. Первичная (высоковольтная) обмотка имеет самое высокое напряжение в диапазоне от 3,6 кВ до 36 кВ; Напряжение вторичной (низковольтной) обмотки не превышает 1,1 кВ. Высоковольтная обмотка обычно снабжена отводами вне цепи ± 2,5% или + 2 × 2,5%, - 3 × 2,5%.

Предпочтительные значения номинальной мощности составляют 16, 25, 50, 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600 и 2500 кВА, а предпочтительные значения сопротивления короткого замыкания составляют 4 или 6%.

Потери назначаются из списков, например, из BS 7281-1, или с использованием формулы потерь-капитализации.

Сердечник и обмотки типичного распределительного трансформатора мощностью 800 кВА, 11 000/440, показаны в Рис. 1 .

Figure 1 - Core and winding of an 800 kVA, 11 000/440 V distribution transformer Figure 1 - Core and winding of an 800 kVA, 11 000/440 V distribution transformer Рисунок 1. Сердечник и обмотка распределительного трансформатора напряжением 800 кВА, 11 000/440 В

4. Поставка трансформаторов

Они используются для снабжения крупных промышленных помещений или распределительных подстанций. Диапазон значений от 4 МВА до 30 МВА, с первичными обмотками до 66 кВ и вторичными обмотками до 36 кВ.

Трансформаторы этого класса с жидкостным охлаждением. Большинство трансформаторов питания используют минеральное масло; но для применений в жилых зданиях, нефтяных вышках и на некоторых заводах охлаждающей жидкостью могут быть синтетические сложные эфиры, силиконовая жидкость или некоторая другая жидкость с более высокой температурой воспламенения, чем минеральное масло.


5. Трансмиссионные (или промежуточные) трансформаторы

Это одни из самых больших и самых высоких трансформаторов напряжения в использовании. Они используются для передачи энергии между высоковольтными сетями.Диапазон значений от 60 МВА до 1000 МВА, и обмотки рассчитаны для сетей, которые они связывают, например, 33, 66, 132, 275 и 400 кВ в Великобритании, или напряжения до 500 кВ или 800 кВ в других странах. ,

Сопротивление передающего трансформатора обычно составляет 18% в Великобритании или 8% в континентальной Европе, но для некоторых условий системы используется полное сопротивление до 30%.

Figure 2 - Core and windings of a 1000 MVA, 400/275 kV transmission transformer Figure 2 - Core and windings of a 1000 MVA, 400/275 kV transmission transformer Рисунок 2 - Сердечник и обмотки передающего трансформатора мощностью 1000 МВА, 400/275 кВ

Трансмиссионные трансформаторы заполнены маслом и обычно оснащены масляными насосами и вентиляторами радиатора для облегчения охлаждения обмоток и сердечников.Они обычно оснащены OLTC, но некоторые сети на 400 кВ и 275 кВ связаны трансформаторами без регулирующих обмоток.

Сердечник и обмотки трехступенчатого трансмиссионного трансформатора мощностью 1000 МВА и 400 кВ / 275 кВ / 11 кВ показаны в Рис. 2 .


6. Генераторные (или повышающие) трансформаторы

Мощность обычно вырабатывается на крупных электростанциях, обычно на 18–20 кВ, и генераторные трансформаторы используются для повышения этого напряжения до уровня напряжения системы.Эти трансформаторы обычно оцениваются в 400, 500, 630, 800 или 1000 МВА.

Генераторные трансформаторы

обычно оснащены регулирующими обмотками и OLTC.


7. Фазосдвигающие трансформаторы

Если мощность передается по двум или более параллельным линиям передачи, поток мощности делится между линиями обратно пропорционально импедансам линий. Поэтому более высокая мощность передается по линии с наименьшим полным сопротивлением, и это может привести к перегрузке в этой линии, когда параллельная линия загружена только частично.

Фазосдвигающие трансформаторы используются для соединения двух параллельных линий и для управления потоком мощности путем подачи напряжения, равного 90 ° против фазы (в квадратуре), с напряжением системы в одну линию, с опережающим или запаздывающим коэффициентом мощности. Там, где трансформатор контролирует фазовый угол, а не напряжение, блок называется квадратурным усилителем. Там, где также контролируется напряжение, блок известен как фазосдвигающий трансформатор.

На рисунке 3 показан квадратурный повышающий трансформатор мощностью 2000 МВА, 400 кВ; устройство разделено между двумя резервуарами, чтобы соответствовать строительным ограничениям по размеру и весу.

Figure 3 - 2000 MVA 400 kV quadrature booster transformer in two tanks on site Figure 3 - 2000 MVA 400 kV quadrature booster transformer in two tanks on site Рис. 3 - 2000 МВА, квадратурный бустерный трансформатор 400 кВ в двух резервуарах на площадке

8. Преобразователь трансформаторов

Если мощность передается через систему HVDC, преобразовательная станция используется для преобразования переменного тока в постоянный с использованием нескольких выпрямительных мостов. Мощность постоянного тока преобразуется обратно в переменный ток с помощью мостов инвертора. Преобразовательные трансформаторы обрабатывают переменную мощность и мощность при смешанных напряжениях переменного / постоянного тока путем объединения потока мощности через 12 фаз мостов выпрямителя / инвертора через обмотки клапана постоянного тока.

Изоляционная конструкция должна выдерживать все нормальные и ненормальные условия, когда переменное напряжение смешивается с напряжением постоянного тока различной полярности в диапазоне рабочих температур.

Наличие постоянных токов также может вызвать насыщение постоянного тока сердечника, что приводит к аномальным намагничивающим токам и колебаниям звука.

Figure 4 - Schematic diagram of ac/dc transmission system Figure 4 - Schematic diagram of ac/dc transmission system Рисунок 4 - Принципиальная схема системы передачи переменного / постоянного тока

Фаза трехфазного преобразовательного трансформаторного блока обычно содержит первичную обмотку высокого напряжения и две вторичные обмотки клапана переменного / постоянного тока.Три таких трансформатора вместе образуют две вторичные трехфазные системы; один связан в дельте, а другой в звезде. Каждая вторичная система питает мост с шестью импульсами, и два моста соединены последовательно, чтобы сформировать схему с 12 импульсами, как схематически показано в Рисунок 4

Два таких блока трансформаторов используются с вторичными цепями, соединенными в противоположной полярности, для формирования системы передачи постоянного тока ± 215 кВ.


9. Железнодорожные трансформаторы

Трансформаторы для железнодорожных применений могут быть путевыми установками для подачи энергии на гусеницу или бортовыми трансформаторами в локомотиве или под вагонами для питания приводных двигателей.

Придорожные трансформаторы подвергаются неравномерной нагрузке в зависимости от положения поезда в железнодорожной системе. Бортовые трансформаторы рассчитаны на минимально возможный вес, что приводит к высоким потерям. Современные системы управления поездом, использующие тиристоры, GTO или IGBT, подвергают трансформаторы сильным гармоническим токам, которые требуют особого конструктивного рассмотрения.


10. Выпрямительные и печные трансформаторы

Особое внимание необходимо уделить трансформаторам для промышленного применения, включая дуговые печи или сильноточные нагрузки постоянного тока на электрохимическом заводе.

В таких случаях первичные обмотки обычно рассчитаны на 33 кВ или 132 кВ в Великобритании , но вторичные обмотки несут многие тысячи ампер и рассчитаны на при напряжении менее 1 кВ .

Распределение тока между параллельными цепями в трансформаторе становится важным из-за магнитных полей, создаваемых сильными токами. Эти сильные магнитные поля могут вызывать избыточное нагревание в магнитных сталях, если они используются в структуре трансформатора, из-за протекания токов сближения в стали.Чтобы уменьшить этот избыточный нагрев, немагнитная сталь часто используется для формирования части бака или крышки.

OLTC в печных трансформаторах подвержены тяжелым нагрузкам; они могут выполнять сотни тысяч рабочих циклов в год, что является долгосрочным долгом для многих передающих трансформаторов.


11. Сухие трансформаторы

Возможна конструкция сухого типа, когда требуется более высокий температурный класс изоляции, чем у целлюлозы и класса "O" или класса "K".

Трансформаторы сухого типа используют нецеллюлозную сплошную изоляцию, а обмотки могут быть покрыты лаком, чтобы обеспечить возможность класса «C», или вакуумным герметизированием в эпоксидной смоле, чтобы сформировать систему класса «F» или класса «H». Номинальные значения, как правило, составляют до 30 МВА при напряжениях до 36 кВ, но трансформаторы из литой смолы недавно были успешно изготовлены при 110 кВ с использованием новой конструкции обмотки. Эффективность перегрузки ограничена, но она может быть увеличена за счет использования охлаждающих вентиляторов.

Этот тип более дорогой, чем заполненный жидкостью эквивалент, и из-за уменьшенного риска возгорания они используются в специальных приложениях, где задействована общественность, таких как подземные туннели, жилые дома или нефтяные вышки.

Figure 5 - Dry-type transformer with cast resin encapsulation Figure 5 - Dry-type transformer with cast resin encapsulation Рисунок 5 - Сухой трансформатор 2500 кВА, 11 000/440 В с капсулированной литой смолой

Типичный трансформатор из литой смолы, рассчитанный на 2500 кВА, 11 000/440 В показан на рисунке 5.


12. Газонаполненные трансформаторы

Для приложений, где низкая воспламеняемость имеет первостепенное значение, были разработаны конструкции, в которых трансформатор изолирован и охлажден газом SF6. Это обеспечивает альтернативу сухому строительству, где необходимо исключить риск возникновения пожара и избежать возможного загрязнения окружающей среды разливами масла.

Высоковольтные элегазовые трансформаторы доступны с номинальной мощностью до 300 МВА при напряжении 275 кВ, а прототипы были испытаны при напряжении до 500 кВ. Газонаполненные трансформаторы и реакторы являются более дорогостоящими, чем маслонаполненные блоки, но затраты могут быть оправданы, чтобы устранить риск возникновения пожара, особенно в месте, где стоимость земли высока и где общий «след» блока может быть уменьшено путем устранения противопожарного оборудования.

ИСТОЧНИК: Справочник Newnes Electric Power Engineer - D.Ф. Варн

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о