Схема трансформатора напряжения. Трансформаторы напряжения: назначение, классификация и принцип действия

Что такое трансформатор напряжения. Для чего используются трансформаторы напряжения. Как классифицируются трансформаторы напряжения. Какой принцип действия трансформатора напряжения. Какие бывают схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения.

Назначение трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения предназначены для:

• Измерения напряжения в электрических сетях высокого напряжения
• Питания цепей автоматики, сигнализации и релейной защиты
• Защиты линий электропередач от замыканий на землю

Основная функция трансформатора напряжения — понижение высокого напряжения до стандартного значения 100 В, при котором возможно подключение измерительных приборов и устройств защиты.

Классификация трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения классифицируются по следующим признакам:

По числу фаз:

• Однофазные
• Трехфазные

По числу обмоток:

• Двухобмоточные
• Трехобмоточные

По классу точности:

Класс точности определяет допустимые значения погрешностей трансформатора. Стандартные классы точности: 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 3.0.

По способу охлаждения:

• С масляным охлаждением
• С естественным воздушным охлаждением
• С литой изоляцией

По месту установки:

• Для внутренней установки
• Для наружной установки

Принцип действия трансформатора напряжения

Принцип действия трансформатора напряжения основан на явлении электромагнитной индукции. Рассмотрим основные элементы конструкции:

• Магнитопровод из электротехнической стали
• Первичная обмотка с большим числом витков
• Вторичная обмотка с меньшим числом витков

При подключении первичной обмотки к сети высокого напряжения в ней возникает переменный ток. Этот ток создает в магнитопроводе переменный магнитный поток. Магнитный поток, пересекая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней ЭДС. Величина индуцированной ЭДС пропорциональна числу витков обмотки.

Отношение числа витков первичной и вторичной обмоток называется коэффициентом трансформации:

К = w1 / w2,

где w1 — число витков первичной обмотки, w2 — число витков вторичной обмотки.

Коэффициент трансформации показывает, во сколько раз напряжение на вторичной обмотке меньше напряжения на первичной обмотке.

Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения

Наиболее распространены следующие схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения:

Схема звезда-звезда с заземленной нейтралью

Применяется для измерения фазных напряжений в сетях с заземленной нейтралью. Первичные и вторичные обмотки соединяются в звезду, нейтраль заземляется.

Схема треугольник-звезда

Используется для измерения междуфазных напряжений. Первичные обмотки соединяются в треугольник, вторичные — в звезду.

Схема открытый треугольник

Применяется для присоединения защит от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью. Первичные обмотки соединяются в звезду, вторичные — в разомкнутый треугольник.

Конструкции трансформаторов напряжения

По конструктивному исполнению различают следующие типы трансформаторов напряжения:

Стержневые трансформаторы

Имеют стержневой магнитопровод, на котором размещаются обмотки. Применяются на напряжения до 35 кВ.

Каскадные трансформаторы

Состоят из нескольких последовательно соединенных блоков. Позволяют получить высокие классы напряжения до 500 кВ.

Емкостные трансформаторы

Используют емкостный делитель напряжения. Применяются на напряжения 330-750 кВ.

Требования к трансформаторам напряжения

Основные требования, предъявляемые к трансформаторам напряжения:

• Высокая точность преобразования напряжения
• Стабильность коэффициента трансформации
• Низкий уровень потерь
• Способность выдерживать токи короткого замыкания
• Высокая надежность и длительный срок службы

Области применения трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения широко применяются в следующих областях:

• Системы коммерческого учета электроэнергии
• Схемы релейной защиты и автоматики подстанций
• Системы контроля качества электроэнергии
• Высоковольтные лаборатории и испытательные стенды
• Электроприводы и преобразовательная техника

Эксплуатация трансформаторов напряжения

При эксплуатации трансформаторов напряжения необходимо соблюдать следующие правила:

• Периодически проводить испытания и поверку
• Контролировать уровень изоляции
• Не допускать перегрузки по напряжению
• Следить за состоянием контактных соединений
• Своевременно проводить техническое обслуживание

Правильная эксплуатация позволяет обеспечить надежную и безопасную работу трансформаторов напряжения в течение всего срока службы.

11. Трансформаторы напряжения. Назначение и классификация. Принцип действия.

Трансформаторы напряжения предназначены для измерения напряжения, питания цепей автоматики, сигнализации и релейной защиты линий электропередач от замыкания на землю.

Классификация трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения различаются:

По числу фаз – однофазные и трёхфазные; По числу обмоток – двухобмоточные и трёхобмоточные;

По классу точности, т.е. по допускаемым значениям погрешностей – согласно таблице 2.3;

По способу охлаждения:

трансформаторы с масляным охлаждением (масляные); трансформаторы с естественным

воздушным охлаждением (сухие и с литой изоляцией).

По роду установки:

для внутренней установки; для наружной установки.

Трансформатор напряжения (ТН) по принципу действия и конструктивному выполнению аналогичен обычному силовому трансформатору и состоит из стального сердечника (магнитопровода), собранного из тонких пластин трансформаторной стали, и двух обмоток – первичной и вторичной, изолированных друг от друга и от сердечника.

Устройство и принцип действия трансформатора напряжения

Устройство и схема включения трансформатора напряжения изображены на рисунке 2.14.

Первичная обмотка W₁, имеющая очень большое число витков, включается непосредственно в сеть высокого напряжения, а к вторичной обмотке W₂, имеющей меньшее число витков, подключаются параллельно измерительные приборы и реле:

Рисунок 2.14 – Устройство и схема включения ТН.

Под воздействием напряжения сети по первичной обмотке проходит ток, создающий в сердечнике поток Ф, который, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней э. д.с. Е, равную при разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход трансформатора) напряжению на её зажимах U_2хх.

Напряжение U_2хх, меньше первичного напряжения U₁ во столько раз, во сколько раз число витков вторичной обмотки W₂ меньше числа витков первичной обмотки W₁:;

Отношения чисел витков обмоток называется коэффициентом трансформации и обозначается n_н:

; Следовательно, можно записать:

Если ко вторичной обмотке подключена нагрузка в виде приборов и реле, то напряжение на её зажимах

U₂ будет меньше э.д.с. на величину падения напряжения в сопротивлении вторичной обмотки. Однако

это падение напряжения невелико и им можно пренебречь, тогда: U₁ = U₂n_н и ;

В паспортах на трансформаторы напряжения их коэффициенты трансформации указываются дробью, в

числителе которой – номинальное первичное напряжение, а в знаменателе – номинальное вторичное

напряжение. Для правильного соединения обмоток ТН между собой и правильного подключения к ним реле направления мощности, ваттметров и счётчиков выводы обмоток маркируются определенным образом: начало первичной обмотки – А, конец – Х; начало основной вторичной обмотки – a, конец – х

;

начало дополнительной обмотки a_д, конец – x_д.

Однофазные трансформаторы напряжения в зависимости от назначения соединяются между собой в различные схемы.

На рисунке 2.16 приведены основные схемы соединения однофазных ТН.

Рисунок 2.16 – Схемы соединения обмоток однофазных трансформаторов напряжения с одной вторичной обмоткой.

На рисунке а) представлена схема включения одного ТН на междуфазное напряжение АС.

Эта схема применяется, когда для защиты или измерений нужно только одно междуфазное напряжение.

На рисунке б) приведена схема соединения 2-х ТН в открытый треугольник (или

неполную звезду). Эта схема применяется, когда для защиты или измерений нужно иметь два или три междуфазных напряжения.

На рисунке в) приведена схема соединения трёх однофазных ТН в звезду. Эта схема получила широкое распространение и применяется когда для защиты и измерений нужны фазные напряжения или же одновременно фазные и междуфазные напряжения.

Соединение 3-х однофазных ТН по схеме треугольник – звезда представлена на рисунке г). Эта схема обеспечивает напряжение на вторичной стороне, равное

На рисунке д) представлена схема соединения обмоток 3‑х однофазных ТН в фильтр напряжения нулевой последовательности. В этой схеме первичные обмотки ТН соединяются в звезду с заземлённой нейтралью, а вторичные обмотки соединяются последовательно, образуя разомкнутый (не замкнутый) треугольник

. Напряжение на зажимах разомкнутого треугольника равно геометрической сумме напряжений нулевой последовательности вторичных обмоток:

;

Так как сумма 3‑х фазных напряжений равна утроенному напряжению нулевой последовательности, то

;

Следовательно, на зажимах схемы разомкнутого треугольника получается напряжение, пропорциональное напряжению нулевой последовательности.

В нормальных режимах и при к.з. без земли U_p=0, т.к. векторы напряжений не содержат нулевой последовательности.

При к.з. на землю в сетях с заземлённой нейтралью и при замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью геометрическая сумма фазных напряжений не равна нулю за счёт появления напряжения нулевой последовательности. На зажимах разомкнутого треугольника появится напряжение нулевой последовательности 3U₀.

Таким образом, рассмотренная схема является фильтром напряжений нулевой последовательности.

Следует отметить, что обязательным условием работы рассмотренной схемы д) в качестве фильтра U₀ является заземление нейтрали первичных обмоток ТН, так как при отсутствии заземления первичным обмоткам ТН будут подводиться не фазные напряжения относительно земли, а фазные напряжения относительно изолированной нейтрали, сумма напряжения которых не содержит U₀. Их сумма всегда равна нулю и при замыканиях на землю напряжение на выходе схемы будет отсутствовать.

На рисунке 2.17 представлена схема соединения трансформатора напряжения, имеющего две вторичные обмотки. Здесь первичная и основная вторичная обмотки соединены в звезду, а дополнительная вторичная обмотка соединена в схему разомкнутого треугольника (на сумму фазных напряжений – для получения напряжения нулевой последовательности, необходимого для включения реле напряжения и реле направления мощности защиты от однофазных к. з. в сетях с заземлённой нейтралью, а также для устройств контроля изоляции действующих на сигнал в сетях с изолированной нейтралью).

Рисунок 2.17 – Схема соединений обмоток ТН с двумя вторичными обмотками.

Как известно, сумма 3-х фазных напряжений в нормальном режиме, а также при 2-х и 3-х фазных к.з. равна нулю. Поэтому в этих условиях напряжение на выводах разомкнутого треугольника будет равно нулю.

Обычно на выводах разомкнутого треугольника в нормальном режиме (при отсутствии замыкания на землю) имеется небольшое напряжение величиной 0,5-2 В, которое называется напряжением небаланса.

При однофазном.к.з. в сети с заземлённой нейтралью фазное напряжение повреждённой фазы становится равным нулю, а геометрическая сумма фазных напряжений 2-х неповрежденных фаз оказывается равной фазному напряжению.

При однофазных замыканиях на землю в сети с изолированной нейтралью напряжения неповреждённых фаз становятся равными междуфазному напряжению, а их геометрическая сумма оказывается равной утроенному фазному напряжению. В этом случае, чтобы на реле напряжение не превосходило номинального значения, равного 100 В, у ТН, предназначенных для работы в сетях с изолированными нейтралями, вторичные дополнительные обмотки, соединяемые в схему разомкнутого треугольника, имеют повышенный в 3 раза коэффициент трансформации (например, . Следует иметь в виду, чтопри включении первичных обмоток ТН на фазные напряжения они должны соединяться в звезду, нулевая точка которой обязательно должна соединяться с землёй. Заземление первичных обмоток необходимо для того, чтобы при однофазном.к.з или замыканиях на землю в сети, где установлен ТН, приборы и реле, включенные на его вторичную обмотку, правильно измеряли напряжения фаз относительно земли.

Заземление вторичных обмоток также обязательно независимо от их схемы соединения т.к. это заземление является защитным – обеспечивает безопасность персонала при попадании высокого напряжения во вторичные цепи. Обычно заземляется один из фазных проводов (как правило, фаза В) или нулевая точка звезды.

Первичные обмотки ТН до 35 кВ подключаются к сети через высоковольтные предохранители для быстрого отключения от сети повреждённого ТН.

Для защиты обмоток ТН при повреждениях во вторичных цепях устанавливаются автоматические выключатели (или предохранители) низкого напряжения.

Вторичные цепи ТН должны выполняться с высокой степенью надёжности, исключающей обрывы и потерю контактов для исключения исчезновения напряжения на защитах, так как исчезновение напряжения будет восприниматься защитами как понижение напряжения при к.з. в защищаемой сети и может привести к их неправильному действию. Исчезновение напряжения от ТН вследствие неисправностей или перегорания предохранителей также будет восприниматься защитами как потеря напряжения и также может привести к их неправильному действию. Поэтому защиты, реагирующие на понижение напряжения, выполняются так, что отличают к.з. от неисправности во вторичных цепях, либо снабжаются специальными устройствами – блокировками при неисправностях в цепях напряжения.

Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения — Студопедия

Поделись  

В зависимости от назначения могут применяться трансформаторы напряжения с различными схемами соединения обмоток. Для измерения трех междуфазных напряжений можно использовать два однофазных двухобмоточных трансформатора НОМ, НОС, НОЛ, соединенных по схеме открытого треугольника (рис. 2, а), а также трехфазный двухобмоточный трансформатор НТМК, обмотки которого соединены в звезду (рис. 2, б). Для измерения напряжения относительно земли могут применяться три однофазных

Рис. 2 Схемы соединения трансформаторов напряжения

трансформатора, соединенных по схеме Y₀/Y₀, или трехфазный трехобмоточный трансформатор НТМИ (рис. 2, в). В последнем случае обмотка, соединенная в звезду, используется для присоединения измерительных приборов, а к обмотке, соединенной в разомкнутый треугольник, присоединяется реле защиты от замыканий на землю. Таким же образом в трехфазную группу соединяются однофазные трехобмоточные трансформаторы типа ЗНОМ и каскадные трансформаторы НКФ.

4. Конструкции трансформаторов напряжения

По конструкции различают трехфазные и однофазные трансформаторы. Трехфазные трансформаторы напряжения применяются при напряжении до 18 кВ, однофазные — на любые напряжения. По типу изоляции трансформаторы могут быть сухими, масляными и с литой изоляцией (соответственно буквы С, М или Л в обозначении типа трансформатора).

Трансформаторы напряжения с масляной изоляцией применяются на напряжение 6 — 1150 кВ в закрытых и открытых распределительных устройствах. В этих трансформаторах обмотки и магнитопровод залиты маслом, которое служит для изоляции и охлаждения.

Рис. 3. Трансформаторы напряжения однофазные масляные:

а – тип НОМ – 35; б тип ЗНОМ – 35; 1 – вывод высокого напряжения; 2 – коробка выводов низкого напряжения; 3 – бак.

Следует отличать однофазные двухобмоточные трансформаторы НОМ-6, НОМ-10, НОМ-15, НОМ-35 от однофазных трехобмоточных ЗНОМ-15, ЗНОМ-20, 3HOM-35.

Схема обмоток первых показана на рис. 3, а. Такие трансформаторы имеют два ввода ВН и два ввода НН, их можно соединить по схемам открытого треугольника, звезды, треугольника. У трансформаторов второго типа (рис. 3, б) один конец обмотки ВН заземлен, единственный ввод ВН расположен на крышке, а вводы НН — на боковой стенке бака. Обмотка ВН рассчитана на фазное напряжение, основная обмотка НН — на В, дополнительная обмотка — на 100/3 В. Такие трансформаторы называются заземляемыми и соединяются по схеме, показанной на рис. 2, в.

Трансформаторы типов ЗНОМ-15, ЗНОМ-20, ЗНОМ-24 устанавливаются в комплектных шинопроводах мощных генераторов. Для уменьшения потерь от намагничивания их баки выполняются из немагнитной стали.

Все шире применяются трансформаторы напряжения с литой изоляцией. Заземляемые трансформаторы напряжения серии 3HQJI.06 имеют пять исполнений по номинальному напряжению: 6, 10, 15, 20 и 24 кВ. Магнитопровод в них ленточный, разрезной, С-образный, что позволило увеличить класс точности до 0,2. Такие трансформаторы имеют небольшую массу, могут устанавливаться в любом положении, пожаробезопасны.

В установках 110 кВ и выше применяются трансформаторы напряжения каскадного типа НКФ. В этих трансформаторах обмотка ВН равномерно распределяется по нескольким магнитопроводам, благодаря чему облегчается ее изоляция. Трансформатор НКФ-110 (рис. 4) имеет двухстержневой магнитопровод, на каждом стержне которого расположена обмотка ВН, рассчитанная на U_ф /2. Так как общая точка обмотки ВН соединена с магнитопроводом, то он по отношению к земле находится под потенциалом U_ф/2. Обмотки ВН изолируются от магнитопровода также на U_ф/2. Обмотки НН (основная и дополнительная) намотаны на нижнем стержне магнитопровода. Для равномерного распределения нагрузки по обмоткам ВН служит обмотка связи П. Такой блок, состоящий из магнитопровода и обмоток, помещается в фарфоровую рубашку и заливается маслом.

Рис. 4. Трансформатор напряжения НКФ-110:

а — схема; б — конструкция: 1 — ввод высокого напряжения; 2 — маслорасширитель; 3 — фарфоровая рубашка; 4 — основание; 5 — коробка вводов НН

Трансформаторы напряжения на 220 кВ состоят из двух блоков, установленных один над другим, т.е. имеют два магнитопровода и четыре ступени каскадной обмотки ВН с изоляцией на U_ф/4. Трансформаторы напряжения НКФ-330 и НКФ-500 соответственно имеют три и четыре блока, т. е. шесть и восемь ступеней обмотки ВН.

Чем больше каскадов обмотки, тем больше их активное и реактивное сопротивления, возрастают погрешности, и поэтому трансформаторы НКФ-330, НКФ-500 выпускаются только в классах точности 1 и 3. Кроме того, чем выше напряжение, тем сложнее конструкция трансформаторов напряжения, поэтому в установках 500 кВ и выше применяются трансформаторные устройства с емкостным отбором мощности, присоединенные к конденсаторам высокочастотной связи С1 с помощью конденсатора отбора мощности С2 (рис. 5, а). Напряжение, снимаемое с С2 (10—15 кВ), подается на трансформатор TV, имеющий две вторичные обмотки, которые соединяются по такой же схеме, как и у трансформаторов НКФ или ЗНОМ. Для увеличения точности работы в цепь его первичной обмотки включен дроссель L, с помощью которого контур отбора напряжения настраивается в резонанс с конденсатором С2. Дроссель L и трансформатор TV встраиваются в общий бак и заливаются маслом. Заградитель ЗВ не пропускает токи высокой частоты в трансформатор напряжения. Фильтр присоединения Z предназначен для подключения высокочастотных постов защиты. Такое устройство получило название емкостного трансформатора напряжения НДЕ. На рис. 6 показана установка НДЕ-500-72.

При надлежащем выборе всех элементов и настройке схемы устройство НДЕ может быть выполнено на класс точности 0,5 и выше. Для установок 750 и 1150 кВ применяются трансформаторы НДЕ-750 и НДЕ-1150

Рис. 5. Схема трансформатор напряжения НДЕ:

Рис. 6. Конструкция трансформатор напряжения НДЕ – 500 – 72.:

1 — делитель напряжения; 2 — разъеди нитель; 3 — трансформатор напряжения и дроссель; 4 — заградитель высоко частотный; 5 — разрядник; 6 — привод



СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

 

Схема соединения трансформаторов напряжения в звезду, приведенная на рис.6.5, а, предназначена для получения напряжений фаз относительно земли и междуфазных (линейных) напряжений. Три первичные обмотки TV1 соединяются в звезду. Начала каждой обмотки (А, В, C)присоединяются к соответствующим фазам ЛЭП, а концы X, Y, Z объединяются в общую точку (нейтраль N1)и заземляются. При таком включении к каждой первичной обмотке TV1 подводится напряжение фазы ЛЭП относительно земли. Концы вторичных обмоток TV1 (х, у, z на рис.6.5, а) также соединяются в звезду, нейтраль которой N2 связывается с нулевой точкой нагрузки N3 (сопротивления 1, 2, 3). В приведенной схеме нейтраль первичной обмотки (точка N1)жестко связана с землей и имеет потенциал, равный нулю, такой же потенциал будет иметь нейтраль N2 и связанная с ней нейтраль нагрузки N3. При такой схеме фазные напряжения на вторичной стороне соответствуют фазным напряжениям относительно земли первичной стороны. Заземление нейтрали первичной обмотки ТН и наличие нулевого провода во вторичной цепи являются обязательным условием для получения фазных напряжений относительно земли.

Соединение обмоток ТН по схеме ^y/_y обычно выполняется по 12-й группе. Эта схема может быть осуществлена посредством трех однофазных ТН или одного трехфазного пятистержневого ТН. Трехфазные трехстержневые ТН для данной схемы применяться не могут, так как в их магнитопроводе отсутствуют пути для замыкания магнитных потоков НП Ф₀, создаваемых током I₀ в первичных обмотках при замыканиях на землю в сети. В этом случае поток Ф₀ замыкается через воздух по пути с большим магнитным сопротивлением. Это приводит к уменьшению сопротивления НП трансформатора и резкому увеличению I_нам. Повышенный I_нам вызывает недопустимый нагрев трансформатора, в связи с чем применение трехстержневых ТН
недопустимо. В пятистержневых трансформаторах для замыкания потоков служат четвертый и пятый стержни магнитопровода (рис.6.6).

Схема соединений обмоток ТН в открытый треугольник изображена на рис. 6.7. Она выполняется при помощи двух однофазных ТН, включенных на два междуфазных напряжения, например U_AB и U_BC . Напряжение на зажимах вторичных обмоток ТН всегда пропорционально междуфазным напряжениям, подведенным с первичной стороны. Между проводами вторичной цепи включаются реле. Схема позволяет получать все три междуфазных напряжения U_AB, U_BC и U_AC.

Схема соединений обмоток однофазных ТН в фильтр напряжения НП выполняется посредством трех однофазных ТН, как показано на рис.6.8. Первичные обмотки соединены в звезду с заземленной нейтралью, а вторичные – последовательно, образуя незамкнутый треугольник. К зажимам разомкнутых вершин треугольника подсоединяются реле. Напряжение U_pна зажимах разомкнутого треугольника равно геометрической сумме напряжений вторичных обмоток: U_p = U_а + U_b + U_c.

Так как сумма трех фазных напряжений равна утроенному напряжению НП, выражая вторичные напряжения через первичные, получаем

(6.4)

В нормальных условиях напряжения фаз симметричны, U_p = 0. При КЗ без земли также U_p = 3U₀= 0 (см. гл. 1). При КЗ на землю (одно- и двухфазных) на зажимах разомкнутого треугольника ТН появляется напряжение U_p= 3U₀/K_U.

Напряжения прямой и обратной последовательностей образуют симметричные звезды и поэтому при суммировании в цепи разомкнутого треугольника всегда дают нуль на его зажимах.

Рассмотренная схема является фильтром НП. Необходимым условием работы схемы вкачестве фильтра НП является заземление нейтрали первичной обмотки ТН. Применяя однофазные ТН с двумя вторичными обмотками, можно соединить одну из них по схеме звезды, а вторую – по схеме разомкнутого треугольника (рис.6.9). Номинальное вторичное напряжение у обмотки, предназначенной для соединения в разомкнутый треугольник, принимается равным для сетей с заземленной нейтралью 100 В, а для сетей с изолированной нейтралью 100/3 В.

Схема соединения обмоток трехфазных ТН в фильтр напряжения НП. Для получения 3U₀ от трехфазного пятистержневого ТН (см. рис.6.6) на каждом из его основных стержней 1, 2 и 3 выполняется дополнительная (третья) обмотка, соединяемая по схеме разомкнутого треугольника. Напряжение на выводах этой обмотки появляется только при КЗ на землю, когда возникают магнитные потоки НП, замыкающиеся по четвертому и пятому стержням магнитопровода. Схемы с пятистержневым ТН позволяют получать одновременно с напряжением НП фазные и междуфазные напряжения.

 

 

---

Дата добавления: 2016-09-26; просмотров: 7023; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

---

Как работает трансформатор напряжения ~ Изучение электротехники

Функция трансформатора основана на том принципе, что электрическая энергия эффективно передается за счет магнитной индукции из одной цепи в другую. В основном трансформатор состоит из двух или более обмоток, размещенных на одном и том же магнитном пути. Обмотка, на которую подается электрическая энергия, называется первичной обмоткой, а обмотка, к которой подключена нагрузка, называется вторичной обмоткой. Ниже показано типичное действие двухобмоточного трансформатора:

Действие трансформатора

Когда первичная обмотка трансформатора питается от источника переменного тока (AC), в трансформаторе создается переменное магнитное поле. Переменные магнитные силовые линии, называемые «потоком», проходят через сердечник. При второй (вторичной) обмотке вокруг того же сердечника напряжение индуцируется переменными силовыми линиями. Нагрузка, подключенная к клеммам вторичной обмотки, приводит к протеканию тока.

Части трансформатора

Трансформатор состоит из двух основных неподвижных частей:

(a) Многослойный железный сердечник

(b) Обмотки (первичная и вторичная)

Многослойный железный сердечник1

Железный сердечник трансформатора состоит из листов катаного железа. Это железо обрабатывается таким образом, чтобы оно имело высокое качество магнитной проводимости (высокую магнитную проницаемость) по всей длине сердечника. Проницаемость — это термин, используемый для обозначения случая, при котором материал будет проводить магнитные силовые линии.

Железо также имеет высокое омическое сопротивление поперек пластин (по толщине сердечника). Листы железа необходимо ламинировать, чтобы уменьшить нагрев сердечника. Существует два распространенных типа сердечников трансформаторов:

(a) Тип сердечника

(b) Тип корпуса

Тип сердечника и корпуса трансформаторов форма) трансформатора, обмотки которого окружают сердечник. В оболочечном трансформаторе стальной магнитопровод (сердечник) образует оболочку, окружающую обмотки. В сердечнике обмотки находятся снаружи; в виде оболочки обмотки находятся внутри. Обмотки Трансформатор имеет две обмотки; первичная обмотка и вторичная обмотка. Первичная обмотка представляет собой катушку, которая получает энергию. Он формируется, наматывается и надевается на железный сердечник. Вторичная обмотка представляет собой катушку, которая разряжает энергию при преобразованном или измененном напряжении. Типы трансформаторов Трансформаторы классифицируются по различным критериям. Однако вот список наиболее распространенных универсальных типов трансформаторов: (a) Однофазные трансформаторы (b) Трехфазные трансформаторы (c) Трансформаторы напряжения или напряжения (d) Автотрансформаторы (e) Трансформаторы тока (f) Силовые трансформаторы напряжения 2 2 трансформатора Напряжение на обмотках трансформатора прямо пропорционально числу витков на витках обмоток. Эта связь выражается формулой: Voltage ratio of a transformer Where: Vp = voltage on primary coils, V Vs = voltage on secondary coils, V Np = number of turns on primary coils Ns = число витков вторичной обмотки Отношение Vp/Vs называется коэффициентом напряжения (VR). Отношение Np/Ns называется коэффициентом витков (TR). Соотношение напряжений 1:4 (читается как 1 к 4) означает, что на каждый вольт на первичной обмотке трансформатора приходится 4 В на вторичной обмотке. Когда вторичное напряжение больше первичного, трансформатор называется повышающим. Соотношение напряжений 4:1 означает, что на каждые 4 В на первичной обмотке приходится только 1 В на вторичной. Когда вторичное напряжение меньше первичного, трансформатор называется понижающим. Коэффициент тока Ток в катушках трансформатора обратно пропорционален напряжению в катушках. Эта связь выражается уравнением: коэффициент тока трансформатора 9 Is = ток вторичной обмотки, А КПД трансформатора КПД трансформатора равен отношению выходной мощности вторичной обмотки к мощности, подводимой к первичной обмотке. Идеальный трансформатор имеет 100-процентный КПД, потому что он отдает всю получаемую энергию. Однако из-за потерь в сердечнике и меди КПД даже самого лучшего трансформатора составляет менее 100 процентов. Выражено как уравнение: Эффективность трансформатора Где: EFF = Эффективность PS = Power Outcory = Входная мощность — CORE потеря вход в первичную обмотку Эффективность хорошо спроектированных трансформаторов очень высока, в среднем более 98 процентов (%) для силовых трансформаторов. Единственные потери в трансформаторе связаны с потерями в сердечнике, которые идут на поддержание переменного магнитного поля, потерями сопротивления в катушках и мощностью, используемой для охлаждения больших трансформаторов, требующих охлаждения. Основной причиной высокого КПД трансформаторов по сравнению с другим оборудованием является отсутствие движущихся частей. Трансформаторы называются статическими машинами переменного тока. Цепи трансформаторов Цепи трансформаторов Применение закона напряжения к первичной и вторичной цепям трансформатора дает: Трансформатор является наиболее распространенным применением концепции взаимной индуктивности. В трансформаторе эффект взаимной индуктивности заключается в том, что первичная цепь потребляет больше энергии от источника питания в ответ на увеличение нагрузки на вторичную. Например, если сопротивление нагрузки во вторичной обмотке уменьшается, то требуемая мощность увеличивается, заставляя первичную сторону трансформатора потреблять больше тока для обеспечения дополнительной потребности. Решения уравнения цепи Расчет Index Transformer concepts Faraday’s law concepts Inductance concepts   HyperPhysics***** Electricity and Magnetism R Nave Назад Уравнение вторичной цепи соответствует схеме RL, управляемой источником напряжения: Ток первичной цепи определяется по формуле: Обратите внимание, что эффективный импеданс первичной цепи содержит не только связь взаимного импеданса, но и содержит условия, зависящие от вторичного нагрузочного резистора R. Когда R меньше (большая нагрузка), Z P становится меньше и резистивнее, берет больше энергии от основного источника. Для идеальной связи взаимная индуктивность становится равной . Разработка уравнений Численный пример Расчет мощности Индекс Концепции трансформаторов Концепции индуктивности Цепи переменного тока   Гиперфизика***** Электричество и магнетизм R Ступица Назад 1444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444449н R S Ohms V P Volts V S Volts I P Amps I S Ампер P P Вт P S Watts Open 119 238 3. 2 0 50 0 100 99 198 4.8 2.0 114 395 20 60 120 12.1 6.0 729 717 5 24 48 19,2 9,6 1844 460 14449 5. 7 11.4 22.9 11.4 2612 131 Разработка уравнений График данных Расчет Индекс Концепции трансформаторов Концепции индуктивности Цепи переменного тока   Гиперфизика***** Электричество и магнетизм R Ступица Назад Таблица данных и объяснение Добавление аннотаций к кривым нагрузки Расчет Указатель Концепции трансформаторов Концепции индуктивности Цепи переменного тока   Гиперфизика***** Электричество и магнетизм R Ступица Назад Имеется практический средний диапазон сопротивлений нагрузки для работы трансформатора. В приведенном выше примере вы можете видеть, что максимальная выходная мощность достигается при сопротивлении нагрузки от 15 до 20 Ом. Когда вторичная обмотка потребляет слишком большую нагрузку, первичная обмотка нагревается, и громкость слышимого «гула» трансформатора увеличивается. Мой брат, Эдгар Нэйв, работал в сфере коммерческого электротехнического строительства и монтировал много больших трансформаторов. Он сообщает об инцидентах, когда вторичная обмотка трансформатора была закорочена, и говорит, что трансформатор «завизжал», как раненый зверь, прежде чем сжечь первичную обмотку. Таблица данных и объяснение Схема и принципиальная схема Расчет Index Transformer concepts Inductance concepts AC Circuits   HyperPhysics***** Electricity and Magnetism R Nave Назад Применение закона напряжения к первичной и вторичной цепям трансформатора дает: Получение уравнений цепи требует одновременного решения уравнений первичной и вторичной цепи. Этому решению способствует использование метода комплексного импеданса, предполагающего синусоидальное напряжение питания с угловой частотой ω. В стандартной практике переменного тока используются среднеквадратичные значения токов и напряжений, а в методе комплексного импеданса производная тока dI/dt = jωI. Уравнения первичного и вторичного контура тогда принимают вид: Из уравнения вторичной цепи можно найти выражение для вторичного тока I S . Это можно подставить в уравнение первичного контура: Последний член можно рационализировать, умножив числитель и знаменатель на дача Это позволяет разделить действительную и мнимую части и оформить выражение в виде стандартного комплексного числа. Это можно записать в виде стандартного импеданса цепи переменного тока Z: где Уравнения цепи трансформатора Решения уравнения цепи Расчет Индекс Концепции трансформаторов Концепции закона Фарадея Концепции индуктивности   Гиперфизика***** Электричество и магнетизм R Ступица Вернуться назад Трансформатор напряжения (PT) — Типы трансформаторов напряжения Задумывались ли вы когда-нибудь о том, как измеряются высокие напряжения и силы тока, так как с ними довольно опасно работать, а используемый нами прибор не может работать с такими высокими уровнями напряжения или силы тока. Для этой конкретной цели используются измерительные трансформаторы, которые снижают его до безопасного уровня, позволяя осуществлять непрерывный мониторинг высокого напряжения и тока. Трансформатор тока CT и трансформатор напряжения PT представляют собой два измерительных трансформатора, используемых для измерения больших токов и напряжений. Содержание Что такое трансформатор? Трансформатор — это устройство, передающее электрическую энергию из одной цепи в другую за счет взаимной индукции. Он имеет две катушки, то есть первичную и вторичную, которые магнитно связаны и электрически изолированы. Они используются для увеличения или уменьшения уровней напряжения и тока без изменения их частоты. Существуют различные типы трансформаторов, используемых для конкретных применений, таких как силовые трансформаторы, автотрансформаторы, измерительные трансформаторы и т. д. Измерительный трансформатор можно разделить на трансформатор тока (ТТ) и трансформатор напряжения (ПН). Точно так же, как трансформатор тока используется для снижения уровня тока для измерения, PT используется для снижения уровня напряжения. Что такое трансформатор напряжения? Трансформатор напряжения (также известный как трансформатор напряжения) относится к типу измерительных трансформаторов. Это понижающий трансформатор напряжения, который снижает высокое напряжение до более безопасного низкого уровня. Выходное напряжение трансформатора напряжения можно измерить, подключив обычный вольтметр. Кроме того, он также обеспечивает изоляцию между силовой цепью высокого напряжения и измерительной цепью низкого напряжения. Похожие сообщения: Трансформаторы тока (ТТ) – типы, характеристики и области применения Автотрансформатор – типы, работа, преимущества и применение Конструкция трансформатора напряжения Трансформатор напряжения или PT может иметь такую ​​же конструкцию, как и любой обычный трансформатор. Он имеет первичную и вторичную обмотку. Количество витков в первичной обмотке больше, чем количество витков во вторичной обмотке, потому что это понижающий трансформатор. Конструкция и материал, используемые для PT, помогают достичь большей точности. Поэтому экономия используемого материала не считается важной. Вот некоторые моменты, которые используются при построении ПТ. Размер проводника, используемого в обмотках, большой. Обмотки намотаны коаксиально для уменьшения реактивного сопротивления рассеяния. Кожуховая конструкция используется для низкого напряжения Структура типа сердечника используется для высоких напряжений. Первичные обмотки высокого напряжения разделены на секции для снижения стоимости изоляции. Обмотки также покрыты лаковым кембриком для снижения стоимости изоляции. В качестве разделителя между витками используется жесткое волокно. Сердечник изготовлен из высококачественного материала с низкой магнитной индукцией. Материал сердечника позволяет ему работать при низком токе намагничивания. Клеммы PT сконструированы таким образом, что изменение соотношения напряжений с нагрузкой минимально. Фазовый сдвиг между входом и выходом должен быть минимальным при изменении нагрузки. Для высокого напряжения маслонаполненный трансформатор используется для увеличения изоляции, а маслонаполненный ввод используется для соединения с линией высокого напряжения. Работа трансформатора напряжения Работа PT аналогична работе любого обычного трансформатора. Электрическая энергия передается между первичной и вторичной обмотками за счет магнитной индукции. Переменное напряжение на первичной обмотке создает переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора. Поскольку обе обмотки используют один и тот же сердечник, этот переменный поток индуцирует напряжение во вторичной обмотке. Таким образом, во вторичной обмотке начинает течь ток. Поскольку в первичной обмотке больше витков, чем во вторичной, индуцированное во вторичной обмотке напряжение очень низкое. Вторичное напряжение измеряется с помощью стандартного низковольтного вольтметра. Используя уравнение коэффициента трансформации трансформатора, мы можем рассчитать первичное напряжение. В P /V S = N P /N S Где В P = Первичное напряжение В S = вторичное напряжение N P = количество витков в первичной обмотке N S = количество витков вторичной обмотки Поскольку вольтметр имеет очень высокий импеданс, очень малый ток протекает через вторичные обмотки ПТ. по той же причине PT имеет очень низкие номинальные значения ВА, около 200 ВА. Похожие сообщения: Что такое трансформатор? Его конструкция, работа, типы и применение Типы трансформаторов и их применение Подключение трансформатора напряжения Трансформатор напряжения подключается параллельно цепи, в отличие от ТТ, который подключается последовательно. Первичная обмотка ПТ напрямую подключена к линии электропередачи, напряжение которой измеряется. В то время как вторичная обмотка подключена к прибору для измерения напряжения, такому как вольтметр, ваттметр и т. д. Поскольку напряжение во вторичной обмотке очень низкое, для его измерения можно использовать обычный вольтметр. Первичная и вторичная обмотки PT магнитно связаны за счет взаимной индукции, при этом первичное напряжение уменьшается в зависимости от коэффициента трансформации трансформатора. Первичное напряжение может достигать нескольких тысяч вольт, а вторичное напряжение падает ниже 110 В. Обе обмотки электрически изолированы, но из соображений безопасности вторичная обмотка заземлена с одного конца. Типы трансформаторов напряжения в зависимости от функции Трансформатор напряжения можно разделить на два типа в зависимости от его функции Трансформатор измерительного напряжения Трансформаторы измерительного типа представляют собой измерительные трансформаторы, используемые для измерения напряжения. Это трансформаторы низкого номинала с высокой точностью. Защита Трансформатор напряжения Такой тип PT используется для обеспечения защиты, поскольку его обмотки электрически изолированы, а сторона низкого напряжения не связана напрямую со стороной высокого напряжения. Типы трансформаторов напряжения по конструкции Трансформатор напряжения можно разделить на два типа в зависимости от его конструкции Электромагнитный трансформатор напряжения Трансформатор напряжения, использующий электромагнитную индукцию для преобразования высокого напряжения в низкое, называется электромагнитным преобразователем напряжения. Это обычные трансформаторы с обмоткой, первичная и вторичная обмотки которых намотаны вокруг магнитопровода. Поэтому их также называют трансформаторами напряжения с обмоткой, имеющими кожухо-сердечниковый тип. В таких ПТ не используются какие-либо другие электронные компоненты для снижения напряжения, такие как конденсатор. Недостатком электромагнитного ПП является проблема с изоляцией при высоком напряжении. Из-за чего его конструкция становится очень сложной для напряжения выше 10кВ. Поэтому для устранения проблемы изоляции используются емкостные делители следующего типа. Похожие сообщения: Использование и применение трансформатора Уравнение ЭДС трансформатора Емкостный трансформатор напряжения Это комбинация емкостного делителя напряжения и электромагнитного трансформатора (вспомогательный трансформатор). Емкостный делитель потенциала используется для разделения высокого линейного напряжения, чтобы снизить его ниже 10 кВ. Конденсаторы соединены последовательно на первичной обмотке вспомогательного трансформатора. Вспомогательный трансформатор дополнительно снижает напряжение, измеряемое вольтметром с высокой точностью. Эти трансформаторы используются для линий электропередач. Ошибки в трансформаторе напряжения В идеальном трансформаторе первичное и вторичное напряжение находятся в точной пропорции относительно его витков, и оба они совпадают по фазе. Но на практике происходит падение напряжения на первичной обмотке из-за ее реактивного сопротивления, что создает ошибку соотношения напряжений и ошибку фазового сдвига. Вот некоторые из ошибок, которые могут возникнуть в PT. Ошибка отношения Ошибка отношения — это изменение отношения напряжений из-за изменения нагрузки. Переменная нагрузка изменяет ток намагничивания и потери в сердечнике, которые влияют на вторичное напряжение ПТ. Проще говоря, его номинальное соотношение отличается от фактического. Ошибка соотношения определяется как Ошибка соотношения = (номинальное соотношение – фактическое соотношение) / фактическое соотношение /R} x 100 Где K n = номинальное передаточное отношение (номинальное передаточное отношение) R = Фактическое отношение первичного напряжения к вторичному Номинальный коэффициент представляет собой отношение номинального первичного напряжения к номинальному вторичному напряжению. Похожие сообщения: Эффективность трансформатора, эффективность в течение всего дня и условия для максимальной эффективности Что такое регулировка напряжения трансформатора? Ошибка соотношения напряжений Ошибка соотношения напряжений представляет собой разницу между идеальным напряжением и практическим или фактическим напряжением. Вот формула для нахождения ошибки соотношения напряжений Ошибка соотношения напряжений = (V P — K N V S )/ V P % Ошибка соотношения напряжения = {V P — K N V S )/ V N V S )/ V 4. Где K n = Номинальное отношение (Номинальное отношение) В P = фактическое первичное напряжение В S = фактическое вторичное напряжение Ошибка фазового угла Ошибка фазового угла представляет собой разницу между фазой первичного напряжения и инвертированным вторичным напряжением. В идеале первичное напряжение находится в фазе с вторичным напряжением в обратном направлении. Но на практике есть реактивное сопротивление обмоток, которое сдвигает фазу вторичного напряжения, создавая ошибку фазового угла. Векторная диаграмма трансформатора напряжения Векторная диаграмма трансформатора напряжения приведена ниже. Эта векторная диаграмма показывает первичный ток I P , первичное напряжение V P , вторичный ток I S и вторичное напряжение V S . Где В P = первичное напряжение E P = ЭДС первичной индукции R P = Сопротивление первичной обмотки X P = реактивное сопротивление первичной обмотки β = Ошибка фазового угла. I P = первичный ток I o = ток возбуждения I m = ток намагничивания (часть I или ) I w = ток потерь в сердечнике (часть I или ) K n = Передаточное отношение трансформатора Φ м = основной поток В S = Вторичное напряжение E S = ЭДС вторичной индукции R S = Сопротивление вторичной обмотки X S = реактивное сопротивление вторичной обмотки I S = вторичный ток Эталоном данной векторной диаграммы является главный поток Φ м . Первичное наведенное напряжение получается вычитанием потерь из-за сопротивления первичной обмотки R P и реактивного сопротивления X P . Падение напряжения на первичных обмотках I P R P , реактивное сопротивление обмоток I P X P . Ток возбуждения I o представляет собой векторную сумму тока намагничивания I м и тока потерь в сердечнике I Вт . Векторная сумма тока возбуждения I o и обратного вторичного тока I S , умноженная на коэффициент трансформации 1/K n , дает первичный ток I P . Вследствие взаимной индукции первичная ЭДС преобразуется во вторичную ЭДС E S во вторичных обмотках. Вторичное напряжение V S , которое появляется на выходе вторичных обмоток, получается путем вычитания падений напряжения из-за сопротивления вторичных обмоток R S и реактивного сопротивления X S . Related Posts: Система противопожарной защиты трансформаторов – причины, типы и требования Фазирование трансформатора: точечное обозначение и точечное обозначение Преимущества и недостатки трансформатора напряжения Преимущества Вот некоторые преимущества трансформатора напряжения. Помогает измерять очень высокие напряжения, особенно при использовании емкостного трансформатора напряжения. Трансформатор напряжения позволяет обычному вольтметру измерять очень высокие напряжения. Обеспечивает защиту за счет гальванической развязки между вольтметром и линией высокого напряжения. Недостатки Вот некоторые недостатки трансформатора напряжения. Не может использоваться для измерения высокого напряжения постоянного тока, а только переменного тока. Дорого стоят по сравнению с обычным трансформатором. Похожие записи 31.08.2023 0 Микросхема 358: подробный обзор, применение и характеристики операционного усилителя 30.08.2023 0 Радиозвонок схема. Радиозвонок своими руками: схемы, устройство и монтаж беспроводного дверного звонка 29.08.2023 0 Электросхема ваз 2105 инжектор. Электросхема ВАЗ 2105: особенности, устройство и основные неисправности Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт