Как работает трансформатор тока: Трансформатор тока: принцип работы, виды, характеристика, фото

принцип работы для измерения параметров электросетей

Содержание

• 1 Индуктивные связи в ТТ
• 2 Особенности трансформации энергии для ТТ
• 3 Особенности конструкции ТТ
• 4 Измерительные ТТ и ТН
• 5 Область применения ТТ
• 6 Классы точности ТТ
• 7 Видео

Трансформаторы тока (далее по тексту – ТТ) относятся к категории устройств, преобразующих параметры электромагнитных систем при помощи индуктивно связанных обмоток магнитопроводов. Принцип действия трансформатора тока, основанный на законе электромагнитной индукции, используется в ТТ при передаче и распределении электрической энергии, в развязках электрических цепей, при измерении параметров высоковольтных сетей и токов большой мощности. На рис. ниже показан трансформатор тока модели ТЛМ-10, используемый в системах управления и измерений электрических цепей с номинальным напряжением 10 кВ.

Трансформатор тока модели ТЛМ-10

Индуктивные связи в ТТ

Принцип работы трансформатора тока представляет собой техническую реализацию закона электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому в замкнутом токопроводящем контуре при изменении магнитного потока возникает электродвижущая сила, называемая в современной электродинамике индуцированной ЭДС. Простейшим объяснением для «чайников», слабо представляющих, из чего состоит трансформатор, не знающих его устройство или что такое индуцированная ЭДС, и как она может влиять на работу сложнейших трансформаторных систем, послужит схема индуктивных связей трансформатора, приведенная ниже.

Дополнительная информация. Индуктивными связями называют связи между электрическими цепями посредством магнитных полей.

Схема индуктивных связей трансформатора

На схеме показаны три основных элемента трансформатора:

• поз. 1 – магнитопровод, служащий для размещения токопроводящих контуров-обмоток;
• поз. 2 – первичный контур, называемый первичной обмоткой, к которому подводят электроэнергию переменного тока;
• поз. 3 – вторичный контур, называемый вторичной обмоткой. К нему подключается приемник электроэнергии.

При подаче на первичный контур переменного тока напряжением u1  через первичную обмотку начинает проходить переменный ток I1 , создающий магнитный поток Ф, изменяющийся по такой же синусоидальной гармонике. При этом в обмотке первичного контура индуцируется переменная ЭДС (электродвижущая сила) e1 . Контуры трансформатора находятся в индуктивной связи, поскольку через их обмотки проходит единый поток Ф. Соответственно, изменения магнитного поля в первичном контуре будут изменять магнитный поток, а он, в свою очередь, будет индуцировать во вторичном контуре электродвижущую силу e2 , изменяющуюся в той же гармонике. Под воздействием e2  во вторичном контуре возникает переменный ток I2. При замыкании вторичной обмотки на нагрузку ZН  создается вторичная цепь, которая может служить для применения в приемниках энергии, в выпрямителях, усилителях и других приборах с развязанными электрическими цепями.

По своей сути трансформатор является передатчиком энергии между проводящими контурами, преобразуя их электромагнитные характеристики (лат. transformare означает преобразовывать) в силу тока I , сопротивление R  и напряжение U. В соответствии со сложившейся терминологией проволочные или ленточные изолированные проводящие обмотки, намотанные на магнитопровод из ферромагнитных сталей, называют катушками, а сам магнитопровод – сердечником катушки.

Это важно! Передачу энергии путем создания ЭДС в контурах и трансформацию ее характеристик возможно осуществлять лишь для переменного тока. Постоянный ток также формирует магнитное поле, однако оно является постоянным и неизменяемым, тогда как ЭДС в обмотках катушек трансформатора образуется только при изменении окружающего магнитного поля.

На рис. ниже показана конструкция традиционного трансформатора, состоящего из двух катушек и сердечника, собранного из стальных пластин.

Конструкция традиционного трансформатора

Особенности трансформации энергии для ТТ

Принцип работы генераторов тока в автомобилях

Для чего нужен трансформатор, в чем состоит его практическое предназначение? Зачем трансформаторные приборы присутствуют во всех электрических системах? На все вопросы ответ один – в практике эксплуатации электрических сетей трансформаторы выполняют важнейшую функцию изменения величины тока или напряжения, поданного от генератора переменного тока, для дальнейшего использования в промышленном электрооборудовании и бытовой технике. Данное преобразование называют масштабированием, поскольку сами трансформаторные приборы энергию не создают и не преобразовывают, а всего лишь увеличивают или уменьшают показатели системы переменного тока. Для количественной оценки изменения преобразованного параметра сети – тока или напряжения, введено понятие коэффициента трансформации K, показывающего, во сколько раз отличаются значения этого параметра на входе и выходе. Для напряжения коэффициент трансформации определяется по соотношению KU = U2 /U1, для тока – по формуле:

KI =I2 / I1 .

Если величины напряжения или тока на выходе превышают единицу (K>1), трансформатор называется повышающим. При К<1 трансформатор – понижающего типа. Для идеального трансформатора напряжения с неизменяющейся индуктивной связью между первичным и вторичным контурами коэффициент трансформации согласуется с количеством витков W обмоточного провода на катушках по прямой пропорциональной зависимости:

KU = W2 / W1  = U2 /U1

В этой формуле W2 и W1 указывают количество витков на катушках.

Если рассматривать трансформаторы тока, назначение и принцип действия этих приборов, то для них соблюдается пропорциональность первичного и вторичного тока:

I1 =I2 / KI   или   I2 = I1 * KI.

Функциональное назначение трансформаторов тока заключается в снижении вторичного тока до величины, гарантирующей безаварийную эксплуатацию электрооборудования и безопасность персонала, то есть канонический коэффициент трансформации по току всегда меньше единицы. Для расчета ТТ удобнее пользоваться номинальным коэффициентом трансформации, определяемым как отношение значения номинального I1 к номинальному I2 . В этом случае К больше единицы.

Величину номинального вторичного тока I2н указывают в паспорте каждого конкретного ТТ в качестве одного из параметров изделия. Значение I2н  составляет 1А или 5А. Для номинального первичного тока I1н  установлен стандартный числовой ряд значений от 1А до 40 000А.

Номинальный коэффициент трансформации ТТ определяют как отношение I1н  к I2н  и обозначают путем указания обоих параметров, например:

• 150/5;
• 1000/5 или
• 600/1.

На рис. ниже показан ТТ типа Т-0,66 с коэффициентом трансформации 75/5 А.

ТТ типа Т-0,66

Особенности конструкции ТТ

Трансформаторы напряжения, по аналогии с ТТ, выполняют функцию изменения другого параметра электрической сети – напряжения. Однако, при сопоставлении, чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения (далее – ТН), становится очевидным различное предназначение трансформаторов тока и напряжения:

1. ТТ уменьшают величину тока до показателей, допускающих безопасное подключение измерительной аппаратуры или систем релейной защиты;
2. Трансформаторы напряжения изменяют напряжение с целью подгонки определенной электрической системы под нужные стандарты. Изменяя параметры напряжения, установленные для универсальной электрической сети (например, трехфазные 220 и 380 В), с помощью ТН можно подключать любое промышленной оборудование и бытовую технику.

ТТ имеет существенное отличие от устройства ТН, поскольку заложенный в трансформатор тока принцип работы вносит свои особенности в конструкцию основных элементов ТТ и прибора в целом. К числу основных особенностей ТТ относят:

• выполнение первичной обмотки просто в виде одиночной толстой шины с целью минимизации количества витков;
• намотка провода вторичной обмотки на сердечник большой площади сечения;
• ток во вторичном контуре ТТ равен 5А и реже 1А.

Измерительные ТТ и ТН

Устройство и принцип работы электросчетчика

Трансформаторные устройства, регулируя величины напряжения и тока, обеспечивают стабильность энергетической системы. Кроме подачи электропитания требуемых параметров на приборы и оборудование, трансформаторы «помогают» проводить измерения параметров сети с большими значениями напряжения и тока для определения с высокой точностью их номинальных показателей. Назначение измерительных трансформаторов состоит в следующем:

• отделение цепи измерительных устройств (амперметров, вольтметров, электросчетчиков и других приборов) или систем релейной защиты от сети с высоким напряжением или током;
• преобразование высоковольтного напряжения или мощного тока до величин, удобных для измерений стандартными приборами;
• получение максимально точного правильного результата измерений.

Измерительные трансформаторы тока и напряжения считаются вспомогательными приборами и используются совместно со средствами измерения и реле в сетях переменного тока. Если невозможно напрямую подключиться измерительными приборами в высоковольтную сеть, то здесь будет нужен трансформатор тока. Средства измерения подключаются к его вторичной обмотке и получают все необходимые данные по замеряемому параметру.

На рис. ниже показан измерительный трансформатор тока модели ТПЛ-СЭЩ 10 кВ номинальным напряжением 10 кВ, который предназначен для работы с номинальным первичным током  в диапазоне от 10 до 2000 А при номинальном вторичном токе в 5 А.

Измерительный трансформатор тока ТПЛ-СЭЩ 10 кВ

Область применения ТТ

Принцип работы синхронного генератора

Весь перечень прикладных задач, указывающий, для чего нужны трансформаторы тока, можно свести к двум основным направлениям:

1. Измерение параметров сети с помощью доступных дешевых измерительных приборов, рассчитанных на малый ток (до 5 А) и низковольтное напряжение. Тем самым обеспечивается безопасное обслуживание измерительной аппаратуры;
2. Контроль параметров электротока по всей цепи, в которой установлены ТТ. При достижении током предельного (аварийного) значения срабатывает аппаратура защиты, отключающая эксплуатируемое оборудование.

Это важно! Установка трансформаторов тока в контролируемых цепях позволяет концентрировать измерительную аппаратуру на специальных щитах или в составе пультов управления. Правильно выполненный монтаж трансформаторов тока дает возможность размещения измерительных приборов на безопасном удалении от коммутаций цепи и дистанционно управлять работой электрооборудования в автоматическом режиме.

Классы точности ТТ

Для ТТ определены пять классов точности, характеризующих в процентах допустимую погрешность по току при его номинальных значениях:

• класс точности 0,2 ограничивает погрешность ТТ в пределах 0,2% и применим для трансформаторных устройств, используемых в лабораторных измерениях;
• класс точности 0,5 допустим для ТТ, обслуживающих аппаратуру точной защиты и оборудование высокоточной наладки;
• класс 1 – для цепей промышленного оборудования с подключением вольтметров, амперметров и устройств релейной защиты;
• классы 3 и 10 – промышленные установки, релейные защиты.

Использование ТТ для локальных измерений в энергетических системах и в комплексе с современными системами измерений и контроля позволяет значительно повышать ресурс безаварийной эксплуатации промышленного электрооборудования и сложнейшей бытовой техники. Внедрение ТТ в автоматизированные системы управления электросетями позитивно влияет на снижение потерь электроэнергии в периоды ежедневных пиковых нагрузок и ставит барьеры для прямых хищений электрической энергии.

На рис. ниже показано подключение счетчика электроэнергии через трансформатор тока.

Подключение счетчика электроэнергии через трансформатор тока

Видео

Оцените статью:

Примеры использования трансформаторов тока в различных приложениях

Уважаемые господа разработчики, как Вы понимаете, можно приводить огромную массу примеров применения трансформаторов тока, но мы остановимся только на некоторых, не связанных с измерением параметров электрических сетей для функций коммерческого учета. Моя задача постараться донести общий подход к решению практических задач, переодически возникающих при разработке новых приборов или контроле за состоянием переферийных устройств. Все остальное — доделает полет мысли разработчика, а я никоем образом не хочу вводить ограничения и навязывать свое мнение в вопросах выбора. Со своей стороны я постараюсь продолжать публиковать интересные решения для общего обозрения, так что делитесь проблемами и решениями. Итак начнем:

1. Индикация включенной нагрузки

Достаточно часто, возникает необходимость дистанционного контроля за работой различных энергопотребляющих устройств. Например работа ТЭНов. Как правило, в силовую цепь нагревателей помещают спец. защитные отключатели (например биметаллические), которые срабатывают при достижении аварийной температуры. Как узнать — греет ТЭН или нет? Можно пощупать пальцем — вскочил волдырь, значит греет, холодный — либо перегорел, либо включилась защита. А есть более безопасный вариант? Конечно! В цепь питания такого ТЭНа включим трансформатор тока и будем внимательно наблюдать за его работой. Если по первичке трансформатора течет ток — он будет стараться выдать и вторичный ток, который можно использовать, например засветить светодиод или подключить стрелочный индикатор или вообще — передать в контроллер, который будет принимать решения.

1.1. Используем светодиод.

Как Вы знаете, для того, что-бы светодиод светился, на него надо подать ток, чем ток больше — тем ярче светится светодиод, но тем более короткую жизнь он проживает. Обычно величину этого тока принимаю равным 5-10мА, для ярких соответственно 2-5мА. При этом они живут очень долго и счастливо. С учетом того, что светодиод работает на постоянном токе, а трансформатор этого категорически не любит — выходной ток трансформатора мы будем выпрямлять. Можно конечно включить встречно 2 светодиода — один горит на одной полуволне, второй на другой. Это выход, но напряжение стабилизации светодиодов немного разнится от экземпляра к экземпляру, поэтому мы имеем несимметричную нагрузку, а это нехорошо для трансформатора. В принципе, некоторый перекос он прощает, но если просто повесить на выход тр-ра один светодиод, то придется наблюдать за его слабеньким свечением.

Почему слабеньким? Да потому, что работая на одну полуволну, сердечник трансформатора постепенно намагнитится до режима насыщения и трансформатор перестанет правильно работать. Идеальный выход — включить на выходе трансформатора диодный мостик, например на КД522 (LL4148), стоит копейки, а пользу для трансформатора приносит громадную. Если на выход моста включить еще и конденсатор — то и нагрузка начнет ощущать себя поспокойней. Итак мы имеем трансформатор, диодный мост и конденсатор. Включим на выход моста красный светодиод. А для того, что бы он светился правильно — займемся предварительным расчетом и выбором трансформатора.

Для того, чтобы в нагрузку потек ток, трансформатор в нашем примере должен развить на выходе некоторую ЭДС (для преодоления напряжения открывания диодов моста и светодиода). Считаем эту ЭДС: падение напряжения на диоде LL4148 можно принять за 0. 9в ( они слабенькие, падение напряжения при хорошем токе побольше чем 0.6в.), их у нас работает по 2 в каждой полуволне, на красном светодиоде — 1.7в. Итого имеем 0.9*2+1,7=3.5в.

Т.е. трансформатор должен уметь развивать на выходе ЭДС значительно больше 3.5 в. Теперь считаем ток на входе: Если на выходе нам нужно 5 мА, то при коэфф. трансформации 1:3000, первичный ток должен быть 5мА*3000=15А. Смотрим сколько нам надо: например ТЭН имеет мощность 1 кВт, т.е. ток = 1000Вт/220в=4.8А. А нам надо 15А! Что делать? Все просто — 15А/4.8А=3, т.е., нам надо трижды просунуть через центральное отверстие токоведущий проводник и мы получим практически искомую величину — 15А, которая нам и нужна. (т.е. получить фактический коэфф. трансформации 3:3000). Итак, ищем трансформатор, который может выдать на выходе ЭДС не менее 3.5в, при этом не уйти в насыщение при 15А на входе, а не вдаваясь в подробности — ищите с запасом в 2-3 раза.

С учетом того, что нам надо просунуть аж 3 витка — ищем трансформатор с подходящим отверстием. Возьмем например Т10-110А-90-З/0 (см фото). Он имеет ЭДС не менее 10В, и что самое для нас главное — огромное отверстие (11мм), в которое легко просунем 3 витка сетевого провода (внимание-только один провод из двух, идущих на ТЭН!).

Проверим: сопр. обмотки у Т10-110А-90-З/0=190 Ом. При токе 5 мА, на обмотку придется 5мА*190 Ом=0,95в. Да еще 3.5в на нагрузке, итого имеем 3.5+0,95=4.45в. что меньше 10в. А это значит что все работает! Если отв. не нужно такое большое, например мотаем 3 витка проводом ПЭТВ2-1.05 и запаиваем его в плату (см примеры монтажа на печ. плату), то можно выбрать трансформатор поменьше и подешевле.

А что, если мы проверяем работу ТЭНа аж на 10 кВт? Коротко считаем: 10кВт/220в=48А. А надо всего 15А! Значит на сетодиод пойдет аж 16мА! Либо мы с этим миримся, либо надо отвести лишний ток от светодиода. Как это сделать? Поставим резистивный шунт параллельно светодиоду. Посчитаем шунт? Итак мы имеем 1.7в на нагрузке, и при этом лишний ток 11мА (5 мА съедает светодиод). Считаем 1.7в/11мА=0,15кОм. Ближайший 150 Ом. Считаем мощность = 1,7в*11мА=19мВт. Значит резистор ставим любой (берем обычный 0.125Вт). С учетом того, что особая точность нам не нужна (не измеряем, а просто светим), на этом расчет остановим.

1.2 Стрелочный индикатор

Ход рассуждений абсолютно такой-же как и при выборе светодиода, но считать надо поточнее и ввести элемент для калибровки (все-таки какой-никакой, а измеритель).

Итак мы имеем все тот-же мост на выходе трансформатора и стрелочный прибор. С учетом того, что стрелочный прибор обладает большой инерционностью, большой конденсатор ему не требуется, но, что-бы убрать всякие переходные процессы, лучше все-же небольшой конденсатор (0.1-0.22 мкФ) поставить. Итак, например, мы имеем полное отклонение стрелки на 100 мкА, сопротивление обмотки 1600 Ом. (первая цифра пишется у прибора на циферблате, вторую можно получить померив сопр. прибора омметром). Считаем падение напряжения на приборе при полном отклонении стрелки: 100мкА*1600ом=160мв. Добавим к этому падение напряжения на мосте 1.6в, итого трансформатор ищем с ЭДС более 1,8в. Например Т04-90А-110-К/0 (см фото) или Т04-90А-110-Т/0 (см фото)

Для случая ТЭНа=1кВт (см выше) имеем на выходе трансформатора 4.8А/3000=1,6мА. Стрелочный прибор зашкаливает на 0.1 мА. Значит лишние 1.5мА надо увести в шунт. Считаем 160мв/1.5мА=107 ом. Т.е. в теории, зашунтировав прибор резистором 107 ом мы получим полное отклонение стрелки при мощности нагрузки 1 кВт. А что будет, если мы поставим резистор 130 ом? А это значит, что ток через стрелочный прибор будет больше максимального и его зашкалит. Что-бы этого не случилось, мы включим последовательно с прибором (внимание не с шунтом!) подстроечный резистор, которым и ограничем ток. Расчет подстроечного резистора: Итак, если мы ставим шунт 130 ом, при прохождении через него тока 1.5 мА, падение напряжения составит 13ом*1.5мА=195 мВ. Считам нужное сопротивление в цепи стрелочного прибора: 195мв/0,1мА=1950ом. Сопротивление катушки 1600ом, 1950ом-1600ом=350ом. Значит, в теории, нам не хватает сопротивления 350ом для того, что бы все замечательно работало. Берем подстроечный резистор 470ом, которым мы легко сможем выставить показание стрелочного прибора в максимум при максимальной мощности (т.к. откалибровать стрелочный прибор по максимальному току в первичке). Что нам собственно и требовалось.

1.3 Передача информации в контроллер или исполнительное устройство.

Все абсолютно так-же как и выше. Единственно, надо решить — мы контролируем форму тока и принимаем решения, или нам не важно как этот ток течет, главное — поймать что его слишком много или слишком мало. В первом случае ставим АЦП, во втором — триггер шмитта, компаратор, или, если работать по принципу есть/нет, то просто логический вход. Наша задача — получиь напряжение заданной величины при заданном входном токе. Рассмотрим это на примере работы того-же ТЭНа 1кВт. Наша задача среагировать на защитное отключение ТЭНа при аварийном отключении ТЭНа внешним размыкателем, например биметаллическим при перегреве.

Используем PIC16F630 имеющий в своем составе компаратор (встроенное опорное по 24 уровням). С учетом того, что при включении нагрузки может проходить мощный пусковой ток, надо ограничить возможность трансформатора выдавать напряжение на м.сх. более напряж. питания м.сх., для этой цели достаточно защитить вход м.сх. стабилитроном. В данном примере предлагаю заменить стабилитрон копеечным диодом LL4148 с прямым включением и не переживать за сохранность микросхемы (весь ток диод заберет на себя и больше 1 в. ну никак не пропустит). С учетом того, что диод реально начнет влиять на измерительную цепь уже на 0.2-0.3в надо ограничиться этим уровнем при измерении, хотя для контроля до 0.6в все будет достаточно корректно.

Далее, по уже знакомому пути, считаем величину нагрузочного резистора: Считаем ток: 4.8А/3000=1.6мА. Примем величину опорного напряжения = 2/24 напр. питания или (при 5в) = 5/24*2=0,41в.Принимаем, что если напряж. на входе компаратора более 0,41в, считаем что ТЭН включен, менее — выключен. Примем, что при 1 кВт нагрузки, на входе компаратора должно быть не менее 0,5в.( т.е. больше 0.41в) Значит: 0.5в/1,6мА=0,3125 кОм. Выбираем ближайший резистор = 330 Ом. Рассуждения по поводу выбора трансформатора уже приводились выше, повторяться не будем.

Как это реализовано можно посмотреть на фото контроллера управления температурой сушильного шкафа (справа, между реле, виден трансформатор Т04-90А-25-Т/25К-18, слева сетевой трансформатор питания ТТН3):

Вид снизу на контроллер, трансформатор Т04-90А-25-Т/25К-18 впаян в разрыв токоведущей шины (широкая шина справа), под трансформатором расположен диодный мост, нагрузочный резистор и сглаживающий конденсатор (стабилитрон пока не установлен), слева PIC16F630.

Если взять резистор сопротивлением побольше расчетного, в этом случае можно снизить требования по емкости сглаживающего конденсатора. В данном примере совсем не обязательно проверять, что нагрузка именно 1 кВт. Она либо есть, либо ее нет. Так что, если контроллер увидит нагрузку не 1 кВт,а 100Вт, это никого не обидит, лишний ток заберет на себя защитный диод, в общем все довольны. Однако, если взять за основу данную схему, то можно обеспечить дистанционный контроль не только за состоянием нагрузки (включена/выключена), но и, например, за количеством перегоревших ламп в подъезде или складе и т.д., т.е. контролировать подключенную мощность.

2. Простейшие защиты электродвигателей

Защиты бывают разные, но мы остановимся на защите от холостого хода (актуально для погружных насосов и насосных станций) и защите от перегрузки (например эл. двигатель открывания ворот). Все остальные применения будут находится между этими вариантами.

2.1. Защита от холостого хода.

Наша задача отключить исполнительное устройство в том случае, если в процессе работы произошло снижение тока потребления ниже заданной величины. Рассмотрим как это сделать. Если мы поставим в разрыв токоведущей шины токовый трансформатор, то, при протекании тока, на его выходе будет создаваться ЭДС, пропорциональная протекающему току. Достаточно эту ЭДС выпрямить, сгладить и передать на исполнительное устройство. Как только ЭДС снизится ниже определенного порога — исполнительное устройство выключится, отключив эл. двигатель. Идея понятна? Идем дальше.

Раз мы имеем на выходе напряжение, что у нас работает от напряжения и не хочет при этом потреблять ток? Конечно полевой транзистор. Как его заставить коммутировать нагрузку при переменном токе? Тоже не проблема — включить его в диагональ моста. Транзистор открыт — мост закорочен, ток через мост идет. Транзистор закрыт — ток через мост не течет, нагрузка отключена. Если в качестве нагрузки включить обмотку реле магн. пускателя — можно управлять двигателем насоса. Ток течет через насос, транзистор открыт, пускатель под напряжением, ток снизился — напряжение снизилось, транзистор закрылся, пускатель выключился, ток упал до нуля, насос выключен. Запуск только вручную (кнопка параллельно мосту) шунтированием моста. Ток потек, транзистор открылся и шунтировал мост параллельно кнопке, бросил кнопку — все работает. ток снизился — все выключилось. Учитывая, что трансформатор электрически изолирован от силовой цепи, его можно смело включать непосредственно на вход полевого транзистора. Если ЭДС > 5.5в (1.2в падение при выпрямлении и 4в — пороговое напряжение полевого транзистора) — транзистор открыт, ниже — транзистор закрыт. Как посчитать нагрузочный резистор для нужного входного тока в п.1. не раз приводилось, так что опустим этот аспект. Как выбрать трансформатор по ЭДС также описано. Не забудьте защитить затвор полевого транзистора стабилитроном от возможного пробоя (обычно 10в.). Учтите, если поставить на затвор полевика управляемый напряжением ключ, да еще и с гистерезисом — можно коммутировать непосредственно саму нагрузку данным устройством. Самое приятное — для такого устройства не требуется внешнее питание, вполне хватает генерации напряжения от тока нагрузки.

2.2 Безконтактное пусковое реле

Здесь даже и писать особенно нечего — это задача п.2.1, с той лишь разницей, что нагрузкой является пусковая обмотка двигателя. При пуске потек значительный ток — подключим пусковую обмотку, двигатель раскрутился, ток снизился — пусковая обмотка сама выключилась. Самое приятное — никаких контактов.

2.3 Защита от перегрузки

Фактически это тоже задача п.2.1, с той лишь разницей, что нагрузку надо выключить если ток возрос, например автоматическое открывание ворот — двигатель довел ворота до упора, пошла перегрузка двигателя (он толкает, а толкать то некуда дальше) — исполнительное устройство отключило пускатель. Можно применить полевик во встроенным каналом (он открыт при нулевом напряжении, а закрывается подачей отрицательного напряжения), но их нет на большие токи и напряжения. Хотя как датчик края вполне хорош, нет контактов и питания, монтируется в любом месте силового кабеля. А вот если поставить инвертирующий каскад перед обычным полевиком, правда потребуется его запитывать (т.е. полностью автономное устройство не получится), то можно управлять магнитным пускателем на отключение. Так как ток потребления маленький, на схему надо подать небольшое напряжение с параметрического стабилизатора с конденсатором в качестве гасящего резистора. Получается также вполне жизнеспособно.

3. Работаем с постоянным током.

3.1 Контроль постоянного тока

Как сделать защиту от перегрузки в цепи постоянного тока? Попробуем оценить этот ток трансформаторм тока. Казалось-бы, как трансформатор будет работать с постоянным током? Как известно — трансформатор работает только в переменном магнитном поле, которое постоянный ток создать не может. Идея проста — создать такое переменное поле, чтобы он смог работать. Однако, если во вторичку давать ток, то и в первичке будет также создаваться ток и влиять на измеряемую цепь. А этого делать нельзя. Давайте возьмем два одинаковых трансформатора, оденем их на общий токоведущий провод, а вторичные обмотки включим последовательно встречно. Теперь, если мы будем подавать переменный ток во вторички, в первичках будут наводиться ЭДС, пропорциональные току, но направленные встречно друг другу, т.е. в сумме равные 0. Таким образов влияние на первичную цепь мы исключим.

Скажете — ну и что с этого? А вот что. Как известно, зависимость магнитной проницаемости ферромагнетиков сильно зависит от напряженности магнитного поля. Т.е., если в обмотку трансформатора подать переменный ток, он будет создавать определенное магнитное поле в сердечнике, равное для обоих полуволн и величина индуктивности обмотки трансформатора будет одинакова для обоих полуволн. А вот если на сердечник наложить постоянное поле, тогда, в одну полуволну поля будут складываться, а в другую — вычитаться. В результате поле в одной полуволне будет больше, чем в другой, и индуктивности не будут равны. Если смотреть на примеры, описанные выше — мы всячески пытались избежать этого варианта и клеймили его как плохой режим работы трансформатора тока, а здесь он придется как раз в пору.. А что создаст нам постоянное поле? А это поле создаст проводник, проходящий через оба трансформатора, в котором мы и собирались имерить постоянный ток.

Помните, мы включили обмотки трансформаторов встречно? В сумме, индуктивности обоих трансформаторов будут постоянны в обоих полуволнах, ток также постоянен, а вот напряжения на них различны для каждой полуволны (индуктивности же разные). Т.е., если проводить замер напряжения на одной из обмоток, оно будет разное для каждой полуволны. Момент можно усугубить, если взять соединенные последовательно 2 резистора, включить их параллельно обмоткам трансформаторов и снимать напряжение со средних точек. Получается измерительный мост и мы снимаем уже разницу напряжений для каждой полуволны. Если направление тока в первичке не представляет интерес, это напряжение с выхода моста можно выпрямить и работать с постоянным напряжением, пропорциональным постоянному току.

Следует учесть, что зависимость магнитной проницаемости от поля нелинейна, и мы не сможем получить линейный выходной сигнал с выхода этой схемы в широком диапазоне.

3.2 Измерение постоянного тока.

Как замерить ток мощного эл. двигателя, работающего от аккумулятора? А как померить ток в цепи под высоким напряжением? Да в принципе точно также как описано выше в небольшом диапазоне или так-же в широком, но с той лишь разницей, что ток надо дать такой, что-бы трансформаторы входили в режим насыщения. В этом случае мы можем уже оценивать не напряжение на выходе, а длительность нахождения трансформатора в режиме насыщения в каждой полуволне или же сам факт вхождения в режим насыщения. Посмотреть на искажения сигнала в режиме насыщения можно на фото:

Эти фото уже фигурировали в предыдущих заметках. Понятно, чем глубже трансформатор уходит в насыщение, тем больше горизонтальная полка. Берем диф. сигнал и работаем с ним. Я не предполагаю детально рассматривать схемотехнические решения, но очень неплохо ввести в обратную связь усилитель сигнала генератора, управляемый напряжением и контролировать уже не сам диф. сигнал, а управляющее напряжение этого усилителя. можно подать линейно изменяюшийся сигнал и ловить его длительность до момента насыщения трансформатора. Можно запустить подмагничивание постоянным током во вторичку (его величина меньше измеряемого тока в коэфф. трансформации раз!) и наложить на него переменный ток. Управляя током подмагничивания добиваться постоянства напряжения на катушке и замерять ток подмагничивания. В общем способов масса, а описание практической реализации займет уйму места и потребует столько-же времени для изучения. Так что на этом и ограничимся.

В чем разница между трансформатором тока и трансформатором напряжения

Содержание

Трансформатор тока и трансформатор напряжения (также называемый трансформатором напряжения) являются измерительными устройствами. ТТ понижает токовые сигналы для целей измерения, в то время как ТТ понижает высокие значения напряжения до более низких. Трансформаторы предназначены для измерения точности и безопасности энергосистем.

Кроме того, трансформатор CT и PT уменьшает ток и напряжение от высокого до низкого значения. Трансформатор тока и трансформатор напряжения имеют аналогичную конструкцию, поскольку они имеют магнитную цепь в первичной и вторичной обмотках.

Несмотря на это, у них есть явные отличия. В этом посте рассказывается о трансформаторе тока и трансформаторе напряжения и подчеркиваются различия между ними.

Что такое трансформатор тока и трансформатор напряжения

Трансформатор тока

Трансформаторы тока, также известные как трансформаторы тока, представляют собой устройства, измеряющие переменный ток. Они широко используются для измерения токов большой величины.

Трансформатор тока существенно снижает (понижает) высокий ток до более низкого, более безопасного уровня, которым вы можете правильно управлять. Он понижает измеряемый ток, чтобы его можно было измерить амперметром среднего диапазона.

Функции трансформатора тока включают:

• Преобразование больших первичных токов в малые токи 1A/5A
• Подача тока на обмотку измерительного прибора и защитного реле
• Отделяет первичное напряжение от вторичного.

Характеристики трансформатора тока включают:

• Сопротивление катушки тока прибора, с которой соединена вторичная обмотка ТТ, мало. Трансформатор ТТ работает в состоянии близком к короткому замыканию при нормальных условиях
• Первичная обмотка установлена ​​последовательно по току.

Трансформаторы напряжения

С другой стороны, трансформаторы напряжения, также известные как трансформаторы напряжения , измеряют параметры источника питания. В то время как трансформатор тока измеряет ток, трансформатор напряжения измеряет напряжение.

В большинстве американских домов для различных целей используется разное напряжение.

Трансформаторы напряжения (напряжения) выполняют следующие функции:

• Он измеряет и уменьшает значения высокого напряжения до более низких значений
• Трансформаторы напряжения пропорционально преобразуют высокое напряжение в стандартное вторичное напряжение 100 В или ниже для облегчения использования защитных и измерительных приборов/устройств
• Для изоляции высокого напряжения от электриков, использующих PT.

Разница между трансформаторами тока и трансформаторами напряжения

Функция

Одно из основных различий между трансформаторами CT и PT заключается в их функциях.

С одной стороны, трансформатор тока снижает высокий ток до более безопасного и управляемого уровня, который можно измерить. Он преобразует большие первичные токи в малые токи 1A/5A, которые можно измерить амперметром.

С другой стороны, потенциал (трансформатор напряжения) измеряет и уменьшает высокие значения напряжения до меньших значений. Он преобразует высокое напряжение в стандартное вторичное напряжение 100 В или ниже.

Трансформатор тока делится на два типа, в том числе с обмоткой и с закрытым сердечником. Трансформатор напряжения также делится на две категории (типа), включая электромагнитное и емкостное напряжение.

Соединение

В трансформаторе тока первичная обмотка соединена последовательно с линией передачи, ток которой измеряется, и полный линейный ток протекает через обмотку.

С другой стороны, трансформатор напряжения подключен параллельно цепи, что означает, что на обмотке появляется полное линейное напряжение.

Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации в трансформаторе тока высокий, а в трансформаторе напряжения низкий.

Первичная и вторичная обмотка

В трансформаторе тока первичная обмотка имеет меньшее число витков и пропускает измеряемый ток. В трансформаторах напряжения первичная обмотка имеет много витков и несет измеряемое напряжение.

В трансформаторе тока вторичная обмотка имеет большое количество витков на вторичной стороне и соединена с токовой обмоткой прибора. В трансформаторе напряжения вторичная обмотка имеет небольшое число витков на вторичной стороне и соединена со счетчиком или прибором.

Трансформатор тока изготовлен из кремнистой стали, а трансформатор напряжения изготовлен из высококачественной стали, работающей при низкой плотности потока.

Первичный ток

В трансформаторе тока первичный ток не зависит от условий вторичной цепи. С другой стороны, в трансформаторе напряжения первичный ток зависит от состояния вторичной цепи.

С трансформатором тока вы можете использовать амперметр на 5 ампер для измерения больших токов, таких как 200 ампер. С другой стороны, с трансформатором напряжения вы можете использовать вольтметр на 120 В для измерения высоких напряжений, таких как 11 кВ.

Вторичная сторона

В трансформаторе тока вторичная обмотка не может быть разомкнута во время работы. С другой стороны, в потенциальном трансформаторе вы можете разомкнуть вторичную цепь без каких-либо повреждений.

Вводимое значение

В трансформаторе тока входным значением является постоянный ток, тогда как в потенциальном токе это постоянное напряжение.

Диапазон вторичной обмотки

В трансформаторе тока диапазон составляет 1 А или 5 А, а в трансформаторе напряжения — 110 В.

Бремя

Трансформатор тока не зависит от вторичной нагрузки, тогда как трансформатор напряжения зависит от вторичной нагрузки.

Приложения

Трансформатор тока имеет различные области применения, в том числе измерение тока и мощности, контроль работы электросети и управление защитным покрытием.

С другой стороны, применение трансформатора напряжения включает источник питания, измерение и рабочее защитное покрытие.

Как правило, вторичная обмотка трансформатора тока допускает короткое замыкание, но не обрыв цепи. С другой стороны, вторичная сторона потенциального трансформатора допускает обрыв цепи, но не допускает короткого замыкания.

Заключение

В конечном счете, испытания трансформаторов тока и испытаний трансформаторов напряжения обеспечивают правильную работу измерительных трансформаторов. Это также гарантирует, что напряжение и ток остаются в установленных пределах. Трансформеры убедитесь, что ваши электрические гаджеты или бытовая техника защищены от внезапных проблем с электричеством.

Обратитесь к специалисту-электрику за дополнительной помощью и дополнительной информацией о различиях между трансформаторами тока и напряжения.

Рекомендуем к прочтению

Как работает трансформатор тока? Технически объяснил!

Энергоэффективность Минимальные затраты и высокая доступность системы теперь представляют собой три основных аспекта управления предприятием. Для их достижения необходимо знать, когда, где и как расходуется энергия. Вот почему измерение и контроль основных электрических параметров сети становятся все более важными. Трансформатор тока является одним из основных элементов электроэнергетических систем. Все типы устройств защиты и управления нуждаются в трансформаторах тока. По этой причине все профессионалы должны знать его основы. Прочитав эту статью, вы получите базовые знания о трансформаторе тока.

Трансформатор тока — это особый тип электрооборудования, который понижает высокие первичные токи до низких вторичных токов. Первичная обмотка подключается к измеряемому току, а вторичная обмотка к измерительным приборам.

Трансформатор тока может использоваться в следующих приложениях:

• Амперметры
• Ваттметры
• Варметры
• Счетчики киловатт-часов
• Измерители коэффициента мощности
• Реле управления
• Измерительные преобразователи

Первичная обмотка трансформатора тока состоит из нескольких витков и включена последовательно с линией тока. Вторичная обмотка имеет большее число витков и связана с приборами.

Трансформатор тока используется для измерения и защиты. Используя трансформатор тока, мы можем легко измерять большие токи. Трансформаторы тока рекомендуется применять на токи 40 А и выше.

Трансформаторы тока выполняют две основные функции:

• Ограничение и минимизация тока для измерительных и защитных устройств.
• Изоляция силовых цепей от измерительной и/или защитной цепи.

Трансформатор тока состоит из первичной обмотки, вторичной обмотки, магнитопровода и изолированного корпуса. Сердечник из высококачественной кремнистой стали отжигается, покрывается лаком, а затем изолируется крышками сердечника из поликарбоната. Вторичная обмотка намотана тороидально на высокоточном полуавтоматическом оборудовании. Для трансформатора тока кольцевого типа с ленточной обмоткой обмотки с покрытием PEW затем покрываются слоновой бумагой, покрываются лаком и дважды обматываются лентами PVS. Обмотки заключены в компактный и термостойкий разъемный колпачок для герметизированного трансформатора тока.

Трансформатор тока служит для преобразования или изменения величины переменного тока (50…400 Гц) в системе, обычно от более высокого значения тока к более низкому значению тока. Преобразование или количество изменений зависит от количества витков как первичного, так и вторичного проводников. ТТ состоит из трех основных компонентов: первичной обмотки, сердечника и вторичной обмотки.

Соотношение или соотношение между числом витков в первичной и вторичной обмотках отвечает за уменьшение или понижение тока в системе до значения, которое может использоваться устройством контроля тока, таким как реле перегрузки или продукт для мониторинга мощности. Следующая формула показывает, как соотношение между обмотками может снизить ток:

Коэффициент трансформации тока

Коэффициент трансформации трансформатора тока представляет собой отношение входного тока первичной обмотки к выходному току вторичной обмотки при полной нагрузке. Например, трансформатор тока с коэффициентом 300:5 рассчитан на 300 ампер первичной обмотки при полной нагрузке и будет производить 5 ампер вторичного тока, когда 300 ампер протекают через первичную обмотку.

Если первичный ток изменяется, вторичный токовый выход изменяется пропорционально. Например, если 150 ампер протекают через первичную обмотку с номиналом 300 ампер, выходной ток вторичной обмотки будет 2,5 ампер (150:300 = 2,5:5)

Точность трансформатора тока

Точность трансформатора тока определяется его сертифицированным классом точности, который указан на заводской табличке. Например, класс точности ТТ 0,3 означает, что ТТ сертифицирован изготовителем с точностью до 0,3 процента от его номинального значения коэффициента для первичного тока, равного 100 процентам от номинального коэффициента.

Трансформатор тока с номинальным коэффициентом 200/5 и классом точности 0,3 будет работать в пределах 0,45% от его номинального значения коэффициента для первичного тока 100 А. Чтобы быть более точным, первичный ток 100 А сертифицирован для создания вторичного тока между 2,489ампер и 2,511 ампер.

Полярность трансформатора тока

Полярность трансформатора тока определяется направлением намотки катушек вокруг сердечника ТТ (по часовой стрелке или против часовой стрелки) и способом вывода выводов, если таковые имеются, из корпус трансформатора.

Все трансформаторы тока имеют вычитательную полярность и будут иметь следующие обозначения для правильной установки:

(h2) первичный ток, направление к линии; (h3) первичный ток, направление нагрузки; и (X1) вторичный ток.

Соблюдение полярности важно при установке и подключении трансформаторов тока к реле учета электроэнергии и защитным реле.

Модели

Существует несколько различных моделей трансформаторов тока, каждая из которых обеспечивает понижение и измерение тока, но способ, которым это достигается, может различаться. Ниже поясняются характеристики трех основных моделей трансформаторов тока.