Принципиальная схема трансформатора: Принцип действия и принципиальная схема трансформатора

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 K<1 – то повышающим. Один и тот же трансформатор в зависимости от обмотки подключаемого источника напряжения может быть как понижающим, так и повышающим.

Способность 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.

Принципиальная схема силового трансформатора

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 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 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 Принцип действия трансформатора 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=U1кт = 22015 = 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 На следующем рисунке изображен трансформатор с несколькими 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 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 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 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 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 На фото далее изображены именно такие трансформаторы 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 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: В электротехнике существуют схемы безопасного включения ЛАТРа с гальванической развязкой с помощью трансформатора: 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: 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 Вот в кратце и вся основная информация о трансформаторах в радиоэлектронике, более подробно разные частные случаи можно рассмотреть на форуме. Автор AKV.

Раздел:

Электротехника

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования системы переменного тока одних параметров в систему переменного тока с другими параметрами.

Принцип действия трансформатора

Простейший трансформатор состоит из магнитопровода и двух расположенных на нем обмоток. Обмотки электрически не связаны друг с другом. Одна из обмоток — первичная, подключена к источнику переменного тока. К другой обмотке — вторичной подключают потребитель.

Принципиальная схема трансформатора

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток I₁, который создает в магнитопроводе переменный магнитопоток Ф. Замыкаясь в магнитопроводе, этот поток пронизывает обе обмотки, индуцируя в них ЭДС:

Из этих формул следует, что вычисленные ЭДС е₁ и е₂ могут отличаться друг от друга числами витков в обмотках. Применяя обмотки с различным соотношением витков, можно изготовить трансформатор на любое отношение напряжений.

При подключении ко вторичной обмотке нагрузки z_н в цепи потечет ток I₂ и на выводах вторичной обмотки установится напряжение U₂.

Обмотка трансформатора, подключенная к сети c более высоким напряжением, называется обмоткой высшего напряжения (ВН). А обмотка, присоединенная к сети меньшего напряжения — обмоткой низшего напряжения (НН).

Таким образом, трансформаторы — обратимые аппараты, то есть могут работать как повышающими, так и понижающими.

При транспортировке электроэнергии на большие расстояния для снижения потерь используется принцип трансформации. Для этого электричество, вырабатываемое генераторами, поступает на трансформаторную подстанцию. На ней повышается амплитуда напряжения, поступающего в линию электропередачи.

Второй конец ЛЭП подключен на ввод удаленной подстанции. На ней для распределения электричества между потребителями осуществляется понижение напряжения.

На обеих подстанциях трансформацией электроэнергии больших мощностей занимаются специальные силовые устройства:

Они имеют много общих признаков и характеристик, но отличаются определенными принципами работы. Эта статья описывает только первые конструкции, у которых передача электроэнергии между разделенными обмотками происходит за счет электромагнитной индукции. При этом изменяющиеся по амплитуде гармоники тока и напряжения сохраняют частоту колебаний.

Силовые трансформаторы в энергетике устанавливаются на заранее подготовленные стационарные площадки с прочными фундаментами. Для размещения на грунте могут монтироваться рельсы и катки.

Общий вид одного из многочисленных типов силовых трансформаторов, работающего с системами напряжений 110/10 кВ и обладающего величиной полной мощности 10 МВА, показан на фотографии ниже.

Отдельные ярко выраженные элементы его конструкции снабжены подписями. Более подробно устройство основных частей и их взаимное расположение демонстрирует чертеж.

Электрическое оборудование трансформатора размещается внутри металлического корпуса, изготовленного в форме герметичного бака с крышкой. Он заполнен специальным сортом трансформаторного масла, которое обладает высокими диэлектрическими свойствами и, одновременно, используется для отвода тепла от деталей, подвергаемых большим токовым нагрузкам.

Гидравлическая схема трансформатора

Упрощенно состав и взаимодействие ее основных элементов показано на картинке.

Для залива/слива масла используются специальные задвижки и вкручивающаяся пробка, а запорный вентиль, расположенный внизу бака, предназначен для отбора проб масла и последующего проведения его химического анализа.

В силовом трансформаторе образовано два контура циркуляции масла:

Первый контур представлен радиатором, состоящим из верхнего и нижнего коллекторов, соединенных системой металлических трубок. Через них проходит нагретое масло, которое, находясь в магистралях охладителя, остывает и возвращается в бак.

Внутри бака циркуляция масла может производиться:

принудительно за счет создания давления в системе насосами.

Часто поверхность бака увеличивается за счет создания гофр — специальных металлических пластин, улучшающих теплообмен между маслом и окружающей атмосферой.

Забор тепла от радиатора в атмосферу может выполняться обдувом системой вентиляторов или без них за счет свободной конвекции воздуха. Принудительный обдув эффективно повышает теплосъем с оборудования, но увеличивает затраты энергии на эксплуатацию системы. Они могут снизить нагрузочную характеристику трансформатора до 25%.

Тепловая энергия, выделяемая современными трансформаторами повышенной мощности, достигает огромных величин. Об ее размере может служить тот факт, что сейчас за ее счет стали реализовывать проекты отопления промышленных зданий, расположенных рядом с постоянно работающими трансформаторами. В них поддерживаются оптимальные условия работы оборудования даже в зимнее время.

Контроль уровня масла в трансформаторе

Масло постоянно циркулирует внутри бака. Его температура зависит от целого комплекса воздействующих факторов. Поэтому объем его все время изменяется, но поддерживается в определенных границах. Для компенсации объемных отклонений масла служит расширительный бачок. В нем удобно наблюдать текущий уровень.

Для этого используется маслоуказатель. Наиболее простые устройства изготавливают по схеме сообщающихся сосудов с прозрачной стенкой, заранее проградуированной в единицах объема.

Подключения такого маслоуказателя параллельно расширительному баку вполне достаточно для контроля эксплуатационных характеристик. На практике встречаются и другие, отличные от этого принципа работы маслоуказатели.

Защита от проникновения влаги

Поскольку верхняя часть расширительного бака контактирует с атмосферой, то в ней устанавливают осушитель воздуха, препятствующий проникновению влаги внутрь масла и снижению его диэлектрических свойств.

Защита от внутренних повреждений

Важным элементом масляной системы является газовое реле. Его монтируют внутри трубопровода, соединяющего основной бак трансформатора с расширительным. За счет этого все газы, выделяемые при нагреве из масла и органической изоляции, проходят через емкость с чувствительным элементом газового реле.

Этот датчик отстроен от работы на очень маленькое, допустимое газообразование, но срабатывает при его увеличении в два этапа:

1. на выдачу светового/звукового предупредительного сигнала обслуживающему персоналу о возникновении неисправности при достижении уставки первой величины;

2. на отключение силовых автоматических выключателей со всех сторон трансформатора для снятия напряжения при бурном газообразовании, свидетельствующем о начале мощных процессов разложения масла и органической изоляции, начинающихся при коротких замыканиях внутри бака.

Дополнительная функция газового реле — контроль уровня масла в баке трансформатора. При снижении его до критической величины газовая защита может отработать в зависимости от настройки:

только на сигнал;

на отключение с выдачей сигнала.

Защита от аварийного повышения давления внутри бака

На крышке трансформатора так монтируется выхлопная труба, чтобы ее нижний конец сообщался с емкостью бака, а масло поступало внутрь до уровня в расширителе. Верхняя часть трубы возвышается над расширителем и отводится в сторону, немного загибается вниз. Ее конец герметично закрыт стеклянной предохранительной мембраной, которая разрушается при аварийном повышении давления из-за возникновения нерасчетного нагрева.

Другая конструкция подобной защиты основана на монтаже клапанных элементов, которые открываются при повышении давления и закрываются при его сбросе.

Еще один вид — сильфонная защита. Она основана на быстром сжатии сильфона при резком повышении газа. В результате сбивается защелка, удерживающая боек, который в нормальном положении находится под воздействием сжатой пружины. Освобожденный боек разбивает стеклянную мембрану и тем самым осуществляет сброс давления.

Электрическая схема силового трансформатора

Внутри корпуса бака размещаются:

остов с верхней и нижней балкой;

обмотки высокого и низкого напряжения;

регулировочные ответвления обмоток;

низковольтный и высоковольтный отводы

нижняя часть вводов высокого и низкого напряжения.

Остов вместе с балками служит для механического закрепления всех составных деталей.

Конструкция внутренних элементов Магнитопровод служит для снижения потерь магнитному потоку, проходящему через обмотки. Его изготавливают из сортов электротехнической стали шихтованным способом.

По обмоткам фаз трансформатора протекает ток нагрузки. Материалами для их изготовления выбирают металлы: медь или алюминий с круглым либо прямоугольным сечением. Для изоляции витков используют специальные сорта кабельной бумаги или хлопчатобумажную пряжу.

Концентрические намотанные обмотки выполняют в виде цилиндров, расположенных один в другом. Для стороны высокого напряжения (ВН) создается непрерывная или многослойная обмотка, а для низкого (НН) — винтовая и цилиндрическая.

Обмотку НН располагают ближе к стержню: так легче выполнить слой для ее изоляции. Затем на нее устанавливают специальный цилиндр, обеспечивающий изоляцию между сторонами высокого и низкого напряжения, а на него монтируют обмотку ВН.

Описанный способ монтажа показан на левой части нижерасположенной картинки с концентрическим размещением обмоток на стержне трансформатора.

С правой стороны картинки показан способ размещения чередующихся обмоток, разделяемых изоляционным слоем.

Для повышения электрической и механической прочности изоляции обмоток их поверхность пропитывают специальным сортом глифталевого лака.

Для подключения обмоток одной стороны напряжения между собой используют схемы:

При этом концы каждой обмотки маркируют буквами латинского алфавита, как показано в таблице.

Тип трансформатора	Сторона обмотки
	Низкого напряжения			Среднего напряжения			Высокого напряжения
	начало	конец	нейтраль	начало	конец	нейтраль	начало	конец	нейтраль
Однофазный	а	X	—	Ат	Хт	—	А	X	—
Две обмотки три фазы	a	Х		—	—	—	А	X
	b	Y					B	Y
	с	г					C	Z
Три обмотки три фазы	a	X		Ат	Хт		А	X
	b	Y			Y т		B	Y
	c	Z			Хт		C	Z

Выводы от обмоток подключают к соответствующим токоотводам, которые монтируются на шпильки проходных изоляторов, расположенных на крышке бака трансформатора.

Для осуществления возможности регулировки величины выходного напряжения на обмотках делают ответвления. Один из вариантов выполнения регулировочных ответвлений показан на схеме.

Систему регулирования напряжения создают с возможностью изменения номинальной величины в пределах ±5%. Для этого выполняют пять ступеней по 2,5% в каждой.

У мощных силовых трансформаторов регулирование обычно создают на обмотке высокого напряжения. Это упрощает конструкцию переключателя ответвлений и позволяет повышать точность выходных характеристик за счет большего числа витков на этой стороне.

Для многослойных цилиндрических обмоток регулировочные ответвления выполняют на внешнем стороне слоя у окончания обмотки и компонуют их симметрично на одинаковой высоте относительно ярма.

У отдельных конструкций трансформаторов ответвления делают в средней части. При использовании оборотной схемы одна половина обмотки выполняется с правой намоткой, а вторая — с левой.

Для коммутации ответвлений используют трехфазный переключатель.

У него есть система неподвижных контактов, которые подключены к ответвлениям обмоток, и подвижных, осуществляющих коммутацию схемы за счет создания различных электрических цепей с неподвижными контактами.

Если ответвления сделаны около нулевой точки, то одним переключателем управляют работой сразу всех трех фаз. Это можно делать потому, что между отдельными частями переключателя напряжение не превышает 10% линейной величины.

Когда ответвления выполнены в средней части обмотки, то для каждой фазы используется свой, индивидуальный переключатель.

Способы регулирования выходного напряжения

Существуют два типа переключателей, позволяющие изменять количество витков на каждой обмотке:

1. с отключением нагрузки;

2. под нагрузкой.

Первый способ требует больше времени на выполнение и не пользуется популярностью.

Переключения под нагрузкой обеспечивают более легкое управление электрическими сетями за счет беспрерывного электроснабжения подключенных потребителей. Но, для его выполнения необходимо иметь усложненную конструкцию переключателя, который наделяется дополнительными функциями:

осуществление переходов между ответвлениями без разрыва токов нагрузки за счет подключения двух соседних контактов на момент переключения;

ограничение тока короткого замыкания внутри обмотки между подключаемыми ответвлениями во время их одновременного включения.

Техническое решение этих вопросов заключается в создании переключающих устройств, работающих от дистанционного управления с применением токоограничивающих реакторов и резисторов.

На фотографии, показанной в начале статьи, у силового трансформатора используется автоматическое регулирование выходного напряжения под нагрузкой за счет создания конструкции АРН, сочетающей релейную схему управления электродвигателя с приводным механизмом и контакторами.

Принцип и режимы работы

В основу работы силового трансформатора заложены те же законы, что и у обычного:

Проходящий по входной обмотке электрический ток с изменяющейся по времени гармоникой колебаний наводит внутри магнитопровода меняющееся магнитное поле.

Изменяющийся магнитный поток, пронизывая витки второй обмотки, наводит в них ЭДС.

При эксплуатации и проверках силовой трансформатор может оказаться в рабочем или аварийном режиме.

Рабочий режим создается подключением источника напряжения к первичной обмотке, а нагрузки — ко вторичной. При этом величина тока в обмотках не должна превышать расчетных допустимых значений. В этом режиме силовой трансформатор должен длительно и надежно питать все подключенные к нему потребители.

Разновидностями рабочего режима являются опыт холостого хода и короткого замыкания, создаваемые для проверок электрических характеристик.

Холостой ход создается размыканием вторичной цепи для исключения протекания в ней тока. Он используется для определения:

потерь в стали на намагничивание сердечника.

Опыт короткого замыкания , создается шунтированием накоротко выводов вторичной обмотки, но с заниженным напряжением на входе в трансформатор до величины, способной создать вторичный номинальный ток без его превышения. Этот способ используют для определения потерь в меди.

К аварийным режимам трансформатора относятся любые нарушения его работы, приводящие к отклонению рабочих параметров за границы допустимых для них значений. Особенно опасным считается короткое замыкание внутри обмоток.

Аварийные режимы приводят к пожарам электрооборудования и развитию необратимых последствий. Они способны причинить огромный ущерб энергосистеме.

Поэтому для предотвращения подобных ситуаций все силовые трансформаторы снабжаются устройствами автоматики, защит и сигнализации, которые предназначены для поддержания нормальной работы первичной схемы и быстрого отключения ее со всех сторон при возникновении неисправностей.

2. Принципиальная схема трансформатора тока.

Принципиальная схема одноступенчатого электромагнитного трансформатора тока и его схема замещения приведены на рис. 2. Как видно из схемы, основными элементами трансформатора тока участвующими в преобразо­вании тока, являются пер­вичная 1 и вторичная 2 об­мотки, намотанные на один и тот же магнитопровод 3. Первичная обмотка включа­ется последовательно (в рас­сечку токопровода высокого напряжения 4, т. е. обтекается током линии I_j. Ко вторичной обмотке подключаются измерительные приборы (амперметр, токовая обмотка счетчика) или реле. При ра­боте трансформатора тока вторичная обмотка всегда замкнута на нагрузку.

Рис. 2. Принципиальная схема

трансформатора тока и его схема замещения.

Первичную обмотку совместно с цепью высокого напряжения называют первичной цепью, а внешнюю цепь, получаю­щую измерительную информацию от вторичной обмотки трансфор­матора тока (т. е. нагрузку и соединительные провода), называют вторичной цепью. Цепь, образуемую вторичной об­моткой и присоединенной к ней вторичной цепью, называют ветвью вторичного тока.

Из принципиальной схемы трансформатора видно, что между первичной и вторичной обмотками не имеется электрической связи. Они изолированы друг от друга на полное рабочее напря­жение. Это и позволяет осуществить непосредственное присоеди­нение измерительных приборов или реле ко вторичной обмотке и тем самым исключить воздействие высокого напряжения, при­ложенного к первичной обмотке, на обслуживающий персонал. Так как обе обмотки наложены на один и тот же магнитопровод, то они являются магнитно-связанными.

На рис. 2 изображены только те элементы трансформатора тока, которые участвуют в преобразовании тока. Конечно, ТТ имеет много других элементов, обеспечивающих требуемый уро­вень изоляции, защиту от атмосферных воздействий надлежащие монтажные и эксплуатационные характеристики.

Перейдем к рассмотрению принципов действия трансформатора тока (рис. 2). По первичной обмотке 1 трансформатора тока про­ходит ток I₁, называемый первичным током. Он зависит только от параметров первичной цепи. Поэтому при анализе явлений, происходящих в трансформаторе тока, первичный ток можно считать заданной величиной. При прохождении первичного тока по первичной обмотке в магнитопроводе создается перемен­ный магнитный поток Ф₁ изменяющийся с той же частотой, что и ток I₁. Магнитный поток Ф₁ охватывает витки как первичной, так и вторичной обмоток. Пересекая витки вторичной обмотки, магнитный поток Ф₁ при своем изменении индуцирует в ней элект­родвижущую силу. Если вторичная обмотка замкнута на некото­рую нагрузку, т. е. к ней присоединена вторичная цепь, то в такой системе «вторичная обмотка — вторичная цепь» под действием индуцируемой э. д. с. будет проходить ток. Этот ток согласно закону Ленца будет иметь направление, противоположное на­правлению первичного тока I_i. Ток, проходящий по вторичной обмотке, создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф₂, который направлен встречно магнитному потоку Ф₁. Вследствие этого магнитный поток в магнитопроводе, вызванный первичным током, будет уменьшаться.

В результате сложения магнитных потоков Ф₁ и Ф₂ в магнито­проводе устанавливается результирующий магнитный поток:

Ф₀ = Ф₁ — Ф₂

составляющий несколько процентов магнитного по­тока Ф₁. Поток Ф₀ и является тем передаточным «звеном, посред­ством которого осуществляется передача энергий от первичной обмотки ко вторичной в процессе преобразования тока.

Результирующий магнитный поток Ф₀, пересекая витки обеих обмоток, индуцирует при своем изменении в первичной обмотке противо-Э.Д.С. E₁, а во вторичной обмотке — э. д. с. E₂. Так как витки первичной и вторичной обмоток имеют примерно одинаковое сцепление с магнитным потоком в магнитопроводе (если прене­бречь рассеянием), то в каждом витке обеих обмоток индуцируется одна и та же Э.Д.С. Под воздействием Э. Д. С. E₂ во вторичной обмотке протекает ток I₂, называемый вторичным током.

Если обозначить число витков первичной обмотки, через ω₁, а вторичной обмотки — через ω₂, то при протекании по ним соот­ветственно токов I₁ и I₂ в первичной обмотке создается магнито­движущая сила

F₁ = I₁ ω₁

называемая первичной маг­нитодвижущей силой (М. Д. С.), а во вторичной обмотке — магнитодвижущая сила

F₂ = I₂ ω₂

называемая вто­ричной М. Д. С. Магнитодвижущая сила измеряется в ам­перах.

При отсутствии потерь энергии в процессе преобразования тока магнитодвижущие силы F₁ и F₂ должны быть численно равны, но направлены в противоположные стороны.

Трансформатор тока, у которого процесс преобразования тока не сопровождается потерями энергии, называется идеаль­ным. Для идеального трансформатора тока справедливо следую­щее векторное равенство:

. .

F1=F2 (1)

Или

I₁ ω₁₌I₂ ω₂ (2)

Из равенства (2) следует, что

I₁/I₂ = ω₁/ ω₂ = n (3)

Т. е. токи в обмотках идеального трансформатора тока обратно пропорциональны числам витков.

Отношение первичного тока ко вторичному (I₁/I₂) или числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки (ω₁/ω₂) называется коэффициентом трансформации n идеального трансформатора тока. Учитывая равенство (3), можно написать

I₁ = I₂ (ω₁/ ω₂) = I₂n (4)

т. е. первичный ток I₁ равен вторичному току I₂, умноженному на коэффициент трансформации трансформатора тока n.

В реальных ТТ преобразование тока сопровождается потерями энергии, расходуемой на создание магнитного потока в магнитопроводе, на нагрев и перемагничивание магнитопровода, а также на нагрев проводов вторичной обмотки и вторичной цепи. Эти потери энергии нарушают установленные выше равенства для абсолютных значений М. Д. С. F₁ и F₂. В реальном трансформа­торе первичная М. Д. С. должна обеспечить создание необходимой вторичной М. Д. С., а также дополнительной М. Д. С., расходуе­мой на намагничивание магнитопровода и покрытие других по­терь энергии. Следовательно, для реального трансформатора урав­нение (1) будет иметь следующий вид:

. . .

F₁ = F₂ +F₀ (5)

где F₀ — полная М. Д. С. намагничивания, затрачиваемая на про­ведение магнитного потока Ф₀ по магнитопроводу, на нагрев и перемагничивание его.

В соответствии с этим равенство (2) примет вид

I₁ ω₁= I₂ ω₂ + I₀ ω₀ (6)

где I₀ — ток намагничивания, создающий в магнитопроводе магнитный поток Ф₀ и являющийся частью первичного тока I₁. Разделив все члены уравнения (6) на ω₁ получим:

. . .

I₁ = I₂ (ω₂/ ω₁) + I₀(7)

При первичном токе, не превышающем номинальный ток ТТ, ток намагничивания обычно составляет не более 1÷3 % первич­ного тока и им можно пренебречь. Тогда (7) будет иметь такой же вид, как (4), т. е.

I₁ = I₂n

Таким образом, вторичный ток трансформатора пропорциона­лен первичному току. Из выражений (4) и (7) следует, что для понижения измеряемого тока необходимо чтобы число витков вторичной обмотки было больше числа витков первичной обмотки.

Сравнивая формулы (2) и (5), видим, что они отличаются друг от друга членом F₀ (или I₀ω₁). Следовательно, реальный трансформатор тока несколько искажает результаты измерений, т. е. имеет погрешности.

Иногда пользуются так называемым приведением тока к пер­вичной или вторичной обмотке. Так, например, если разделить первичный ток на коэффициент трансформации, то получим пер­вичный ток, приведенный ко вторичной обмотке: I^’₀ = I₁/n. Ана­логично приведенный ток намагничивания будет I^’₀ = I₀/n. Тогда получим:

. . .

I^’₁ = I^’₂ + I^’₀ (8)

Путем такого приведения трансформатор тока заменяется эквивалентным ТТ с коэффициентом трансформации, равным еди­нице.

Из полученного равенства (8) следует, что часть приведенного первичного тока I^’₁ идет на намагничивание магнитопровода, а остальная часть трансформируется во вторичную цепь, т. е. первичный ток I^’₁ как бы разветвляется по двум параллельным цепям: по цепи нагрузки и цепи намагничивания. Этому соответ­ствует схема замещения, приведенная на рис. 2, где в цепь ветви намагничивания z₀ от тока I^’₁ ответвляется ток I^’₀. Остальная часть тока I^’₁ проходит по вторичной цепи, представляя собой вторичный ток I₂. Сопротивление первичной обмотки ТТ на схеме замещения не показано, так как оно не оказывает влияния на работу трансформатора.

Схемы соединения обмоток автотрансформаторов

В отличие от трансформаторов, у которых первичная и вторичная обмотки гальванически не связаны между собой и между ними имеется только электромагнитная связь, обмотки автотрансформаторов кроме электромагнитной связи соединены проводниками гальванически.

Схема соединения обмоток и работа  однофазного автотрансформатора

Принципиальная схема соединения обмоток однофазного понижающего автотрансформатора, включенного на нагрузку Ry показана на рис.  Его режим работы на холостом ходу не отличается от режима работы трансформатора. Подведенное к первичной обмотке напряжение иг равномерно распределяется между витками обмотки Ах, по которой проходит ток холостого хода; вторичное напряжение U2 пропорционально числу витков обмотки ах и равно разности потенциалов между этими точками.U2-(l2—Л). Применение автотрансформаторных схем определяется коэффициентом выгодности а:а=(1 — l/k), где k — коэффициент трансформации автотрансформатора.
Выражая типовую мощность через а и S, имеем ST=aS= = (l—l/k)S.

Таблица 3. Стандартные схемы и группы соединения трехфазных двухобмоточных автотрансформаторов

Отсюда следует что типовая мощность автотрансформатора в а раз меньше проходной и наиболее выгодные значения а принимает, когда коэффициент трансформации близок к единице. Например, для передачи мощности 120 MB-А из сети 220 кВ в сеть 110 кВ достаточно, чтобы типовая мощность автотрансформатора была 60 MB-А. Если для этой цели применить трансформатор, его необходимо рассчитать на мощность 120 MB-А.
Соответственно автотрансформатор в отличие от трансформатора имеет меньшие массу, размеры и расход активных материалов (электротехнической стали, обмоточных проводов), потери электрической энергии в обмотках и магнитной системе, а следовательно, больший кпд. Однако применение автотрансформаторов ограничено, так как использование их экономически оправдано только при коэффициенте трансформации, равном 2—3, при большем — их мощность приближается к типовой мощности трансформаторов; индуктивное сопротивление обмоток, соединенных по автотрансформаторной схеме (особенно при большом коэффициенте трансформации), значительно меньше сопротивления обмоток трансформатора той же мощности, поэтому при коротком замыкании в сети напряжение на стороне НН возрастает до напряжения стороны ВН и через обмотки автотрансформатора будет проходить недопустимо большой ток короткого замыкания, и поэтому для защиты автотрансформатора от разрушения
приходится применять специальные устройства, ограничивающие этот ток до допустимых пределов. Кроме того, связь через автотрансформатор сетей НН и ВН вызывает опасность для обслуживающего персонала и оборудования электроустановок, так как между проводниками сети НН и землей постоянно действует напряжение стороны ВН. При отключении сети со стороны ВН на стороне обмоток НН будет действовать высокое напряжение.

Таблица 4. Стандартные схемы и группы соединения обмоток трехфазных трехобмоточных автотрансформаторов

Автотрансформаторы так же как и трансформаторы могут быть одно- и трехфазными, двух- и трехобмоточными. Стандартные схемы и группы соединения обмоток для трехфазных двух- и трехобмоточных автотрансформаторов приведены в табл. 3 и 4.

Устройство и схемы включения измерительных трансформаторов

Страница 31 из 66

Трансформаторы тока.

Назначением трансформаторов тока в установках напряжением до 1000 В является понижение тока до величины, наиболее удобной для подключения измерительных приборов станций и подстанций. В установках более высоких напряжений трансформаторы тока нужны также и для отделения вторичных цепей приборов от цепей первичного высокого напряжения. Вторичный ток стандартных трансформаторов тока принят равным 5 А, что достигается соответствующим подбором отношения витков первичной и вторичной обмоток. Первичные обмотки трансформаторов тока могут быть выполнены на токи до нескольких тысяч ампер. Это дает возможность включать их в цепи с большой нагрузкой и замерять эту нагрузку на вторичной стороне трансформаторов тока, подключая к ним измерительные приборы, отградуированные на первичную нагрузку.
Каждый трансформатор тока характеризуется номинальным коэффициентом трансформации по току, который представляет собой отношение номинальных токов первичного ко вторичному

Так как в большинстве случаев Iном2 = 5 А, то коэффициент трансформации указывают дробью, например:
Вторичная мощность трансформатора тока равна

где Ζ2 — полное сопротивление внешней цепи, включая сопротивление всех катушек приборов и реле. Или, пренебрегая индуктивными сопротивлениями токовых цепей и заменив Ζ2 на R2, получим



Рис. 81. Измерительный трансформатор тока типа ТПОЛ на 10 кВ:
1 — литой корпус, 2 —выводы, 3 — установочная плита, 4 — болт, 5 — крепежные отверстия, 6 — зажимы

Первичная обмотка трансформаторов тока выполняется в виде катушки, насаженной на сердечник. Трансформаторы тока для установок низкого напряжения выполняются с одним сердечником и од- ной вторичной обмоткой, а для установок высокого напряжения с несколькими сердечниками и обмотками.

По числу витков первичной обмотки трансформаторы тока делятся на одновитковые и многовитковые. В одновитковых роль витка играет токоведущий стержень или шина, на которую надевается трансформатор. Многовитковые трансформаторы изготовляют на большие первичные токи порядка сотен ампер.
Наиболее распространенные типы трансформаторов тока, применяемые в сельских электроустановках, следующие: ТКМ, ТПФМ, ТПЛ, ТПШЛ, рассчитанные на первичные токи от 5 до 3000 А и выше. В обозначениях трансформаторов буква Т — означает трансформатор тока, К — катушечный, П — проходного исполнения, Ф — с фарфоровой, а Л — с лигой изоляцией, М — модернизированный.
Трансформаторы проходного исполнения чаще всего применяют в распределительных устройствах, так как они могут заменить собой проходные изоляторы. Трансформаторы с литой изоляцией выполняются в едином блоке (обе обмотки и сердечник заливаются синтетической смолой, что повышает прочность обмоток, и сокращает размеры трансформатора). Трансформаторы типов ТПЛ, ТПОЛ, ТПШЛ имеют малые габариты и повышенную устойчивость к токам короткого замыкания. На рис. 81 показан внешний вид трансформатора тока типа ТПОЛ, лигой корпус 1 которого соединен с установочной плитой 3, имеющей крепежные отверстия 5. Выводами 2 трансформатор включается в первичную цепь, а приборы вторичной цепи подключаются к зажимам 6. Для заземления трансформатора служит болт 4. Основные технические данные трансформаторов тока приведены в приложении 12.

Рис. 82. Схемы включения трансформаторов тока: а — в две фазы, б — в три фазы
Трансформаторы тока могут включаться в одну, две или три фазы. Независимо от способа включения в установках высокого напряжения одна точка вторичной обмотки заземляется по условиям безопасности (на случай пробоя первичной обмотки на вторичную). Для подключения контрольно-измерительных приборов используют схемы включения трансформаторов тока в две или три фазы, соединяя их в неполную или полную звезду соответственно (рис. 82).

Для разовых замеров, например нагрузки по фазам в цепях напряжения выше 1000 В, применяют трансформаторы тока с разъемными сердечниками, выполненными в виде токоизмерительных клещей. Разъемный сердечник со вторичной обмоткой, к которой подключен амперметр, укреплен на изолирующих ручках. Роль первичной обмотки играет охватываемая токоведущая часть или провод. Токоизмерительные клещи часто используют для контроля равномерности нагрузки отдельных фаз электроустановки.
Стационарные трансформаторы тока выбирают по роду установки, номинальным данным, классу точности и нагрузке, а проверяют на термическую и динамическую устойчивость токам короткого замыкания.

Эти измерительные трансформаторы устроены и работают, как обычные небольшие силовые трансформаторы с номинальным коэффициентом трансформации по напряжению

Первичное номинальное напряжение соответствует напряжению установки, а вторичное Uном2=100 В (на это напряжение и выполняются обмотки подключаемых измерительных приборов).

Рис. 83. Измерительный однофазный трансформатор напряжения типа НОМ-10:
1 — трансформатор, 2 — пробка

Рис. 84, Схемы включения двух однофазных трансформаторов напряжения:

а —в открытый треугольник, б — трехфазного пятистержневого трансформатора для измерения напряжения в установках выше 1000 В

Трансформатор напряжения имеет две обмотки: первичную и вторичную, намотанные на одном сердечнике. Сердечник с обмотками помещают в кожух, заполненный маслом (для напряжения 3—35 кВ), или выполняют их сухими для напряжений 0,5 кВ. Трансформаторы выполняют как однофазными, так и трехфазными. На рис. 83 показан однофазный трансформатор НОМ-10 на первичное напряжение 10 кВ и вторичное напряжение 100 В для внутренней установки. На крышке трансформатора 1 расположены изоляторы высокого напряжения с вводами А и X для подключения к сети и выводами а, х низкого напряжения. Масло в бак трансформатора заливается через пробку 2. Трансформаторы напряжения устанавливаются в ячейках распределительных устройств и защищаются предохранителями типа ПКТ. Технические данные трансформаторов для напряжений до 35 кВ приведены в приложении 13.
Линейное напряжение цепи можно измерить однофазным трансформатором, подключенным между фазами. Двумя однофазными трансформаторами, соединенными в открытый треугольник (рис. 84, а), можно намерить три любых линейных напряжения (или три фазных напряжения при создании искусственной нулевой точки). Эту схему включения применяют иа станциях и подстанциях для питания обмоток напряжения самых разнообразных измерительных приборов — вольт- метров, счетчиков, ваттметров. Трехфазные трансформаторы напряжении могут быть выполнены как с трехстержневыми сердечниками и одной вторичной обмоткой, так и  с двумя вторичными обмотками. Дополнительные крайние стержни такого трансформатора играют роль шунтов по отношению к основным стержням. Схема включения в сеть пятистержневого трансформатора с двумя вторичными обмотками w2 и w3 (последняя соединена в открытый треугольник) показана на рис. 84, б. Эта схема является наиболее универсальной, так как она позволяет измерять не только фазные и линейные напряжения, но и осуществить контроль изоляции установки. В этом случае к обмотке w3 подключают вольтметр или реле напряжения, действующие на сигнал при замыкании фазы на землю.
В распределительных устройствах сельских станций и подстанций трансформаторы напряжения подключаются к шинам через разъединители и кварцевые предохранители. Количество измерительных приборов, которое можно подключить ко вторичным обмоткам трансформаторов напряжения, ограничено их мощностью. Нормальная работа трансформатора напряжения гарантирована при условии, если падение напряжения во вторичной цепи не превышает 1 % от номинального.

СХЕМА ТРАНСФОРМАТОРА

---

   Обычные трансформаторы на 220 вольт, в силу своих больших размеров, веса и дороговизны производства, постепенно вытесняются лёгкими и надёжными электронными трансформаторами, обеспечивающими значительный ток при размерах меньше пачки сигарет. Как правило все они китайского производства, пусть даже на коробке и написано «Сделано в Германии». Принципиальная схема представляет из себя автогенератор, запускающийся только при подключении нагрузки (лампы).

Схема электронного трансформатора

   К достоинствам этих трансформаторов, прежде всего, следует отнести их малые габариты и вес, что позволяет устанавливать их практически где угодно. Некоторые модели современных осветительных приборов, рассчитанные на работу с галогенными лампами, содержат встроенные электронные трансформаторы, иногда даже по несколько штук. Такая схема применяется, например, в люстрах. Известны варианты, когда электронные трансформаторы устанавливаются в мебели для устройства внутренней подсветки полок и вешалок.

Схема подключения в сеть

   Для устройства освещения помещений трансформаторы могут устанавливаться за подвесным потолком или за гипсокартонными плитами стенных покрытий в непосредственной близости от галогенных ламп. При этом длина соединительных проводов между трансформатором и лампой должна быть не более метра, что обусловлено большими токами, а также высокочастотной составляющей выходного напряжения такого трансформатора. Индуктивное сопротивление провода увеличивается с увеличением частоты, а также его длины. В основном длина и определяет индуктивность провода. При этом общая мощность подключенных ламп, не должна превышать указанную на этикетке электронного трансформатора. Для повышения надежности всей системы в целом лучше, если мощность ламп будет, ниже на 20% мощности трансформатора.

   Схема преобразователя в том виде, как она есть, достаточно проста и не содержит никаких «излишеств». После выпрямительного моста не предусмотрено даже просто конденсатора для сглаживания пульсаций выпрямленного сетевого напряжения. Выходное напряжение прямо с выходной обмотки трансформатора также безо всяких фильтров подается прямо на нагрузку. Отсутствуют цепи стабилизации выходного напряжения и защиты, поэтому при коротком замыкании в цепи нагрузки сгорают сразу несколько элементов. И несмотря на такое несовершенство, схема ЭТ себя вполне оправдывает при использовании его в штатном режиме — для питания постоянной нагрузки, например галогенных ламп. Простота схемы обуславливает ее дешевизну и широкую распространенность.

Поделитесь полезными схемами

---

---

БЛОК ПИТАНИЯ НА 5А    Простой регулируемый источник питающего напряжения различных схем и устройств, с предельным током до 5 ампер.

---

---

ДОРАБОТКА ПИТАНИЯ ЧАСОВ    У многих имеются стоят простые настольные электронные часы с большим ЖКИ дисплеем и питающимися от небольшого дискового литий ионного элемента на три вольта. Часы хороши всем — и небольшая цена, и надёжность, и многофункциональность. Но вот одна проблема — периодически приходится менять элемент питания. Вроде ничего сложного тут нет, но во первых — батарейка садится как правило в самый неподходящий момент, а во вторых — стоит она почти половину цены самих часов.

---

Электрическая схема трансформатора — Энциклопедия по машиностроению XXL

Рис, 45, Электрическая схема трансформатора и регулятора  [c.75]
Электрическая схема трансформатора с включением его на сварочный пост представлена на фиг. 34.  [c.99]

Фиг. 80. Электрическая схема трансформатора типа СТАН-0

Электрическая схема трансформатора (рис. 45) предусматривает возможность работы на двух значениях напряжения холостого хода — 71 и 78 В. Это достигается за счет секционирования первичной обмотки трансформатора. Переключение на необходимое напряжение производится перестановкой перемычек на доске зажимов, где закреплены шпильки, соединенные с соответствующими концами отводов первичной обмотки.  [c.104]

Р Гс. 39. Электрическая схема трансформатора ТСП-2  [c.57]

Принципиальная электрическая схема трансформатора показана на рис. 41.  [c.61]

В последнее время выпускается новая модификация сварочных трансформаторов с подвижной вторичной обмоткой типа ТДМ. Такие трансформаторы полностью отвечают современным требованиям уменьшена масса, повышены надежность и долговечность, улучшены их динамические характеристики, эксплуатационные качества. Лучшие показатели достигнуты благодаря использованию высококачественных проводниковых, изоляционных и магнитных материалов. Обмотки выполнены из алюминиевого провода марки АНОД и алюминиевой шины АДО. Применена изоляция класса Н. Магнитопровод выполнен из качественной электротехнической стали толщиной 0,35 мм. Принципиальная электрическая схема трансформаторов типа ТД, ТДМ изображена на рис, 23.  [c.37]

Трансформаторы снабжены емкостными фильтрами, предназначенными для снижения помех радиоприему, создаваемых при сварке. Трансформаторы типа ТСК отличаются от ТС наличием компенсирующих конденсаторов 8, обеспечивающих повышение коэффициента мощности ( os ф). На рис. 11, в показана принципиальная электрическая схема трансформатора ТД-500.  [c.27]

Рис. 63. Электрическая схема трансформатора ТСД-1000-3 Тр — понижающий трансформатор, КУБ, КУМ — кнопки дистанционного управления сварочным током — Больше , Меньше , ПМБ, ПММ — магнитные пускатели, ДП — двигатель провода механизма перемещения пакета магнитопровода, ВКБ, ВКМ — конечные выключатели, ДВ — двигатель вентилятора, Трс — трансформатор сварочный

Электрическая схема трансформатора (рис. 139) позволяет получить два значения вторичного напряжения холостого хода. Для этого на доске зажимов имеются две перемычки. При установке перемычек на левые шпильки 79—82) напряжение холостого хода будет 71 в. При переносе их на правые шпильки (80- 81) включаются дополнительные секции обмоток и напряжение повышается до 78 в.  [c.246] Для электрошлаковой сварки применяются источники питания переменного и постоянного тока с жесткими внешними характеристиками. В основном используются трехфазные трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием. Первичные и вторичные обмотки трансформаторов состоят из отдельных секций. Технические характеристики трансформаторов приведены в табл. 29, конструктивные особенности — в табл. 30. Общий вид и электрическая схема трансформатора ТШС-1000-3 показаны на рис. 28 и 29.  [c.38]

В трансформаторах типа ТД для регулирования режима сварки используют индуктивное сопротивление (повышенное магнитное рассеяние). Это достигается специальной конструкцией магнитной цепи и расположением обмоток, при котором искусственно усиливаются магнитные поля рассеяния, что увеличивает индуктивность рассеяния обмоток, а следовательно, их индуктивные сопротивления. Перемещением катушек одной из обмоток можно плавно регулировать индуктивные сопротивления обмоток и устанавливать необходимый сварочный ток. На рис. 20 приведена принципиальная упрощенная электрическая схема трансформатора типа ТД. На каждом стержне магнитопровода трансформатора имеется катушка первичной ой и вторичной а>2 обмоток. Грубое регулирование сварочного тока достигается переключением диапазонов сварочного тока, плавное регулирование тока в определенных пределах-перемещением вторичной обмотки. Напряжение холостого хода при различных диапазонах тока различное.  [c.181]

Рнс. 115. Электрическая схема трансформатора типа ТСК  [c.151]

От синхронного возбудителя к первичной обмотке подводится переменное напряжение. Ток, протекающий в этой обмотке, создает магнитный поток, направленный по стали замкнутого магнитного сердечника. Во вторичных обмотках от потока индуктируется переменное напряжение, величина которого зависит от числа витков первичной и вторичной обмоток. От выводов вторичных обмоток питание распределяется к трансформаторам ТПТ и ТПН и блоку управления возбуждением (БУВ). Электрические схемы трансформаторов ТР-20 приведены на рис. 143.  [c.227]

Рис, 143. Электрические схемы трансформаторов ТР-20  [c.227]

Рис. 145. Электрическая схема трансформатора постоянного напряжения ТПН-4

Трансформатор ТТ-30 броневого типа состоит из магнитного сердечника и катушек. Магнитный сердечник набран из листов электротехнической стали, стянутых шпильками и угольниками. Катушка имеет первичную и вторичную обмотки, является бескаркасной и залита компаундом на основе эпоксидной смолы. Панель выводов закрыта кожухом. Электрическая схема трансформатора приведена на рис. 146.  [c.228]

Для автоматической сварки под флюсом используются специальные трансформаторы, рассчитанные на большой ток и снабженные устройством для дистанционного регулирования сварочного тока. К ним относятся трансформаторы ТСД-500, ТСД-1000 и ТСД-2000-2. Общий вид трансформатора ТСД-1000-3 показан на рис. 151, а. Плавное регулирование сварочного тока производится с помощью кнопок, смонтированных на пульте управления сварочного автомата. Электрическая схема трансформатора ТСД-1000-3 показана на рис. 151, б.  [c.336]

Трансформатор ТТ-ЗОМ имеет тороидальный ленточный сердечник. Первичная обмотка намотана гибким изолированным проводом марки ПШ, вторичная — эмальпроводом марки ПЭТВ. Концы обмоток подпаяны к выводам, укрепленным на изоляционной шайбе. Сердечник, обмотки и изоляционная шайба залиты компаундом на основе эпоксидной смолы. Трансформатор крепится болтом, проходящим через его центральное отверстие. Электрическая схема трансформатора приведена на рис. 133.  [c.231]

Электрическая схема контактных машин состоит из трех элементов трансформатора, прерывателя тока и переключателя степеней мощности (рис. 5.38). Первичную обмотку трансформатора подключают к сети с напряжением 220—380 В ее изготовляют секционной для изменения числа рабочих витков при переключении ступени мощности. Вторичная обмотка трансформатора состоит из одного или двух витков (вторичное напряжение 1 —12 В). Сила вторичного тока составляет 1000—J00 ООО А.  [c.219]

Общие требования и правила выполнения электрических схем обмоток и изделий с обмотками (трансформаторов, электрических машин и т. п.) должны соответствовать ГОСТ 2.701. 68 и ГОСТ 2.702-69 особые правила представлены в ГОСТ 2.705—70.  [c.191]

Для большего расширения пределов регулировки сварочного тока в трансформаторах предусмотрен второй способ регулировки тока. Он состоит в том, что вторичную обмотку трансформатора секционируют и выводы от отдельных секций подводят к контактным болтам. Переключение секций производят с помощью перестановки перемычки. Этот способ дает ступенчатое регулирование сварочного тока, т. е. изменение тока через определенную величину. Однако способ секционирования в сочетании с плавной регулировкой тока путем перемещения магнитного шунта дает возможность постепенно изменять ток в больших пределах. Электрическая схема трансформатора СТАН-1 приведена на фиг. 37. На одно.м стержне расположены катушки первичной обмотки и две секции вторичной облютки. На втором сердечнике расположена третья катушка вторичной обмотки (реактивная). Переключение катушек вторично обмотки производится с помощью переключения пере.мычки на борновой доске клемм вторичной обмотки.  [c.103]

Сварочный трансформатор СТ-2Д. Для питания двухдуговых автоматов в Институте электросварки АН УССР разработан специальный однокорпусный трансформатор СТ-2Д — преобразователь трехфазного тока в двухфазный. Пршпхппиальная электрическая схема трансформатора СТ 2Д изображена па фиг. 22. Трансформатор СТ-2Д состоит из двух однофазных трансформаторов,  [c.185]

Монтажный трансформатор ТМ-ЗОО-П предназначен для питания сварочной дуги при однопостовой дуговой сварке на монтажных, строительных и ремонтных работах. Трансформатор обеспечивает крутопадающую внешнюю характеристику (с отношением тока короткого замыкания к току номинального рабочего режима 1,2 —1,3) и ступенчатое регулирование сварочного тока, что позволяет вьшолнять сварку электродами диаметром 3,4 и 5 мм. Он однокорпусный, имеет малую массу и удобен для транспортирования. Трансформатор ТМ-ЗОО-П имеет разделенные обмотки, что позволяет получать значительное индуктивное сопротивление для создания падающих внешних характеристик. Магнитопровод стержневого типа набирается из холоднокатаной текстурирован-ной стали ЭЗЮ, Э320, ЭЗЗО толщиной 0,35 — 0,5 мм. Электрическая схема трансформатора приведена на рис. 67.  [c.131]

Для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом используются трансформаторы типа ТСД и СТ на 1000 и 2000 А, выполненные с нормальным магнитным рассеиванием и совмещенной реактивной катушкой. Электрическая схема трансформатора ТСД-1С00 дана на рис. 38. В этих трансформаторах перемещение подвижного пакета осуществляется встроенным электродвигателем Д, имеющим дистанционное кнопочное управление.  [c.77]

Трансформатор постоянного напряжения ТПН-4 служит для измерения напряжения на выходе иьшрямителя тягового генератора 11 состоит из двух кольцевых сердечников, выполненных из желе- юникелевого сплава, на каждом нз которых намотана рабочая обмотка. Управляющая обмотка охватывает оба сердечника. Электрическая схема трансформатора приведена на рис. 145. Сердечники с обмотками и шпильками залиты компаундом на основе эпоксидной н  [c.227]

Трансформатор постоянного напряжения ТПН-61 состоит из двух кольцевых сердечников, выполненных из железоникелевого сплава, на каждый из которых намотана рабочая обмотка. Управляющая обмотка охватывает оба сердечника. Сердечники с обмотками залиты компаундом на основе эпоксидной смолы. Болт, с помощью которого трансформатор устанавливают на тепловозе, проходит через центральное отверстие трансформатора. Электрическая схемЙ трансформатора приведена на рис. 132.  [c.231]

На рис, 79 приведена электрическая схема установки типа УДГ, где показаны основные элементы. Сварочный трансформатор СТ типа ТРПШ позволяет автоматизировать работу установки режим сварки регулируют путем изменения величины постоянного тока в обмотке нодмагничивания ОУ. Управляющим сигналом является потенциал с движка потенциометра R3, который изменяет режим работы транзистора Т1. Ток, пропускаемый этим транзистором, усиленный магнитным усилителем МУ, поступает на обмотку управления ОУ. В случае обрыва дуги на электродах напряжение возрастает до напряжения холостого хода источника питания, в результате чего срабатывает реле Р и подключает в работу осциллятор для возбуждения дуги вновь.  [c.149]

В аппаратах-моноблоках высоковольтный трансформатор и рентгеновская трубка смонтированы в единые защитные блоки, залитые маслом или заполненные газом. Их основное преимущество — малые габариты и масса. Недостатки — небольшая длительность непрерывной работы и низкое качество излучения, что обусловлено простыми полуволновыми, безвентильными электрическими схемами. Рентгеновская трубка при этом пропускает ток только в одном направлении в течение первого полупериода, во втором полупериоде она запирает ток и работает как выпрямитель. Портативные аппараты-моноблоки используют обычно в полевых и монтажных условиях. Примерами данных аппаратов являются РУП-60-20-1М, РУП-160-6П, РУП-200-5-1, РУП-120-5-2. Часто маркировка сопровождается сокращением РАП. В маркировке РУП (РАП) обозначает рентгеновская установка (или аппарат ), промышленная ( промышленный ), первая цифра — напряжение в кВ, вторая —ток рентгеновской трубки в мА, третья — номер модели. Малогабаритные аппараты обеспечивают мощность 0,8… 1,0 кВт.  [c.156]

---

Эквивалентная схема и фазовая схема трансформатора

Чтобы понять эквивалентную схему трансформатора, мы предлагаем вам сначала прочитать Идеальный трансформатор , а затем вернуться и продолжить с этого места.

Что такое эквивалентная схема трансформатора?

Эквивалентная схема трансформатора представляет собой схематическое изображение практического трансформатора, который показывает все электрические параметры, такие как сопротивление обмотки, реактивное сопротивление, проводимость, проводимость, первичные и вторичные напряжения, токи и т. Д.Теперь давайте углубимся в тему и, прежде всего, познакомимся с настоящим трансформатором.

На рисунке показан реальный трансформатор с нагрузкой, подключенной к его вторичной обмотке. Как вы знаете, первичный и вторичный проводники имеют конечное сопротивление.

Пусть R ₁ будет сопротивлением первичной обмотки, а R ₂ будет сопротивлением вторичной обмотки. Когда через эти катушки протекает ток, определенная мощность теряется из-за ее омического сопротивления.Поскольку проводник сделан из меди, потеря мощности также известна как потери в меди.

Считаем, что трансформатор имеет N ₁ количество витков первичной обмотки и N ₂ количество витков вторичной обмотки. V ₁ — напряжение, приложенное к первичной катушке, которое индуцирует ЭДС E ₁ в первичной катушке и E ₂ во вторичной катушке.

Импеданс нагрузки Z добавляется к клеммам вторичной обмотки таким образом, чтобы отводить ток I ₂ от вторичной обмотки трансформатора, который пропорционален I ₁ на первичной обмотке трансформатора.Пусть V ₂ будет напряжением, измеренным на нагрузке.

Большая часть потока Φ связывает первичную и вторичную обмотки и ограничена сердечником, тогда как небольшая его часть просачивается в окружающий воздух. Пусть Φ _PL и Φ _SL будут потоками рассеяния, связывающими первичную и вторичную обмотки соответственно.

Первичная и вторичная катушки обладают сопротивлением (R ₁ и R ₂ ) и реактивным сопротивлением (X _l1 и X _l2 ) и последовательно влияют на обмотку.

В дополнение ко всему вышесказанному, существует ток намагничивания и составляющая тока потерь в сердечнике, которые обозначены I _m и I _i соответственно. Как известно, коэффициент трансформации мощности трансформатора равен

.

Падение напряжения из-за сопротивления и реактивного сопротивления утечки слишком мало, так что

Схема замещения трансформатора

Надеюсь, вы поняли все сделанные предположения и соображения.Теперь пора нарисовать эквивалентную схему трансформатора.

Как было сказано ранее, трансформаторы потребляют ток возбуждения Io, имеющий намагничивающую составляющую I _m , которая генерирует магнитный поток Φ и составляющую потерь в сердечнике I _i . Со всеми вышеперечисленными деталями можно построить схемную модель реального трансформатора.

Рисунок (a)

Где G _i и B _m представляют потери в сердечнике и составляющую намагниченности соответственно.

Как обсуждалось в разделе «Идеальный трансформатор», вторичное сопротивление и реактивное сопротивление могут быть отнесены к первичной обмотке следующим образом:

Аналогично

Рисунок (b)

Рисунок (b) показывает результирующую схему.

После привязки импедансов, напряжения и тока к первичной обмотке представление сердечника больше не требуется. Следовательно, схема может быть уменьшена до Т-образной схемы, как на рисунке (C).

Рисунок (c)

Точно так же эквивалентную схему можно отнести к вторичной, преобразовав импеданс и полную проводимость первичной обмотки во вторичную, умножив их на квадрат отношения витков.

Рисунок (d)

Векторная диаграмма трансформатора

Можно нарисовать векторную диаграмму трансформатора со ссылкой на эквивалентную схему трансформатора.

Применение закона Кирхгофа о напряжении к фигуре

Фактическая векторная диаграмма трансформатора

Условные обозначения трансформаторов

ОБОЗНАЧЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ

На Рисунке 5-7 показаны типичные схематические символы трансформаторов. Символ воздушного сердечника трансформатор показан на рисунке 5-7 (A). Части (B) и (C) показывают трансформаторы с железным сердечником. В полосы между катушками используются для обозначения железного сердечника.Часто дополнительные подключения к обмоткам трансформатора выполняются в точках, отличных от концов обмотки. Эти дополнительные соединения называются ОТВЕТВИТЕЛЯМИ. Когда кран подключен к центр обмотки, он называется ЦЕНТРАЛЬНЫМ ОТВОДОМ. Рисунок 5-7 (C) показывает схему изображение трансформатора с центральным отводом и железным сердечником.

Рисунок 5-7. — Условные обозначения для различных типов трансформаторов.

Q.7 Определите приведенные ниже схематические символы трансформаторов, пометив их на пробелах. при условии.

КАК РАБОТАЕТ ТРАНСФОРМАТОР

До этого момента в главе были представлены основы трансформатора, включая действие трансформатора, физические характеристики трансформатора, и как трансформатор построен. Теперь у вас есть необходимые знания, чтобы перейти к теории работы. трансформатора.

УСЛОВИЯ БЕЗ НАГРУЗКИ

Вы узнали, что трансформатор может обеспечивать напряжение, которое обычно выше или ниже напряжения источника. Это достигается за счет взаимной индукции, что происходит, когда изменяющееся магнитное поле, создаваемое первичным напряжением, срезает вторичная обмотка.

Считается, что состояние холостого хода существует, когда напряжение подается на первичную обмотку, но нет нагрузка подключена к вторичной обмотке, как показано на рисунке 5-8.Из-за открытого выключателя, во вторичной обмотке нет тока. При разомкнутом переключателе и переменное напряжение, приложенное к первичной обмотке, однако, очень небольшое количество тока называется ВОЗБУЖДАЮЩИЙ ТОК, протекающий в первичной обмотке. По сути, какой возбуждающий ток делает это «возбуждает» катушку первичной обмотки для создания магнитного поля. Количество тока возбуждения определяется тремя факторами: (1) величиной приложенного напряжения (E _a ), (2) сопротивление (R) провода первичной катушки и потери в сердечнике, и (3) X _L зависящее от частоты возбуждающего тока.Эти последние два фактора контролируется конструкцией трансформатора.

Рисунок 5-8. — Трансформатор без нагрузки.

Эта очень небольшая величина возбуждающего тока выполняет две функции:

• Большая часть энергии возбуждения используется для поддержания магнитного поля первичной обмотки.
• Небольшое количество энергии используется для преодоления сопротивления проводов и потерь в сердечнике. которые рассеиваются в виде тепла (потери мощности).

Возбуждающий ток будет постоянно течь в первичной обмотке для поддержания этого магнитное поле, но передача энергии не будет происходить, пока вторичная цепь открыто.

Q.8 Что подразумевается под «состоянием холостого хода» в цепи трансформатора?

Эквивалент

Принципиальная схема однофазного трансформатора | Электроагрегаты.com

Эквивалентная принципиальная схема трансформатора — это, по сути, схема, которая может быть преобразована в эквивалентную схему, в которой сопротивление и реактивное сопротивление рассеяния трансформатора считаются внешними по отношению к обмотке.

Эквивалентная схема трансформатора приведена ниже: —

Где, R ₁ = Сопротивление первичной обмотки. R ₂ = Сопротивление вторичной обмотки. I ₀ = Ток холостого хода.I _µ = намагничивающий компонент, I _w = рабочий компонент, Эти I _µ и I _w подключены параллельно через первичную цепь. Значение E ₁ (первичная ЭДС) получается векторным вычитанием I ₁ Z ₁ из V ₁ . Значение X ₀ = E ₁ / I ₀ и R ₀ = E ₁ / I _w . Мы знаем, что отношение E ₁ и E ₂ составляет E ₂ / E ₁ = N ₂ / N ₁ = K, (коэффициент трансформации)

Используя эквивалентную схему, мы можем легко вычислить полное сопротивление передачи напряжения, тока и полного сопротивления первичной или вторичной обмотке.

Вторичная цепь показана на рис-1. и его эквивалентное первичное значение показано на рис. 2,

рис-1

рис-2

Полная эквивалентная схема трансформатора получается добавлением полного сопротивления первичной обмотки, как показано на — Рис-3.

рис-3

И можно упростить клеммы, показанные на рис. 4, и еще более упростить эквивалентную схему, показанную на рис.- 5,

рис-4

Наконец, схема упрощена за счет полного исключения I ₀ , как показано на рис. 5.

рис-5

По эквивалентной схеме, показанной на рис.-3, полное сопротивление между входными клеммами равно

.

Это так, потому что есть две параллельные цепи, одна с импедансом Z _м , а другая с Z ’ ₂ и Z’ _L , включенными последовательно друг с другом.

Подробная информация: —

electric4u.com

Последние сообщения

Вопрос с множественным выбором (MCQ) для электроники стр. 17: 241. Какое из следующих утверждений верно? а) Напряжение насыщения V CF кремниевого транзистора больше, чем у германиевого транзистора. б) Напряжение насыщения V CE для германиевого транзистора больше, чем у кремниевого транзистора. c) Напряжение насыщения V CE для кремниевого транзистора такое же, как и для германия.г) Напряжение насыщения V CE для кремниевого транзистора ниже, чем для германиевого транзистора. Подробнее …

Вопрос с множественным выбором (MCQ) электроники стр. 16: 226. Какое из следующих утверждений является правильным? а) Внутренние электроны всегда присутствуют в полупроводнике. б) Связанные электроны всегда присутствуют в полупроводнике. в) Свободные электроны всегда присутствуют в полупроводнике. г) Внутренние и связанные электроны всегда присутствуют в полупроводнике. Подробнее …

Вопрос с множественным выбором (MCQ) электроники стр.-15: 211. Материалы, электрическая проводимость которых обычно меньше 1 × 10 6 mho / m, являются а) Полупроводники б) Проводники в) Изоляторы d) Сплавы Подробнее …

Вопрос с множественным выбором (MCQ) электроники стр. 14: 196. В каком из следующих устройств базовые резисторы не добавляются в корпус, а добавляются извне? а) UJT б) CUJT в) PUT г) Ни один из вышеперечисленных Подробнее…

Вопрос с множественным выбором (MCQ) электроники стр. 13: 181. Проводимость в JEFT всегда определяется а) Основные перевозчики б) Миноритарные перевозчики в) Отверстия г) Электроны д) Дырки и электроны одновременно Подробнее …

Эквивалентная схема практического трансформатора — нестандартные катушки

Практический трансформатор и эквивалентные схемы

Обмотки трансформатора в основном изготавливаются из меди.Хотя медь является очень хорошим проводником, у нее все же есть внутреннее сопротивление. Следовательно, и первичная, и вторичная обмотки трансформатора имеют конечное сопротивление, а именно. R1 и R2. Эти сопротивления равномерно распределяются по обмоткам и вызывают потери в меди (I2R).

Будем считать, что ЭДС I1N1 в первичной обмотке индуцирует поток Φl1, ЭДС I2N2 во вторичных обмотках и поток утечки Φl2. Оба сопротивления считаются реактивным сопротивлением утечки обмоток трансформатора.Это последовательные эффекты на очень низких (50/60 Гц) рабочих частотах. Для простоты вычислений их можно рассматривать как сосредоточенные параметры.

Поэтому считается, что трансформатор состоит из сосредоточенных сопротивлений R1 и R2 и реактивных сопротивлений X l1 и X l2, включенных последовательно с соответствующими обмотками. Однако наведенные ЭДС E1 и E2 могут незначительно отличаться от вторичных напряжений V1 и V2 из-за наличия сосредоточенных импедансов. Это явление наблюдается из-за небольших падений напряжения на сопротивлениях обмоток R1 и R2 и реактивном сопротивлении утечки.

Приведенное ниже уравнение дает коэффициент трансформации как:
а = (N1 / N2) = (E1 / E2) ≈ (V1 / V2)

Практичный или неидеальный трансформатор

Эквивалентная схема

Теперь ток возбуждения I0‾ можно разделить на две составляющие Im‾ и Ii‾. Im‾ — это его намагничивающая составляющая, которая создает взаимный поток Φ‾, а Ii‾ — это составляющая потерь в сердечнике, которая обеспечивает потери, связанные с изменением магнитного потока.Его можно представить как
I0‾ = Im‾ + Ii‾

Здесь векторная форма обозначена отрицательным знаком (‾).

Следовательно, эквивалентная схема практического трансформатора может быть представлена, как показано на рисунке ниже

.

Эквивалентная схема трансформатора

Здесь,
Gc = проводимость
Bm = Susceptance

Импеданс теперь можно отнести к первичной обмотке, в результате получится следующая цепь:

Эквивалентная схема, относящаяся к первичной стороне, выглядит следующим образом: (сердечник не учитывается)

Эквивалентная цепь относительно первичной

X l2 ’= (N1 / N2) 2 X l2
R2 ’= (N1 / N2) 2 R2

Напряжение нагрузки и токи, относящиеся к первичной стороне, равны:

V2’ = (N1 / N2) V2
I2 ’= (N1 / N2) I2

V1’ = (N1 / N2) V1
I1 ’= (N1 / N2) I1
Gi ’= (N1 / N2) 2 Gi
Bi ’= (N1 / N2) 2 Bi
X l1 ’= (N1 / N2) 2 X l1
R1 ’= (N1 / N2) 2 R1

Фазорная диаграмма

Применение закона Кирхгофа о напряжении к первичной и вторичной обмоткам эквивалентных схем

V1¬ = E1 + I1R1 + jI1X1
V2¬ = E2 + I2R2 + jI2X1
I1 = I2 ’+ I0’ = I2 ’+ (Ii + Im)

Используя эти уравнения, векторную диаграмму практического трансформатора можно составить следующим образом:

Векторная диаграмма для эквивалентной цепи практического трансформатора

Трансформатор

в состоянии холостого хода — его векторная диаграмма

Когда трансформатор работает без нагрузки, вторичная обмотка разомкнута, что означает, что на вторичной стороне трансформатора нет нагрузки и, следовательно, ток во вторичной обмотке будет нулевым.В то время как первичная обмотка несет небольшой ток I ₀ , называемый током холостого хода, который составляет от 2 до 10% от номинального тока .

Этот ток обеспечивает потери в стали (гистерезисные и потери на вихревые токи) в сердечнике и очень малую величину потерь в меди в первичной обмотке. Угол запаздывания зависит от потерь в трансформаторе. Коэффициент мощности очень низкий и варьируется от 0,1 до 0,15.

Ток холостого хода состоит из двух составляющих:

• Реактивная или намагничивающая составляющая I _м
  (Она находится в квадратуре с приложенным напряжением V ₁ .Он создает поток в сердечнике и не потребляет энергии).

• Активный или силовой компонент I _w , также известный как рабочий компонент
  (он находится в фазе с приложенным напряжением V ₁ . Он обеспечивает потери в стали и небольшие потери в первичной меди).

Для построения векторной диаграммы приведены следующие шаги:

1. Функция намагничивающего компонента — создавать намагничивающий поток, и, таким образом, он будет находиться в фазе с потоком.
2. Наведенная ЭДС в первичной и вторичной обмотках отстает от потока ϕ на 90 градусов.
3. Потери первичной меди не учитываются, а потери вторичного тока равны нулю, так как
   I ₂ = 0.
   Следовательно, ток I ₀ отстает от вектора напряжения V ₁ на угол ϕ ₀ , называемый угол коэффициента мощности без нагрузки и показан на векторной диаграмме выше.
4. Приложенное напряжение V ₁ показано равным и противоположным наведенной ЭДС E ₁ , потому что разница между ними без нагрузки незначительна.
5. Активный компонент I _w синфазен с приложенным напряжением V ₁ .
6. Сумма векторов тока намагничивания I _m и рабочего тока I _w дает ток холостого хода I ₀ . Из приведенной выше векторной диаграммы можно сделать следующие выводы:

Это все о трансформаторе без нагрузки.

Что такое эквивалентная схема трансформатора?

Equivalent Circuit of Transformer — это электрическая схема, объясняющая уравнения, представляющие поведение этого трансформатора.Фактически, эквивалентная схема любого электрического прибора важна для анализа его работы и выявления любых возможностей дальнейшего изменения моделирования. Эквивалентная схема трансформатора включает в себя настройку индуктивности, сопротивления, напряжения, емкости и т. Д. Эти схемы затем можно анализировать и исследовать, применяя принципы теории диаграммы.

Что такое эквивалентная схема трансформатора?

Эквивалентная схема или диаграмма любой системы может быть относительно полезной для предварительного определения характеристик прибора в различных ситуациях различных операций.Он может легко представить поведение схемы с помощью конкретного уравнения, полностью описывающего состояние системы.

Например, эквивалентный импеданс системы является жизненно важным для оценки, поскольку трансформатор является электрическим силовым прибором для рассмотрения нескольких характеристик электрического силового устройства, которые могут потребоваться для оценки всего внутреннего импеданса трансформатора в системе электроснабжения. исследование с первичной или вторичной стороны в зависимости от требований.

Эта оценка фактически требует эквивалентной схемы трансформатора на основе основной стороны эквивалентной схемы трансформатора и вторичной стороны соответственно. Относительный импеданс также является очень важной характеристикой трансформатора. Посетите здесь, чтобы увидеть важность этого расчета при проектировании любой схемы.

Упрощенная эквивалентная схема трансформатора представлена ​​с учетом всех свойств трансформатора на первичной или вторичной стороне.Основная схема замещения трансформатора приведена ниже на схеме:

Эквивалентная схема трансформатора

(Ссылка: circuitglobe.com )

Этой особенности следует уделять большое внимание при установке трансформатора в существующей системе электроснабжения. Относительный импеданс различных силовых трансформаторов должен быть полностью согласован на основе параллельной конфигурации энергосистем. Относительный импеданс может быть извлечен из эквивалентного значения импеданса трансформатора, поэтому можно заметить, что эквивалентная схема трансформатора также важна при оценке относительного импеданса.

Мы можем определить эквивалентную схему трансформатора на основе коэффициента трансформации как:

K = \ frac {{E} _ {2}} {{E} _ {1}}

Где E ₁ — наведенная ЭДС, равная основному используемому напряжению (V ₁ ) с небольшим уменьшением напряжения. Это напряжение влияет на систему, вырабатывая ток I ₀ или ток холостого хода в первой обмотке трансформатора. Величина тока холостого хода слишком мала, поэтому при расчетах им можно пренебречь.

В первую очередь мы должны установить общие правила в системе для управления эквивалентной схемой трансформатора, затем мы можем изменить ее для подготовки к определению правил на основе первичной обмотки. Для этого, во-первых, нам необходимо представить полную векторную диаграмму трансформатора, которая представлена ​​на рисунке ниже.

Векторная диаграмма трансформатора (Ссылка: lectric4u.com )

В результате I ₁ = I ’ ₁ . Далее ток холостого хода разделен на две части: намагниченный ток (I _m ) и рабочий ток (I _w ).{‘}} {K} = \ frac {{I} _ {1} — {I} _ {0}} {K}

Напряжение подключения V ₂ внутри нагрузки такое же, как конкретная ЭДС E ₂ в следующей обмотке с небольшим снижением напряжения во второй обмотке.

Эквивалентная цепь трансформатора, когда все величины относятся к первичной стороне

В этом методе, чтобы получить эквивалентную схему трансформатора, все характеристики должны рассматриваться как первичная часть, как показано на рисунке ниже:

Эквивалентная цепь трансформатора

, относящаяся к первичной стороне (Ссылка: circuitglobe.{‘}

Примерная эквивалентная схема трансформатора

Из-за небольшого значения I ₀ по сравнению с I ₁ , оно составляет менее 4 процентов от общей нагрузки первичного тока и незначительно изменяет снижение напряжения. В результате это идеальное приближение для уменьшения эффекта возбуждения схемы в приближенной эквивалентной схеме трансформаторного метода. Сопротивление и реактивное сопротивление обмотки расположены в последовательной конфигурации, которая теперь может быть представлена ​​как эквивалентное реактивное сопротивление и сопротивление трансформатора для любой конкретной стороны.{‘} = K {V} _ {2}

Примерная эквивалентная схема трансформатора относительно первичной стороны (Ссылка: lectric4u.com )

Эквивалентная схема трансформатора

, когда все величины относятся к вторичной стороне

Эквивалентная схема трансформатора или основная схема представлена ​​ниже, когда все функции рассчитаны на вторичную обмотку.

Эквивалентная цепь

, относящаяся к вторичной стороне (Ссылка: circuitglobe.{‘}

Поскольку ток холостого хода или I ₀ обычно составляет от 2 до 4 процентов от значения полной нагрузки номинального тока, параллельная конфигурация включает сопротивление R ₀ , а реактивное сопротивление X ₀ может быть удалено из цепи без внесение какой-либо конкретной ошибки в работу трансформатора при приложении нагрузки.

Мы также можем применить дальнейшее упрощение в эквивалентной схеме трансформатора, удалив параллельные члены в схеме, включая R ₀ и X ₀ .Эта упрощенная схема системы представлена ​​ниже:

Упрощенная эквивалентная схема трансформатора (Ссылка: circuitglobe.com )

Это все существенные проблемы с эквивалентной схемой трансформатора.

Нарисуйте принципиальную схему повышающего трансформатора. Объясните принцип его работы. — Sarthaks eConnect

Принцип: Когда источник переменного тока подключен к концам первичной обмотки, ток в первичной обмотке непрерывно изменяется; из-за чего магнитный поток, связанный с вторичной катушкой, постоянно изменяется, поэтому переменная ЭДС одинаковой частоты возникает во вторичной обмотке.Пусть N

_p будет числом витков в первичной катушке, N _S — числом витков вторичной обмотки и f — магнитным потоком, связанным с каждым витком. Мы предполагаем, что нет утечки магнитного потока, поэтому потоки, связанные с каждым витком первичной обмотки и вторичной обмотки, одинаковы. Согласно законам Фарадея, ЭДС, индуцированная в первичной катушке

Если сопротивлением первичной катушки можно пренебречь, ЭДС (ε _p ), индуцированная в первичной катушке, будет равна приложенной разности потенциалов (V _p ) на концах.Аналогично, если вторичная цепь разомкнута, то разность потенциалов V _S на ее концах будет равна наведенной в ней ЭДС (ε _S ); поэтому

, где r = N _s / N _p , называется коэффициентом трансформации. Если i

_p и i _s — мгновенные токи в первичной и вторичной обмотках и потери энергии отсутствуют; затем

Для примерно 100% эффективности, мощность в первичной обмотке = мощность во вторичной

i.Т.е. повышающий трансформатор увеличивает напряжение.

Когда выходное напряжение увеличивается, выходной ток автоматически уменьшается, чтобы сохранить прежнюю мощность. Таким образом, в повышающем трансформаторе нет нарушения режима сохранения энергии.

Повышающий трансформатор используется на электростанции для передачи энергии высокого напряжения 11000 В или 33000 В. Ток в проводах при таком напряжении довольно мал, поэтому потери мощности I ² R незначительны. В городе понижающий трансформатор используется для питания 220В.Это экономит огромную электроэнергию.

.