Подключение трансформатора напряжения

Основные схемы подключения трансформатора.

Что такое трансформатор тока?

Трансформатор тока (ТТ) представляет собой индуктивное устройство, преобразующее напряжение в сети. Его первичная обмотка подключается к источнику электроэнергии, а вторичная замыкается на защитный прибор с малым внутренним сопротивлением. Ток протекает через первичную обмотку, преодолевая ее сопротивление.

В процессе движения по виткам первичной обмотки возникает магнитный поток, который улавливается магнитопроводом. Витки вторичной обмотки расположены перпендикулярно виткам первичной обмотки. Под воздействием электродвижущей силы ток во вторичной обмотке преодолевает сопротивление в катушке, в результате чего падает напряжение на зажимах вторичной цепи.

Коэффициент трансформации определяется на стадии проектирования трансформатора, поэтому важно правильно выбрать модель устройства и заказать трансформатор в Бресте в зависимости от назначения и особенностей эксплуатации.

Сфера применения трансформаторов

Трансформаторы тока устанавливаются во многих бытовых электроприборах и промышленном электрооборудовании, для работы которых требуется более высокое или низкое напряжение, чем 220 В или 380 В. Для питания галогенных светильников необходимо напряжение 12 В, то есть почти в 20 раз ниже, чем в сети, и ТТ его понижает до требуемой величины.

Также трансформатор используются для учета электроэнергии. Широко распространены измерительные ТТ, которые подключаются к приборам измерения (вольтметрам, амперметрам и прочим) и осуществляют передачу токов на них. Выпускаются как компактные модели, которые помещаются в корпус бытовых приборов, так и модели для установки под открытым небом на линиях электросетей.

Основные преимущества изделий

Использование трансформаторов тока дает следующие преимущества:

Унификация измерительных приборов, градуировка их шкал в соответствии с измеряемым первичным током;
Повышается уровень безопасности при работе с различными реле и измерительными приборами за счет разделения цепей высшего и низшего напряжения;
Увеличивается максимальный диапазон напряжений и пределов измерения для различных измерительных приборов;
Обеспечивается питание токовых обмоток реле защиты и измерительных приборов;
Надежная изоляция от высокого первичного напряжения.

Параметры для выбора схемы подключения

Подключить самостоятельно трансформатор, предназначенный для бытового использования несложно – достаточно строго следовать схеме подключения. Но для эффективной и безопасной работы электроприборов необходимо правильно подобрать саму схему. При выборе необходимо учитывать:

Количество фаз в сети – трехфазные модели имеют 4 выхода, а однофазные только 2, поэтому схема подключения трехфазного трансформатора имеет ряд отличий;
Тип трансформатора тока – повышающий или понижающий;
Какой параметр тока необходим потребителю – для работы бытовой техники нужен постоянный ток, а в сети – переменный, и для его преобразования требуется подключение вторичной обмотки трансформатора тока через выпрямитель.

Что важно учитывать при подключении?

Для облегчения монтажа производители наносят на них маркировку: ТАа, ТА1, КА1, что позволяет без ошибок соединить элементы.

При установке трансформатора на трехфазные линии необходимо учитывать, что, если напряжение в сети составляет от 6 до 35 кВ, трансформаторы могут быть установлены только на двух фазах, поскольку в таких сетях отсутствует нулевой провод.

Чтобы заказать трансформаторы тока и другую электротехнику, проконсультироваться по вопросам ее выбора, подключения и эксплуатации, звоните по телефонам: +375 (162) 44-66-60 или +375 (29) 978-35-00.

Источник: viva-el.by

Схемы соединения трансформаторов напряжения

Сайт СТУДОПЕДИЯ проводит ОПРОС! Прими участие 🙂 – нам важно ваше мнение.

Для правильного соединения между собой вторичных обмоток ТН и правильного подключения к ним реле направления мощности, ваттметров и счётчиков заводы-изготовители обозначают (маркируют) выводные зажимы обмоток определенным образом (см. рис 2.7, 2.8): начало первичной обмотки – А, конец – Х; начало основной вторичной обмотки – а, конец – х; начало дополнительной вторичной обмотки – ад, конец – хд.

Рис. 2.8. Схемы соединения обмоток однофазных трансформаторов напряжения с одной вторичной обмоткой

На рис. 2.8 и 2.9 приведены основные схемы соединения обмоток однофазных ТН.

На рис. 2.8, а дана схема включения одного ТН на междуфазное напряжение. Эта схема применяется, когда для защиты или измерений достаточно одного междуфазного напряжения.

На рис. 2.8, б приведена схема соединения двух ТН в открытый треугольник, или в неполную звезду. Эта схема, получившая широкое распространение, применяется, когда для защиты или измерений нужно иметь два или три междуфазных напряжения.

На рис. 2.8, в приведена схема соединения трёх ТН в звезду. Эта схема также получила широкое распространение и применяется, когда для защиты или измерений нужны фазные напряжения, или же фазные и междуфазные напряжения одновременно.

На рис. 2.8, г приведена схема соединения трёх ТН треугольник – звезда. Эта схема обеспечивает повышенное напряжение на вторичной стороне, равное

173 В. Такая схема, в частности, используется для питания электромагнитных корректоров напряжения устройств автоматического регулирования возбуждения генераторов.

Рис. 2.9. Схема соединения обмоток трансформатора напряжения
с двумя вторичными обмотками

На рис. 2.9 представлена схема соединения трансформаторов напряжения, имеющих две вторичные обмотки. Первичные и вторичные основные обмотки соединены в звезду, т.е. так же как в рассмотренной выше схеме на рис. 2.8, в. Дополнительные вторичные обмотки соединены в схему разомкнутого треугольника (на сумму фазных напряжений). Такое соединение применяется для получения напряжения нулевой последовательности, необходимого для включения реле напряжения и реле направления мощности защиты от однофазных КЗ в сети с заземлёнными нулевыми точками трансформаторов, и для сигнализации при однофазных замыканиях на землю в сети с изолированными нулевыми точками трансформаторов. Как известно, сумма трёх фазных напряжении в нормальном режиме, а также при двух-трёхфазных КЗ равна нулю. Поэтому, в указанных условиях напряжение между точками О1—О2 на рис. 2.9 равно нулю (практически между этими точками имеется небольшое напряжение: 0,5–2 В, которое называется напряжением небаланса). При однофазном КЗ в сети с заземлёнными нулевыми точками трансформаторов (сети 110 кВ и выше) фазное напряжение поврежденной фазы становится равным нулю, а геометрическая сумма фазных напряжений двух неповреждённых фаз оказывается равной фазному напряжению.

В сети с изолированными нулевыми точками трансформаторов (сети 35 кВ и ниже) при однофазных замыканиях на землю напряжения неповреждённых фаз относительно земли становятся равными междуфазному напряжению, а их геометрическая сумма оказывается равной утроенному фазному напряжению. Для того чтобы в последнем случае напряжение на реле не превосходило номинального значения, равного 100 В, у ТН, предназначенных для сетей, работающих с изолированными нулевыми точками трансформаторов, вторичные дополнительные обмотки, соединяемые в схему разомкнутого треугольника, имеют увеличенные в 3 раза коэффициент трансформации, например 6000/100/3 В.

Напряжение нулевой последовательности может быть также получено от специальных обмоток трёхфазных ТН. В конструкции, показанной на рис. 2.10, специальные обмотки расположены на крайних стержнях пятистержневого сердечника и соединены между собой последовательно. В нормальном режиме, а также при двух- и трех фазных КЗ, когда сумма фазных напряжений равна нулю, магнитный поток в крайних стержнях отсутствует, и поэтому напряжении на специальных обмотках нет. При однофазных КЗ или замыканиях на землю сумма фазных напряжений не равна нулю. Поэтому магнитный поток замыкается по крайним стержням и индуктирует напряжение на специальных обмотках.

Рис. 2.10. Схема соединений обмоток трёхфазного трансформатора напряжения с дополнительной обмоткой, расположенной на крайних стержнях

В другой конструкции, показанной на рис. 2.11, имеются дополнительные вторичные обмотки, расположенные на основных стержнях и соединённые в схему разомкнутого треугольника.

При включении первичных обмоток ТН на фазные напряжения они соединяются в звезду, нулевая точка которой обязательно соединяется с землей (заземляется), как показано на рис. 2.8, в; 2.9 – 2.11. Заземление первичных обмоток необходимо для того, чтобы при однофазных КЗ или замыканиях на землю в сети, где установлен ТН, реле и приборы, включённые на его вторичную обмотку, правильно измеряли напряжение фаз относительно земли. Вторичные обмотки ТН подлежат обязательному заземлению независимо от схемы их соединений. Это заземление является защитным, обеспечивающим безопасность персонала при попадании высокого напряжения во вторичные цепи. Обычно заземляется нулевая точка звезды (рис. 2.8, в и г) или один из фазных проводов – как правило, фазы «В» – для удобства проверки правильности включения электросчётчиков (рис. 2.8, а и б, 2.9). В проводах, соединяющих точку заземления с обмотками ТН, не должно быть коммутационных и защитных аппаратов (рубильников) переключателей, автоматических выключателей, предохранителей и т.д.). Сечение заземляющего провода должно быть не менее 4 мм 2 (по меди).

Рис. 2.11. Схема соединений обмоток трёхфазного пятистержневого трансформатора напряжения с дополнительной обмоткой, расположенной на основных стержнях

На промышленных предприятиях широко используются трансформаторы напряжения типа 3×ЗНОЛ-6(10) и НТМИ. Для защиты трансформаторов напряжения со стороны ВН обычно используются высоковольтные предохранители (например, ПКТ-10, ПКТ-35). Для защиты вторичных обмоток трансформаторов напряжения от перегрузок и КЗ применяются автоматические выключатели с отсечкой .

В схемах указаны меры, которые предпринимаются для защиты сети от самопроизвольного смещения нейтрали при феррорезонансе трансформатора напряжения. Феррорезонанс возникает в случае, когда ёмкость, какой либо фазы в сети компенсируется индуктивностью трансформатора напряжения, в этой фазе напряжение меняет знак и напряжение нейтрали приобретает величину . Такое явление может произойти при малой ёмкости сети – подаче напряжения на холостые шины, или в случае, если общая длина подключенных кабелей меньше 3 км, а воздушных линий меньше 60 км.

Для защиты от феррорезонансных перенапряжений в схемах с трансформаторами НТМИ или 3×ЗНОЛ применяется включение резисторов общим сопротивлением 25 Ом на обмотку 3U.

Однако включение такой нагрузки приводит к перегрузке дополнительной обмотки ТН при замыканиях на землю, и такой режим может существовать ограниченное время: до 8 часов для НТМИ-10.

В настоящее время в России и за рубежом выпускаются трансформаторы серий НАМИ-10, НТМ(i), НОМ и НАМИТ-6(10)-2, которые обладают антирезонансными свойствами.

Балансная схема фильтра 3U.

Фильтр напряжения нулевой последовательности (3U) может быть выполнен двумя способами: по напряжению – при наличии трансформатора напряжения с отдельной обмоткой разомкнутого треугольника, или по схеме фильтра напряжения нулевой последовательности, встроенного в реле, и предназначенного для подключения к звезде напряжений, при отсутствии такой обмотки. Такая схема используется, например, в ячейках фирмы «Таврида-Электрик». Схема балансного фильтра показана на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Схема фильтра напряжения нулевой последовательности

Три резистора одинаковой величины подключаются соответственно к фазам а, в, с напряжения обмотки ТН соединённой в звезду, ко вторым концам резисторов, соединённым вместе и выводу нейтрали ТН подключается реле напряжения. На реле выделяется напряжение U.

Для сигнализации замыкания на землю выполняются уставки:

Схема работает неправильно при перегорании предохранителей на стороне ВН (или НН, если они там имеются).

Дата добавления: 2014-12-10 ; Просмотров: 5247 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник: studopedia.su

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

Рис. 2 Схемы соединения трансформаторов напряжения

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

4. Конструкции трансформаторов напряжения

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

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

Рис. 3. Трансформаторы напряжения однофазные масляные:

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

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

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

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

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

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

Рис. 4. Трансформатор напряжения НКФ-110:

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

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

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

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

Рис. 5. Схема трансформатор напряжения НДЕ:

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

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

Источник: studopedia.ru

Трансформаторы напряжения – назначение и принцип действия

Они встречаются везде, где присутствует необходимость преобразовать высокое напряжение сети в пропорционально более низкое значение. В этом и есть их назначение: преобразование величины напряжения. ТН-ы используют для:

уменьшения величины напряжения до величины, которую безопасно и удобно использовать в цепях измерения (вольтметры, ваттметры, счетчики), защиты, автоматики, сигнализации
защиты от высокого напряжения вторичных цепей, а следовательно и человека
повышения напряжения при испытаниях изоляции различного эо
на подстанциях ТН используют для контроля изоляции сети, работы в составе устройства сигнализации или защиты от замыканий на землю

Если бы не существовало трансформаторов напряжения, то, например, чтобы измерить напряжение на шине 10кВ, пришлось бы сооружать супермощный вольтметр с изоляцией, выдерживающей 10кВ. А это уже габариты ого-го. А ещё плюс к этому необходимо соблюсти точность измерений. Проблемка, но и это не всё. Если в таком приборе что-то коротнет, то электрик ошибается однажды…. при выборе профессии. 10кВ, а ведь есть и 750кВ, как там померить? Загвоздочка. Поэтому отдаем почести изобретателям трансформаторов, и в частности трансформаторов напряжения. Отвлеклись, продолжаем.

Прежде, чем двигаться дальше, нарисую однофазный ТН, чтобы было наглядно и более понятнее далее в изложении материала.

Значит на рисунке сверху у нас приходит напряжение на выводы А, Х трансформатора напряжения на первичную обмотку(1). Это напряжение номинальное напряжение, первичное напряжение. Далее оно трансформируется до величины вторичного напряжения, которое находится на вторичной обмотке (3). Выводы вторичной обмотки – а, х. Вывод вторичной обмотки заземляются. В – это вольтметр, но это может быть и другое устройство. (2) – это магнитопровод ТНа.

Принцип работы ТН

Принцип действия трансформатора напряжения аналогичен принципу работы трансформатора тока. Обозначим это еще раз. По первичной обмотке проходит переменный ток, этот ток образует магнитный поток. Магнитный поток пронизывает магнитопровод и обмотки ВН и НН. Если ко вторичной обмотке подключена нагрузка, то по ней начинает течь ток, который возникает из-за действия ЭДС. ЭДС наводится из-за действия магнитного потока. Подбирая разное количество витков первичной и вторичной обмоток можно получить нужное напряжение на выходе. Более подробно это показано в статье про векторную диаграмму трансформатора напряжения.

Если на ТН подавать постоянное напряжение, то ЭДС не создается постоянным магнитным потоком. Поэтому ТНы выпускают на переменное напряжение. Коэффициентом трансформации трансформатора напряжения называют естественно отношение напряжения первичной обмотки к напряжению вторичной и записывают через дробь. Например, 6000/100. Когда приходят молодые студенты, они иногда на вопрос какой коэффициент отвечают 60. Не стоит так делать.

Классификация трансформаторов напряжения

ТНы классифицируются по следующим параметрам:

напряжение первичной обмотки (3, 6, 10 … 750кВ)
напряжение основной вторичной обмотки (100 В – для однофазных, включаемых между фазами, трехфазных; 100√3 – однофазных, включаемых между фазой и землей напряжение дополнительной вторичной обмотки (100В – однофазные в сети с заземленной нейтралью, 100√3 – однофазные в сети с изолированной нейтралью
число фаз (однофазные, трехфазные)
количество обмоток (двухобмоточные, трехобмоточные)
класс точности (0,1 0,2 0,5 1 3 3Р 6Р)
способ охлаждения (сухие, масляные, газонаполненные)
изоляция (воздушно-бумажная, литая, компаунд, газ, масло, фарфор)

На напряжение 6, 10кВ используют литые ТНы, залитые эпоксидной смолой. Эти аппараты устанавливают в распредустройствах. Они занимают меньшие габариты, по сравнению с масляными. Также к их плюсам стоит отнести меньшее количество ухода за ними.

электромагнитные и емкостные

Если открыть объемы и нормы испытаний электрооборудования на странице ТНов, то можно увидеть, что трансформаторы напряжения там разделяются на электромагнитные и емкостные. В чем же состоит различие этих типов оборудования.

Электромагнитными считаем все ТНы в которых преобразование происходит по принципу, описанному выше (магнитные потоки, ЭДС и так далее). Индукционный ток, в брошюрах западных производителей их называют индуктивными, в противоположность емкостным. По моему всё именно так.

А вот емкостные трансформаторы напряжения, или же всё таки емкостные делители напряжения… Тут история умалчивает. Принцип работы такого оборудования можно понять, если нарисовать схему.

Вот, например схема ТН марки НДЕ-М. Они выпускаются на напряжение выше 110кВ. Состоит из емкостного делителя и электромагнитного устройства. Емкостной делитель состоит из конденсаторов С1 и С2. Принцип емкостного делителя в следующем. Напряжение линии Л делится обратно пропорционально величинам емкостей С1 и С2. То есть мы подключаем к С2 наш ТН и напряжение на нем пропорционально входному, которое идет по Л, но гораздо меньше его. Раз рассматриваем НДЕ, то вот табличка величин напряжения для разных классов оборудования.

Электромагнитное устройство состоит из понижающего трансформатора, реактора и демпфера.

Реактор предназначен для компенсации емкостного сопротивления и следовательно уменьшения погрешности.

Электромагнитный демпфер предназначен для устранения субгармонических колебаний, которые могут возникать при включениях и коротких замыканиях в обмотках ТНа.

Чем выше класс напряжения, тем емкостные трансформаторы напряжения выгоднее своих собратьев. За счет снижения размеров изоляции и материалов.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Источник: pomegerim.ru

ТРАНСФОРМАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Трансформатор — устройство для преобразования величины напряжения переменного тока. Работа трансформатора основывается на законе электромагнитной индукции.

Ток, протекающий по одной из обмоток, вызывает возникновение переменного магнитного поле в сердечнике, а оно наводит ЭДС в остальных обмотках.

Именно наличие переменного магнитного поля создает условия для работы трансформатора. На постоянном токе трансформатор работать не может. В случае подключения трансформатора к источнику постоянного напряжения, переменное магнитное поле не создается, следовательно нет причины для образования ЭДС.

В таком случае ток первичной обмотки определяется только ее омическим сопротивлением.

Большинство электронной аппаратуры требует питания, отличного от напряжения сети. В большинстве случаев это напряжение значительно ниже и может иметь несколько различных значений.

Трансформатор с несколькими вторичными обмотками позволяет выполнить максимально простое преобразование величины напряжения с той оговоркой, что питающее напряжение переменное.

В случае необходимости преобразовывать постоянное напряжение, приходится сначала преобразовывать его в переменное, что требует определенных схемотехнических решений. В таком случае использование трансформаторов оправдано только наличием гальванической развязки между обмотками.

УСТРОЙСТВО ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Основные узлы, которые входят в трансформатор это сердечник и обмотки. Сердечники трансформаторов бывают двух типов — броневые и стержневые. Для работы с низкочастотными напряжениями, в том числе и 50 Гц применяются стержневые магнитопроводы. В свою очередь они подразделяются на:

Ш-образные;
П-образные;
тороидальные.

Для изготовления сердечника используется специальное трансформаторное железо. От качества железа во многом зависят параметры трансформатора, такие как ток холостого хода (ТХХ) и КПД. Сердечник набирается из тонких листов железа, изолированных друг от друга слоем окиси или лака. Это делается для того, чтобы уменьшить потери в сердечнике за счет вихревых токов.

Как Ш-образный, так и П-образный сердечники могут собираться из отдельных пластин, а могут быть использованы уже готовые половинки, сделанные из навитых на специальную оправку сплошных лент железа, поклеенных и разрезанных на две части — витые сердечники. Такие сердечники называются ПЛ.

У каждого из типов свои достоинства и недостатки:

Наиболее часто используются для сборки магнитопровода произвольного сечения, которое ограничивается только шириной пластин. Следует иметь ввиду, что наилучшие параметры имеют трансформаторы с поперечным сечением сердечника, близким к квадратному.

Недостатки — необходимость в плотном стягивании, повышенное магнитное поле рассеивания трансформатора и низкий коэффициент заполнения окна катушки (реальная площадь металла в сердечнике меньше геометрических размеров из-за неплотного прилегания пластин).

Собираются еще проще, поскольку весь сердечник состоит из двух частей для П-образного магнитопровода и четырех для Ш-образного. Характеристики значительно лучше, чем у наборного магнитопровода. Недостатки — соприкасающиеся поверхности должны иметь минимальный зазор во избежание ослабления магнитного поля.

При ударах пластины половинок зачастую отслаиваются и их очень трудно совместить для плотного прилегания. Существует только определенный ряд размеров магнитопроводов.

Представляют собой кольцо, свитое из ленты трансформаторного железа Имеют самые лучшие характеристики из всех типов сердечников, минимальный ТХХ и практически полное отсутствие магнитного поля рассеивания.

Основной недостаток — сложность намотки, особенно проводов большого диаметра.

В Ш-образных трансформаторах все обмотки наматываются на центральном стержне, а в П-образном первичная может размещаться на одном стержне, а вторичная на другом. Гораздо чаще обмотки делятся пополам и наматываются на обеих стержнях. Затем обе половины обмоток соединяются последовательно.

Такая намотка улучшает характеристики трансформатора и сокращает количество провода для обмоток.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Основные характеристики трансформатора:

входное напряжение;
значения выходных напряжений;
мощность;
напряжение и ток холостого хода.

Отношение напряжений на первичной и вторичной обмотках представляет собой коэффициент трансформации. Он зависит только от соотношения количества витков в обмотках и остается постоянным в любых режимах работы.

Напряжение холостого хода — это напряжение на вторичных обмотках без нагрузки. Разница между ним и напряжением под нагрузкой характеризует потери в обмотках за счет сопротивления провода. Таким образом, чем толще проводники в обмотках, тем меньше будут потери и меньше разница в напряжениях.

Величина тока холостого хода зависит, в основном от качества сердечника. В идеальном трансформаторе ток, проходящий через первичную обмотку, создает переменное магнитное поле в сердечнике, которое, в свою очередь, за счет магнитной индукции создает ЭДС противоположного направления.

Индуцированная ЭДС компенсирует подаваемое напряжение и ТХХ равен нулю. В реальных условиях, за счет потерь в сердечнике, величина ЭДС всегда меньше первичного напряжения, в результате чего возникает ТХХ. Для уменьшения тока для изготовления сердечника нужен материал высокого качества, между пластинами должен отсутствовать немагнитный зазор.

Последнему требованию в максимальной степени соответствуют тороидальные сердечники — в них немагнитный зазор отсутствует.

РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Как показывает опыт и практика, точный расчет трансформатора напряжения себя не оправдывает. Точность нужна только при определении количества витков для получения нужного коэффициента трансформации. Диаметр проводов обмоток должен соответствовать или превосходить минимально допустимому по условиям нагрева.

Общая последовательность расчета трансформатора такова:

определение мощности трансформатора;
подбор сердечника с сечением максимально близкого к расчетному, но не меньше его;
определение количества витков катушек, приходящихся на один вольт напряжения;
расчет количества витков для каждой обмотки;
расчет сечения проводов обмоток.

Мощность трансформатора определяется суммированием мощностей всех обмоток за исключением первичной. Для каждой из них — это произведение напряжения на максимальный ток потребления. Для расчета сечения сердечника нужна габаритная мощность трансформатора, которая учитывает КПД.

Площадь поперечного сечения можно найти как квадратный корень из габаритной мощности. Имея значение площади можно подобрать из таблиц готовый сердечник. Если планируется разборный, то исходя из размеров имеющихся пластин можно вычислить необходимую толщину набора. Как уже говорилось выше, сечение должно быть близким к квадрату.

Наибольшие затруднения вызывает нахождение числа витков. Для этого нужно сначала рассчитать сколько витков должно приходиться на один вольт напряжения. Это значение будет различаться в зависимости от площади сечения сердечника. Следует иметь ввиду, что при одинаковом сечении у магнитопроводов разных типов это значение также будет различно.

Можно воспользоваться следующей формулой: N = К/S ,

где N — количество витков на вольт, S — площадь сечения сердечника в см 2 , K — коэффициент, зависящий от материала и типа сердечника.

Значение коэффициента К:

для наборных сердечников — 60;
для типов ПЛ — 50;
для тороидальных сердечников 40.

Как видим, количество витков у тороидального трансформатора будет минимальным. Умножая число витков на вольт на требуемое напряжение каждой обмотки, получим значение количества витков. Для компенсации потерь напряжения, количество витков вторичных обмоток нужно увеличить на 5%.

У мощных трансформаторов (более 150 Вт) этого делать не нужно.

Сечение проводов также определяется по упрощенной формуле: 0.7√ I , где I — ток обмотки.

Провод нужно брать ближайшего к расчетному сечения (можно больше, но не меньше).

В случае сомнений по поводу того, поместится ли провод в обмотке, можно посчитать, сколько витков уложится в один слой и определить количество слоев и их общую толщину для каждой из обмоток. Это справедливо только для Ш-образных и П-образных трансформаторов.

В тороидальных количество витков в каждом последующем случае будет меньше, чем в предыдущем за счет уменьшения внутреннего диаметра.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Источник: eltechbook.ru