Принцип работы трансформатора тока простым языком: принцип работы, схемы и т.д.

Для чего нужен Трансформатор, из чего состоит. Устройство Тр-ра

Виды трансформаторовТрансформаторы напряжения, Устройство трансформаторов4 комментария к записи Назначение и устройство трансформаторов

Содержание:

Трансформатор  –  это статическое электромагнитное устройство предназначенное для преобразование переменного тока одного напряжения той же частоты подающегося на его входную обмотку,  в другое переменное напряжение поступающиеся с его выходной обмотки.

Если на вход трансформатора поступает напряжение ниже, чем образующиеся на его выходе то такой трансформатор называют повышающим. Если на вход поступает напряжение выше чем образующие на его выходе, то это понижающий трансформатор.

Есть некая аналогия с передаточным числом шестереночной передачей.

Принцип действия трансформатора

Трансформатор  нужен  для передачи электрической энергии на значительные расстояния от электростанций к различным потребителям: промышленным предприятиям, населению и т. п, с помощью электродвижущей силы и магнитной индукции.

Трансформаторы позволяют значительно экономить на стоимости проводов, а также снижают потери электроэнергии в линиях электропередач. Так как от силы тока зависит сечение проводов то, увеличивая напряжение и снижая силу тока (не снижая при этом передаваемую мощность) можно эффективно предавать напряжение на значительные расстояния.

Повышая напряжение (U), и снижая силу тока (I), передаваемая мощность (Р) остается неизменна.

Формула мощности  P = U * I или P = U2 / I

передача электроэнергии трансформаторами

Это позволяет экономить  на линиях электропередач:

1. Используя провода с меньшим поперечным сечение, снижается расход  цветных металлов;
2. Уменьшаются потери мощности при передаче электроэнергии на большие расстояния.

На электростанциях вырабатывается электрическая энергия посредством синхронных генераторов и составляет от 11 кВ до 20кВ, в некоторых случаях может применяться напряжение 30-35 кВ.   Эти величины не подходят как в быту, так и на промышленном производстве из-за слишком высокого напряжения. Но эти напряжения также недостаточны для экономичной передачи электроэнергии на расстояния. Поэтому на выходе из электростанций ставятся повышающие трансформаторы, которые повышают напряжение до 750 кВ, U=750kV напряжение которое непосредственно передается по линиям электропередач.

Приемники электрической энергии: различные бытовые приборы, электродвигатели, станки на производстве из-за соображения безопасности и конструктивными сложностями изготовления (требования к усиленной изоляции), также не могут работать с такими высокими напряжениями.  Они рассчитываются на более низкое напряжения, как правило, это 220V в быту и 380V на производстве.

Для понижения напряжения  используются различные понижающие трансформаторы. Любой трансформатор можно использовать как для повышения, так и для понижения напряжения.

Повышающие трансформаторы используют для передачи электроэнергии на большие расстояния, понижающие для распределения электроэнергии в точке разветвления потребителей.

Электрическая энергия по пути движения от электростанции до потребителя может трансформироваться 3 или 4 раза. Преобразование электроэнергии происходит с помощью магнитопровода трансформатора и переменного магнитного поля.

Трансформатор работает только с переменным напряжением, на постоянном токе не работает, так как не будет создаваться переменного магнитного поля, которое и составляет принцип работы любого трансформатора.

Изобретение трансформатора

Трансформатор изобрел выдающийся русский ученый П.И. Яблочковым в 1876г. Он использовал индукционную катушку с двумя обмотками для питания своей знаменитой лампы, «свечи Яблочкова». Это был первый генератор переменного тока. Этот трансформатор имел незамкнутый сердечник. Замкнутые сердечники, которые используются сейчас, появились только в 1884 г.

В 1889 году русский ученый М. О. Доливо-Добровольским изобрел трехфазную систему переменного тока и построил первый трехфазный асинхронный двигатель и первый трехфазный трансформатор.

С 1891г, он демонстрирует на электротехнической выставке в Франкфурте-на-Майне передачу высоковольтного трехфазного тока на расстояние более 100 км. Его трехфазный генератор имел мощность 230 кВА и напряжение U =95V. С помощью трехфазного трансформатора напряжение повышалось до 15 кВ и понижалось в точке приема до 65V (фазное напряжение), питая трехфазный асинхронный двигатель мощностью 75 кВт насосной установки. С помощью последовательного включения двух обмоток высокого напряжения удалось повысить 28 кВ и увеличить КПД электропередачи до 77%, что в то время было достаточно высоким.

Как устроен трансформатор

Принцип работы трансформатора

Простейший трансформатор – это две обмотки катушек, намотанные на магнитопроводе (замкнутом сердечнике трансформатора) с изоляцией по которым пропускают переменный ток.
Для наглядности обмотки расположены на разных стержнях стального сердечника. На самом деле часть обмоток может находится на одном стержне, а часть на другом. Такое расположение обмоток улучшает магнитную связь и снижает потери на магнитный поток рассеяния. Обмотка, на которую подают напряжение, называют первичной обмоткой, а обмотка трансформатора, с которой снимают напряжение, называют вторичной.

Изображение трансформатора на схеме

Обычно в быту для питания различных устройств, применяют понижающие трансформаторы, где напряжение первичной обмотки всегда больше напряжения на вторичной обмотке.
Трансформаторы предназначены не только для передачи электроэнергии, но и служат в различных электронных устройствах: компьютерах, телевизорах и осветительной аппаратуре. В современном мире трансформаторы являются наиболее употребительными и универсальными устройствами.

Видео: ПРОСТЫМ ЯЗЫКОМ: Что такое трансформатор

Простое объяснение принципа работы трансформатора

Чтобы понять, что такое трансформатор, попробуем собрать его, попутно разбираясь в каждом шаге.

 

Для начала соберем электромагнит. Самый простейший электромагнит это кусок ферромагнетика, например гвоздь (сотка), вокруг которого намотана проволока. (катушка).

катушка индуктивности

Намотайте катушку, скажем витков 20-30 на гвоздь, подключите к батарейке или любому блоку питания постоянного напряжения (например 9 вольт).

При подаче тока на катушку, гвоздь усиливает свое магнитное свойство и становится постоянным электромагнитом — полной копией простого магнита.

Количеством витков, их толщиной (сечением провода), напряжением и током, материалом сердечника, способом намотки (например в два провода) Вашей катушки — Вы можете регулировать степень магнитной силы Вашего электромагнита.

А подключением намотки Вы можете регулировать положение полюсов Вашего электромагнита. (это важно)

При подключении катушки к батарейке у гвоздя, т. е. у Вашего электромагнита образовывается, как и у простого магнита два полюса, условно северный (он же плюс) и южный (он же минус).

Поднесите к Вашему электромагниту простой магнит любым из полюсов. Вы увидите электромагнитное взаимодействие. Магнит будет отталкиваться Вашим электромагнитом.

Теперь поменяйте провода от Вашей батарейки местами, т. е. плюс на минус. При этом Вы заметите, что электромагнит поменял направление силы — теперь он наоборот притягивает.

Чем чаще Вы переключаете плюс на минус, тем чаще Ваш магнит будет менять направление силы. Иными словами электромагнит будет притягивать отталкивать с частотой питающей его сети.

Северный и южный полюса магнита будут меняться между собой, потому что ВЫ создали переменное напряжение с частотой Вашего переключения плюс на минус.

Теперь на гвозде намотайте вторую точно такую же катушку и Вы получите простейший трансформатор.

Трансформатор это прибор, который трансформирует напряжение и ток одной величины в напряжение и ток другой величины.

Первая катушка называется первичной обмоткой, а вторая катушка вторичной обмоткой.

Итак соберите такую конструкцию.

• Гвоздь, на нем две одинаковые катушки.
• Подключите первичную обмотку к блоку питания с возможностью менять направление тока.
• Ко второй катушке подключите мультиметр.

Теперь включите блок питания и начинайте переключать полярность с некоторой частотой. На второй катушке у Вас начнет появляться напряжение, которое передается посредством того, что называют электромагнитной индукции. В итоге на Вашем гвозде у Вас работают два электромагнита, на первый вы подаете ток и напряжение,

а на втором электромагните этот ток и напряжение индуктируются.

Виды трансформаторов

Силовой трансформатор

Так выглядит силовой трансформатор

Эти виды трансформаторов относится к трансформаторам работающих в сетях промышленных и бытовых установках частотой питающей сети 50-60 Гц. Силовые трансформаторы предназначены для преобразование электрической энергии для передачи ее по ЛЭП например, с 38 кВ до 6кВ, 380V на 220V (380/220В). Электро цепи где используется высокое напряжение принято называть в электротехнике силовыми цепями, а трансформаторы соответственно силовые трансформаторы.

Конструкция силового трансформатора состоит из двух или трёх обмоток, возможно больше. Располагаются обмотки на броневом сердечнике, изготавливаемом из листов электротехнической стали. Некоторые силовые трансформаторы (с расщепленными обмотками) могут иметь несколько обмоток с низшего напряжения (НН) которые запитаны параллельно. Это позволяет получать напряжение больше чем от одного генератора и передавать больше электроэнергии, тем самым повышая КПД электроустановки.

Мощные силовые трансформаторы очень часто делают масляными, то есть его обмотки помещают в бак со специальным трансформаторным маслом. Трансформаторное масло служит для активного охлаждения и одновременной изоляции его обмоток.
Трансформаторы мощностью 400 кВА обладают большим весом и монтируются на специальных платформах или помещениях. Они поступают с завода в собранном состоянии, готовыми к подключению нагрузки на подстанциях или электростанциях. Основное исполнение силовых трансформаторов – это трехфазные трансформаторы. это связно с тем, что потери КПД однофазных трансформаторов на 15% больше.

Сетевые трансформаторы

сетевой трансформатор

Сетевые трансформаторы это самый распространенный вид трансформаторов, который можно встретить практически в любом бытовом электроприборе. Все сетевые трансформаторы, как правило, делают однофазными. Эти трансформаторы служат для преобразования высокого напряжение сети 220V до приемлемого напряжения, используемого в том или ином электроприборе. Понижающее напряжение может быть: 220/12V или 220/9V, 220/36V и т.д.

Многие изготавливают сетевые трансформатор не с одной, а с несколькими вторичными обмотками, что делает трансформатор более универсальным, часто используемый на разное напряжение одновременно.

Например, часть схемы запитана напряжение 12 Вольт, а другая 3 Вольта от одного трансформатора с несколькими обмотками.

конструкция магнитопроводов трансформатора

Изготавливают сетевые трансформаторы чаще всего из электротехнической стали на Ш – образных или стержневых сердечниках. Встречаются тороидальные сердечники. Ш-образный сердечник набирается из пластин, на которые надевают каркас на который наматываются обмотки трансформатора.

Тороидальный трансформатор имеет преимущества из-за своего более компактного вида и обладают более лучшими характеристиками. Обмотки тороидального трансформатора полностью охватывают магнитопровод, нет пустого пространства незанятого обмоткой в отличие от стержневых или броневых трансформаторов.

Сварочные трансформаторы также можно отнести к сетевым, мощность которых не превышает 6 кВт. Все сетевые трансформаторы работают на низкой частоте равной 50-60 Гц.

Автотрансформатор

схема понижающего автотрансформатора

Автотрансформатор – это трансформатор где обмотки низшего напряжения являются частью обмотки высшего. Обмотки автотрансформатора имеют прямую электрическую связь, а не только посредством магнитопровода. Делая отводы от одной обмотки можно получить различное напряжение. Отличить обмотки низшего и высшего напряжение можно по различному сечению использованного для намотки провода.

Преимущество автотрансформатора – это меньшие размеры, меньше использованного провода, меньше сердечник, меньше затрачено стали на его изготовление в итоге меньшая цена автотрансформатора.

Главный недостаток трансформатора — это гальваническая связь обмоток низшего и высокого напряжения. Возможность попадания сети высшего напряжения в сеть низшего. Невозможность применение автотрансформаторов в сетях с заземлением.
Автотрансформаторы применяют в сетях трехфазного тока с соединением обмоток в чаще всего в звезду, реже в треугольник.

Автотрансформаторы часто применяют в устройствах управления напряжением, в высоковольтных установках, в промышленности для пуска мощных асинхронных электродвигателей переменного тока. Мощность автотрансформаторов может быть до 100 МВт.

Преимущество автотрансформаторов увеличивается с увеличением коэффициента трансформации близкими (К=1-2).

Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)

Латр

Разновидностью автотрансформатора можно назвать лабораторный трансформатор (ЛАТР). Его основное назначение — это плавная регулировка напряжения, подающаяся к нагрузке, к любому потребителю электроэнергии. Конструкция автотрансформатора представляет собой тороидальный трансформатор у которого есть только одна обмотка, по которой бежит ползунок (угольный роликовый контакт) подключающий каждый виток не изолируемой обмотки (дорожки) автотрансформатора к схеме. Таким образом, создается регулирующий эффект.

При замыкании соседних витков роликовым ползунком в ЛАТР, не происходит межвитковых замыканий, так как токи питающей сети и нагрузки автотрансформатора в общей обмотке близки друг к другу и направлены встречно. Самые распространенные ЛАТРы регулируют напряжение от 0 до 250V. Трехфазные регулируют от 0/450 вольт. Автотрансформаторы ЛАТРы часто используют в научно исследовательских лабораториях для пусконаладочных работ различного назначения.

Трансформаторы тока

Трансформатор тока служит в основном в измерительной технике. Первичную обмотку такого трансформатора подключают к источнику тока, вторичная обмотка используется для различных измерительных приборов при небольшом внутреннем сопротивлении (R вн).
Первичная обмотка – это, как правило, всего виток провода включенного последовательно с измеряемой цепью переменного тока. Ток первичной обмотки прямо пропорционален току вторичной, в чем и достигается измерение величины силы тока (А).

Главная особенность трансформаторов тока состоит в том, что вторичная обмотка должна быть всегда нагружена, иначе происходит пробой изоляции высоким напряжением, также при отключенной нагрузке магнитопровод трансформатора тока просто сгорает от некомпенсированных наведенных токов.

Конструктивно трансформатор тока это одна или несколько изолированных обмоток намотанных на шихтованную холоднокатаную электротехническую сталь называемую сердечником. Первичная обмотка может быть просто провод, который пропущенный через окно магнитопровода трансформатора тока который измеряет силу тока проходящий через этот провод или шину. Коэффициент трансформации здесь 100/5, безопасны, так как отсутствует гальваническая связь между обмотками.

Применение трансформаторов тока: измерения силы тока в схемах релейной защиты, в измерительной аппаратуре. Выпускают с 1-2 группами вторичных обмоток. Одна группа может, подсоединяется к защитным устройствам, другая к измерительным приборам и счетчикам.

Трансформаторы напряжения

Трансформатор напряжения НОМ-3

Трансформаторы напряжения – это трансформаторы, преобразующие высокие напряжения пропорционально и точно в соответствии с фазами в величины, пригодные для измерения. Трансформаторы среднего напряжения имеют единственный магнитопровод и могут быть выполнены с одной или несколькими вторичными обмотками. Заземляемые трансформаторы напряжения по желанию помимо измерительной или защитной обмотки могут быть выполнены с дополнительной обмоткой для регистрации замыкания на землю.

Импульсный трансформатор тока

импульсный трансформатор тока

Применяются для измерения направления или силы тока в импульсных схемах. Импульсный трансформатор состоит из кольцевого ферритового сердечника с одной обмоткой. Измеряемый провод проходит сквозь кольцо, обмотку подключают к сопротивлению нагрузки (Rн).
Если обмотка содержит 1000 витков провода, то ток, проходящий через измеряемый провод будет равен 1000\1, то есть на сопротивлении нагрузки будет ток, который в 1000 раз меньше тока проходящего через измеряемый провод.

Производители трансформаторов тока изготовляют импульсные трансформаторы тока с различным коэффициентом трансформации. Инженеру проектировщику нужно лишь рассчитать сопротивление нагрузки и соответствующую схему измерения.
Если нужно измерить направление тока, то вместо сопротивления нагрузки подключают два стабилитрона с встречным включением.

Импульсный трансформатор

Распространен во всех современных электронных схемах. Импульсный трансформатор предназначен для сварочных устройств, блоков питания, импульсных преобразователей. Заменили в настоящее время низкочастотные трансформаторы с сердечниками из шихтованной стали, которые имели больше габариты и вес.
Состоит из ферритового магнитопровода различной формы: кольцо, чашечка, стержень, Ш — образный, П – образный. Ферритовый сердечник импульсных трансформаторов дает им несравненное преимущество перед старыми трансформаторами из стали в том, что они могут работать на частотах до и свыше 500 000 гц.

Импульсный трансформатор – это ВЧ (высокочастотный) трансформатор габариты и вес, которого с ростом частоты становиться только меньше!
Обмотка требует меньшего количества витков, а для регистрации высокочастотного тока достаточно полевого или биполярных транзисторов включенных по специальной схеме:

• Прямоходовая;
• Двухтактная;
• Полумостовая;
• Мостовая схема

Применяют импульсные трансформаторы и дроссели на феррите в энергосберегающих лампах, зарядных для мобильных устройств, в мощных инверторах тока, сварочных аппаратах.

Трансформатор Тесла

Трансформатор Николы Теслы — это аппарат, с помощью которого получают токи высокой частоты. Реализовывается при помощи первичной и вторичной обмотки, но первичная обмотка получает питание на частоте резонанса вторичной обмотки, при этом напряжение на выходе возрастает в десятки раз.

По мнению специалистов, Тесла изобретал трансформатор для решения глобального вопроса передачи электрической энергии из одного пункта в другой без применения проводов. Для того чтобы получилась задуманная изобретателем передача энергии при помощи эфира, необходимо на двух удаленных точках иметь по одному мощному трансформатору, которые работали бы на одной частоте в резонансе. сли проект реализовать, тогда не понадобятся гидроэлектростанции, мощные ЛЭП, наличие кабельных линий, что, конечно, противоречит монопольному владению электрической энергией разными компаниями.

С проектом Николы Теслы каждый гражданин общества мог бесплатно воспользоваться электричеством в нужный момент в любом месте, где бы он ни находился.

С точки зрения бизнеса эта система нерентабельна, так как она не окупится, ведь электричество становится бесплатным, именно по этой причине патент №645576 до сих пор ожидает своих инвесторов.

• См. трансформатор тесла принцип работы

Видео: Принцип работы трансформатора

Основы — как работает трансформатор, первичная и вторичная обмотка, каким образом понижается или повышается напряжение у трансформатора за счет магнитного поля, для чего нужен магнитопровод и что такое взаимоиндуктивность — обо всем этом смотрите в видео!

устройство и принципы работы, назначение и область применения прибора

Название “трансформатор” произошло от латинского слова «transforмare», что значит “превращать, преобразовывать”. Именно в этом и заключается его суть — преобразование путем магнитной индукции переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, но аналогичной частоты. Главное назначение трансформатора — использование в электросетях и источниках питания разнообразных приборов.

• Устройство и принцип действия
• Классификация по видам
  • Силовые преобразователи
  • Автотрансформаторы (ЛАТР)
  • Трансформаторы тока
  • Импульсные преобразователи
• Область применения приборов

Устройство и принцип действия

Трансформатор — это прибор для преобразования переменного тока и напряжения, не имеющий подвижных частей.

Устройство трансформаторов состоит из одной или нескольких обособленных проволочных, иногда ленточных катушек (обмоток), которые охвачены единым магнитным потоком.

Катушки, как правило, наматывают на сердечник (магнитопровод). Обычно он изготавливается из ферромагнитного материала.

На рисунке схематично представлен принцип работы трансформатора.

На рисунке видно, что первичная обмотка подсоединена к источнику переменного тока, а другая (вторичная) — к нагрузке. В витках первичной обмотки при этом проистекает переменный ток, его величина I1. А обе катушки охватывает магнитный поток Ф, производящий в них электродвижущую силу.

Если вторичная обмотка находится без нагрузки, то такой режим работы преобразователя называется «холостой ход». Когда вторичная катушка под нагрузкой, в ней под действием электродвижущей силы возникает ток I2.

Выходное напряжение при этом зависит напрямую от того, сколько витков на катушках, а сила тока — от диаметра (сечения) провода. Другими словами, если обе катушки имеют равное количество витков, то напряжение на выходе будет равно напряжению на входе.

А если на вторичную катушку намотать в 2 раза больше витков, то и напряжение на выходе станет в 2 раза выше входного.

Итоговый ток зависит также и от диаметра провода обмотки. Например, при большой нагрузке и маленьком диаметре провода может произойти перегрев обмотки, нарушение целостности изоляции и даже полный выход из строя трансформатора.

Во избежание таких ситуаций составлены таблицы для расчета преобразователя и выбора диаметра провода под заданное выходное напряжение.

Классификация по видам

Трансформаторы принято классифицировать по нескольким признакам: по назначению, по способу установки, по типу изоляции, по используемому напряжению и т. д. Рассмотрим самые распространенные виды приборов.

Силовые преобразователи

Такой вид приборов применяется для подачи и приема электрической энергии на ЛЭП и с ЛЭП с напряжением до 1150 квт. Отсюда и название — силовой. Эти приборы функционируют на низких частотах — порядка 50−60 Гц. Их конструктивными особенностями является то, что они могут содержать несколько обмоток, которые располагаются на броневом сердечнике, изготовленном из электротехнической стали. Причем катушки низкого напряжения могут быть запитаны параллельно.

Такой прибор носит название трансформатор с расщепленными обмотками. Обычно силовые трансформаторы помещают в емкость с трансформаторным маслом, а самые мощные агрегаты охлаждают активной системой. Для установки на подстанциях и электростанциях используют трехфазные приборы мощностью до 4 тыс. кВА. Они получили наибольшее распространение, так как потери в них уменьшены на 15% по сравнению с однофазными.

Автотрансформаторы (ЛАТР)

Это особая разновидность низкочастотного прибора. В нем вторичная обмотка одновременно является частью первичной и наоборот. То есть катушки связываются не только магнитно, но и электрически. Разное напряжение получается и с одной обмотки, если сделано несколько выводов. За счет использования меньшего количества проводов достигается удешевление прибора. Однако при этом отсутствует гальваническая развязка обмоток, а это уже существенный недочет.

Автотрансформаторы нашли применение в высоковольтных сетях и в установках автоматического управления, для запуска двигателей переменного тока. Целесообразно их использование при невысоких коэффициентах трансформации. ЛАТР применяют для регулировки напряжения в лабораторных условиях.

Трансформаторы тока

В таких приборах первичная обмотка подсоединяется непосредственно к источнику тока, а вторичная — к приборам с небольшим внутренним сопротивлением. Это могут быть защитные или измерительные устройства. Самым распространенным видом трансформатора тока считается измерительный.

Он состоит из сердечника, выполненного из шихтованной кремнистой холоднокатаной электротехнической стали, с намотанной на него одной или несколькими обособленными вторичными обмотками. В то время как первичная может представлять собой просто шину или же провод с измеряемым током, пропущенным при этом сквозь окошко магнитопровода. По такому принципу функционируют, к примеру, токоизмерительные клещи. Главной характеристикой трансформаторного тока является коэффициент трансформации.

Такие преобразователи безопасны и поэтому нашли применение при измерении тока и в схемах релейной защиты.

Импульсные преобразователи

В современном мире импульсные системы практически полностью заменили тяжелые низкочастотные трансформаторы. Обычно импульсный прибор выполняется на ферритовом сердечнике разнообразных форм и размеров:

• кольцо;
• стержень;
• чашечка;
• в виде буквы Ш;
• П-образный.

Превосходство таких приборов сомнениям не подлежит — они способны функционировать на частотах до 500 и более кГц.

Так как это прибор высокочастотный, то его размеры существенно снижаются с ростом частоты. На обмотку расходуется меньшее количество провода, а для получения высокочастотного тока в первой цепи достаточно лишь подключения полевого или биполярного транзистора.

Существуют еще много разновидностей трансформаторов: разделительные, согласующие, пик-трансформаторы, сдвоенный дроссель и т. д. Все они широко применяются в современной промышленности.

Область применения приборов

Сегодня, пожалуй, трудно себе представить область науки и техники, где не применяются трансформаторы. Их широко используются для следующих целей:

1. Для передачи и раздачи электроэнергии.
2. Для создания допустимой схемы включения вентилей. Применяется в преобразовательных устройствах с одновременным согласованием входного и выходного напряжения.
3. В производстве: в сварке, для снабжения электротермических установок и т. д. Мощность таких приборов достигает порой десятков тысяч кВА и напряжения до 10 кВ, а рабочий диапазон — 50 Гц.
4. Преобразователи малой мощности и невысокого напряжения применяют для радио- и телеаппаратуры, устройств связи, бытовых приборов, для согласования напряжений и т. д.
5. При включении электроизмерительных приборов и реле в электроцепи высокого напряжения с целью расширения диапазонов измерений и обеспечения электробезопасности.

Исходя из многообразия устройств и видов назначения трансформаторов, можно утверждать, что сегодня они — незаменимые, использующиеся практически повсеместно устройства, благодаря которым обеспечивается стабильность и достижение необходимых потребителю значений напряжения как гражданских сетей, так и сетей предприятий промышленности.

Трансформатор тока (ТТ) – конструкция и принцип работы

Трансформатор тока (ТТ) – это тип трансформатора, который используется для измерения переменного тока. Он вырабатывает переменный ток (AC) во вторичной обмотке, который пропорционален переменному току в его первичной обмотке. Трансформаторы тока, наряду с трансформаторами напряжения или потенциала, являются приборными трансформаторами.

Трансформаторы тока предназначены для воспроизведения в уменьшенном масштабе тока в высоковольтной линии и изоляции измерительных приборов, счетчиков, реле и т. д. от высокого напряжения
Цепь питания.

Большие переменные токи, которые невозможно измерить или пропустить через обычный амперметр и токовые катушки ваттметров, счетчики энергии, можно легко измерить с помощью трансформаторов тока вместе с обычными приборами малого диапазона.

Связанный: Принцип работы трансформатора

Содержание

Символ трансформатора тока / принципиальная схема

Принципиальная схема трансформатора тока

A трансформатор тока  (CT) в основном имеет первичную обмотку из одного или нескольких витков большой площади поперечного сечения. В некоторых случаях шина с высоким током может действовать как первичная обмотка. Он подключается последовательно с линией, по которой течет большой ток.

Конструкция трансформатора тока и обозначение цепи Обозначения цепи трансформатора тока в соответствии со стандартами IEEE и IEC

Вторичная обмотка трансформатора тока состоит из большого количества витков тонкого провода с малой площадью поперечного сечения. Обычно это 5А. Он подключен к катушке амперметра нормального диапазона.

Связанный: Почему вторичная обмотка трансформатора тока (ТТ) не должна быть разомкнута?

Принцип работы трансформатора тока

Эти трансформаторы в основном являются повышающими трансформаторами, то есть повышают напряжение от первичной обмотки к вторичной. Таким образом, ток уменьшается от первичного к вторичному.

Итак, с текущей точки зрения, эти понижающие трансформаторы значительно понижают значение тока от первичной обмотки к вторичной.

Лет,

N ₁ = количество первичных поворотов

N ₂ = количество вторичных поворотов

I ₁ = первичный ток

I ₂ = второстепенный ток

для трансформатора,

I ₁ /i ₂ = N ₂ /N ₁

AS ₂ очень высок по сравнению с N ₁ , соотношение I ₁ до I ₂ также очень высокий для текущих трансформаторов. Такой коэффициент тока указывается для представления диапазона трансформатора тока.

Например, рассмотрим диапазон 500:5, тогда это означает, что C.T. понижает ток от первичной обмотки к вторичной в отношении 500 к 5. 

I ₁ /I ₂   = 500/5

Зная это отношение тока и показания счетчика на вторичной обмотке, фактический высокий линейный ток через первичку можно получить.

Типы трансформаторов тока

В зависимости от области применения трансформаторы тока можно разделить на два типа:

1. Внутренние трансформаторы тока
2. Трансформаторы тока наружной установки

Внутренние трансформаторы тока

Трансформаторы тока, предназначенные для установки внутри металлических шкафов, известны как внутренние трансформаторы тока.

В зависимости от метода изоляции их можно дополнительно классифицировать как:

• Лента изолированная
• Литая смола (эпоксидная смола, полиуретан или поликрит)

С точки зрения конструктивных аспектов трансформаторы тока для внутренней установки можно разделить на следующие типы:

1. ТТ стержневого типа : ТТ, имеющие стержень подходящего размера и материала, используемого в качестве первичной обмотки, известны как ТТ стержневого типа. Стержень может быть прямоугольного или круглого сечения.
2. ТТ с прорезью/окном/кольцом : ТТ с отверстием в центре для пропуска через него первичного проводника известны как ТТ «кольцевого» (или «прорезного/оконного») типа.
3. ТТ с обмоткой : ТТ с первичной обмоткой, состоящей более чем из одного полного витка, намотанной на сердечник, известен как ТТ с обмоткой. Соединительные клеммы первичной обмотки могут быть аналогичны клеммам ТТ стержневого типа, или для этой цели могут быть предусмотрены прямоугольные контактные площадки.

Трансформатор тока для наружной установки

Эти трансформаторы тока предназначены для наружного применения. Они используют трансформаторное масло или любую другую подходящую жидкость для изоляции и охлаждения. Погруженный в жидкость ТТ, который герметизирован и не сообщается с атмосферой, известен как герметичный ТТ.

Маслонаполненные ТТ для наружного применения дополнительно классифицируются как

1. ТТ с резервуаром под напряжением
2. мертвый резервуар типа CT

Большинство трансформаторов тока для наружной установки представляют собой высоковольтные трансформаторы тока. В зависимости от применения они подразделяются на:

1. Измерительный трансформатор тока
2. Защитный трансформатор тока

Трансформатор тока бака под напряжением

В этой конструкции измерительных трансформаторов бак, в котором находятся сердечники, находится под напряжением сети. На рисунке показан боевой резервуар CT. Можно отметить, что втулка этого ТТ подвержена повреждениям при транспортировке, так как ее центр тяжести находится на большой высоте.

Трансформатор тока бака под напряжением

Трансформатор тока бака бака

В конструкции трансформаторов тока бака бака бак, в котором находятся сердечники, находится под потенциалом земли.

На рисунке показана конструкция мертвого бака (одинарная втулка), монтаж которой аналогичен конструкции работающего бака, но здесь центр тяжести расположен низко. Следовательно, этот тип ТТ не повреждается при транспортировке.

Трансформатор тока с резервным баком

На рисунке изображен трансформатор тока с резервным баком (двухвходовой), который имеет очень компактные размеры и может быть установлен на стальной конструкции рядом с автоматическими выключателями наружной установки.

ТТ, имеющий более одного сердечника и более одной вторичной обмотки, называется многоядерным ТТ (например, ТТ с измерительным и защитным сердечниками).

Трансформатор тока, в котором путем повторного соединения или обвязки первичной или вторичной обмотки можно получить более одного коэффициента, известен как измерительный трансформатор с несколькими коэффициентами (например, трансформатор тока с коэффициентом 800-400-200/1 А). В таких трансформаторах следует избегать изоляции первичных обмоток, насколько это допускается конструкцией.

Измерительный трансформатор, предназначенный для двойного назначения измерения и защиты, известен как измерительный трансформатор двойного назначения.

ТТ с разъемным измерительным сердечником, используемым для измерения тока в сборной шине, известен как ТТ с разъемным сердечником. Пружинное действие трансформатора тока с разъемным сердечником позволяет оператору использовать этот трансформатор тока для охвата токоведущей шины низкого напряжения без прекращения протекания тока.

Измерительный и защитный трансформаторы тока

Трансформатор тока в некоторой степени подобен силовому трансформатору, поскольку оба они основаны на одном и том же фундаментальном механизме электромагнитной индукции, но существуют значительные различия в их конструкции и работе.

Трансформатор тока, используемый для цепей измерения и индикации , в народе называется Измерительный ТТ .

Трансформатор тока, используемый вместе с защитными устройствами , обозначен как Защита CT .

ТТ класса измерения имеет намного меньшую мощность ВА, чем ТТ класса защиты. Измерительный ТТ должен быть точным во всем диапазоне, т.е. от 5% до 125% нормального тока. Другими словами, его импеданс намагничивания при низких уровнях тока (и, следовательно, низких уровнях потока) должен быть очень высоким.

ТТ с измерительным сердечником предназначен для более точной работы в пределах указанного диапазона номинального тока. Когда ток превышает этот номинал, измерительный сердечник насыщается, тем самым ограничивая величину уровня тока внутри устройства. Это защищает подключенные приборы учета от перегрузки при протекании тока аварийного уровня. Он защищает расходомер от воздействия чрезмерных крутящих моментов, которые могут возникнуть во время этих отказов.

Измерительный ТТ класса

В противоположность этому, для ТТ класса защиты ожидаемая линейная характеристика до 20-кратного превышения номинального тока. Его характеристики должны быть точными в диапазоне нормальных токов и вплоть до токов короткого замыкания. В частности, для трансформаторов тока со степенью защиты импеданс намагничивания должен поддерживаться на большом значении в диапазоне токов порядка токов короткого замыкания.

Protection CT Класс

Защитный сердечник предназначен для преобразования сигнала без искажений даже в диапазоне перегрузки по току. Это позволяет реле защиты точно измерять значение тока повреждения даже в условиях очень высокого тока.

Для измерения трансформаторов тока требуется точность в пределах нормального рабочего диапазона до 125 процентов от номинального тока. Для других условий перегрузки по току точность не требуется, скорее в сердечнике должно быть насыщение, чтобы снять с подключенных приборов напряжения, вызванные перегрузкой по току.

Точность не требуется для токов ниже номинального значения для защитных ТТ. Но должна быть точность при всех более высоких значениях тока вплоть до максимального первичного тока, равного максимальному уровню неисправности системы.

Решение об использовании ТТ двойного назначения для измерения и защиты зависит от различных факторов, таких как конструкция, стоимость и место, а также от способности прибора выдерживать кратковременные перегрузки по току.

Трансформаторы тока классов T и C

Стандарты ANSI/IEEE подразделяют трансформаторы тока на два типа:

1. Трансформаторы тока класса T
2. Трансформатор тока класса C

Как правило, ТТ класса Т представляет собой ТТ с обмоткой с одним или несколькими первичными витками, намотанными на сердечник. Это связано с высоким потоком рассеяния в активной зоне. Из-за этого единственный способ определить его производительность — провести тест. Другими словами, для этих типов ТТ нельзя использовать стандартные рабочие характеристики.

Для ТТ класса С буквенное обозначение «С» указывает на то, что потоком рассеяния можно пренебречь. ТТ класса С являются более точными ТТ стержневого типа. В таких ТТ поток рассеяния из сердечника поддерживается очень малым. Рабочие характеристики таких ТТ можно оценить по стандартным кривым возбуждения. Кроме того, погрешность отношения поддерживается в пределах ±10% для стандартных условий эксплуатации.

Конструкция трансформатора тока

Как уже упоминалось выше, существуют три типа конструкций трансформаторов тока для помещений:

1. Тип раны CT
2. Тороидальный (окно) Тип CT
3. Бар типа CT

Трансформатор тока с обмоткой – Первичная обмотка трансформатора физически соединена последовательно с проводником, по которому течет измеряемый ток в цепи. Величина вторичного тока зависит от коэффициента трансформации трансформатора.

Трансформатор тока тороидального (оконного) типа – не содержат первичной обмотки. Вместо этого линия, по которой протекает ток в сети, продевается через окно или отверстие в тороидальном трансформаторе. Некоторые трансформаторы тока имеют «разъемный сердечник», что позволяет открывать, устанавливать и закрывать их без отключения цепи, к которой они подключены.

ТТ тороидального типа (с окном) ТТ стержневого типа

Трансформатор тока стержневого типа – В этом типе трансформатора тока в качестве первичной обмотки используется фактический кабель или шина главной цепи, что эквивалентно одинарной обмотке. повернуть. Они полностью изолированы от высокого рабочего напряжения системы и обычно крепятся болтами к токоведущему устройству.

1. Трансформатор тока с обмоткой

В конструкции с обмоткой первичная обмотка наматывается на сердечник более чем на один полный виток.

Трансформатор тока с обмоткой

Конструкция трансформатора тока с обмоткой показана выше.

В трансформаторе тока с обмоткой низкого напряжения вторичная обмотка намотана на бакелитовый каркас. Тяжелая первичная обмотка намотана непосредственно поверх вторичной обмотки с подходящей изоляцией между ними.

В противном случае первичная обмотка наматывается полностью отдельно, затем обматывается подходящим изоляционным материалом и собирается вместе с вторичной обмоткой на сердечнике.

Трансформаторы тока могут быть кольцевого или оконного типа. Некоторые часто используемые формы штамповки трансформаторов тока оконного типа показаны на рисунке ниже.

В качестве материала сердечника для навивного типа используется железоникелевый сплав или ориентированная электротехническая сталь. Перед установкой вторичной обмотки на сердечник ее изолируют с помощью концевых хомутов и кольцевых обмоток из прессованных плит. Такие прессборды обеспечивают дополнительную изоляцию и защиту обмотки от повреждений из-за острых углов.

2. Трансформатор тока стержневого типа

В этом типе трансформатора тока первичная обмотка представляет собой не что иное, как стержень подходящего размера. Конструкция показана на рис.

Трансформатор тока стержневого типа

Изоляция первичной обмотки стержневого типа представляет собой бакелизированную бумажную трубку или смолу, отформованную непосредственно на стержне. Такая первичная обмотка стержневого типа является составной частью трансформатора тока. Сердечник и вторичная обмотка одинаковы в трансформаторе стержневого типа.

Штамповки, используемые для ламинирования трансформаторов тока, должны иметь большую площадь поперечного сечения, чем у обычных трансформаторов. За счет этого сопротивление чередующихся углов остается максимально низким. Следовательно, соответствующий ток намагничивания также мал.

Обмотки расположены очень близко друг к другу, чтобы уменьшить реактивное сопротивление рассеяния. Чтобы избежать эффекта короны, в трансформаторе стержневого типа внешний диаметр трубки поддерживается большим.

Обмотки сконструированы таким образом, что без повреждений они могут выдерживать силы короткого замыкания, которые могут быть вызваны коротким замыканием в цепи, в которую включен трансформатор тока.

При малых линейных напряжениях для изоляции используется лента и лак. Для линейных напряжений выше 7 кВ применяются масляные или заполненные компаундом трансформаторы тока.

Конструкция трансформатора тока высокого напряжения для наружной установки

Использование / преимущества трансформатора тока

Трансформаторы тока широко используются для измерения тока и контроля работы энергосистемы.

Применение различных типов трансформаторов тока

Наряду с проводами напряжения коммерческие трансформаторы тока приводят в действие электросчетчик практически в каждом здании с трехфазным питанием и однофазным питанием более 200 ампер.

Высоковольтные трансформаторы тока монтируются на фарфоровых или полимерных изоляторах для изоляции от земли.

Трансформаторы тока могут быть установлены на низковольтных или высоковольтных проводах силового трансформатора.

Часто несколько трансформаторов тока устанавливаются в виде «стека» для различных целей. Например, устройства защиты и коммерческого учета могут использовать отдельные трансформаторы тока для обеспечения изоляции между цепями измерения и защиты и позволяют использовать трансформаторы тока с различными характеристиками (точность, характеристики перегрузки) для устройств.

Применение высоковольтных трансформаторов тока

Благодаря очень высокой точности идеально подходит для установки в точках учета.

Отличная частотная характеристика; идеально подходит для контроля качества электроэнергии и измерения гармоник.

Подходит для установки в фильтрах переменного и постоянного тока в преобразовательных подстанциях для проектов HVDC.

Примеры применения:

1. Защита высоковольтных линий и подстанций.
2. Защита конденсаторных батарей.
3. Защита силовых трансформаторов.
4. Измерение доходов.

Трансформатор тока – конструкция, принцип работы и типы

27 января 2021 г.

Важно контролировать ток и напряжение на подстанциях и электростанциях, которые имеют высокие значения. В цепях постоянного тока легко измерять большие токи, добавляя подходящие шунты к амперметрам низкого диапазона. В то время как при переменном питании трудно измерять большие токи и опасно для оператора при работе с системой с большими токами (более 100А).

Для этой цели используется прибор под названием «Трансформатор тока» для измерения больших токов. Трансформатор тока также называют измерительным трансформатором с точным соотношением токов первичной и вторичной обмоток. Давайте посмотрим на конструкцию трансформатора тока.

Конструкция трансформатора тока :

Большие переменные токи, которые невозможно измерить напрямую с помощью обычных амперметров или ваттметров, можно измерить с помощью трансформатора тока. Большая часть конструктивной части трансформатора тока аналогична обычному трансформатору.

По сути, это понижающий трансформатор (по току), состоящий из двух обмоток, первичной и вторичной, без электрического соединения между ними. Магнитный сердечник, состоящий из пластин из кремнистой стали, соединяет обе обмотки, обеспечивая путь с низким магнитным сопротивлением, как показано ниже.

Первичная обмотка трансформатора тока намотана несколькими витками (одним или несколькими) проводом толстого сечения. Вторичная обмотка намотана большим числом витков из проводника малого сечения. Первичная обмотка подключается последовательно к линии, в которой измеряется ток, а вторичная подключается к амперметру с низким диапазоном (диапазон 0–5 А).

Как правило, ток вторичной обмотки трансформатора тока составляет 5 А. В зависимости от конструкции существует два типа трансформаторов тока, используемых для измерения больших токов.

Трансформатор тока с обмоткой :

Как следует из названия, в трансформаторах тока с обмоткой первичная и вторичная обмотки имеют подходящее число витков. Материал сердечника может иметь форму прямоугольника или кольца из никелевого сплава или стали, как показано ниже.

В конструкции кольцевого сердечника вторичная обмотка наматывается на внутренний сердечник бакелитового каркаса. Поверх вторичной обмотки первичная обмотка наматывается на внешний сердечник с подходящей изоляцией между двумя обмотками.

Трансформатор тока стержневого типа :

В конструкции стержневого сердечника первичная обмотка не имеет витков. Первичная обмотка состоит из стержневого провода подходящего сечения. Вторичная обмотка намотана на круглом сердечнике, который окружает первичный стержневой проводник, как показано ниже. Бумажная изоляция держится на шине, т. е. между первичной и вторичной обмотками.

Расстояние между двумя обмотками очень маленькое, чтобы уменьшить утечку потока. Так измеренные показания получаются с высокой точностью. Трансформатор тока, подключенный к небольшой системе сетевого напряжения, использует ленту или лак в качестве изоляции. В сетях высокого напряжения используются масляные трансформаторы тока.

Электрические компараторы и электронные. ..

Включите JavaScript

Электрические компараторы и электронные компараторы

Работа трансформатора тока:

Работа трансформатора тока аналогична работе обычного двухобмоточного трансформатора. Когда большие токи проходят через первичную обмотку, во вторичной обмотке индуцируются малые токи (в зависимости от соотношения витков).

Эти малые токи во вторичной обмотке затем измеряются низкочастотным амперметром, подключенным к ней. В трансформаторе тока существует обратно пропорциональная зависимость между током и числом витков в первичной и вторичной обмотках.

Что касается номинального напряжения, трансформатор тока индуцирует большее напряжение на вторичной обмотке по сравнению с первичной. Следовательно, он действует как повышающий трансформатор по отношению к напряжению.

LET,

• N ₁ = количество первичных поворотов
• N ₂ = количество вторичных поворотов
• I ₁ = Первичный текущий
• I ₂ = второе место

90

• I ₂ = Второй текущий
90909090
• I ₂ = Второй верит

90

90

• I ₂ = Второй текущий

90

90

90

• I ₂ . Для трансформатора коэффициент трансформации определяется как

  Таким образом, когда коэффициент тока трансформатора тока известен, мы можем определить линейный ток на первичной стороне путем измерения тока на вторичной стороне.

  Например, трансформатор тока имеет коэффициент 200:1. Если амперметр на вторичной обмотке показывает 1,5 ампера, т. е. I ₂ = 1,5А. Тогда первичный ток или ток нагрузки I ₁ задается как

  . Здесь мы также можем сказать, что трансформатор тока имеет соотношение витков первичной и вторичной обмотки 1:200. Кроме того, напряжение во вторичной обмотке будет в 200 раз больше, чем в первичной.

  Почему вторичный ТТ не должен быть разомкнут?

  Вторичная обмотка трансформатора тока не должна быть разомкнута в любое время, когда первичная обмотка находится под напряжением. В трансформаторе тока ток в первичной обмотке зависит от линейного тока или тока нагрузки, к которой подключена первичная обмотка, но от нагрузки, подключенной к вторичной обмотке ТТ.