Трансформаторы. Трансформатор предназначен для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения
Трансформатор предназначен для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Увеличение напряжения осуществляется с помощью повышающих трансформаторов, а уменьшение − с помощью уменьшающих.
§ 7.1. Устройство однофазного трансформатора.
Схема однофазного трансформатора.
Рис.7-1. Схема однофазного трансформатора.
Трансформатор представляет собой замкнутый магнитный провод, на котором расположено две или несколько обмоток. Для уменьшения потерь на гистерезис магнитопровод изготавливают из магнитомягкого материала – трансформаторной стали, имеющий узкую петлю намагничивания. Для уменьшения потерь на вихревые токи в материал магнитопровода вводят примесь кремния (4-5%), а сам магнитопровод собирают из отдельных листов толщиной 0,35-0,5 мм, изолированных друг от друга теплостойким лаком или специальной бумагой.
Магнитопровод предназначен для создания внутри аппарата магнитного потока Ф.
Обмотки трансформатора изготавливаются из медного провода и располагают на одном и том же или на разных стержнях рядом или одну под другой. Обмотка трансформатора, к которой подводится напряжения имеющей сети, называется первичной. а обмотку, к которой подсоединяется нагрузка, называется вторичной .
§ 7.2. Принцип действия однофазного трансформатора.
Работа трансформатора основана на явлении взаимной индукции. При подключении первичной обмотки в сеть переменного тока напряжением U1 по обмотке начнет проходить ток I1. который создаст в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф. Этот поток, пронизывая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней ЭДС (Е2 ), которую можно использовать для питания нагрузки. Так как, первичная и вторичная обмотки пронизываются одним и тем же магнитным потоком, то индуктируемые в них ЭДС определяются по формулам:
где ω1. ω2 – количество витков.
§ 7.3. Режимы работы трансформатора.
1. Режим (опыт) холостого хода.
Вторичная обмотка разомкнута, а к первичной подводится номинальное напряжение. Под действием этого напряжения в обмотке протекает небольшой по величине ток, который называют током холостого хода. Из этого режима определяют коэффициент трансформации, который, пренебрегая падением напряжения в обмотке, определяется по формуле:
Из режима холостого хода также определяется мощность потерь стали (Рст ).
2. Трансформатор под нагрузкой.
К первичной обмотке подключают нагрузку, под действием чего в ней устанавливается ток, величина и напряжение которого по закону Ленца поддерживает неизменный магнитный поток трансформатора. Из этого режима определяют процентное изменение напряжения на зажимах вторичной обмотки во всем диапазоне изменения нагрузки (от 0 до номинального).
где U2 – напряжение на зажимах вторичной обмотки в режиме холостого хода; U2ном – номинальное напряжение трансформатора. Из этого режима также строят внешнюю характеристику трансформатора.
3. Режим (опыт) короткого замыкания.
Вторичная обмотка заворачивается. Затем в первичную обмотку подводят малое по величине напряжение, под действием которого в первичной и вторичной обмотках устанавливаются номинальные токи. Напряжение, при котором выполняется данный опыт, называется напряжением короткого замыкания. Мощность, определяемая в этом опыте, называют мощность идущую на покрытие потерь в меди – тепловые потери (Ро.ном ).
Суммарные потери мощности в трансформаторе с учетом первого и третьего опыта определяют по формуле
где Кн – коэффициент нагрузки
где Р2 – мощность, отдаваемая в нагрузку; cosφ2 – коэффициент мощности нагрузки; Sном – полная номинальная мощность трансформатора
Суммарные потери мощности в трансформаторе можно определить по формуле:
где Р1 – мощность потребляемая из сети.
§ 7.4. Трехфазные трансформаторы.
Рис.7-3. Трехфазный трансформатор.
В линиях электропередачи используются в основном трехфазные силовые трансформаторы.
Для подключения трансформатора к линиям электропередачи на крышке бака имеются вводы, представляющие собой фарфоровые изоляторы, внутри которых проходят медные стержни. Вводы высшего напряжения обозначают буквами А, В, С, вводы низшего напряжения – буквами a, b, c. Ввод нулевого провода располагают слева от ввода а и обозначают 0.
Принцип работы и электромагнитные процессы в трехфазном трансформаторе аналогичны рассмотренным выше. Особенностью трехфазного трансформатора является зависимость коэффициента трансформации линейных напряжений от способа соединения обмоток.
Применяются главным образом три способа соединения обмоток трехфазного трансформатора:
1. соединение первичных и вторичных обмоток звездой;
2. соединение первичных обмоток звездой, вторичных – треугольником;
3. соединение первичных обмоток треугольником, вторичных – звездой.
§ 7.5. Трансформаторы для дуговой электросварки (сварочный трансформатор).
Обычные трансформаторы в качестве питания дуговой электрической сварки совершенно не пригодны потому, что перед зажиганием электрической дуги и замы замыкании электропроводов накоротко возникает недопустимо большой ток (в 15—20 раз больше номинального).
Рис.7-4. Внешняя характеристика сварочного трансформатора.
В трансформаторах для сварки электрической дугой вторичное напряжение меняется от U2X = 70 В при холостом ходе до U2r = 0 при коротком замыкании, когда электрод касается свариваемой детали. Ток I2К в последнем случае не должен превышать рабочий ток 12 более чем на 20—40%. Внешняя характеристика такого трансформатора должна иметь вид, показанный на рис.7-4. Тогда даже при больших колебаниях напряжения, обусловленных непостоянством сопротивления электрической дуги, ток I2 будет почти неизменным, что необходимо для доброкачественной сварки. Для получения такого большого падения напряжения во вторичной цепи сварочные трансформаторы конструируются с обмотками, имеющими большие магнитные потоки рассеяния Фр. или комплектуются с отдельным реактором, или снабжаются дополнительной обмоткой на общем магнитопроводе.
При первой форме исполнения (рис.7-5, а)первичная обмотка 1 рассчитана на стандартные напряжения U1 = 220 или 380 В. Вторичная обмотка 2, соединенная последовательно с отдельной реактивной катушкой 3, имеет при холостом ходе напряжение U2х = 70 В и при номинальном вторичном токе I2Н напряжение U2 ≈30 В. Сварочный ток между электродом 5 и изделием 4 регулируется изменением воздушного зазора 6 катушки 3 путем перемещения подвижной части сердечника 7.
Рис.7-5. Трансформатор для дуговой сварки.
Вторая форма исполнения (рис.7-5, б) — однокорпусное. Здесь реактивная катушка 3 и вторичная обмотка 2, расположенные на общем магнитопроводе, связаны магнитно. Подвижная часть магнитопровода 7 для изменения воздушного зазора в обоих исполнениях может перемещаться специальной рукояткой. Коэффициент полезного действия сварочных трансформаторов составляет 83—90%, a cos ф = 0,52 ÷ 0,62.
1. Что называется трансформатором?
2. Опишите устройство однофазного трансформатора?
3. Каковы принципиальные основы работы трансформатора?
4. Какие режимы работы трансформатора вы знаете?
5. Какие существуют отличия трехфазных трансформаторов?
6. Опишите принцип работы сварочного трансформатора.
Измерительные трансформаторы тока
Трансформатор тока предназначен для уменьшения первичного тока до значений, наиболее удобных для измерительных приборов и реле, а также для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения.
Трансформатор тока имеет замкнутый магнитопровод и две обмотки — первичную и вторичную. Первичная обмотка включается последовательно в цепь измеряемого тока I1. ко вторичной обмотке присоединяются измерительные приборы, обтекаемые током I2 .
Трансформатор тока характеризуется номинальным коэффициентом трансформации
,
где I1 nom и I2 nom — номинальные значения первичного и вторичного тока соответственно.
Значения номинального вторичного тока приняты равными 5 и 1 А.
Коэффициент трансформации трансформаторов тока не является строго постоянной величиной и может отличаться от номинального значения вследствие погрешности, обусловленной наличием тока намагничивания.
Токовая погрешность определяется по выражению
,
Погрешность трансформатора тока зависит от его конструктивных особенностей: сечения магнитопровода, магнитной проницаемости материала магнитопровода, средней длины магнитного пути, значения I1 nom ×w1 nom.
В зависимости от предъявляемых требований выпускаются трансформаторы тока с классами точности 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Указанные цифры представляют собой токовую погрешность в процентах номинального тока при нагрузке первичной обмотки током 100—120% для первых трех классов и 50 —120 % для двух последних. Для трансформаторов тока классов точности 0,2; 0,5 и 1 нормируется также угловая погрешность.
Погрешность трансформатора тока зависит от вторичной нагрузки (сопротивление приборов, проводов, контактов) и от кратности первичного тока по отношению к номинальному. Увеличения нагрузки и кратности тока приводят к увеличению погрешности.
При первичных токах, значительно меньших номинального, погрешность трансформатора тока также возрастет.
Трансформаторы тока класса 0,2 применяются для присоединения точных лабораторных приборов, класса 0,5 — для присоединения счетчиков денежного расчета, класса 1 — для всех технических измерительных приборов, классов 3 и 10 — для релейной защиты.
Кроме рассмотренных классов, выпускаются также трансформаторы тока со вторичными обмотками типов Д (для дифференциальной защиты), 3 (для земляной защиты), Р (для прочих релейных защит).
Токовые цепи измерительных приборов и реле имеют малое сопротивление, поэтому трансформатор тока нормально работает в режиме, близком к режиму КЗ. Если разомкнуть вторичную обмотку, магнитный поток в магнитопроводе резко возрастет, так как он будет определяться только МДС первичной обмотки. В этом режиме магнитопровод может нагреться до недопустимой температуры, а на вторичной разомкнутой обмотке появится высокое напряжение, достигающее в некоторых случаях десятков киловольт.
Из-за указанных явлений не разрешается размыкать вторичную обмотку трансформатора тока при протекании тока в первичной обмотке. При необходимости замены измерительного прибора или реле предварительно замыкается накоротко вторичная обмотка трансформатора тока (или шунтируется обмотка реле, прибора).
Навигация по записям
Трансформатор тока
Что такое трансформатор тока
Трансформатор тока очень интересная и важная тема в электротехнике. Здравствуй, дорогой читатель. Постараюсь доходчиво и 
подробно рассказать, что такое трансформатор тока, описать его конструкцию и для чего он нужен.
Сильно не заморачивайтесь, трансформатор тока — такой же трансформатор, как и все другие, в основном. Я бы назвал трансформатор тока измерительным трансформатором. Почему измерительным, спросите вы. Отвечаю: все, кто хоть мало-мальски разбирается в основах электротехники или электромонтажа, сталкивался с амперметром (измерительный прибор, показывающий силу тока). Так вот, им вы можете померить маленькие токи по значению. А если мне нужно узнать силу тока, которая больше 600 А? Что делать? Для этого и нужен трансформатор тока. Он понизит большой ток до нужного амперметру значения. В принципе, трансформатор тока, только этим и занимается — он помощник амперметра в измерении силы тока.
Устройство трансформатора тока
Как я уже говорил выше, трансформатор тока — обычный трансформатор, сердечник и две обмотки, первичная и вторичная. Первичную обмотку, которая содержит небольшое количество витков, включают последовательно в цепь, у которой необходимо измерить ток, а к вторичной, с большим числом витков, подключают амперметр. Так как сопротивление амперметра маленькое, я думаю, что трансформатор тока работает в режиме короткого замыкания. при котором сумма магнитных потоков равна разности потоков, созданных первичной и вторичной обмотками.
Принцип работы
Измеряемый ток, протекая по первичной обмотке с маленьким сопротивлением, мы уже знаем, на первичной мало витков, создает на ней небольшое падение напряжения, которое трансформируется во вторичную обмотку. Поскольку число витков вторичной обмотки значительно больше, чем у первичной, то на ней получается большее напряжение при меньшем токе. Чем больше ток, тем меньше напряжение и наоборот.
Применение
Мы уже знаем, что трансформатор тока это друг амперметра, они вместе показывают нам силу тока. Однако, его также можно применить для включения токовых обмоток ваттметров (мощность) и некоторых других приборов. Выводы обмоток трансформатора тока маркируют таким образом: первичная обмотка — Л1 и Л2 (линия), вторичная — И1 и И2 (измеритель).
Совет напоследок: вторичную обмотку работающего трансформатора тока не размыкайте. Она всегда должна быть замкнута на прибор или закоротите. Почему так надо делать? При разомкнутом состоянии, образуется большой магнитный поток, который создаст на вторичной трансформатора тока высокое напряжение, опасное для жизни.
Ну вот, в принципе, всё, что сегодня я хотел вам поведать об одном из приборов электротехники. Статью дополнили информацией о подключении трансформатора тока. Много полезного, связанного с электромонтажными работами и электротехникой вы можете найти на карте сайта. Пишите комментарии, всего доброго.
Источники: http://studopedia.ru/3_19575_transformatori.html, http://electrichelp.ru/izmeritelnye-transformatory-toka/, http://podvi.ru/elektrotexnika/transformator-toka.html
