Принцип работы трансформатора тока простым языком: Трансформатор тока, что это? Простыми словами. | Sad7even

Содержание

Трансформатор тока, что это? Простыми словами. | Sad7even

Здравствуйте, на этом канале я пытаюсь объяснить сложное простыми словами.

В данном статье речь пойдёт о трансформаторе тока.

3 вида основных трансформаторов тока

Прежде всего надо сказать, что это электрический аппарат. Нужен он для того, чтобы уменьшить величину электрического тока. Зачем? Например, для того чтобы подключить счётчик электрической энергии по которому у вас в доме идёт коммерческий расчёт.

Да, есть, конечно и счётчики прямого включения, но на данный момент он способен выдержать ток, величиной всего до 100 Ампер.

Устройство трансформатора тока:

Тут всё просто:

  • Корпус для защиты от механических повреждений и изоляции обмоток (для безопасности).
  • Первичная обмотка(та где проходит большой ток).
  • Вторичная обмотка (та, где ток уже маленький, их бывает сразу несколько для разных целей, в основном это измерение и защита).
  • Сердечник — элемент для усиления магнитного потока, состоит из множества стальных пластин, покрытых специальным лаком. На нём крепятся обмотки.

Принцип работы трансформатора тока:

Для того, чтобы понять принцип работы, необходимо знать закон электромагнитной индукции.

Когда ток проходит по первичной обмотки (а ток это движущийся электрический заряд), он создаёт магнитное поле, которое пронизывает вторичную обмотку и создаёт там силу, заставляющую двигаться покоящимся до этого зарядам. Вот поэтому там и начинает протекать ток.

Но почему же он становится меньше, чем был в начале? Это связано с тем, что обмотки состоят из определённого количества медных витков.

Получается так, что количество этих витков в первой обмотке больше, чем во второй. Если в первой обмотке — 1 виток, а во второй — 2 витка, то ток уменьшиться ровно в 2 раза.

Подключение трансформатора тока:

Подключается обязательно последовательно, то есть в рассечку силовой цепи.

Для того, чтобы было понятней, где же он используется в повседневной жизни:

У Вас в доме, в специальном помещении — электрощитовой, устанавливается счётчик электрической энергии, как видно на фотографии, сначала силовой кабель проходит через трансформатор тока, а затем от него идут провода, уже меньшего сечения, так как ток стал меньше — на счётчик.

Ещё такие устройства стоят, например, на силовых подстанциях, правда напряжение там огромное, если сравнивать с жилыми домами, поэтому изоляция там будет покрупнее,а значит и его размеры в целом.

Видов трансформаторов тока огромное количество, они различаются по напряжению, изоляции, классу точности, количеству вторичных обмоток, количеству сердечников, виду первичной обмотки и так далее.

Спасибо за внимание, прошу оставить комментарий для оценки данной статьи.

Трёхфазный ток, преимущества трёхфазного тока при использовании

Преимущества трёхфазного тока очевидны только специалистам электрикам. Что такое трехфазный ток для обывателя представляется весьма смутно. Давайте развеем неопределенность.

Трехфазный переменный ток

Большинство людей, за исключением специалистов — электриков, имеют весьма смутное представление, что такое так называемый «трёхфазный» переменный ток, да и в понятиях, что такое сила тока, напряжение и электрический потенциал, а также мощность, — часто путаются.

Попытаемся простым языком дать начальные понятия об этом. Для этого обратимся к аналогиям. Начнём с простейшей – протекания постоянного тока в проводниках. Его можно сравнить с водным потоком в природе. Вода, как известно, всегда течёт от более высокой точки поверхности к более низкой. Всегда выбирает самый экономичный (наикратчайший) путь. Аналогия с протеканием тока – полнейшая. Причём количество воды протекающей в единицу времени через какое-то сечение потока будет аналогично силе тока в электрической цепи. Высота любой точки русла реки относительно нулевой точки – уровня моря – будет соответствовать электрическому потенциалу любой точки цепи. А разница в высоте любых двух точек реки будет соответствовать напряжению между двумя точками цепи.

Используя эту аналогию можно легко представить в уме законы протекания постоянного электрического тока в цепи. Чем выше напряжение – перепад высот, тем больше скорость потока, и, следовательно, количество воды протекающей по реке в единицу времени.

Водный поток, точно так же как электрический ток при своём движении испытывает сопротивление русла – по каменистому руслу вода будет протекать бурно, меняя направление, немного нагреваясь от этого (бурные потоки даже в сильные морозы не замерзают вследствие нагрева от сопротивления русла). В гладком канале или трубе вода потечёт быстро и в итоге в единицу времени канал пропустит гораздо больше воды, чем извилистое и каменистое русло. Сопротивление потоку воды полностью аналогично электрическому сопротивлению в цепи.

Теперь представим закрытую бутылку, в которой налито немного воды. Если мы начнём эту бутылку вращать вокруг поперечной оси, то вода в ней будет перетекать попеременно от горлышка к донышку и наоборот. Это представление – аналогия переменному току. Казалось бы, одна и та же вода перетекает туда-сюда и что? Тем не менее, этот переменный поток воды способен совершать работу.

Откуда вообще появилось понятие переменный ток? к содержанию

Да с тех самых пор, когда человечество, узнав, что перемещение магнита вблизи проводника вызывает электрический ток в проводнике. Именно движение магнита вызывает ток, если магнит положить рядом с проводом и не двигать – никакого тока в проводнике это не вызовет. Далее, мы хотим получить (генерировать) в проводнике ток, чтобы использовать его в дальнейшем для каких-либо целей. Для этого изготовим катушку из медного провода и начнём возле неё двигать магнит. Магнит можно передвигать возле катушки как угодно – двигать по прямой туда-сюда, но, чтобы не двигать магнит руками, создать такой механизм технически сложнее, чем просто начать его вращать около катушки, аналогично вращению бутылки с водой из предыдущего примера. Вот именно таким образом — по техническим причинам — мы и получили синусоидальный переменный ток, используемый ныне повсеместно. Синусоида – это развёрнутое во времени описание вращения.

В дальнейшем оказалось, что законы протекания переменного тока в цепи отличаются от протекания постоянного тока. Например, для протекания постоянного тока сопротивление катушки равно просто омическому сопротивлению проводов. А для переменного тока – сопротивление катушки из проводов значительно увеличивается из-за появления, так называемого индуктивного сопротивления. Постоянный ток через заряженный конденсатор не проходит, для него конденсатор – разрыв цепи. А переменный ток способен свободно протекать через конденсатор с некоторым сопротивлением. Далее выяснилось, что переменный ток может быть преобразован с помощью трансформаторов в переменный ток с другими напряжением или силой тока. Постоянный ток такой трансформации не поддаётся и, если мы включим любой трансформатор в сеть постоянного тока (что делать категорически нельзя), то он неизбежно сгорит, так как постоянному току будет сопротивляться только омическое сопротивление провода, которое делается как можно меньше, и через первичную обмотку потечёт большой ток в режиме короткого замыкания.

Заметим также, что электродвигатели могут быть созданы для работы и от постоянного тока, и от переменного тока. Но разница между ними такая – электродвигатели постоянного тока сложнее в изготовлении, но зато позволяют плавно изменять скорость вращения обычным регулирующим силу тока реостатом.

А электродвигатели переменного тока гораздо проще и дешевле в изготовлении, но вращаются только с одной, обусловленной конструкцией скоростью. Поэтому в практике широко применяются и те, и другие. В зависимости от назначения. Для целей управления и регулирования применяются двигатели постоянного тока, а в качестве силовых установок – двигатели переменного тока.

Далее конструкторская мысль изобретателя генератора двигалась примерно в таком направлении – если удобнее всего для генерации тока использовать вращение магнита рядом с катушкой, то почему бы вместо одной катушки генератора не расположить вокруг вращающегося магнита несколько катушек (места-то вокруг вон сколько)?

Получится сразу же, как бы несколько генераторов, работающих от одного вращающегося магнита. Причём переменный ток в катушках будет отличаться по фазе – максимум тока в последующих катушках будет несколько запаздывать относительно предыдущих. То есть синусоиды тока, если их графически изобразить, будут, как бы между собой, сдвинуты.

Это важное свойство – сдвиг фаз, о котором мы расскажем ниже.

Примерно так рассуждая, американский изобретатель Никола Тесла и изобрёл сначала переменный ток, а затем и трёхфазную систему генерации тока с шестью проводами. Он расположил три катушки вокруг магнита на равном расстоянии под углами 120 градусов, если за центр углов принять ось вращения магнита.

(Число катушек (фаз) вообще-то может быть любым, но для получения всех тех преимуществ, что даёт многофазная система генерации тока, минимально достаточно трёх).

Далее русский учёный электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский развил изобретение Н. Тесла, впервые предложив трёх — и четырёхпроводную систему передачи трёхфазного переменного тока. Он предложил соединить один конец всех трёх обмоток генератора в одну точку и передавать электроэнергию всего по четырём проводам. (Экономия на дорогих цветных металлах существенная). Оказалось, что при симметричной нагрузке каждой фазы (равным сопротивлением) ток в этом общем проводе равняется нулю.

Потому что при суммировании (алгебраическом, с учётом знаков) сдвинутых по фазе на 120 градусов токов они взаимно уничтожаются. Этот общий провод так и назвали – нулевой. Поскольку ток в нём возникает только при неравномерности нагрузок фаз и численно он небольшой, гораздо меньше фазных токов, то представилась возможность использовать в качестве «нулевого» провод меньшего сечения, чем для фазных проводов.

По этой же самой причине (сдвиг фаз на 120 градусов) трехфазные трансформаторы получились значительно менее материалоёмкими, так как в магнитопроводе трансформатора происходит взаимопоглощение магнитных потоков и его можно делать с меньшим сечением.

Сегодня трёхфазная система электроснабжения осуществляется четырьмя проводами, три из них называются фазными и обозначаются латинскими буквами: на генераторе — А, В и С, у потребителя — L1, L2 и L3. Нулевой провод так и обозначается – 0. 

Напряжение между нулевым проводом и любым из фазных проводов называется – фазным и составляет в сетях потребителей – 220 вольт.

Между фазными проводами тоже существует напряжение, причём значительно выше, чем фазное напряжение. Это напряжение называется линейным и составляет в цепях потребителей 380 вольт. Почему же оно больше фазного? Да всё это из-за сдвига фаз на 120 градусов. Поэтому, если на одном проводе, к примеру, в данный момент времени потенциал равен плюс 200 вольт, то на другом фазном проводе в этот же момент времени потенциал будет минус 180 вольт. Напряжение – это разность потенциалов, то есть оно будет + 200 – (-180)=+380 В.

Возникает вопрос, если по нулевому проводу ток не протекает, то нельзя ли его вообще убрать. Можно. И мы получим трёхпроводную систему электроснабжения. С соединением потребителей так называемым «треугольником» — между фазными проводами. Однако нужно заметить, что при неравномерной нагрузке в сторонах «треугольника» на генератор будут действовать разрушающие его нагрузки, поэтому данную систему можно применять при огромном количестве потребителей, когда неравномерности нагрузок нивелируются. Передача электроэнергии от больших электростанций при высоких фазных и линейных напряжениях (сотни тысяч вольт) так и осуществляются. Почему же применяется такое высокое напряжение. Ответ простой – чтобы уменьшить потери в проводах на нагрев. Так как нагрев проводов (потери энергии) пропорционален квадрату протекающего тока, то желательно чтобы протекающий ток был минимален. Ну а для передачи необходимой мощности при минимальном токе нужно повышать напряжение. Линии электропередач (ЛЭП) так и обозначаются, к примеру, ЛЭП – 500 – это линия электропередачи под напряжением 500 киловольт.

Кстати потери в проводах ЛЭП можно ещё более снизить, применяя передачу постоянного тока высокого напряжения (перестаёт действовать емкостная составляющая потерь, действующая между проводами), проводились даже такие эксперименты, но широкого распространения пока такая система не получила, видимо вследствие большей экономии в проводах при трёхфазной системе генерации.

Выводы: преимущества трёхфазной системы к содержанию

В заключение статьи подведём итоги, – какие же преимущества даёт трёхфазная система генерации и электроснабжения?

  1. Экономия на количестве проводов, необходимых для передачи электроэнергии.
    Учитывая немалые расстояния (сотни и тысячи километров) и то, что для проводов используют цветные металлы с малым удельным электрическим сопротивлением, экономия получается весьма существенной.
  2. Трёхфазные трансформаторы, при равной мощности с однофазными, имеют значительно меньшие размеры магнитопровода. Что позволяет получить существенную экономию.
  3. Очень важно, что трёхфазная система передачи электроэнергии создаёт при подключении потребителя к трём фазам как бы вращающееся электромагнитное поле. Опять-таки, вследствие сдвига фаз. Это свойство позволило создать чрезвычайно простые и надёжные трёхфазные электродвигатели, у которых нет коллектора, а ротор, по сути, представляет собой простую «болванку» в подшипниках, к которой не нужно подсоединять никакие провода. (На самом деле конструкция короткозамкнутого ротора имеет свои особенности и вовсе не болванка) Это так называемые трёхфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Очень широко распространённые сегодня в качестве силовых установок. Замечательное свойство таких двигателей – это возможность менять направление вращения ротора на обратное простым переключением двух любых фазных проводов.
  4. Возможность получения в трёхфазных сетях двух рабочих напряжений. Другими словами менять мощность электродвигателя или нагревательной установки путём простого переключения питающих проводов.
  5. Возможность значительного уменьшения мерцаний и стробоскопического эффекта светильников на люминисцентных лампах путём размещения в светильнике трёх ламп, питающихся от разных фаз.

Благодаря этим преимуществам трёхфазные системы электроснабжения получили широчайшее распространение в мире.

Устройство защитного отключения

Устройство дифференциального тока — контактное коммутационное устройство, предназначено для того чтобы включать, проводить и отключать электрические токи при нормальных условиях эксплуатации и размыкать контакты, когда дифференциальный ток достигает заданного значения при установленных условиях.

Представьте следующее – у Вас в ванной комнате установлена стиральная машина. Какой бы это не был известный бренд, поломке подвержены устройства любого производителя, и, допустим, происходит самое банальное – повреждается изоляция на сетевом шнуре и на корпусе машины оказывается потенциал сети. Причём это даже не поломка, машина продолжает работать, но уже становится источником повышенной опасности. Ведь если дотронутся одновременно и до корпуса машины и до водопроводной трубы, мы через себя замкнём электрическую цепь. И в большинстве случаев это закончится смертельным исходом.

Что бы избежать этих страшных последствий и были придуманы УЗО – устройства защитного отключения.

УЗО — это быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке – так звучит «официальное» определение. Говоря более понятным языком, устройство отключит потребителя от питающей сети, если произойдёт утечка тока на заземляющий проводник РЕ («землю»).

Давайте рассмотрим принцип работы УЗО. Для большей наглядности на рисунке показана его  «внутренняя» принципиальная схема:

Основным узлом УЗО является дифференциальный трансформатор тока. По другому его называют трансформатор тока нулевой последовательности. Что бы нам было проще и не запутаться в терминах, назовём это узел просто трансформатор тока.

Как видно из рисунка, в данном случае он имеет три обмотки. Первичная и вторичная обмотки включены в фазный и нулевой провод соответственно, а третья обмотка – к пусковому органу, который выполняется на чувствительных реле или электронных компонентах.

В зависимости от этого различают электромеханические и электронные УЗО.  

Пусковой органсвязан с исполнительным управляющим устройством, который включает в себя силовую контактную группу с механизмом привода. Тестовая кнопка служит для проверки и контроля исправности УЗО. Сейчас представьте, что к выходу нашей схемы подключили нагрузку. Естественно, в цепи сразу возникнет ток, который будет протекать через обмотки I и II. Для дальнейшего рассмотрения принципа работы УЗО перейдём к более наглядной схеме:

В нормальном режиме, при отсутствии тока утечки, в цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитопровода трансформатора тока протекает рабочий ток нагрузки. Именно эти проводники образуют встречно включенные первичную и вторичную обмотки трансформатора тока. Данные токи будут равны по величине и противоположны по направлению: I1 = I2. Они наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но встречно направленные магнитные потоки Ф1 и Ф2. Получается, что результирующий магнитный поток равен нулю, ток в третьей (исполнительной) обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю и пусковой орган 2 находится в этом случае в состоянии покоя и УЗО функционирует в нормальном режиме.  

При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроустройства, на который произошел пробой изоляции по фазной (первичной) обмотке трансформатора тока кроме тока нагрузки I1 протекает дополнительный ток — ток утечки (на схеме обозначен IΔ), являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным: I1-I2= IΔ).

Получается, что токи у нас неравны, следовательно, неравны и магнитные потоки, которые уже не компенсируют друг друга. Из-за этого в третьей обмотке возникает ток. Если этот ток превышает установленное значение, то срабатывает пусковой орган, воздействует на исполнительный механизм 3.

Исполнительный механизм, состоящий из пружинного привода, спускового механизма и группы силовых контактов, размыкает электрическую цепь, в результате чего установка отключается от сети. Для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) УЗО предусмотрена кнопка тестирования 4. Она включена последовательно с резистором. Номинал резистора подобран таким образом, что бы разностный ток был равен паспортному току утечки срабатывания УЗО (о параметрах УЗО поговорим позже). Если при нажатии на эту кнопку УЗО срабатывает, значит, оно исправно. Как правило, это кнопка обозначается «TEST».

Трёхфазные устройства защитного отключения работают примерно по такому же принципу, как и однофазные. В трехфазных УЗО через окно сердечника проходят четыре провода — три фазных и нулевой. Принципиальная электрическая схема простейшего трехфазного УЗО приведена на рисунке:

Трёхфазное УЗО включает в себя выключатель 1, которым управляет элемент 2, получающий сигнал на отключение с вторичной обмотки 3 трансформатора тока 4, сквозь окно которого проходят нулевой рабочий провод N и фазные провода L1, L2 и L3 (5).

При равенстве нагрузки в нулевом и фазном (или в трех фазных) проводах их геометрическая сумма равна нулю (ток в фазном проводе однофазного УЗО течет в одном направлении, а ток в нулевом проводе точно такого же значения течет в противоположном направлении). Поэтому тока во вторичной обмотке трансформатора тока нет.

При утечке тока на заземленный корпус электроприемника, а также при случайном прикосновении стоящего на земле или на токопроводящем полу человека к фазному проводу электрической сети, равенство токов в первичной обмотке трансформатора тока нарушится, поскольку по фазному проводу, помимо тока нагрузки, будет проходить ток утечки, и в его вторичной обмотке появится ток – точно так, как и рассматриваемом выше описании работы однофазного УЗО. Протекающий во вторичной обмотке трансформатора ток воздействует на управляющий элемент 2, который через выключатель 1 отключает потребителя от питающей сети. Внешний вид трёхфазного УЗО показан на рисунке:

Рассмотрим практические схемы включения УЗО в распределительных щитах.
Схема включения УЗО при однофазном вводе. Здесь применена схема включения с разделённой нулевой (N) и «земляной» (РЕ) шинами. Как Вы видите на рисунке, УЗО (5) установлено после вводного автоматического выключателя, а после него установлены автоматические выключатели для защиты и коммутации отдельных шлейфов. Забегая вперёд, хочу отметить, что наличие связки автомат – УЗО обязательно, так как УЗО не обеспечивает токовую защиту, как тепловую, так и от коротких замыканий. Вместо этой «комбинации» — автомат – УЗО, можно использовать одно универсальное устройство. Впрочем, об этом немного позже.  

Схема включения УЗО при трёхфазном вводе. В отличие от предыдущей схемы здесь обеспечивается защита как однофазных, так и трёхфазных потребителей. Кроме того, используется совмещение по вводу нулевой и «земляной» шин (PEN). Прибор учёта электроэнергии – электросчётчик – включен между вводным автоматом и УЗО. Как Вы помните из обзоров по схемам учёта, все коммутационные аппараты, которые установлены до прибора учёта в обязательном порядке подлежат пломбировке энергоснабжающей организацией. Следовательно, конструкция вводного автоматического выключателя должна предусматривать эту возможность. 

До этого мы говорили только об электромеханических УЗО. Но если Вы помните, я упоминал о том, что иногда встречаются электронные устройства. В принципе, электронное УЗО строится по той же схеме, что и электромеханическое.

Вместо чувствительного магнитоэлектрического элемента используют устройство сравнения (например, самый распространенный пример — компаратор). Для такой схемы нужен свой встроенный блок питания – ведь нужно чем-то питать электронную схему.

Разностный ток имеет очень малую величину, следовательно, его нужно усиливать и преобразовывать в уровень напряжения, которое подается на устройство сравнения – компаратор. Всё это, конечно, понижает общую надёжность устройства, по сравнению с электромеханическим, здесь как раз тот случай – чем проще, тем лучше. Да и честно говоря, мне пока вообще не попадались сертифицированные электронные УЗО. Следовательно, сказать что-то хорошее или плохое про них я не могу. Поэтому, оставим в стороне электронные УЗО и остановимся на одном из главных моментов в рассмотрении электромеханических устройств защитного отключения – их параметров:

УЗО имеют следующие основные параметры:

тип сети – однофазная (трёхпроводная) или трехфазная (пятипроводная)

номинальное напряжение -220/230 – 380/400 В

номинальный току нагрузки – 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100 А

номинальный отключающий дифференциальный ток – 10, 30, 100, 300 мА

тип дифференциального тока – AC (переменный синусоидальный ток, возникший внезапно либо медленно нарастающий), A (как и AC, дополнительно — выпрямленный пульсирующий ток), B (переменный и постоянный), S (задержка времени срабатывания, селективное), G (как и селективное, только время задержки меньше).

Хочу отметить один важный момент, касающийся параметров УЗО. Многих вводит в заблуждение номинальный ток нагрузки, нанесённый на корпусе устройства, и его принимают за такой же параметр, как и в автоматическом выключателе. Однако этот параметр в УЗО характеризует только его «пропускную токовую способность», может этот выражение и не совсем корректное, но я его ввёл для доступности понятия термина «номинальный ток нагрузки УЗО».

Ток нагрузки УЗО ограничить не в состоянии и его необходимо защищать от токовых перегрузок и токов короткого замыкания автоматическими выключателями, которые как раз и обеспечивают защиту и от перегрузки по току, и от токов короткого замыкания. Ток нагрузки УЗО следует выбирать так, чтобы он был на ступень (номинального ряда токов) больше номинала тока автоматического выключателя защищаемой линии. То есть, если имеется нагрузка, защищенная автоматическим выключателем на ток 16 Ампер, то УЗО следует выбирать на ток нагрузки 25 Ампер.

Здесь возникает логичный вопрос – а почему бы не объединить в одном корпусе и автоматический выключатель и УЗО, особенно в случае, когда УЗО задействовано на защиту только одного силового шлейфа? Ведь в этом случае они всё равно работают «в паре». Что ж, вопрос вполне закономерный и такие устройства, конечно, существуют. Называются они дифференциальные автоматические выключатели или просто диффавтоматы.

На рисунке Вы как раз видите такое устройство. Здесь изображён трёхфазный дифференциальный автомат. Как и в трёхфазном УЗО, он имеет по четыре зажима – фазные и нулевой и кнопку «TEST». Если останавливается на его внутреннем устройстве, то что-то новое здесь сказать сложно. Это автоматический выключатель и УЗО в «одном флаконе».

Стоимость диффавтоматов довольно высокая. Например, трёхфазные модели известных зарубежных производителей имеют стоимость порядка 100 Евро. Относительно дорогое удовольствие. Однако связка АВ+УЗО будет иметь примерно сопоставимую стоимость, да и вместо четырёх стандартных 17,5 мм модулей на DIN-рейке(при трёхфазном варианте ), займет восемь. Так что в некоторых случаях диффавтоматы всё же предпочтительнее, особенно если в распределительном щитке имеется проблема наличия свободного места.

Как проверить работоспособность УЗО или диффавтомата? Про кнопку «TEST» мы уже упоминали. Однако такая проверка является очень поверхностной и не всегда отражает реальную суть вещей. Поэтому для объективной проверки применяют тестовые схемы или специализированные приборы.

Ранее ЭлектроВести писали, что Германия и Дания официально открыли первый в мире «гибридный» соединитель (интерконнектор) в Балтийском море, сообщили системные операторы 50Hertz (ФРГ) и Energinet (Дания).

По материалам: electrik.info.

подробно простым языком. Принцип действия мультивибратора

Ждущие мультивибраторы после поступления короткого запускающего импульса формируют один выходной импульс. Они относятся к классу моностабильных устройств и имеют одно длительно устойчивое и одно квазиустойчивое состояния равновесия. Схема простейшего ждущего мультивибратора на биполярных транзисторах, имеющего одну резистивную и одну емкостную коллекторно-базовые связи, приведена на рис. 8. Благодаря связи базы VT 2 с источником напряжения питания +Е через R б2 в цепи базы течет отпирающий ток, достаточный для насыщения этого транзистора. При этом выходное напряжение, снимаемое с коллектора VT 2 близко к нулю. Транзистор VT 1 заперт отрицательным напряжением, полученным в результате деления напряжения источника смещения —Е см делителем R б1 R с. Таким образом, после включения источников питания состояние схемы определено. В этом состоянии конденсатор С 1 заряжен до напряжения источника +Е (плюс на левой, минус на правой обкладке).

Рис. 8. Ждущий мультивибратор на транзисторах

В данном состоянии ждущий мультивибратор может находиться сколь угодно долго – до прихода запускающего импульса. Положительный запускающий импульс (рис. 9) отпирает транзистор VT 1 , что приводит к увеличению коллекторного тока и уменьшению коллекторного потенциала этого транзистора. Отрицательное приращение потенциала через конденсатор С 1 передается на базу VT 2 , выводит этот транзистор из насыщения и вызывает его переход в активный режим. Коллекторный ток транзистора уменьшается, напряжение на коллекторе получает положительное приращение, которое с коллектора VT 2 через резистор R c передается на базу VT 1 , вызывая его дальнейшее отпирание. Для уменьшения времени отпирания VT 1 параллельно R c включают ускоряющий конденсатор С уск. Процесс переключения транзисторов происходит лавинообразно и заканчивается переходом мультивибратора во второе квазиустойчивое состояние равновесия. В этом состоянии происходит разряд конденсатора С 1 через резистор R б2 и насыщенный транзистор VT 1 на источник питания +Е. Положительно заряженная обкладка С 1 через насыщенный транзистор VT 1 подключена к общему проводу, а отрицательно заряженная – к базе VT 2 . Благодаря этому, транзистор VT 2 удерживается в запертом состоянии. После разряда С 1 потенциал базы VT 2 становится неотрицательным. Это приводит к лавинообразному переключению транзисторов (VT 2 отпирается, а VT 1 запирается). Формирование выходного импульса заканчивается. Таким образом, длительность выходного импульса определяется процессом разрядки конденсатора С 1

.

Амплитуда выходного импульса

.

По окончании формирования выходного импульса начинается этап восстановления, в течении которого происходит заряд конденсатора С 1 от источника +Е через резистор R к1 и эмиттерный переход насыщенного транзистора VT 2 . Время восстановления

.

Минимальный период повторения, с которым могут следовать запускающие импульсы, равен

.


Рис. 9. Временные диаграммы напряжений в схеме ждущего мультивибратора

Операционные усилители

Операционными усилителями (ОУ) называют высококачественные усилители постоянного тока (УПТ), предназначенные для выполнения различных операций над аналоговыми сигналами при работе в схеме с отрицательной обратной связью.

Усилители постоянного тока позволяют усиливать медленно изменяющиеся сигналы, так как имеют нулевую нижнюю граничную частоту полосы усиления (f н =0). Соответственно в таких усилителях отсутствуют реактивные компоненты (конденсаторы, трансформаторы), которые не пропускают постоянную составляющую сигнала.

На рис. 10,а приведено условное обозначение ОУ. Показанный усилитель имеет один выходной вывод (изображен справа) и два входных (показаны с левой стороны). Знак Δ или > характеризует усиление. Вход, напряжение на котором сдвинуто по фазе на 180 0 относительно выходного напряжения, называется инвертирующим и обозначается знаком инверсии ○, а вход, напряжение на котором совпадает по фазе с выходным, – неинвертирующим . ОУ усиливает дифференциальное (разностное) напряжение между входами. Операционный усилитель содержит также выводы для подачи напряжения питания и может содержать выводы частотной коррекции (FC), выводы балансировки (NC). Для облегчения понимания назначения выводов и повышения информативности в условном обозначении допускается введение одного или двух дополнительных полей с обеих сторон от основного поля, в которых указываются метки, характеризующие функции вывода (рис. 10,б). В настоящее время операционные усилители выпускаются в виде интегральных микросхем. Это позволяет рассматривать их как отдельные компоненты с определенными параметрами.

Параметры и характеристики ОУ можно условно разделить на входные, выходные и характеристики передачи.

Входные параметры.


Рис. 10. Условное обозначение операционного усилителя: а – без дополнительного поля; б – с дополнительным полем; NC – выводы балансировки; FC – выводы частотной коррекции; U – выводы напряжения питания; 0V – общий вывод

Характеристики передачи.

    Коэффициент усиления по напряжению К U (10 3 – 10 6)

,

где U вх1 , U вх2 – напряжения на входах ОУ.

    Коэффициент передачи синфазного сигнала К U сф

.

    Коэффициент ослабления синфазного сигнала К ос сф

.

    Частота единичного усиления f 1 – это частота, на которой коэффициент усиления по напряжению равен единице (единицы – десятки МГц).

    Скорость нарастания выходного напряжения V U вых – это максимально возможная скорость изменения выходного сигнала.

Выходные параметры.

    Максимальное выходное напряжение ОУ U вых max . Как правило данное напряжение на 2-3 В ниже напряжения источника питания.

    Выходное сопротивление R вых (десятки – сотни Ом).

Основные схемы включения операционного усилителя.

Операционные усилители обычно используют с глубокой отрицательной обратной связью, так как они имеют значительный коэффициент усиления по напряжению. При этом от элементов цепи обратной связи зависят результирующие параметры усилителя.

В зависимости от того, к какому входу ОУ подключается источник входного сигнала, различают две основные схемы включения (рис. 11). При подаче входного напряжения на неинвертирующий вход (рис. 11,а) коэффициент усиления по напряжению определяется выражением

. (1)

Такое включение ОУ используют тогда, когда требуется повышенное входное сопротивление. Если на схеме рис. 11, а убрать сопротивление R 1 и закоротить сопротивление R 2 , то получится повторитель напряжения (К u =1), который используют для согласования высокого сопротивления источника сигнала и низкого сопротивления приемника.

Рис. 11. Схемы усилителей на ОУ: а – неинвертирующий усилитель; б – инвертирующий усилитель

При подаче входного напряжения на инвертирующий вход (рис. 11, б) коэффициент усиления равен

. (2)

Как видно из выражения (2) при таком включении входное напряжение инвертируется.

В рассмотренных схемах к одному из входов подключено сопротивление R э. Оно не влияет на коэффициент усиления и вводится, когда это необходимо для уменьшения изменений выходного напряжения, вызванных временными или температурными колебаниями входных токов. Сопротивление R э выбирают таким, чтобы эквивалентные сопротивления, подключенные ко входам ОУ, были одинаковы. Для схем рис. 10
.

Модифицировав схему рис. 11, б, можно получить суммирующее устройство (рис. 12, а), в котором

. (3)

При одновременной подаче напряжения на оба входа ОУ получается вычитающее устройство (рис. 12, б), для которого

. (4)

Данное выражение справедливо при выполнении условия
.

Рис. 12. Схемы включения ОУ: а – сумматор напряжений; б – вычитающее устройство

Мультивибратор на транзисторах – это генератор прямоугольных сигналов. Ниже на фото одна из осциллограмм симметричного мультивибратора.

Симметричный мультивибратор генерирует прямоугольные импульсы со скважностью два. Подробнее про скважность можно прочитать в статье генератор частоты . Принцип действия симметричного мультивибратора мы будем использовать для поочередного включения светодиодов.


Схема состоит из:

– двух КТ315Б (можно с любой другой буквой)

– двух конденсаторов емкостью по 10 микроФарад

– четырех , два по 300 Ом и два по 27 КилоОм

– двух китайских светодиодов на 3 Вольта


Вот так устройство выглядит на макетной плате :


А вот так он работает:

Для изменения длительности моргания светодиодов можно поменять значения конденсаторов С1 и С2, или резисторов R2 и R3.

Существуют также другие разновидности мультивибраторов. Подробнее о них можно прочитать . Также там описан принцип работы симметричного мультивибратора.

Кому лень собирать такое устройство, можно приобрести готовое;-) На Алике я даже находил готовое устройство. Его можете глянуть по этой ссылке.

Вот видео, где подробно описывается, как работает мультивибратор:

Этот урок будет посвящен, довольно важной и востребованной теме, о мультивибраторах и их применении. Если бы я попытался только перечислить, где и как используются автоколебательные симметричные и несимметричные мультивибраторы, для этого потребовалось бы приличное кол — во страниц книги. Нет, пожалуй, такой отрасли радиотехники, электроники, автоматики, импульсной или вычислительной техники, где бы такие генераторы не применялись. В этом уроке будут даны теоретические сведения об этих устройствах, а в конце, я приведу несколько примеров практического использования их применительно к вашему творчеству.

Автоколебательный мультивибратор

Мультивибраторами называют электронные устройства, генерирующие электрические колебания, близкие по форме к прямоугольной. Спектр колебаний, генерируемых мультивибратором, содержит множество гармоник — тоже электрических колебаний, но кратных колебаниям основной частоты, что и отражено в его названии: «мульти — много», «вибро — колеблю».

Рассмотрим схему, показанную на (рис. 1,а). Узнаете? Да, это схема двухкаскадного транзисторного усилителя 3Ч с выходом на головные телефоны. Что произойдет, если выход такого усилителя соединить с его входом, как на схеме показано штриховой линией? Между ними возникает положительная обратная связь и усилитель самовозбудится станет генератором колебаний звуковой частоты, и в телефонах мы услышим звук низкого тона.С таким явлением в приемниках и усилителях ведут решительную борьбу, а вот для автоматически действующих приборов оно оказывается полезным.

Теперь посмотрите на (рис. 1,б). На нем вы видите схему того же усилителя, охваченного положительной обратной связью , как на (рис. 1, а), только начертание ее несколько изменено. Именно так обычно чертят схемы автоколебательных, т. е. самовозбуждающихся мультивибраторов. Опыт — самый лучший, пожалуй, метод познания сущности действия того или иного электронного устройства. В этом вы убеждались не раз. Вот и сейчас, чтобы лучше разобраться в работе этого универсального прибора — автомата, предлагаю провести опыт с ним. Принципиальную схему автоколебательного мультивибратора со всеми данными его резисторов и конденсаторов вы видите на (рис. 2, а). Смонтируйте его на макетной плате. Транзисторы должны быть низкочастотными (МП39 — МП42), так как у высокочастотных транзисторов очень маленькое пробивное напряжение эмиттерного перехода. Электролитические конденсаторы С1 и С2 — типа К50 — 6, К50 — 3 или их импортные аналоги на номинальное напряжение 10 — 12 В. Сопротивления резисторов могут отличаться от указанных на схеме до 50%. Важно лишь, чтобы возможно одинаковыми были номиналы нагрузочных резисторов Rl, R4 и базовых резисторов R2, R3. Для питания используйте батарею «Крона» или БП. В коллекторную цепь любого из транзисторов включите миллиамперметр (РА) на ток 10 — 15 мА, а к участку эмиттер — коллектор того же транзистора подключите высокоомный вольтметр постоянного тока (PU) на — напряжение до 10 В. Проверив монтаж и особенно внимательно полярность включения электролитических конденсаторов, подключите к мультивибратору источник питания. Что показывают измерительные приборы? Миллиамперметр — резко увеличивающийся до 8 — 10 мА, а затем также резко уменьшающийся почти до нуля ток коллекторной цепи транзистора. Вольтметр же, наоборот, то уменьшающееся почти до нуля, то увеличивающееся до напряжения источника питания коллекторное напряжение. О чем говорят эти измерения? О том, что транзистор этого плеча мультивибратора работает в режиме переключения. Наибольший коллекторный ток и одновременно наименьшее напряжение на коллекторе соответствуют открытому состоянию, а наименьший ток и наибольшее коллекторное напряжение — закрытому состоянию транзистора. Точно так работает и транзистор второго плеча мультивибратора, но, как говорят, со сдвигом фазы на 180° : когда один из транзисторов открыт, второй закрыт. В этом нетрудно убедиться, включив в коллекторную цепь транзистора второго плеча мультивибратора такой же миллиамперметр; стрелки измерительных приборов будут попеременно отклоняться от нулевых отметок шкал. Теперь, воспользовавшись часами с секундной стрелкой, сосчитайте, сколько раз в минуту транзисторы переходят из открытого состояния в закрытое. Примерно раз 15 — 20. Таково число электрических колебаний, генерируемых мультивибратором в минуту. Следовательно, период одного колебания равен 3 — 4 с. Продолжая следить за стрелкой миллиамперметра, попытайтесь изобразить эти колебания графически. По горизонтальной оси ординат откладывайте в некотором масштабе отрезки времени нахождения транзистора в открытом и закрытом состояниях, а по вертикальной — соответствующий этим состояниям коллекторный ток. У вас получится примерно такой же график, как тот, что изображен на рис. 2, б.

Значит, можно считать, что мультивибратор генерирует электрические колебания прямоугольной формы. В сигнале мультивибратора, независимо от того, с какого выхода он снимается, можно выделить импульсы тока и паузы между ними. Интервал времени с момента появления одного импульса тока (или напряжения) до момента появления следующего импульса той же полярности принято называть периодом следования импульсов Т, а время между импульсами длительностью паузы Тn — Мультивибраторы, генерирующие импульсы, длительность Тn которых равна паузам между ними, называют симметричными. Следовательно, собранный вами опытный мультивибратор — симметричный. Замените конденсаторы С1 и С2 другими конденсаторами емкостью по 10 — 15 мкФ. Мультивибратор остался симметричным, но частота генерируемых им колебаний увеличилась в 3 — 4 раза — до 60 — 80 в 1 мин или, что то же самое, примерно до частоты 1 Гц. Стрелки измерительных приборов еле успевают следовать за изменениями токов и напряжений в цепях транзисторов. А если конденсаторы С1 и С2 заменить бумажными емкостью по 0,01 — 0,05 мкФ? Как теперь будут вести себя стрелки измерительных приборов? Отклонившись от нулевых отметок шкал, они стоят на месте. Может быть, сорвана генерация? Нет! Просто частота колебаний мультивибратора увеличилась до нескольких сотен герц. Это колебания диапазона звуковой частоты, фиксировать которые приборы постоянного тока уже не могут. Обнаружить их можно с помощью частотомера или головных телефонов, подключенных через конденсатор емкостью 0,01 — 0,05 мкФ к любому из выходов мультивибратора или включив их непосредственно в коллекторную цепь любого из транзисторов вместо нагрузочного резистора. В телефонах услышите звук низкого тона. Каков принцип работы мультивибратора? Вернемся к схеме на рис. 2, а. В момент включения питания транзисторы обоих плеч мультивибратора открываются, так как на их базы через соответствующие им резисторы R2 и R3 подаются отрицательные напряжения смещения. Одновременно начинают заряжаться конденсаторы связи: С1 — через эмиттерный переход транзистора V2 и резистор R1; С2 — через эмиттерный переход транзистора V1 и резистор R4. Эти цепи зарядки конденсаторов, являясь делителями напряжения источника питания, создают на базах транзисторов (относительно эмиттеров) все возрастающие по значению отрицательные напряжения, стремящиеся все больше открыть транзисторы. Открывание транзистора вызывает снижение отрицательного напряжения на его коллекторе, что вызывает снижение отрицательного напряжения на базе другого транзистора, закрывая его. Такой процесс протекает сразу в обоих транзисторах, однако закрывается только один из них, на базе которого более высокое положительное напряжение, например, из — за разницы коэффициентов передачи токов h31э номиналов резисторов и конденсаторов. Второй транзистор остается открытым. Но эти состояния транзисторов неустойчивы, ибо электрические процессы в их цепях продолжаются. Допустим, что через некоторое время после включения питания закрытым оказался транзистор V2, а открытым — транзистор V1. С этого момента конденсатор С1 начинает разряжаться через открытый транзистор V1, сопротивление участка эмиттер — коллектор которого в это время мало, и резистор R2. По мере разрядки конденсатора С1 положительное напряжение на базе закрытого транзистора V2 уменьшается. Как только конденсатор полностью разрядится и напряжение на базе транзистора V2 станет близким нулю, в коллекторной цепи этого, теперь уже открывающегося транзистора появляется ток, который воздействует через конденсатор С2 на базу транзистора V1 и понижает отрицательное напряжение на ней. В результате ток, текущий через транзистор V1, начинает уменьшаться, а через транзистор V2, наоборот, увеличиваться. Это приводит к тому, что транзистор V1 закрывается, а транзистор V2 открывается. Теперь начнет разряжаться конденсатор С2, но через открытый транзистор V2 и резистор R3, что в конечном итоге приводит к открыванию первого и закрыванию второго транзисторов и т.д. Транзисторы все время взаимодействуют, в результате чего мультивибратор генерирует электрические колебания. Частота колебаний мультивибратора зависит как от емкости конденсаторов связи, что вами уже проверено, так и от сопротивления базовых резисторов, в чем вы можете убедиться сейчас же. Попробуйте, например, базовые резисторы R2 и R3 заменить резисторами больших сопротивлений. Частота колебаний мультивибратора уменьшится. И наоборот, если их сопротивления будут меньше, частота колебаний увеличится. Еще один опыт: отключите верхние (по схеме) выводы резисторов R2 и R3 от минусового проводника источника питания, соедините их вместе, а между ними и минусовым проводником включите реостатом переменный резистор сопротивлением 30 — 50 кОм. Поворачивая ось переменного резистора, вы в довольно широких пределах сможете изменять частоту колебаний мультивибраторов. Примерную частоту колебаний симметричного мультивибратора можно подсчитать по такой упрощенной формуле: F = 700/(RC), где f — частота в герцах, R — сопротивления базовых резисторов в килоомах, С — емкости конденсаторов связи в микрофарадах. Пользуясь этой упрощенной формулой, подсчитайте, колебания каких частот генерировал ваш мультивибратор. Вернемся к исходным данным резисторов и конденсаторов опытного мультивибратора (по схеме на рис. 2, а). Конденсатор С2 замените конденсатором емкостью 2 — 3 мкФ, в коллекторную цепь транзистора V2 включите миллиамперметр, следя за его стрелкой, изобразите графически колебания тока, генерируемые мультивибратором. Теперь ток в коллекторной цепи транзистора V2 будет появляться более короткими, чем раньше, импульсами (рис. 2, в). Длительность импульсов Тh будет примерно во столько же раз меньше пауз между импульсами Тh, во сколько уменьшилась емкость конденсатора С2 по сравнению с его прежней емкостью. А теперь тот же (или такой) миллиамперметр включите в коллекторную цепь транзистора V1. Что показывает измерительный прибор? Тоже импульсы тока, но их длительность значительно больше пауз между ними (рис. 2, г). Что же произошло? Уменьшив емкость конденсатора С2, вы нарушили симметрию плеч мультивибратора — он стал несимметричным . Поэтому и колебания, генерируемые им, стали несимметричными : в коллекторной цепи транзистора V1 ток появляется относительно длинными импульсами, в коллекторной цепи транзистора V2 — короткими. С Выхода 1 такого мультивибратора можно снимать короткие, а с Выхода 2 — длинные импульсы напряжения. Временно поменяйте местами конденсаторы С1 и С2. Теперь короткие импульсы напряжения будут на Выходе 1, а длинные — на Выходе 2. Сосчитайте (по часам с секундной стрелкой), сколько электрических импульсов в минуту генерирует такой вариант мультивибратора. Около 80. Увеличьте емкость конденсатора С1, подключив параллельно ему второй электролитический конденсатор емкостью 20 — 30 мкФ. Частота следования импульсов уменьшится. А если, наоборот, емкость этого конденсатора уменьшать? Частота следования импульсов должна увеличиваться. Есть, однако, иной способ регулирования частоты следования импульсов — изменением сопротивления резистора R2: с уменьшением сопротивления этого резистора (но не менее чем до 3 — 5 кОм, иначе транзистор V2 будет все время открыт и автоколебательный процесс нарушится) частота следования импульса должна возрастать, а с увеличением его сопротивления, наоборот, уменьшаться. Проверьте опытным путем — так ли это? Подберите резистор такого номинала, чтобы число импульсов в 1 мин составляло точно 60. Стрелка миллиамперметра будет колебаться с частотой 1 Гц. Мультивибратор в этом случае станет как бы электронным механизмом часов, отсчитывающих секунды.

Ждущий мультивибратор

Такой мультивибратор генерирует импульсы тока (или напряжения) при подаче на его вход запускающих сигналов от другого источника, например от автоколебательного мультивибратора. Чтобы автоколебательный мультивибратор, опыты с которым вы уже проводили в этом уроке (по схеме на рис. 2,а), превратить в мультивибратор ждущий, надо сделать следующее: конденсатор С2 удалить, а вместо него между коллектором транзистора V2 и базой транзистора V1 включить резистор (на рис. 3 — R3) сопротивлением 10 — 15 кОм; между базой транзистора V1 и заземленным проводником включить последовательно соединенные элемент 332 (G1 или другой источник постоянного напряжения) и резистор сопротивлением 4,7 — 5,1 кОм (R5), но так, чтобы с базой соединялся (через R5) положительный полюс элемента; к базовой цепи транзистора V1 поключить конденсатор (на рис. 3 — С2) емкостью 1 — 5 тыс. пФ, второй вывод которого будет выполнять роль контакта входного управляющего сигнала. Исходное состояние транзистора V1 такого мультивибратора — закрытое, транзистора V2 — открытое. Проверьте — так ли это? Напряжение на коллекторе закрытого транзистора должно быть близким к напряжению источника питания, а на коллекторе открытого транзистора — не превышать 0,2 — 0,3 В. Затем в коллекторную цепь транзистора V1 включите миллиамперметр на ток 10 — 15 мА и, наблюдая за его стрелкой, включите между контактом Uвх и заземленным проводником, буквально на мгновение, один — два элемента 332, соединенные последовательно (на схеме GB1) или батарею 3336Л. Только не перепутайте:, отрицательный полюс этого внешнего электрического сигнала должен подключаться к контакту Uвх. При этом стрелка миллиамперметра должна тут же отклониться до значения наибольшего тока коллекторной цепи транзистора, застыть на некоторое время, а затем вернуться в исходное положение, чтобы ожидать следующего сигнала. Повторите этот опыт несколько раз. Миллиамперметр при каждом сигнале будет показывать мгновенно возрастающий до 8 — 10 мА и спустя некоторое время, так же мгновенно убывающий почти до нуля коллекторный ток транзистора V1. Это одиночные импульсы тока, генерируемые мультивибратором. А если батарею GB1 подольше держать подключенной к зажиму Uвх. Произойдет то же, что и в предыдущих опытах, — на выходе мультивибратора появится только один импульс Попробуйте!

И еще один эксперимент: коснитесь вывода базы транзистора V1 каким — либо металлическим предметом, взятым в руку. Возможно, и в этом случае ждущий мультивибратор сработает — от электростатического заряда вашего тела. Повторите такие же опыты, но включив миллиамперметр в коллекторную цепь транзистора V2. При подаче управляющего сигнала коллекторный ток этого транзистора должен резко уменьшиться почти до нуля, а затем так же резко увеличиться до значения тока открытого транзистора. Это тоже импульс тока, но отрицательной полярности. Каков же принцип действия ждущего мультивибратора? В таком мультивибраторе связь между коллектором транзистора V2 и базой транзистора V1 не емкостная, как в автоколебательном, а резистивная — через резистор R3. На базу транзистора V2 через резистор R2 подается открывающее его отрицательное напряжение смещения. Транзистор же V1 надежно закрыт положительным напряжением элемента G1 на его базе. Такое состояние транзисторов весьма устойчиво. В таком состоянии они могут находиться сколько угодно времени. Но вот на базе транзистора V1 появился импульс напряжения отрицательной полярности. С этого момента транзисторы переходят в режим неустойчивого состояния. Под действием входного сигнала транзистор V1 открывается, а изменяющееся при этом напряжение на его коллекторе через конденсатор С1 закрывает транзистор V2. В таком состоянии транзисторы находятся до тех пор, пока не разрядится конденсатор С1 (через резистор R2 и открытый транзистор V1, сопротивление которого в это время мало). Как только конденсатор разрядится, транзистор V2 тут же откроется, а транзистор V1 закроется. С этого момента мультивибратор вновь оказывается в исходном, устойчивом ждущем режиме. Таким образом, ждущий мультивибратор имеет одно устойчивое и одно неустойчивое состояние . Во время неустойчивого состояния он генерирует один прямоугольный импульс тока (напряжения), длительность которого зависит от емкости конденсатора С1. Чем больше емкость этого конденсатора, тем больше длительность импульса. Так, например, при емкости конденсатора 50 мкФ мультивибратор генерирует импульс тока длительностью около 1,5 с, а с конденсатором емкостью 150 мкФ — раза в три больше. Через дополнительные конденсаторы — положительные импульсы напряжения можно снимать с выхода 1, а отрицательные с выхода 2. Только ли импульсом отрицательного напряжения, поданным на базу транзистора V1, можно вывести мультивибратор из ждущего режима? Нет, не только. Это можно сделать и подачей импульса напряжения положительной полярности, но на базу транзистора V2. Итак, вам остается экспериментально проверить, как влияет емкость конденсатора С1 на длительность импульсов и возможность управления ждущим мультивибратором импульсами положительного напряжения. Как практически можно использовать ждущий мультивибратор? По — разному. Например, для преобразования синусоидального напряжения в импульсы напряжения (или тока) прямоугольной формы такой же частоты, или включения на какое — то время другого прибора путем подачи на вход ждущего мультивибратора кратковременного электрического сигнала. А как еще? Подумайте!

Мультивибратор в генераторах и электронных переключателях

Электронный звонок. Мультивибратор можно применить для квартирного звонка, заменив им обычный электрический. Собрать же его можно по схеме, показанной на (рис. 4). Транзисторы V1 и V2 работают в симметричном мультивибраторе, генерирующем колебания частотой около 1000 Гц, а транзистор V3 — в усилителе мощности этих колебаний. Усиленные колебания преобразуются динамической головкой В1 в звуковые колебания. Если для звонка использовать абонентский громкоговоритель, включив первичную обмотку его переходного трансформатора в коллекторную цепь транзистора V3, в его футляре разместится вся электроника звонка, смонтированная на плате. Там же разместится и батарея питания.

Электронный звонок можно установить в коридоре и соединив его двумя проводами с кнопкой S1. При нажатии кнопки — в динамической головке появится звук. Так как питание на прибор подается только во время вызывных сигналов, двух батарей 3336Л соединенных последовательно или «Крона», хватит на несколько месяцев работы звонка. Желательный тон звука устанавливайте заменой конденсаторов С1 и С2 конденсаторами других емкостей. Мультивибратор, собранный по такой же схеме, может быть использован для изучения и тренировки в приеме на слух телеграфной азбуки — азбуки Морзе. В этом случае надо только кнопку заменить телеграфным ключом.

Электронный переключатель. Этот прибор, схема которого показана на (рис. 5), можно использовать для коммутации двух елочных гирлянд, питающихся от сети переменного тока. Сам же электронный переключатель можно питать от двух батарей 3336Л, соеди — ненных последовательно, или от выпрямителя, который бы давал на выходе постоянное напряжение 9 — 12 В.

Схема переключателя очень схожа со схемой электронного звонка. Но емкости конденсаторов С1 и С2 переключателя во много раз больше емкостей аналогичных конденсаторов звонка. Мультивибратор переключателя, в котором работают транзисторы V1 и V2, генерирует колебания частотой около 0,4 Гц, а нагрузкой его усилителя мощности (транзистор V3) является обмотка электромагнитного реле К1. Реле имеет одну пару контактных пластин, работающих на переключение. Подойдет, например, реле РЭС — 10 (паспорт РС4.524.302) или другое электромагнитное реле, надежно срабатывающее от напряжения 6 — 8 В при токе 20 — 50 мА. При включении питания транзисторы V1 и V2 мультивибратора попеременно открываются и закрываются, генерируя сигналы прямоугольной формы. Когда транзистор V2 открыт, отрицательное питающее напряжение через резистор R4 и этот транзистор подается на базу транзистора V3, вводя его в насыщение. При этом сопротивление участка эмиттер — коллектор транзистора V3 уменьшается до нескольких ом и почти все напряжение источника питания прикладывается к обмотке реле К1 — реле срабатывает и своими контактами подключает к сети одну из гирлянд. Когда транзистор V2 закрыт, цепь питания базы транзистора V3 разорвана, и он также закрыт, через обмотку реле ток не течет. В это время реле отпускает якорь и его контакты, переключаясь, подключают к сети вторую елочную гирлянду. Если вы захочете изменить время переключения гирлянд, то заменяйте конденсаторы С1 и С2 конденсаторами других емкостей. Данные резисторов R2 и R3 оставьте прежними, иначе нарушится режим работы транзисторов по постоянному току. Усилитель мощности, аналогичный усилителю на транзисторе V3, можно включить и в эмиттерную цепь транзистора V1 мультивибратора. В этом случае электромагнитные реле (в том числе — самодельные) могут иметь не переключающие группы контактов, а нормально разомкнутые или нормально замкнутые. Контакты реле одного из плеч мультивибратора будут периодически замыкать и размыкать цепь питания одной гирлянды, а контакты реле другого плеча мультивибратора — цепь питания второй гирлянды. Электронный переключатель можно смонтировать на плате из гетинакса или другого изоляционного материала и вместе с батареей питания поместить в коробку из фанеры. Во время работы переключатель потребляет ток не больше 30 мА, так что энергии двух батарей 3336Л или «Крона» вполне хватит на все новогодние праздники. Аналогичный переключатель можно использовать и для других целей. Например, для иллюминации масок, аттракционов. Представьте себе выпиленную из фанеры и разрисованную фигурку героя сказки «Кот в сапогах». Позади прозрачных глаз находятся лампочки от карманного фонаря, коммутируемые электронным переключателем, а на самой фигурке — кнопка. Стоит нажать кнопку, как кот тут же начнет подмигивать тебе. А разве нельзя использовать переключатель для электрификации некоторых моделей, например модели маяка? В этом случае в коллекторную цепь транзистора усилителя мощности можно вместо электромагнитного реле включить малогабаритную лампочку накаливания, рассчитанную на небольшой ток накала, которая станет имитировать вспышки маяка. Если такой переключатель дополнить тумблером, с помощью которого в коллекторную цепь выходного транзистора можно будет включать поочередно две такие лампочки, то он может стать указателем поворотов вашего велосипеда.

Метроном — это своеобразные часы, позволяющие по звуковым сигналам отсчитывать равные промежутки времени с точностью до долей секунды. Такие приборы используют, например, для выработки чувства такта при обучении музыкальной грамоте, во время первых тренировок по передаче сигналов телеграфной азбукой. Схему одного из таких приборов вы видите на (рис. 6).

Это тоже мультивибратор, но несимметричный. В таком мультивибраторе использованы транзисторы разной структуры: Vl — n — p — n (МП35 — МП38), V2 — p — n — p (МП39 — МП42). Это позволило уменьшить общее число деталей мультивибратора. Принцип же его работы остается таким же — генерация возникает за счет положительной обратной связи между выходом и входом двухкаскадного усилителя 3Ч; связь осуществляется электролитическим конденсатором С1. Нагрузкой мультивибратора служит малогабаритная динамическая головка В1 со звуковой катушкой сопротивлением 4 — 10 Ом, например 0.1ГД — 6, 1ГД — 8 (или телефонный капсюль), создающая при кратковременных импульсах тока звуки, похожие на щелчки. Частоту следования импульсов можно регулировать переменным резистором R1 примерно от 20 до 300 импульсов в минуту. Резистор R2 ограничивает ток базы первого транзистора, когда движок резистора R1 находится в крайнем нижнем (по схеме) положении, соответствующем наибольшей частоте генерируемых колебаний. Метроном можно питать от одной батареи 3336Л или трех элементов 332, соединенных последовательно. Ток, потребляемый им от батареи, не превышает 10 мА. Переменный резистор R1 должен иметь шкалу, отградуированную по механическому метроному. Пользуясь ею, простым поворотом ручки резистора можно установить нужную частоту звуковых сигналов метронома.

Практическая работа

В качестве практической работы, советую собрать схемки мультивибраторов представленные на рисунках урока, которые помогут осмыслить принцип работы мультивибратора. Далее предлагаю собрать очень интересный и полезный в бытовом хозяйстве «Имитатор электронного соловья «, на основе мультивибраторов, который можно использовать в качестве дверного звонка. Схема очень простая, надежная, работает сразу при отсутствии ошибок в монтаже и использовании исправных радиоэлементов. У меня в качестве дверного звонка используется уже 18 лет., по сей день. Нетрудно догадаться, что собрал я его — когда как и вы, был начинающим радиолюбителем.

В этой статье я буду подробно расказывать как сделать мультивибратор, который является первой схемой чуть ли не каждого второго радиолюбителя. Как мы знаем, мультивибратором называют электронные устройства, генерирующие электрические колебания, близкие по форме к прямоугольной, что и отражено в его названии: «мульти — много», «вибро — колебание». Другими словами, мультивибратор — генератор прямоугольных импульсов релаксационного типа с резистивно — емкостными положительными обратными связями, использующий замкнутый в кольцо положительной обратной связи двухкакасдный усилитель. При работе мультивибратора в режиме автоколебаний вырабатываются периодически повторяющиеся импульсы прямоугольной формы. Частота генерируемых импульсов определяется параметрами времязадающей цепи, свойствами схемы и режимом ее питания. На частоту автоколебаний оказывает также влияние подключаемая нагрузка. Обычно мультивибратор применяется в качестве генератора импульсов относительно большой длительности, которые затем используются для формирования импульсов необходимой длительности и амплитуды.

Работа схемы мультивибратора

Симметричный мультивибратор на транзисторах

Схематически мультивибратор состоит из двух усилительных каскадов с общим эмиттером, выходное напряжение каждого из которых подается на вход другого. При подсоединении схемы к источнику питания Ек оба транзистора пропускают коллекторные точки — их рабочие точки находятся в активной области, поскольку на базы через резисторы RБ1 и RБ2 подается отрицательное смещение. Однако такое состояние схемы неустойчивое. Из-за наличия в схеме положительной обратной связи выполняется условие?Ку>1 и двухкаскадный усилитель самовозбуждается. Начинается процесс регенерации — быстрое увеличение тока одного транзистора и уменьшение тока другого транзистора. Пусть в результате любого случайного изменения напряжений на базах или коллекторах несколько увеличится ток IK1 транзистора VT1. При этом увеличится падение напряжения на резисторе RK1 и коллектор транзистора VT1 получит приращение положительного потенциала. Поскольку напряжение на конденсаторе СБ1 не может мгновенно измениться, это приращение прикладывается к базе транзистора VT2, подзапирая его. Коллекторный ток IK2 при этом уменьшается, напряжение на коллекторе транзистора VT2 становится более отрицательным и, передаваясь через конденсатор СБ2 на базу транзистора VT1, еще больше открывает его, увеличивая ток IK1. Этот процесс протекает лавинообразно и заканчивается тем, что транзистор VT1 входит в режим насыщения, а транзистор VT2 — в режим отсечки. Схема переходит в одно из своих временно устойчивых состояний равновесия. При этом открытое состояние транзистора VT1 обеспечивается смещением от источника питания Ек через резистор RБ1, а запертое состояние транзистора VT2 — положительным напряжением на конденсаторе СБ1 (Ucm = UБ2 > 0), который через открытый транзистор VT1 включен в промежуток база — эмиттер транзистора VT2.

Для сооружения мультивибратора нам из радиокомпонентов понадобятся:

1. Два транзистора типа КТ315.
2. Два электролитических конденсатора на 16в, 10-200микрофарад (Чем меньше емкость, тем чаще моргание).
3. 4 резистора номиналом: 100-500 ом 2 штуки (если вы ставите 100 ом, то схема будет работать даже от 2.5в), 10 ком 2 штуки. Все резисторы мощностью в 0.125 ватт.
4. Два не ярких светодиода (Любого цвета, кроме белого).


Печатная плата формата Lay6 . Приступим к изготовлению. Сама печатная плата имеет такой вид:

Припаивываем два транзистора, не перепутайте коллектор и базу на транзисторе — это частая ошибка.


Паяем конденсаторы 10-200 Микрофарад. Обратите внимание, что конденсаторы на 10 вольт крайне нежелательны для использование в этой схеме, если вы будете подавать питание 12 вольт. Помните, что у электролитических конденсаторов существует полярность!



Мультивибратор почти готов. Остается припаять светодиоды, и входные провода. Фото готового устройства выглядит примерно так:


И чтобы вам всё стало наглядно понятно, видеоролик работы простого мультивибратора:

На практике, мультивибраторы применяют в качестве генераторов импульсов, делителей частоты, формирователей импульсов, бесконтактных переключателей и так далее, в электронных игрушках, устройствах автоматики, вычислительной и измерительной техники, в реле времени и задающих устройствах. С вами был Boil-:D . (материал был приготовлен по запросу Демьян» a)

Обсудить статью МУЛЬТИВИБРАТОР

представляет собой генератор импульсов практически прямоугольной формы, созданный в виде усилительного элемента с цепью положительно-обратной связью. Существуют два типа мультивибраторов.

Первым типом являются автоколебательные мультивибраторы, которые не имеют устойчивого состояния. Различают два типа: симметричный – у него транзисторы одинаковы и также одинаковы параметры симметричных элементов. В результате этого две части периода колебаний равны между собой, а скважность равна двум. Если же параметры элементов не равны, то это уже будет несимметричный мультивибратор.

Второй тип это ждущие мультивибраторы, которые обладают состоянием устойчивого равновесия и нередко их именуют еще одновибратором. Применение мультивибратора в различных радиолюбительских устройствах довольно распространено.

Описание работы мультивибратора на транзисторах

Принцип работы проанализируем на примере следующей схемы.

Легко заметить, что она практически копирует принципиальную схему симметричного триггера. Различие только в том, что связи между блоками переключения, как прямая, так и обратная, осуществлены по переменному току, а не по постоянному. Это кардинально изменяет особенности устройства, так как в сравнении с симметричным триггером у схемы мультивибратора нет стабильных состояний равновесия, в которых он мог бы находиться продолжительное время.

Взамен этого имеются два состояния квазиустойчивого равновесия, благодаря чему устройство находится в каждом из них строго определенное время. Каждый такой промежуток времени определяется переходными процессами, происходящими в схеме. Функционирование устройства заключается к постоянной смене данных состояний, что сопровождается появлением на выходе напряжения, очень напоминающее по форме прямоугольное.

По сути своей симметричный мультивибратор представляет собой двухкаскадный усилитель, причем схема построена, так что выход первого каскада соединен с входом второго. Вследствие этого после подачи питания на схему, обязательно получается, так что один из открыт, а другой находится в закрытом состоянии.

Допустим, что транзистор VT1 открыт и находится в состоянии насыщения током, идущим через резистор R3. Транзистор VT2, как уже было сказано выше, закрыт. Теперь в схеме происходят процессы, связанные с перезарядом конденсаторов C1 и C2. Первоначально конденсатор C2 абсолютно разряжен и вслед за насыщением VT1 происходит постепенная зарядка его через резистор R4.

Поскольку конденсатор C2 шунтирует коллектор-эммитерный переход транзистора VT2 через эммитерный переход транзистора VT1, то скорость его заряда определяет скорость изменения напряжения на коллекторе VT2. После заряда C2 транзистор VT2 закрывается. Продолжительность этого процесса (длительность фронта напряжения коллектора) можно вычислить по формуле:

t1a = 2,3*R1*C1

Также в работе схемы протекает и второй процесс, связанный с разрядом ранее заряженного конденсатора C1. Его разряд происходит через транзистор VT1, резистор R2 и источник питания. По мере разряда конденсатора на базе VT1 появляется положительный потенциал, и он начинает открываться. Данный процесс заканчивается после полного разряда C1. Длительность этого процесса (импульса) равна:

t2a = 0,7*R2*C1

По прошествии времени t2a транзистор VT1 будет заперт, а транзистор VT2 будет в насыщении. После этого процесс повторится по аналогичной схеме и длительность интервалов следующих процессов можно рассчитать также по формулам:

t1b = 2,3*R4*C2 и t2b = 0,7*R3*C2

Для определения частоты колебаний мультивибратора справедливо следующее выражение:

f = 1/ (t2a+t2b)

Портативный USB осциллограф, 2 канала, 40 МГц….

Трансформаторы тока. Виды и устройство. Назначение и работа

В системе обеспечения электрической энергией трансформаторы выполняют различные функции. Конструкции классического вида применяются для изменения определенных свойств тока до значений, наиболее подходящих для осуществления измерений. Существуют и другие виды трансформаторов, которые выполняют задачи по корректировке свойств напряжения до значений, подходящих наилучшим образом для последующего распределения и передачи электроэнергии. Трансформаторы тока согласно своему назначению имеют особенности конструкции, и перечень основных и вспомогательных функций.

Назначение

Основной задачей такого трансформатора является преобразование тока. Он корректирует свойства тока с помощью первичной обмотки, подключенной в цепь по последовательной схеме. Вторичная обмотка измеряет измененный ток. Для такой задачи установлены реле, измерительные приборы, защита, регуляторы.

По сути дела, трансформаторы тока – это измерительные трансформаторы, которые не только измеряют, но и осуществляют учет с помощью приборов. Запись и сохранение рабочих параметров тока нужно для рационального применения электроэнергии при ее транспортировке. Это одна из функций трансформатора тока. Модели конструкций бывают преобразующего типа и силовые варианты исполнений.

Устройство

Обычно все варианты исполнений трансформаторов подобного вида снабжены магнитопроводами с вторичной обмоткой, которая при эксплуатации нагружена определенными значениями параметров сопротивления. Выполнение показателей нагрузки важно для дальнейшей точности измерений. Разомкнутая цепь обмотки не способна создавать компенсации потоков в сердечнике. Это дает возможность чрезмерному нагреву магнитопровода, и даже его сгоранию.

С другой стороны, магнитный поток, образуемый первичной обмоткой, имеет отличие в виде повышенных эксплуатационных характеристик, что также приводит к перегреву магнитопровода. Сердечник трансформатора тока изготавливают из нанокристаллических аморфных сплавов. Это вызвано тем, что трансформатор может работать с более широким интервалом эксплуатационных величин, которые зависят от класса точности.

Отличие от трансформатора напряжения

Одним из некоторых отличий является способ создания изоляции между двумя обмотками. Первичную обмотку в трансформаторах тока изолируют соответственно параметрам принимаемого напряжения. Вторичная обмотка имеет заземление.

Трансформаторы тока работают в условиях, подобных к случаю короткого замыкания, так как у них небольшое сопротивление вторичной обмотки. В этом и заключается назначение трансформаторов, измеряющих ток, а также отличие от трансформатора напряжения по условиям работы.

Для трансформатора напряжения при коротком замыкании его работа опасна из-за риска возникновения аварии. Для трансформатора тока такой режим работы вполне приемлемый и безопасный. Хотя бывают у таких трансформаторов также угрозы аварии, но для этого устанавливают свои системы и средства защиты.

Виды
Трансформаторы тока имеют три основных вида. Наиболее применяемые из них:
  • Сухие.
  • Тороидальные.
  • Высоковольтные (масляные, газовые).

У сухих трансформаторов первичная обмотка без изоляции. Свойства тока во вторичной обмотке зависят от коэффициента преобразования.

Тороидальные исполнения трансформаторов устанавливают на шины или кабели. Поэтому первичная обмотка для них не нужна, в отличие от обычных трансформаторов напряжения и тока. Первичный ток протекает по шине, которая проходит в центре трансформатора. Он дает возможность вторичной обмотке фиксировать показатели тока.

Такие трансформаторы тока редко используются для замера параметров тока, так как их надежность и точность измерений оставляет желать лучшего. Они чаще используются для дополнительной защиты от короткого замыкания.

Принцип работы и применение

При эксплуатации в цепях с большим током появляется необходимость использовать небольшие устройства, которые бы помогали контролировать нужные параметры тока бесконтактным методом. Для таких задач широко применяются токовые трансформаторы. Они измеряют ток, а также выполняют много вспомогательных функций.

Такие трансформаторы производятся в значительном количестве и имеют разные формы и модели исполнения. Отличительными параметрами этих устройств является интервал измерения, класс защиты устройства и его конструкция.

В настоящее время новые трансформаторы тока работают по простому методу, который был известен в то время, когда появилось электричество. При действии с нагрузкой в проводе образуется электромагнитное поле, улавливающееся чувствительным прибором (трансформатором тока). Чем сильнее это поле, тем больший ток проходит в проводе. Нужно только рассчитать коэффициент усиления прибора и передать сигнал в управляющую цепь, либо в цепь контроля.

Трансформаторы выполняют функцию рамки на силовом проводе и реагируют на значение сети питания. Современные измерительные трансформаторы выполнены из большого числа витков, имеют хороший коэффициент трансформации. Во время настройки устройства определяют вольтамперные свойства для расчета точки перегиба кривой. Это нужно для выяснения участка графика с интервалом устойчивости функции трансформатора, который также имеет свой коэффициент усиления.

Кроме задач измерения, измеритель дает возможность разделить цепи управления и силовые цепи, что является важным с точки зрения безопасности. Применяя современные трансформаторы тока, получают сигнал небольшой мощности, не опасный для человека и удобный в работе.

В качестве нагрузки такого устройства может быть любой прибор измерения, который может работать с ним. При большом расстоянии оказывает влияние внутреннее сопротивление линии. В этом случае прибор калибруют. Также, сигнал можно передавать в цепь защиты и управления на основе электронных приборов.

С помощью них производят аварийное отключение линий. Приборы производят контроль сети, определяют нужные параметры. При проектировании встает задача по подбору прибора для измерения и контроля. Трансформаторы выбирают по средним параметрам сети и конструкции прибора измерения. Чаще всего мощные установки комплектуются своими измерительными устройствами.

На современном производстве широко применяются измерительные трансформаторы. Также они нашли применение и в обыденной жизни. Чувствительные приборы осуществляют защиту дорогостоящего оборудования, создают безопасные условия для человека. Они работают в электроцепях, создавая контроль над эксплуатационными параметрами.

Коэффициент трансформации

Этот коэффициент служит для оценки эффективности функционирования трансформатора. Его значение по номиналу дается в инструкции к прибору. Коэффициент означает отношение тока в первичной обмотке к току вторичной обмотки. Это значение может сильно меняться от числа секций и витков.

Нужно учитывать, что этот показатель не всегда совпадает с фактической величиной. Есть отклонение, определяемое условиями работы прибора. Назначение и метод работы определяют значения погрешности. Но этот фактор также не может быть причиной отказа от контроля коэффициента трансформации. Имея значение погрешности, оператор сглаживает ее аппаратурой специального назначения.

Установка

Простые трансформаторы тока, работающие на шинах, устанавливаются очень просто, и не требуют инструмента или техники. Прибор ставится одним мастером при помощи крепежных зажимов. Стационарные требуют оборудования фундамента, монтажа несущих стоек. Каркас крепится сваркой. К этому каркасу монтируется аппаратура. Комплект оснащения зависит назначение устройства и его особенности.

Подключение

Чтобы облегчить процесс соединения проводов с устройством, изготовители маркируют комплектующие детали цифровым и буквенным обозначением. С помощью такой маркировки операторы, которые обслуживают устройство, могут легко сделать соединение элементов.

Способ подключения взаимосвязан с устройством, принципом работы и назначением прибора. Также оказывает влияние и схема обслуживаемой сети. Трехфазные линии с нейтралью предполагают установку прибора только на двух фазах. Эта особенность вызвана тем, что электрические сети на напряжение 6-35 киловольт не оснащены нулевым проводом.

Контроль

Это мероприятие состоит из разных операций: визуальный осмотр, дается оценка всей конструкции, проверяется маркировка, паспортные данные и т.д. Далее, осуществляется размагничивание трансформатора с помощью медленного повышения тока на первичной обмотке. Далее, величину тока уменьшают.

Затем готовят главные мероприятия по измерению параметров. Поверка основывается на оценке правильности полярности клемм катушек по нормам, также определяют погрешность с дальнейшей сверкой с паспортными данными.

Безопасность

Основные опасности при функционировании измерительных трансформаторов обусловлены качеством намотки катушек. Необходимо учитывать, что под витками действует основа из металла, которая в открытом виде создает опасность и угрозу для обслуживающего персонала.

Поэтому создается график обслуживания, по которому проводится периодическая проверка устройства. Персонал обязан следить за состоянием обмоток катушек. Перед проведением проверки трансформатор отключается и подключаются шунтирующие закоротки и заземление обмотки.

Похожие темы:

Реле контроля фаз — назначение, принцип работы и схема подключения

Очень важно, чтобы контрольное устройство было включено в схему любого передвижного агрегата, в составе которого имеется трехфазный электрический мотор. Если такого реле в составе оборудования не имеется, неправильное чередование фаз может привести к серьезным последствиям – от нарушения работы аппарата до выхода его из строя

Наглядно про подключение на видео:

Если оборвется хотя бы один фазный кабель, произойдет быстрый перегрев силового агрегата, и устройство за считанные секунды придет в негодность. Чтобы не допустить этого, на контактор вместо контрольного реле зачастую устанавливают тепловое. Но проблема заключается в том, чтобы правильно его подобрать и отрегулировать по номинальному току. Для этого требуется специальный стенд, которым располагают далеко не все. Поэтому установка прибора фазного контроля – более простой способ решения проблемы.

Принцип работы РК основан на том, что устройство улавливает гармоники обратной последовательности, возникающие в случае перекоса фаз или при обрыве токоведущих проводов. Аналоговые фильтры контрольного прибора выделяют их и подают сигнал на управляющую плату, включающую после его получения релейные контакты.

Схема подключения реле контроля фаз сложностью не отличается. Все три фазных проводника и нулевой кабель нужно подсоединить к соответствующим клеммам прибора, а его контакты пустить в разрыв соленоида магнитного пускателя. Если устройство работает в нормальном режиме, то контактор включен, релейные контакты замкнуты, и производится подача напряжения на аппаратуру.

В случае обнаружения неполадок происходит размыкание контактов контрольного прибора, и электропитание отключается до того момента, когда будут восстановлены сетевые параметры.

Чаще всего для защиты бытовой техники используются реле заводского изготовления, которые имеются в продаже. Но иногда их изготавливают и своими руками. Приведем схему простого самодельного устройства, на которой имеются графические обозначения элементов, включенных в цепь.

Разобраться с порядком подключения реле поможет предварительное ознакомление с особенностями его конструкции. Заметно облегчит этот процесс понимание принципа работы, а также умение настраивать прибор непосредственно перед запуском.

Конструктивные элементы

Корпус реле рассчитан для установки на DIN рейку или на заранее подготовленную ровную поверхность. Вынесенный наружу разъем позволяет подключать его к электросети с помощью типовых зажимов, к которым подводятся медные жилы сечением до 2,5 мм2. На передней панели располагаются органы настройки, а также контрольная лампочка индикации включения прибора.

В рабочей схеме предусмотрены индикаторы аварийной ситуации и подключенной нагрузки, а также переключатели режима, регуляторы асимметрии и задержки по времени. Для подключения устройства используются три клеммы, имеющие обозначение L1, L2 и L3. Подобно автоматам защиты в них не предусмотрено подсоединение нулевого проводника (это справедливо не для всех моделей реле).

На корпусе устройства имеется еще одна контактная группа из 6-ти клемм, используемая для соединения с цепями управления. С этой целью в разводке силового оборудования предусматривается жгут, содержащий соответствующее количество проводов. Одна из контактных групп управляет цепью катушки магнитного пускателя, а вторая – коммутацией подключенного к линии оборудования.

Элементы настройки

Инструкция по подключению и настройке предполагает наличие различных схемных решений самого прибора. В простейших моделях на лицевую панель выводится не более одного или двух регуляторов. Этим они отличаются от образцов с расширенными настройками. В моделях с большим числом регулирующих элементов (их называют мультифункциональными) предусмотрен отдельный блок микропереключателей. Он располагается на печатной плате, размещенной прямо под корпусом прибора или в специальной скрытой нише.

Данная технология применяется в сети трехфазных нагрузок. Наиболее востребована для защиты электродвигателя синхронного или асинхронного, трехфазных станков высокой точности, технологичной электроники, насосов. Заметьте, что неправильное чередование фаз приведет к низкой эффективности его работы, перегреву и снижению уровня изоляции, что может привести к пробою.

Применяется для следующих целей:

Для коммутации преобразовательного оборудования, которому важно соблюдение последовательности фаз: источников питания, выпрямителей, инверторов и генераторов;
Для систем АВР (введения в работу резервных источников питания) или подключения системы аварийного освещения;
Для специального оборудования – станков, крановых установок, мощность которых составляет не более 100 кВт;
Для электроприводов трехфазных двигателей, имеющих мощность не более 75 кВт.

Для коммутации однофазной нагрузки данное устройство не используется.

В целом реле контроля фаз применяется для различного промышленного и бытового оборудования и является обязательным предохранителем для тех схем управления, в которых требуется постоянный мониторинг величины напряжения и других параметров внешних линий.

В трехфазных сетях осуществляет контроль:

  • уровня напряжения, реализуемая, в преимущественном большинстве, для оборудования такого класса в случаях, когда его величина выходит за установленные пределы;
  • чередования фаз – выполнит коммутацию в случае аварийного слипания фаз или при их неверном расположении  относительно питающих вводов оборудования;
  • пропадания фазы – производит отключение потребителя в случае обрыва фазы и последующего отсутствия напряжения;
  • перекоса фаз – производит коммутацию в случае изменения фазного или линейного напряжения по отношению к номинальному значению.

Преимущества реле контроля фаз

В сравнении с другими устройствами аварийных отключений данные электронные реле отличаются рядом весомых преимуществ:

  • в сравнении с реле контроля напряжения не зависит от влияния ЭДС питающей сети, так как его работа отстраивается от тока;
  • позволяет определять аномальные скачки не только в трехфазной сети питания, но и со стороны нагрузки, что позволяет расширить спектр защищаемых компонентов;
  • в отличии от реле, работающих на изменение тока в электродвигателях, данное оборудование позволяет фиксировать еще и параметр напряжения, обеспечивая контроль по нескольким параметрам;
  • способно определить дисбаланс уровней питающих напряжений из-за неравномерности загрузки отдельных линий, что чревато перегревом двигателя и снижением параметров изоляции;
  • не требует формирования дополнительной трансформации со стороны рабочего напряжения.

В отличии от реле, работающих только по напряжению обеспечивает действующую защиту от регенерированного напряжения, вырабатываемого обратными ЭДС. В случае, когда одно из фазных напряжений пропадает, двигатель продолжает набирать достаточный уровень энергии с остающихся двух. При этом в обесточенной фазе будет генерироваться ЭДС от вращения ротора, который продолжает крутиться от двух фаз в аварийном режиме.

Из-за того, что контакторы электродвигателей не размыкаются от реле при такой работе, возникает риск повреждения электрической машины с ее дальнейшей поломкой. Реле контроля, в свою очередь, способно обнаружить смещение фазового угла, за счет чего обеспечивается полноценная защита.

Такая функция особенно актуальна, когда рабочий режим двигателя, в случае его реверсивного вращения, способен повредить вращаемый элемент или травмировать работника. Как правило, такая ситуация возникает при внесении изменений во время обесточивания электрической машины, смене фазных нагрузок, порядка чередования фаз и прочих.

Очень важно, чтобы контрольное устройство было включено в схему любого передвижного агрегата, в составе которого имеется трехфазный электрический мотор. Если такого реле в составе оборудования не имеется, неправильное чередование фаз может привести к серьезным последствиям – от нарушения работы аппарата до выхода его из строя

Наглядно про подключение на видео:

Если оборвется хотя бы один фазный кабель, произойдет быстрый перегрев силового агрегата, и устройство за считанные секунды придет в негодность. Чтобы не допустить этого, на контактор вместо контрольного реле зачастую устанавливают тепловое. Но проблема заключается в том, чтобы правильно его подобрать и отрегулировать по номинальному току. Для этого требуется специальный стенд, которым располагают далеко не все. Поэтому установка прибора фазного контроля – более простой способ решения проблемы.

Принцип работы РК основан на том, что устройство улавливает гармоники обратной последовательности, возникающие в случае перекоса фаз или при обрыве токоведущих проводов. Аналоговые фильтры контрольного прибора выделяют их и подают сигнал на управляющую плату, включающую после его получения релейные контакты.

Схема подключения реле контроля фаз сложностью не отличается. Все три фазных проводника и нулевой кабель нужно подсоединить к соответствующим клеммам прибора, а его контакты пустить в разрыв соленоида магнитного пускателя. Если устройство работает в нормальном режиме, то контактор включен, релейные контакты замкнуты, и производится подача напряжения на аппаратуру.

В случае обнаружения неполадок происходит размыкание контактов контрольного прибора, и электропитание отключается до того момента, когда будут восстановлены сетевые параметры.

Чаще всего для защиты бытовой техники используются реле заводского изготовления, которые имеются в продаже. Но иногда их изготавливают и своими руками. Приведем схему простого самодельного устройства, на которой имеются графические обозначения элементов, включенных в цепь.

Это интересно: Подключение трехрожковой люстры к одноклавишному выключателю — рассматриваем по пунктам

Данная технология применяется в сети трехфазных нагрузок. Наиболее востребована для защиты электродвигателя синхронного или асинхронного, трехфазных станков высокой точности, технологичной электроники, насосов. Заметьте, что неправильное чередование фаз приведет к низкой эффективности его работы, перегреву и снижению уровня изоляции, что может привести к пробою.

Применяется для следующих целей:

Для коммутации преобразовательного оборудования, которому важно соблюдение последовательности фаз: источников питания, выпрямителей, инверторов и генераторов;
Для систем АВР (введения в работу резервных источников питания) или подключения системы аварийного освещения;
Для специального оборудования – станков, крановых установок, мощность которых составляет не более 100 кВт;
Для электроприводов трехфазных двигателей, имеющих мощность не более 75 кВт.

Для коммутации однофазной нагрузки данное устройство не используется.

В целом реле контроля фаз применяется для различного промышленного и бытового оборудования и является обязательным предохранителем для тех схем управления, в которых требуется постоянный мониторинг величины напряжения и других параметров внешних линий.

В трехфазных сетях осуществляет контроль:

  • уровня напряжения, реализуемая, в преимущественном большинстве, для оборудования такого класса в случаях, когда его величина выходит за установленные пределы;
  • чередования фаз – выполнит коммутацию в случае аварийного слипания фаз или при их неверном расположении относительно питающих вводов оборудования;
  • пропадания фазы – производит отключение потребителя в случае обрыва фазы и последующего отсутствия напряжения;
  • перекоса фаз – производит коммутацию в случае изменения фазного или линейного напряжения по отношению к номинальному значению.

Преимущества реле контроля фаз

В сравнении с другими устройствами аварийных отключений данные электронные реле отличаются рядом весомых преимуществ:

  • в сравнении с реле контроля напряжения не зависит от влияния ЭДС питающей сети, так как его работа отстраивается от тока;
  • позволяет определять аномальные скачки не только в трехфазной сети питания, но и со стороны нагрузки, что позволяет расширить спектр защищаемых компонентов;
  • в отличии от реле, работающих на изменение тока в электродвигателях, данное оборудование позволяет фиксировать еще и параметр напряжения, обеспечивая контроль по нескольким параметрам;
  • способно определить дисбаланс уровней питающих напряжений из-за неравномерности загрузки отдельных линий, что чревато перегревом двигателя и снижением параметров изоляции;
  • не требует формирования дополнительной трансформации со стороны рабочего напряжения.

В отличии от реле, работающих только по напряжению обеспечивает действующую защиту от регенерированного напряжения, вырабатываемого обратными ЭДС. В случае, когда одно из фазных напряжений пропадает, двигатель продолжает набирать достаточный уровень энергии с остающихся двух. При этом в обесточенной фазе будет генерироваться ЭДС от вращения ротора, который продолжает крутиться от двух фаз в аварийном режиме.

Из-за того, что контакторы электродвигателей не размыкаются от реле при такой работе, возникает риск повреждения электрической машины с ее дальнейшей поломкой. Реле контроля, в свою очередь, способно обнаружить смещение фазового угла, за счет чего обеспечивается полноценная защита.

Такая функция особенно актуальна, когда рабочий режим двигателя, в случае его реверсивного вращения, способен повредить вращаемый элемент или травмировать работника. Как правило, такая ситуация возникает при внесении изменений во время обесточивания электрической машины, смене фазных нагрузок, порядка чередования фаз и прочих.

На рынке представлены десятки моделей от отечественных и зарубежных производителей. Каждая из них обладает своими особенностями и техническими характеристиками. Выбирая РКФ, необходимо учесть, кто и для каких задач его выпускает.

Zamel CKM 01

Трехфазное реле контроля чередования фаз с крепежом на DIN рейку. Обладает компактными размерами. Ширина стандартная для 1 модуля и составляет 17,5 мм. Более подробные характеристики указаны в таблице.

Питающее напряжение Однофазное 220 или двухфазное 380 В
Максимальное допустимое напряжение для контактов 250 В
Предельная мощность внутреннего реле 2,5 кВА
Выходные контакты 1NO и 1NC
Максимальный коммутируемый ток 10 А
Собственное потребление 34 мА
Класс защиты корпуса от пыли и влаги IP 20
Габаритные размеры 9х17,5х6,6 см

Устройство Zamel CKM 01 для монтажа на DIN-рейку

РНПП 311

Реле от отечественного производителя «Новатек-электро». Устанавливается в щит на DIN-рейку. Имеет на передней панели минимум регуляторов для настройки, что делает его пригодным для обслуживания даже неподготовленным персоналом.

Номинальное напряжение питания 380 В
Частота питающей сети 45-55 Гц
Собственный потребляемый ток Не более35 мА
Диапазон регулирования по напряжению 1,05-1,25Umax (для Umin аналогичные значения)
Фиксированная задержка отключения 12 сек
Напряжение катушки пускателя 110-380 В
Критические значения питающего напряжения 80-500 В
Рабочая температура –25 +40°C
Климатическое исполнение УХЛ4
Количество циклов переключений при нагрузке 5 А Не менее100 тыс. раз

Монитор напряжения РНПП-311

ABB 1SVR750488R8300

Компания ABB специализируется на высококлассном электротехническом оборудовании. Качество соответствует цене. Рассматриваемое реле стоит около 11 тыс.

Напряжение питания цепи управления 450 В
Рабочая частота 50-60 Гц
Задержка включения/отключения 0,1-30 сек
Количество переключающих (перекидных) контактов 2
Габаритные размеры 85,6х45х104,8 мм

OMRON K8AB

Компактный прибор, имеющий несколько другое назначение, чем обычное РКФ. OMRON K8AB контролирует не напряжение, а ток. Поэтому для его работы требуется дополнительный трансформатор тока. Производитель позиционирует прибор как идеальное средство для контроля тока в промышленных нагревателях и электродвигателях.

Питающее напряжение (зависит от модификации) 24 Впер./пост. тока или 100-115 В или 200-230 В
Контролируемый ток 2 мА– 200 А
Количество контролируемых фаз 1
Максимальный ток выходного реле 6 А
Гистерезис срабатывания 5-50 %
Модель необходимого для работы реле трансформатора тока K8AC-CT200L

Важно! Гистерезис, если говорить простым языком — это задержка переключения. Он позволяет включать и выключать реле при отличающихся значениях тока

Это необходимо, чтобы предотвратить слишком частое переключение и механический износ контактов. Например, реле выключается при 5 А, а включается при 4. Или регулятор температуры выключает обогреватель, когда в комнате 24°C и включает, когда 18°C.

Carlo Gavazzi DPC01

Мультифункциональное трехфазное РКФ с расширенным перечнем регулировок. Реле данного производителя встречается в промышленном компрессорном оборудовании. На передней панели имеются стандартные регуляторы напряжения и задержки срабатывания. А также индикаторные светодиоды, что облегчает взаимодействие человека с устройством.

Напряжение питания 24 В пост. тока или 230 переменного
Предельный ток выхода 8 А
Регулировка задержки срабатывания От 0,1 до30 сек
Диапазон регулировки напряжения срабатывания 2-22 %от номинального значения
Количество контролируемых фаз 3
Степень защиты от пыли и влаги IP 20
Монтаж На DIN-рейку
Предельное напряжение для контактов выходного реле 550 В

Евроавтоматика ФиФ CKF-318-1

Белорусское реле фазного контроля, зарекомендовавшее себя как простое, дешевое и надежное решение для защиты электродвигателей. Данное РКФ срабатывает на критическое снижение/превышение напряжения и пропажу одной и более питающих фаз. Характеристики в таблице.

Рабочее напряжение 220/380 В
Предельный ток выходного реле 8 А при 250 В
Тип контактов 2NO и 2NC
Цвет индикатора аварии Красный
Диапазон нижнего предела напряжения 150-210 В
Диапазон верхнего предела напряжения 240-280 В
Гистерезис 5 В
Потребляемая от сети мощность 1,6 Вт

Реле контроля наличия и чередования фаз F&F CKF-318-1

Ток нулевой последовательности это:

Сумма мгновенных значений токов трех фаз трехфазной системы Система нулевой последовательности существенно отличается от прямой иобратной тем, что отсутствует сдвиг фаз. Нулевая система токов по существу представляет три однофазныхтока, для которых три провода трехфазной цепи представляют прямой провод, а обратным проводом служитземля или четвертый (нулевой), по которому ток возвращается.

Составляющие обратной последовательности (ток, напряжение) возникают при появлении в сети любой не симметрии (обрыв фазы, включение несимметричной нагрузки, однофазное илидвухфазноеКЗ). Составляющие нулевой последовательности появляются при обрыве одной или двух фаз, однофазном или двухфазном КЗ на землю. ( при межфазных замыканиях без земли, составляющие равны нулю) Ток обратной последовательности, как известно из , появляется при любом несимметричном, а кратковременно и при трехфазном КЗ. Ток нулевой последовательности используется для повышения чувствительности пуска ВЧ-передатчика при КЗ на землю, а пусковое реле фазного тока КА – при симметричных КЗ

Практически ток нулевой последовательности получают соединением вторичных обмоток трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности (рис. 7.11). Из схемы видно, что ток в реле КА равен геометрической сумме токов трех фаз:Ток в реле появляется только при однофазном или двухфазном КЗ на землю. Короткие замыкания между фазами являются симметричными системами, и соответственно этому ток в реле Iр=0 .

Зёх фазный ток – это когда фазы а,в,с отстоют друг от друга на 120градусов. Когда три фазы повёрнуты в 1 сторону – ток нулевой последовательности. Такое возникает при однофазных замыканиях на землю в сетях с заземлённой нейтралью. Поэтому применяются ТЗНП – токовые защиты нулевой последовательности для защиты от замыканий на землю – появился ток нулевой последовательности, значит есть замыкание на землю, защита срабатывает. . Токи обратной последовательности – это когда нарушен порядок чередования фаз. Возникают при межфазных замыканиях, для зашиты применяю ТЗОП – токовые защиты обратной последовательности. В двух словах так. Составляющие обратной последовательности (ток, напряжение) возникают при появлении в сети любой не симметрии (обрыв фазы, включение несимметричной нагрузки, однофазное или двухфазное КЗ).

Составляющие нулевой последовательности появляются при обрыве одной или двух фаз, однофазном или двухфазном КЗ на землю. ( при межфазных замыканиях без земли, составляющие равны нулю) Токи нулевой последовательности по существу являются однофазным током, разветвленным между тремя фазами и возвращающимся через землю и параллельные ей цепи. В силу этого, путь циркуляции токов нулевой последовательности резко отличен от пути, по которому проходят токи прямой или обратной последовательности Для практической реализации метода симметричных составляющих необходимо составлять три схемы замещения: прямой, обратной и нулевой последовательностей. Конфигурация этих схем и параметры их элементов в общем случае не одинаковы.

Схема прямой последовательности является той же, что и для расчета тока трехфазного замыкания. Из этой схемы находят результирующую ЭДС и результирующее сопротивление прямой последовательности: и . Началом этой схемы являются точки нулевого потенциала источников питания, концом – место короткого замыкания, к которой приложено напряжение прямой последовательности . Составляющие обратной последовательности возникают при появлении в сети любой несимметрии: однофазного или двухфазного короткого замыкания, обрыва фазы, несимметрии нагрузки.

Составляющие нулевой последовательности имеют место при замыканиях на землю (одно- и двухфазных) или при обрыве одной или двух фаз. В случае междуфазного замыкания составляющие нулевой последовательности(токи и напряжения) равны нулю.

Этот метод используют многие устройства РЗиА. В частности, принцип работы трансформатора тока нулевой последовательности основан на сложении значений тока во всех трех фазах защищаемого участка. В нормальном(симметричном) режиме сумма значений фазных токов равна нулю. В случае возникновения однофазного замыкания, в сети появятся токи нулевой последовательности и сумма значений токов в трех фазах будет отлична от нуля, что зафиксирует измерительный прибор (например, амперметр), подключенный ко вторичной обмотке трансформатора тока нулевой последовательности.

Для трехфазных транспозированых ЛЭП результат этого преобразования — точная матрица собственных векторов (матрица модального преобразования). Она одинакова как для тока, так и для напряжения.

Реле для контроля напряжения фаз следует включать в схемы приборов, которые приходится часто переподключать к питающей трехфазной сети. К примеру, винтовой компрессор, не являющийся стационарным аппаратом, постоянно перемещают с одного места на другое, каждый раз подсоединяя его к линии заново. Если неправильно выполнить действия по его подключению, спутав при этом фазы, пяти секунд после запуска оборудования будет достаточно для того, чтобы произошла серьезная поломка.

Ремонт аппаратуры сопряжен с немалыми затратами, поэтому в таких устройствах контроль напряжения фаз просто необходим.

Есть и другие приборы, которые при неправильном соединении проводов не сгорают, а просто не включаются. В этом случае работники обычно приходят к выводу, что аппарат сломан, начинают его проверять – а прозвонка показывает, что все в порядке. И хорошо, если понимание того, что при подключении были просто перепутаны фазные жилы, придет быстро, иначе рабочее время будет потрачено впустую.

Что такое реле напряжения и как оно настраивается – на следующем видео:

Теперь поговорим о том, как работает реле контроля. Основная задача прибора заключается в защите электрических аппаратов от повреждения в результате воздействия некачественного напряжения

Это очень важно для дорогостоящего оборудования, поэтому электроприборы импортного производства устанавливаются только вместе с контрольным реле. Оно обеспечивает защиту аппаратуры при обрыве фаз, неправильном подсоединении, а также асимметричном напряжении

При соответствии фаз параметрам контрольного прибора релейные контакты включаются, пропуская через контактор в цепь трехфазное напряжение. Если ток хотя бы на одной фазной жиле отсутствует, напряжение в линию пропущено не будет

После восстановления питания на фазном проводе по истечении нескольких секунд произойдет автоматическое включение нагрузки. Итак, как можно убедиться, реле осуществляет автоматический контроль, отключая подачу напряжения в случае аварии и включая нагрузку после нормализации параметров электрической цепи.

Цель проверки фазировки заключается в контроле напряжения на каждой из токоведущих жил электрооборудования на предмет совпадения с напряжением на соответствующих жилах электросети.. Ведь в случае несоблюдения, возникают нежелательные явления, такие как перекос фаз. В промышленных электрических приборах (например, холодильных камерах) происходит существенное понижение мощности. А В быту это явление может привести к выходу из строя бытовой техники и различных электроустановок.

Выполнять такие работы по действующему законодательству должны специалисты в количестве не менее двух человек, прошедшие обучение, знающие требования нормативно-технической документации на проводимые работы, имеющие группу по электробезопасности 3 и выше. При этом они должны обязательно ознакомиться с паспортными данными на подключаемое к сети оборудование и иметь необходимые для проведения таких работ средства измерения.

Последовательность чередования играет значительную роль в таких ситуациях:

  • При параллельном включении в работу – ряд устройств (трансформаторы, генераторы и прочие электрические машины), могут соединяться в параллельную работу для повышения надежности системы или для обеспечения большего резерва мощности. Но, в случае неправильного подключения из-за соединения разноименных фаз произойдет короткое замыкание.
  • При подключении трехфазного счетчика – так как его работа основана на совпадении фаз с соответствующими выводами прибора, то при нарушении правильности подключения может произойти сбой и самопроизвольное движение в отсутствии какой-либо нагрузки. Из-за чего такое подключение электросчетчика приведет к необходимости оплаты потребителем киловатт, которые он не расходовал.
  • При включении двигателя – следование фаз в сети определяет для электрической машины и направление вращения двигателя. В случае отсутствия правильной фазировки изменится и направление движения элементов, механически соединенных с ротором. Из-за чего может произойти нарушение технологического процесса или возникнуть угроза жизни персонала.

С целью предотвращения негативных последствий от перекоса фаз и других несовпадений, на практике выполняют проверку чередования и устанавливают защиту.

Параметры электрических сетей зависят от многих факторов, протекающих в них, и далеко не всегда их изменение происходит по вине обслуживающего персонала. В таблице приведены обстоятельства, способные вызвать негативные проявления и их влияние на подключенное оборудование:

Негативный фактор Основные причины возникновения сетевых нарушений Защита РКФ
Повышение (скачек) напряжения ·  Нестабильность работы распределительной подстанции;

·  Обрыв нуля или ослабление заземления;

·  Включение мощного оборудования в смежную сеть;

·  Удар молнии

Отключение оборудования или препятствие запуску
Падение напряжения ·  Высокая нагрузка на электросеть;

·  Сварочные работы

//
Обрыв фазы или нуля ·  Механические причины;

·  Авария в передающих электросетях;

·  Слабый контакт

//
Нарушение чередования фаз ·  Ошибка в подключении;

·  Неправильное включение пускового реверсивного устройства

//
Перекос фаз ·  Обрыв нуля;

·  Неравномерное распределение нагрузки на фазах

//

Как видно из таблицы, реле контроля фаз способно защитить подключенные потребители от многих нарушений, но оно не будет эффективным при коротких замыканиях или появлении токов утечки. От этих аварий ограждают автоматические выключатели (АВ) и устройства защитного отключения (УЗО).

  • Реле РНПП-311 украинского производства является одним из наиболее популярных и подходящих для сетей постсоветского пространства. Аббревиатура расшифровывается как реле напряжения, перекоса и последовательности фаз. Современные модификации, в дополнение к стандартным параметрам способны отслеживать еще и частоту напряжения.
  • OMRON K8AB данная модель осуществляет контроль не только за снижением, но и за превышением уровня напряжения, выполняя тем самым функции ограничителя или разрядника, причем, куда более эффективно. Имеет ряд модификаций, отличающихся регулировками порогов срабатывания и техническими параметрами.
  • Carlo Gavazzi DPC01 отличается двумя реле на выходных клеммах устройства. Имеет несколько точек регулировки различных параметров, и переключатель режимов. Предоставляет 7 возможных функций по выставлению задержек, интервалов или цикличных функций.
  • Реле ЕЛ-11 отечественного производства контролирует параметры электрической сети, может применяться как в закрытых отапливаемых, так и в не отапливаемых помещениях. Устанавливается в любом положении, но требует защиты от прямого попадания на них солнечных лучей и атмосферной влаги.

Электрооборудование трёхфазного тока (трансформаторы, генераторы, кабельные линии электропередач) подлежит обязательной фазировке, перед тем как оно впервые будет включено в сеть или же по окончании очередного ремонта, в результате которого могло произойти нарушение порядка чередования, следования фаз.

Фазировка заключается в проверке совпадения по фазе напряжений каждой из 3-х фаз включаемой электроустановки с соответствующими напряжениями сети. Подобного рода проверка, безусловно, необходима, ведь в процессе сборки, монтирования и ремонта электрооборудования фазы могли быть переставлены местами.

У электромашин, например, не исключается и ошибочное обозначение силовых выводов статорных обмоток; у кабелей в соединительных муфтах могут быть между собой соединены жилы разноимённых фаз.

Во всех этих случаях единственным выходом считается выполнение фазировки. Как правило, эта технологическая операция состоит из 3-х основных перечисленных ниже этапов.

Проверка и сравнение порядка чередования фаз у электрической установки и сети. Данная операция выполняется перед непосредственным включением на параллельную работу нескольких сетей, работающих независимо, нового генератора и генератора, прошедшего капитальный ремонт, при котором могла измениться схема присоединения обмоток статора к сети.

Лишь при получении положительных результатов, полученных при фазировке, генераторы или, скажем трансформаторы синхронизируются и включаются на параллельную работу.

Проверка одноимённости или расцветки фазных проводников, которые впоследствии надо будет соединить. Эта операция ставит перед собой цель проверить правильность соединения всех элементов установки между собой. Проще говоря, выверяется правильность подвода токоведущих жил к включающему аппарату.

Проверка совпадения по фазе одноимённых напряжений, то есть отсутствия между ними угла сдвига фаз. В электрических сетях во время фазировки линий электропередач и силовых трансформаторов, которые принадлежат одной электрической системе, достаточно выполнить 2 последние операции, поскольку у всех генераторов, работающих синхронно с сетью, порядок следования фаз одинаков.

Приборы для фазировки. Сегодня существует множество методик, которые зависят от прямого назначения электрооборудования, схем соединения обмоток и от используемых приспособлений и приборов. К основным приборам и приспособлениям можно отнести:

Вольтметры переменного тока, используемые при фазировки электроустановок до 1 кВ и подключаемые непосредственно к выводам электрооборудования.

Фазоуказатели, принцип действие которых похож на принцип действия АД (асинхронного двигателя), когда при подключении катушки приборов к 3-х фазной сети токов происходит образование вращающегося магнитного поля, которое заставляет вращаться рабочий диск. При этом по направлению вращения диска можно судить о правильности порядка следования фаз токов, проходящих по катушкам.

Универсальные приборы (портативные вольтамперфазоиндикаторы, универсальные фазоуказатели).

Мегаомметры, представляющие собой переносные приборы, необходимые для измерения сопротивлений изоляции в широких диапазонах, что очень хорошо себя зарекомендовало при производстве фазировки.

Указатели напряжения для фазировки. Данные устройства хорошо подходят для фазировки электроустановок выше 1 кВ. При выполнении операции на отключённый аппарат (разъединитель, выключатель) на каждую сторону подаются фазируемые напряжения.

При этом, щупы прибора подносятся к токоведущим частям фазируемого аппарата, и дальше осуществляется наблюдение за свечением сигнальной лампы на устройстве.

Стоит учесть, что горение лампы говорит о несовпадении фаз, а отсутствие свечения лампочки – о согласованном включении и возможности включения коммутационного аппарата.

Методы фазировки. Эта операция может быть предварительной; выполняемой при монтаже и ремонте электрооборудования, и фазировкой непосредственно перед вводом в работу, осуществляемой перед первым включением оборудования, когда фазы могли быть переставлены местами.

Как известно, в трехфазной сети присутствует три разноименные фазы. Условно они обозначаются как А, В и С. Вспоминая теорию, можно говорить что синусоиды фаз смещены относительно друг друга на 120 градусов. Так вот всего может быть шесть разных порядков чередования, и все они делятся на два вида – прямое и обратное. Прямым чередованием считается следующий порядок – АВС, ВСА и САВ. Обратный порядок будет соответственно СВА, ВАС и АСВ.

Чтобы проверить порядок чередования фаз можно воспользоваться таким прибором, как фазоуказатель. О том, как пользоваться фазоуказателем, мы уже рассказывали. Конкретно рассмотрим последовательность проверки прибором ФУ 2.

Tags: ip, автомат, ампер, бра, вид, вред, выключатель, генератор, двигатель, дом, е, зажим, знак, кабель, как, киловатт, контактор, кт, лампочка, лс, магнит, матрица, монитор, монтаж, мощность, нагрузка, напряжение, настройка, нейтраль, номинал, перекос, перенос, подключение, постоянный, потенциал, правило, принцип, проверка, провод, пуск, р, работа, размер, расчет, регулятор, реле, ремонт, ряд, свет, светодиод, сеть, система, соединение, сопротивление, средство, схема, тен, тип, ток, трансформатор, трехфазный, ук, установка, фаза, фильтр, щит, эффект

Для чего используют трансформатор

В электротехнике довольно часто возникает необходимость измерения величин с большими значениями. Для решения этой задачи применяются трансформаторы тока, назначение и принцип действия которых делает возможным проведение любых измерений. С этой целью выполняется последовательное включение первичной обмотки устройства в цепь с переменным током, значение которого необходимо измерить. Вторичная обмотка подключается к измерительным приборам. Между токами в первичной и вторичной обмотке существует определенная пропорция. Все трансформаторы этого типа отличаются высокой точностью. В их конструкцию входит две и более вторичных обмоток, к которым подключаются защитные устройства, измерительные средства и приборы учета.

Что такое трансформатор тока?

К трансформаторам тока относятся устройства, в которых вторичный ток, применяемый для измерений, находится в пропорциональном соотношении с первичным током, поступающим из электрической сети.

Включение в цепь первичной обмотки осуществляется последовательно с токопроводом. Подключение вторичной обмотки выполняется на какую-либо нагрузку в виде измерительных приборов и различных реле. Между токами обеих обмоток возникает пропорциональная зависимость, соответствующая количеству витков. В трансформаторных устройствах высокого напряжения выполняется изоляция между обмотками из расчета на полное рабочее напряжение. Как правило производится заземление одного из концов вторичной обмотки, поэтому потенциалы обмотки и земли будут примерно одинаковыми.

Все трансформаторы тока предназначены для выполнения двух основных функций: измерения и защиты. В некоторых устройствах обе функции могут совмещаться.

  • Измерительные трансформаторы передают полученную информацию к подключенным измерительным приборам. Они устанавливаются в цепях с высоким напряжением, в которые невозможно включить напрямую приборы для измерений. Поэтому только во вторичную обмотку трансформатора выполняется подключение амперметров, счетчиков, токовых обмоток ваттметров и прочих приборов учета. В результате, трансформатор преобразует переменный ток даже очень высокого значения, в переменный ток с показателями, наиболее приемлемыми для использования обычных измерительных приборов. Одновременно обеспечивается изоляция измерительных приборов от цепей с высоким напряжением, повышается электробезопасность обслуживающего персонала.
  • Защитные трансформаторные устройства в первую очередь передают полученную измерительную информацию на устройства управления и защиты. С помощью защитных трансформаторов, переменный ток любого значения преобразуется в переменный ток с наиболее подходящим значением, обеспечивающим питание устройств релейной защиты. Одновременно выполняется изоляция реле, к которых имеется доступ персонала, от цепей высокого напряжения.

Назначение трансформаторов

Трансформаторы тока относятся к категории специальных вспомогательных приборов, используемых совместно с различными измерительными устройствами и реле в цепях переменного тока. Главной функцией таких трансформаторов является преобразование любого значения тока до величин, наиболее удобных для проведения измерений, обеспечения питания отключающих устройств и обмоток реле. За счет изоляции приборов, обслуживающий персонал оказывается надежно защищен от поражения током высокого напряжения.

Измерительные трансформаторы тока предназначены для электрических цепей с высоким напряжением, когда отсутствует возможность прямого подключения измерительных приборов. Их основное назначение заключается в передаче полученных данных об электрическом токе на измерительные устройства, подключаемые к вторичной обмотке.

Немаловажной функцией трансформаторов является контроль над состоянием электрического тока в цепи, к которой они подключены. Во время подключения к силовому реле, выполняются постоянные проверки сетей, наличие и состояние заземления. Когда ток достигает аварийного значения, включается защита, отключающая все используемое оборудование.

Принцип работы

Принцип работы трансформаторов тока основан на законе электромагнитной индукции. Напряжение из внешней сети поступает на силовую первичную обмотку с определенным количеством витков и преодолевает ее полное сопротивление. Это приводит к появлению вокруг катушки магнитного потока, улавливаемого магнитопроводом. Данный магнитный поток располагается перпендикулярно по отношению к направлению тока. За счет этого потери электрического тока в процессе преобразования будут минимальными.

При пересечении витков вторичной обмотки, расположенных перпендикулярно, происходит активация магнитным потоком электродвижущей силы. Под влиянием ЭДС появляется ток, который вынужден преодолевать полное сопротивление катушки и выходной нагрузки. Одновременно на выходе вторичной обмотки наблюдается падение напряжения.

Классификация трансформаторов тока

Все трансформаторы тока можно классифицировать, в зависимости от их особенностей и технических характеристик:

  1. По назначению. Устройства могут быть измерительными, защитными или промежуточными. Последний вариант используется при включении измерительных приборов в токовые цепи релейной защиты и других аналогичных схемах. Кроме того, существуют лабораторные трансформаторы тока, отличающиеся высокой точностью и множеством коэффициентов трансформации.
  2. По типу установки. Существуют трансформаторные устройства для наружной и внутренней установки, накладные и переносные. Некоторые виды приборов могут встраиваться в машины, электрические аппараты и другое оборудование.
  3. В соответствии с конструкцией первичной обмотки. Устройства разделяются на одновитковые или стержневые, многовитковые или катушечные, а также шинные, например, ТШ-0,66.
  4. Внутренняя и наружная установка трансформаторов предполагает проходные и опорные способы монтажа этих устройств.
  5. Изоляция трансформаторов бывает сухая, с применением бакелита, фарфора, и других материалов. Кроме того, применяется обычная и конденсаторная бумажно-масляная изоляция. В некоторых конструкциях используется заливка компаундом.
  6. По количеству ступеней трансформации, устройства могут быть одно- или двухступенчатыми, то есть, каскадными.
  7. Номинальное рабочее напряжение трансформаторов может быть до 1000 В или более 1000 В.

Все характерные классификационные признаки присутствуют в условных обозначениях трансформаторов тока, состоят из определенных буквенных и цифровых символов.

Параметры и характеристики

Каждый трансформатор тока обладает индивидуальными параметрами и техническими характеристиками, определяющими область применения этих устройств.

Номинальный ток. Позволяет устройству работать в течение длительного времени без перегрева. В таких трансформаторах имеется значительный запас по нагреву, а нормальная работа возможна при перегрузках до 20%.

Номинальное напряжение. Его значение должно обеспечивать нормальную работу трансформатора. Именно этот показатель влияет на качество изоляции между обмотками, одна из которых находится под высоким напряжением, а другая заземлена.

Коэффициент трансформации. Представляет собой отношение между токами в первичной и вторичной обмотке и определяется по специальной формуле. Его действительное значение будет отличаться от номинального в связи с определенными потерями в процессе трансформации.

Токовая погрешность. Возникает в трансформаторе под влиянием тока намагничивания. Абсолютное значение первичного и вторичного тока различается между собой как раз на эту величину. Ток намагничивания приводит к созданию в сердечнике магнитного потока. При его возрастании, токовая погрешность трансформатора также увеличивается.

Номинальная нагрузка. Определяет нормальную работу устройства в своем классе точности. Она измеряется в Омах и в некоторых случаях может заменяться таким понятием, как номинальная мощность. Значение тока является строго нормированным, поэтому значение мощности трансформатора полностью зависит лишь от нагрузки.

Номинальная предельная кратность. Представляет собой кратность первичного тока к его номинальному значению. Погрешность такой кратности может достигать до 10%. Во время расчетов сама нагрузка и ее коэффициенты мощности должны быть номинальными.

Максимальная кратность вторичного тока. Представлена в виде отношения максимального вторичного тока и его номинального значения, когда действующая вторичная нагрузка является номинальной. Максимальная кратность связана со степенью насыщения магнитопровода, при котором первичный ток продолжает увеличиваться, а значение вторичного тока не меняется.

Возможные неисправности трансформаторов тока

У трансформатора тока, включенного под нагрузку, иногда возникают неисправности и даже аварийные ситуации. Как правило, это связано с нарушениями электрического сопротивления изоляции обмоток, снижением их проводимости под влиянием повышенных температур. Негативное влияние оказывают случайные механические воздействия или некачественно выполненный монтаж.

В процессе работы оборудования наиболее часто происходит повреждение изоляции, вызывающее межвитковые замыкания обмоток, что существенно снижает передаваемую мощность. Токи утечки могут появиться в результате случайно созданных цепей, вплоть до возникновения короткого замыкания.

С целью предупреждения аварийных ситуаций, специалистами с помощью тепловизоров периодически проверяется вся действующая схема. Это позволяет своевременно устранить дефекты нарушения контактов, снижается перегрев оборудования. Наиболее сложные испытания и проверки проводятся в специальных лабораториях.

Трансформаторы — это устройства предназначенные для преобразования электроэнергии. Их основная задача — изменение значения переменного напряжения. Трансформаторы используются как в виде самостоятельных приборов, так и в качестве составных элементов других электротехнических устройств.

Достаточно часто трансформаторы используются при передаче электроэнергии на дальние расстояния. Непосредственно на электрогенерирующих предприятиях они позволяют существенно повысить напряжение, которое вырабатывается источником переменного тока.

Повышая напряжение до 1150 кВт, трансформаторы обеспечивают более экономную передачу электроэнергии: значительно снижаются потери электричества в проводах и появляется возможность уменьшить площадь сечения кабелей, используемых в линиях электропередач.

После того как трансформатор подсоединяют к источнику переменного тока в его первичная обмотка формирует переменный магнитный поток. По магнитопроводу он передается на витки вторичной обмотки, индуцируя в них переменную ЭДС (электродвижущую силу). При наличии устройства потребления в цепи вторичной обмотки возникает электрический ток.

Эта величина называется коэффициентом трансформации: Ктр=W1/W2=U1/U2 , где:

  • W1, W2 — количество витков первичной и вторичной обмоток соответственно;
  • U1,U2 — входное и выходное напряжения соответственно.

Обмотки могут быть расположены либо в виде отдельных катушек либо одна поверх другой. У маломощных устройств обмотки выполняются из провода с хлопчатобумажной или эмалевой изоляцией. Микро трансформатор имеет обмотки из алюминиевой фольги толщиной не более 20—30 мкм. В качестве изолирующего материала выступает оксидная пленка, полученная естественным окислением фольги.

ВИДЫ И ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформаторы — это достаточно широко распространенные устройства, поэтому существует множество их разновидностей. По конструктивному исполнению и назначению они делятся на:

Они имеют одну обмотку с несколькими отводами. За счет переключения между этими отводами можно получить разные показатели напряжения. К недостаткам следует отнести отсутствие гальванической развязки между входом и выходом.

Предназначены для преобразования импульсного сигнала незначительной продолжительности (около десятка микросекунд). При этом форма импульса искажается минимально. Обычно используется в цепях обработки видеосигнала.

Конструкция этого устройства предусматривает полное отсутствие электрической связи между первичной и вторичными обмотками, то есть обеспечивает гальваническую развязку между входными и выходными цепями. Используется для повышения электробезопасности и, как правило, имеет коэффициент трансформации равный единице.

Используется для управления полупроводниковыми электрическими устройствами типа тиристоров. Преобразует синусоидальное напряжение переменного тока в пикообразные импульсы.

Различают сухие устройства с естественным воздушным охлаждением в открытом, защищенном и герметичном исполнении корпуса и с принудительным воздушным охлаждением.

Устройства с жидкостным охлаждением могут использовать различные типы теплообменной жидкости. Чаще всего это масло, однако встречаются модели где в качестве теплообменного вещества используется вода или жидкий диэлектрик.

Кроме того производят трансформаторы с комбинированным охлаждением жидкостно-воздушным. При этом каждый из способов охлаждения может быть как естественным, так и с принудительной циркуляцией.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ

К основным техническим характеристиками трансформаторов можно отнести:

  • уровень напряжения: высоковольтный, низковольтный, высоко потенциальный;
  • способ преобразования: повышающий, понижающий;
  • количество фаз: одно- или трехфазный;
  • число обмоток: двух- и многообмоточный;
  • форму магнитопровода: стержневой, тороидальный, броневой.

Один из основных параметров — это номинальная мощность устройства, выраженная в вольт-амперах. Точные граничные показатели могут несколько различаться в зависимости от количества фаз и других характеристик. Однако, как правило, маломощными считаются устройства, преобразовывающие до нескольких десятков вольт-ампер.

Приборами средней мощности считаются устройства от нескольких десятков до нескольких сотен, а трансформаторы большой мощности работают с показателями от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт-ампер.

Рабочая частота – различают устройства с пониженной частотой (менее стандартной 50 Гц), промышленной частоты – ровно 50 Гц, повышенной промышленной частоты (от 400 до 2000 Гц) и повышенной частоты (до 1000 Гц).

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Трансформаторы получили широкое распространение, как в промышленности, так и в быту. Одной из основных областей их промышленного применения является передача электроэнергии на дальние расстояния и ее перераспределение.

Не менее известны сварочные (электротермические) трансформаторы. Как видно из названия, данный тип устройств применяется в электросварке и для подачи питания на электротермические установки. Также достаточно широкой областью применения трансформаторов является обеспечение электропитания различного оборудования.

В зависимости от назначения трансформаторы делят на:

Являются наиболее распространенным типом промышленного трансформатора. Применяются для повышения и понижения напряжения. Используется в линиях электропередач. По пути от электрогенерирующих мощностей до потребителя электроэнергия может несколько раз проходить через повышающие силовые трансформаторы, в зависимости от удалённости конкретного потребителя.

Перед подачей непосредственно на приборы потребления (станки, бытовые и осветительные приборы) электроэнергия претерпевает обратные преобразования, проходя через силовые понижающие трансформаторы.

Выносные измерительные трансформаторы тока используются для обеспечения работоспособности цепей учета электроэнергии защиты энергетических линий и силовых автотрансформаторов. Они имеют различные размеры и эксплуатационные показатели. Могут размещаться в корпусах небольших приборов или являться отдельными, габаритными устройствами.

В зависимости от выполняемых функций различают следующие виды:

  • измерительные — подающее ток на приборы измерения и контроля;
  • защитные — подключаемые к защитным цепям;
  • промежуточные — используется для повторного преобразования.

Они применяются для преобразования напряжения до нужных величин. Кроме того, такие устройства используются в цепях гальванической развязки и электро- радио- измерениях.

–>

© 2012-2019 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Трансформатор – это статическое электромагнитное устройство основное назначение, которого, 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.

Назначение и принцип действия трансформатора

Назначение и принцип действия трансформатора — это передача 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 = U 2 / I

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

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: Трансформатор. Принцип работы и советы конструкторам

Видео доступным языком объясняет работу трансформатора и даёт некоторые конструктивные советы

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)

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

Этот 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

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


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)

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

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

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 10001, 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.

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!

Типы трансформаторов тока, характеристики, стандарты и соответствие

Целью данного исследования является понимание роли, которую играет важнейший компонент в экосистеме электроснабжения — трансформаторы тока (ТТ) . Подробно обсуждаются принципы работы КТ, различные типы КТ, их различные применения и другие важные аспекты.

Введение в трансформаторы

Рис. Введение в трансформаторы тока

Трансформатор — это в основном пассивное электрическое устройство, которое работает по принципу закона электромагнитной индукции Фарадея, преобразуя электрическую энергию из одного значения в другое.Трансформаторы могут увеличивать или уменьшать уровни напряжения и тока источника питания без изменения частоты источника питания или количества передаваемой электроэнергии.

Трансформатор в основном состоит из двух намотанных электрических катушек провода — первичной и вторичной. Первичный блок подключен к источнику питания, а вторичный — к концу подачи питания. Эти две катушки не находятся в электрическом контакте друг с другом, а вместо этого намотаны вместе вокруг общей замкнутой магнитной железной цепи, называемой сердечником.Этот сердечник из мягкого железа не является твердым, а состоит из отдельных пластин, соединенных вместе, чтобы помочь уменьшить потери сердечника. Когда переменный ток проходит через первичную катушку, в сердечнике индуцируется магнитное поле, которое передает пропорциональное напряжение (или ток) во вторичную катушку.

Трансформаторы

можно в целом разделить на Силовые трансформаторы и измерительные трансформаторы в зависимости от их применения. В то время как силовые трансформаторы используются в передаче энергии, измерительные трансформаторы находят основное применение для измерения тока и напряжения .

Измерительные трансформаторы используются в системах питания переменного тока для измерения электрических величин, т. Е. Напряжения, тока, мощности, энергии, коэффициента мощности, частоты. Измерительные трансформаторы также используются с реле защиты для защиты энергосистемы. Измерительные трансформаторы бывают двух типов — трансформаторы тока и трансформаторы напряжения (или напряжения).

Что такое трансформатор тока?

Трансформатор тока (C.T.) — это тип измерительного трансформатора, который преобразует первичные токи в пропорциональные вторичные токи, соответствующие подключенным измерительным приборам. Технически они могут уменьшать или увеличивать переменный ток (AC). Однако на практике функция уменьшения широко применяется в измерительных приборах, таких как амперметры. Трансформаторы тока — это последовательно соединенные электромагнитные устройства, состоящие из железного сердечника, электрических пластин и медных катушек.

Рис: символ трансформатора тока

Что такое трансформатор потенциала (или напряжения)?

Трансформатор потенциала или напряжения (P.T.) — это тип измерительного трансформатора, который измеряет высокое напряжение на первичной обмотке путем понижения до измеримого значения. Технически они могут уменьшать или увеличивать первичное напряжение на вторичной стороне. Однако практическое применение трансформатора напряжения состоит в том, чтобы понизить напряжение до безопасного предельного значения, чтобы его можно было легко измерить с помощью обычного прибора низкого напряжения, такого как вольтметр, ваттметр или ваттметр.Они представляют собой приборные трансформаторы с параллельным подключением.

Рис. Символ трансформатора напряжения

Как работают трансформаторы тока?

Основной принцип трансформатора тока такой же, как описано выше. Когда через первичную обмотку протекает переменный ток, создается переменный магнитный поток, который затем индуцирует пропорциональный переменный ток во вторичной обмотке.

Рис. Принцип работы трансформаторов тока

Тем не менее, трансформаторы тока имеют важное различие в работе по сравнению с другими типами.ТТ обычно состоит из одного или нескольких витков в качестве первичной обмотки. Это может быть просто стержень или провод, пропущенный через отверстие (как на картинке выше). Или это может быть усиленный провод вокруг сердечника. Напротив, вторичная обмотка будет иметь большое количество витков, намотанных на многослойный сердечник из магнитного материала с низкими потерями.

Первичный ток контролируется независимой внешней нагрузкой, а вторичный ток имеет номиналы 1 А или 5 А, которые подходят для измерительных приборов.Важно, чтобы установка ТТ для измерения тока не влияла на работу первичной цепи.

Трансформаторы тока

в основном представляют собой понижающие трансформаторы, которые принимают на входе низкое напряжение (что означает низкое напряжение) и, следовательно, высокий ток. Таким образом, их также называют Трансформаторы тока низкого напряжения (LTCT) .

Рис: работа трансформатора тока и принципиальная схема

Важные характеристики трансформаторов тока

Коэффициент тока — Также известный как коэффициент витков (в общих чертах) — это отношение первичного тока к вторичному току.Это значение, очевидно, равно отношению количества витков первичной и вторичной катушек. Коэффициент тока трансформатора тока обычно высокий. Номинальные значения вторичного тока обычно составляют 5 А, 1 А и 0,1 А. Соответствующие номинальные значения тока на первичной обмотке варьируются от 10 А до 3000 А или более.

Рисунок: Коэффициент тока в трансформаторах тока Рисунок: Коэффициент тока в трансформаторах тока

Например, коэффициент передачи I p / 5A Трансформатор тока подает вторичный ток ( I с) 0-5A, который составляет пропорционально току, измеренному на первичной обмотке ( I p ).В случае ТТ 100/5 первичный ток в 20 раз больше, чем вторичный ток, поэтому, когда по первичному проводнику протекает 100 ампер, это приведет к току 5 ампер во вторичной обмотке.

Однако важно отметить, что номиналы трансформаторов тока 100/5 и 20/1 не совпадают, даже если их коэффициенты тока равны. Эти номинальные значения фактически представляют собой абсолютные значения «номинального входного / выходного тока».

Полярность — Полярность ТТ определяется направлением обмотки катушки вокруг сердечника ТТ (по часовой стрелке или против часовой стрелки) и способом вывода проводов, если они есть, из корпуса трансформатора.Все трансформаторы тока имеют вычитающую полярность. Соблюдение правильной полярности важно при установке и подключении трансформаторов тока к реле измерения мощности и защитных реле.

Класс точности — Класс точности описывает рабочие характеристики трансформатора тока и максимальную нагрузку на его вторичную цепь. В зависимости от класса точности трансформаторы тока подразделяются на точность измерения или точность реле (защитные трансформаторы тока).CT может иметь рейтинги для обеих групп.

Точность измерения CT может обеспечить высокоточное измерение тока в коротких диапазонах тока. В то время как ТТ точности реле предназначен для больших диапазонов тока, даже если точность меньше.

Класс точности ТТ указан на его этикетке или паспортной табличке. Он состоит из трех частей: номинального коэффициента точности, рейтинга класса и максимальной нагрузки.

Как правильно выбрать трансформатор тока?

Следующие параметры, которые необходимо оценить перед выбором подходящего трансформатора тока для приложения:

  • Напряжение цепи
  • Номинальный первичный ток
  • Номинальная нагрузка на вторичной стороне
  • Номинальный вторичный ток
  • Рейтинг класса точности

При выборе необходимо также учитывать профиль проводника и максимальную интенсивность первичной цепи.

Применение трансформатора тока

Две основные области применения трансформаторов тока — это измерение тока и защита . Они также используются для изоляции между силовыми цепями высокого напряжения и измерительными приборами. Это обеспечивает безопасность не только оператора, но и используемого конечного устройства. Рекомендуется применять трансформаторы тока на токи 40А и выше.

CT in Measurement — Измерительный трансформатор тока предназначен для непрерывного измерения тока.Они работают с высокой точностью, но в пределах номинального диапазона тока. Трансформаторы тока имеют первичную обмотку, на которую подается измеряемый ток. Измерительные приборы подключены к вторичной обмотке. Это позволяет использовать их в сочетании с измерительным оборудованием и продуктами для мониторинга мощности — от простых счетчиков электроэнергии до счетчиков качества электроэнергии , таких как:

  • Амперметры
  • Киловатт-метров
  • Единицы измерения
  • Реле управления

Пределы погрешности по току и сдвига фаз определяются классом точности.Классы точности: 0,1, 0,2, 0,5 и 1. Если входной ток превышает номинальный, измерительный трансформатор тока насыщается, тем самым ограничивая уровень тока в измерительном приборе. Материалы сердцевины для этого типа CT обычно имеют низкий уровень насыщения, например нанокристаллический.

Рис. Трансформаторы тока для измерительных приложений

Трансформаторы тока в системе защиты электропитания A Защитный трансформатор тока используется для уменьшения токов в энергосистемах, тем самым защищая их от неисправностей.Эти трансформаторы тока измеряют фактический ток на первичной стороне и создают пропорциональные токи во вторичных обмотках, которые полностью изолированы от первичной цепи. Этот дублирующий ток затем используется как вход для защитного реле, которое автоматически изолирует часть силовой цепи в случае неисправности. Поскольку изолирована только неисправная часть, остальная часть установки может продолжать нормально функционировать.

Рис. Защитные трансформаторы тока для приложений защиты мощности

Некоторые из важных сценариев применения, в которых устанавливаются ТТ:

  • Для управления высоковольтными электрическими подстанциями и электросетью
  • Для активации защитного реле в случае тока короткого замыкания и изоляции части или всей системы от основного источника питания
  • Коммерческий учет
  • Защита от замыканий на землю / Дифференциальная защита / Система защиты шин
  • Двигатель — генераторные установки
  • Панель управления
  • (панели VCB, AMF, APFC, MCC, PCC и реле) и приводы
  • Стандартный КТ для лабораторных целей
  • Тип проходного изолятора, масляный трансформатор трансформатора тока в силовом трансформаторе
  • Измерение тока, запись, мониторинг и управление

Типы трансформаторов тока

Рис. Типы трансформаторов тока LT

Первичная обмотка — В этом типе первичная обмотка физически соединена последовательно с проводником, измеряющим ток.Первичная обмотка имеет один виток и расположена внутри трансформатора. Трансформатор тока с проволочной обмоткой можно использовать для измерения токов в диапазоне от 1 А до 100 А.

Шина — В этом типе шина главной цепи сама действует как первичная обмотка с одним витком. Таким образом, трансформатор линейного типа имеет только вторичные обмотки. Сам корпус трансформатора тока обеспечивает изоляцию между первичной цепью и землей. Благодаря использованию масляной изоляции и фарфоровых вводов такие трансформаторы могут применяться при самых высоких напряжениях передачи.

Кольцевой тип — В этом типе трансформатор тока устанавливается над шиной или изолированным кабелем, а вторичная обмотка имеет только низкий уровень изоляции. Для получения нестандартных соотношений или для других специальных целей через кольцо можно пропустить более одного витка первичного кабеля. Сердечник обычно изготовлен из слоистой кремнистой стали, а обмотки — из меди.

Суммирование Суммирующие трансформаторы используются для сравнения релейных величин, полученных из тока в трех фазах первичной цепи.Это делается путем преобразования трехфазных количеств в однофазные. Линейные трансформаторы тока подключены к первичной обмотке вспомогательного трансформатора тока. Эти трансформаторы используются для обеспечения правильного функционирования релейных цепей.

Стандарты и соответствие

  • IS 61227, 2016
  • МЭК 61869, С-57
  • IS 2705 (Часть 1): 1992 для общих требований
  • IS 2705 (Часть 2): 1992 для измерительных трансформаторов тока
  • IS 2705 (Часть 3): 1992 для защитных трансформаторов тока
  • IS 2705 (Часть 4): 1992 для защитных трансформаторов тока специального назначения

Трансформаторы тока от КСИ

KS Instruments является ведущим игроком в разработке и производстве высокоточных трансформаторов тока LT для измерения и защиты. Продукты KSI CT выпускаются в корпусах с ленточной намоткой, литьем из пластмассы и корпусом из АБС-пластика. KSI предлагает широкий ассортимент каталожной продукции для удовлетворения любых потребностей. Эти продукты были проверены нашими клиентами на высокую эффективность, надежность и длительный срок службы.

Измерительный трансформатор тока может снизить высокий ток в панелях управления и панельных платах с заранее заданным соотношением, например 100: 1. Предлагаемый кольцевым типом, также называемым оконным типом, позволяет пропускать шины или кабели через ТТ и действовать как первичный для ТТ.Безопасный трансформатор тока с низкой нагрузкой в ​​ВА и защелкивающийся трансформатор делает его очень удобным в использовании при модернизации без отсоединения кабеля. Это позволяет сэкономить время простоя и потерю доходов, которые могут возникнуть из-за остановки завода во время установки трансформатора тока .

Защитные трансформаторы тока используются для активации защитного реле в случае тока короткого замыкания и изоляции части или всей системы от основного источника питания.

KS Instruments имеет группу экспертов по проектированию, которая может спроектировать и изготовить нестандартные компоненты для конкретных приложений трансформаторов тока .

Характеристики
  • Разработан в соответствии с IS-16227, C-57 или требованиями заказчика
  • Вторичный ток 5A или 1A
  • Первичный ток до 5000 А
  • Вторичная нагрузка от 1 ВА до 30 ВА
  • Могут быть предложены двойные передаточные числа
  • Высокая точность по запросу
  • Монтажная схема предлагается по запросу
  • Конструкционный стиль — Лента из стекловолокна, покрытая лаком, Лента с изоляцией из ПВХ, Литая смола, АБС или стекловолокно, литой
Сертификаты и разрешения
Описание теста Протестировано на Стандартный
1.Обычный тест

2. Кратковременный токовый тест

3. Испытание динамическим током

4. Тест на повышение температуры

Central Power Research
Institute Bengaluru
ИС-16227 Часть-1,2

МЭК 61869

ИС-2705

Ассортимент продукции KSI
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА ПЕРВИЧНОГО ИЗМЕРЕНИЯ НА ПАНЕЛИ
Первичный ток Вторичный ток Класс точности Выход (нагрузка)
от 1A до 200A 1A, 5A Или по требованию заказчика CL-5, CL-3, CL-1, CL-0.5, CL-0,2, CL-0,1, CL-0,5S, CL-0,2S от 1 ВА до 30 ВА
ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА ПЕРВИЧНОЙ ЗАЩИТЫ НА РАНЕ
Первичный ток Вторичный ток Класс точности Фактор предела точности (ALF) Выход (нагрузка)
от 1A до 200A 1A, 5A Или по требованию заказчика Стандарт — 5P, 10P, 15P

Special — PS и XPS

5, 10, 15, 20 и 30 от 1 ВА до 30 ВА
Рис. Трансформаторы тока с обмоткой

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА КОЛЬЦЕВОГО ТИПА
Первичный ток Вторичный ток Класс точности Выход (нагрузка) Мин. ID
от 50A до 5000A 1A, 5A Или по требованию заказчика CL-5, CL-3, CL-1, CL-0.5, CL-0,2, CL-0,1, CL-0,5S, CL-0,2S от 1 ВА до 30 ВА 30 мм

КОЛЬЦЕВОЙ ТИП ЗАЩИТНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА
Первичный ток Вторичный ток Класс точности Фактор предела точности (ALF) Выход (нагрузка) Мин. ID
от 50A до 5000A 1A, 5A Или по требованию заказчика Стандарт — 5П, 10П, 15П,

Special — PS и XPS

5, 10, 15, 20 и 30 от 1 ВА до 30 ВА 30 мм
Рис. Трансформаторы тока кольцевого типа

СУММИРУЕМЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА
Первичный ток Вторичный ток Класс точности Выход (нагрузка)
1А, 5А

Или по требованию заказчика

1A, 5A Или по требованию заказчика Для серии измерений: CL-1, CL-0.5, КЛ-0,2

Для защитных серий: 5П, 10П, 15П

от 1 ВА до 30 ВА
Рис: ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ И ЗАЩИТНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА КОЛЬЦЕВОГО ТИПА Рис. Список специальных серий LTCT Рис. Каталог продуктов KSI Карта сайта

Несмотря на широкий ассортимент продуктов Каталога KSI , в некоторых случаях для вашего приложения может потребоваться индивидуальное решение. При поддержке сильной группы разработчиков и собственного испытательного центра KSI может с легкостью предложить индивидуальные решения с низковольтными трансформаторами тока для решения ваших задач проектирования.
Не стесняйтесь сообщить нам свои индивидуальные требования, чтобы мы могли предложить свое решение!

Автор: Анурадха C

Являясь неотъемлемой частью команды по созданию контента в KS Instruments, Анурадха является корпоративным тренером в области ИТ / телекоммуникаций с более чем 18-летним опытом. Она работала на высших технических и управленческих должностях в Huawei и TCS более 10 лет

Трансформатор тока

Почти все защитные реле переменного тока в различных системах защиты срабатывают током, подаваемым трансформаторами тока.Это непростой способ измерить переменный ток большой величины амперметрами с малым диапазоном. А также реле должны быть рассчитаны на высокие токи, чтобы срабатывать при этих высоких переменных токах. Следовательно, трансформатор тока выполняет преобразование тока из сильных токов в измеримый диапазон токов. Конкретное применение трансформаторов тока связано с различными соображениями, такими как тип механической конструкции, соотношение первичного и вторичного токов, тип изоляции (масляная или сухая), тепловые условия, точность, тип обслуживания и т. Д.

Трансформаторы тока (ТТ)

Это тип преобразователя тока, который выдает ток во вторичной обмотке, пропорциональный по величине току, протекающему через первичную обмотку. Они используются для преобразования высоких токов от силовой цепи в измеримый диапазон токов приборов и устройств управления. Кроме того, они обеспечивают изоляцию амперметров, других измерительных приборов и устройств управления от силовых цепей высокого напряжения. Это самый дешевый и простой метод измерения тока, превышающий диапазон цифровых измерителей и лопастных измерителей с подвижной катушкой.

Первичная обмотка трансформатора тока состоит из одного или нескольких витков с большой площадью поперечного сечения и соединена последовательно с цепью, в которой должен измеряться ток. В трансформаторах тока стержневого типа первичная обмотка имеет только один виток, что означает, что сам проводник действует как первичная обмотка. Вторичная обмотка выполнена из большого количества витков тонкой проволоки с малой площадью поперечного сечения. Эта обмотка подключается либо к рабочей катушке реле, либо к катушке тока инструментов, как показано на рисунке.Очень часто трансформаторы тока конструируются таким образом, что вторичные клеммы выдают ток 5 А или 1 А при полном или номинальном первичном токе.

В начало

Принцип работы трансформаторов тока

Трансформатор тока работает аналогично обычному силовому трансформатору. ТТ в основном представляют собой повышающие трансформаторы напряжения, с другой стороны, это понижающие трансформаторы с учетом тока. Это связано с тем, что на стороне высокого напряжения ниже будет ток, а на стороне низкого напряжения ток выше.Когда первичная обмотка трансформатора тока находится под напряжением, амперные витки первичной стороны создают магнитное поле в сердечнике. Эта связь магнитного потока с вторичной обмоткой индуцирует ЭДС, и эта ЭДС управляет током во вторичной обмотке трансформатора тока. Ток во вторичной обмотке пытается уравновесить ампер-витки первичной обмотки. Следовательно, соотношение между первичной и вторичной обмоткой задается как

I1N1 = I2N2

I1 / I2 = N2 / N1

I1 / I2 = n

Это называется коэффициентом трансформации трансформатора тока.

Где I1 и I2 — ток первичной обмотки и ток вторичной обмотки соответственно.

N1 и N2 — витки первичной и вторичной обмоток соответственно, а

n — отношение витков вторичной обмотки к первичной.

Трансформатор тока

В качестве примера типичный трансформатор тока от 100 до 5 А имеет номинальное отношение одного витка первичной обмотки к 20 виткам вторичной обмотки или 1:20. Из приведенного выше уравнения, зная вторичный ток амперметра и соотношения тока, мы можем легко определить ток, протекающий через первичную обмотку, которая подключена к основной линии.В силовом трансформаторе первичный ток зависит от вторичного тока. Напротив, первичная обмотка трансформатора тока подключена напрямую последовательно с силовой цепью, а падение напряжения на ней очень мало, и, следовательно, первичный ток не зависит от вторичного тока.

Следует отметить, что вторичная обмотка ТТ не должна оставаться открытой, пока первичная обмотка находится под напряжением. Если вторичная обмотка остается открытой, вторичный ток становится равным нулю, но практически витки вторичной обмотки противоположны виткам первичной обмотки.Следовательно, не встречный первичный МДС создает большой магнитный поток в сердечнике, поскольку нет встречного вторичного МДС. Это приводит к большим потерям в сердечнике и, таким образом, увеличивает нагрев сердечника. Кроме того, это вызывает высокие ЭДС как на первичной, так и на вторичной стороне, что приводит к повреждению изоляции. Следовательно, очень важно, чтобы вторичная обмотка была подключена последовательно к токовым катушкам с низким сопротивлением прибора или просто закорочена. Кроме того, во избежание поражения электрическим током вторичная обмотка должна быть заземлена.На практике трансформаторы тока снабжены переключателем короткого замыкания на клеммах вторичной обмотки.

В начало

Конструкция трансформаторов тока

Конструкция трансформатора тока может быть намотанной или стержневой. ТТ с обмоткой аналогичен обычному двухобмоточному трансформатору. Первичная обмотка состоит из более чем одного полного витка или нескольких витков, намотанных на сердечник. Для трансформаторов тока низкого напряжения с обмоткой вторичные витки намотаны на бакелитовый каркас и с соответствующей изоляцией между ними, первичная обмотка непосредственно намотана на вершину вторичной обмотки.В зависимости от конструкции сердечника, это могут быть ТТ кольцевого, прямоугольного или оконного типа. В трансформаторе тока стержневого типа первичная обмотка представляет собой не что иное, как одиночный стержень, который проходит через центр сердечника, образуя одновитковую первичную обмотку.

Плотность магнитного потока, используемая в трансформаторах тока, намного меньше, чем у силовых трансформаторов. Поэтому материалы сердечника выбираются таким образом, чтобы они обеспечивали низкое сопротивление, низкие потери в сердечнике, а также работали с низкими плотностями магнитного потока. Поскольку кольцевые сердечники имеют меньше стыков и прочны, они обладают низким сопротивлением.Обычные материалы, используемые для сердечников, включают горячекатаную кремнистую сталь, холоднокатаную кремнистую сталь с ориентированным зерном и никелевые сплавы железа. Для высокоточного дозирования сердечник CT изготовлен из легированной стали очень высокого качества, называемой мукомольной мукой. Для обеспечения изоляции используются лак и ленточные материалы для малых линейных напряжений. Но для высоких линейных напряжений используются трансформаторы тока с компаундом или маслом. В случае трансформаторов тока, используемых при передаче более высоких напряжений, для изоляции между вторичными обмотками и проводниками высокого напряжения используется бумага, пропитанная маслом.Опять же, конструкция таких CT может быть как в живом, так и в мертвом баке.

Вернуться к началу

Типы трансформаторов тока

Трансформаторы тока подразделяются на различные типы в зависимости от таких факторов, как тип использования, напряжение в цепи, метод монтажа и т. Д. Некоторые из этих типов включают

Внутренние трансформаторы тока

Они обычно используются для цепей низкого напряжения и далее подразделяются на трансформаторы с обмоткой, стержневые и оконные трансформаторы.Как и обычный трансформатор, трансформатор с обмоткой имеет как первичную, так и вторичную обмотки. Они используются при очень низких отношениях тока, например, в суммирующих приложениях. Из-за более высоких значений силы тока первичной обмотки с помощью этих трансформаторов тока может быть достигнута высокая точность. ТТ стержневого типа состоит из первичного стержня, который является неотъемлемой частью ТТ с вторичными сердечниками. Точность трансформатора тока стержневого типа снижается из-за намагничивания сердечника, для которого требуется большая часть общего числа ампер-витков при низких номинальных токах.ТТ оконного типа устанавливаются вокруг первичного проводника (или линейного проводника), поскольку они не имеют первичной обмотки. Это наиболее распространенные трансформаторы тока, доступные в конструкциях со сплошным и разъемным сердечником. Перед установкой ТТ со сплошным окном первичный провод должен быть отключен, в то время как в случае разъемного сердечника его можно установить непосредственно вокруг проводника, не отсоединяя его.

трансформаторы тока

Вернуться к началу

Трансформаторы тока наружной установки

Они обычно используются для цепей с более высоким напряжением, таких как распределительные станции и подстанции.Эти трансформаторы тока снабжены изоляцией из масла или элегаза. По сравнению с маслонаполненными трансформаторами тока трансформаторы тока с элегазовой изоляцией легче по весу. Верхний бак подключен к первичному проводу, и поэтому они называются трансформаторами тока под напряжением. Втулки малого диаметра используются, потому что первичный проводник и резервуар имеют одинаковый потенциал. Этот бак установлен на изолирующей конструкции, как показано на рисунке. В основании вторичные клеммы расположены в клеммной коробке. Также в основании предусмотрена клемма заземления.

OutdoorCurrentTransformer

Для многоскоростных трансформаторов тока первичная обмотка имеет разъемный тип. Таким образом, на баке предусмотрены отводы для первичной обмотки. Используя эти трансформаторы, можно получить переменный коэффициент тока с отводами на первичной или вторичной обмотке. Когда применяется ко вторичной обмотке, рабочие ампер-витки изменяются, когда прикладываются к первичной обмотке, большая часть медного пространства остается неиспользованной, за исключением самого нижнего диапазона.

В начало

Втулочные трансформаторы тока

ТТ с проходным изолятором также похож на ТТ стержневого типа, в котором сердечник и вторичная обмотка установлены вокруг первичного проводника.Вторичная обмотка намотана на сердечник круглой или кольцевой формы, который устанавливается в высоковольтный ввод силовых трансформаторов, выключателей, генераторов или распределительных устройств. Проводник проходит через втулку, действующую как первичную обмотку, а сердечник расположен так, что окружает изолирующую втулку. Из-за меньшей стоимости трансформаторы тока с вводом в основном используются для реле в цепях высокого напряжения.

Вводные трансформаторы тока

В начало

Переносные трансформаторы тока

Это трансформаторы тока с высокой прецессией, используемые для высокоточных амперметров и анализаторов мощности.Это могут быть переносные трансформаторы тока с разъемным сердечником, гибкие и с фиксатором. Типичный диапазон измерения тока портативного трансформатора тока составляет от 1000 до 1500 А, а также эти трансформаторы тока обеспечивают изоляцию измерительных приборов от цепей высокого напряжения.

Переносные трансформаторы тока

В начало

Ошибки в трансформаторе тока

В идеальном трансформаторе тока соотношение первичного и вторичного тока точно равно отношению вторичного и первичного витков, а также токи в каждой обмотке дают равные миллисекунды в точном анти- фаза.Однако на практике коэффициент тока отличается от коэффициента передачи, а также существует определенный фазовый угол между ними от противостояния. Они называются ошибками соотношения и ошибками фазового угла. В случае трансформаторов тока, которые используются для высокоточного измерения и измерения, эти ошибки должны быть как можно меньше.

Рассмотрим векторную диаграмму трансформатора тока, показанную ниже,

, где

Io = ток холостого хода

Im = намагничивающая составляющая тока холостого хода

Ie = Ваттная составляющая тока холостого хода

Es и Ep = индуцированные напряжения во вторичной и первичной обмотках соответственно

Np и Ns = Количество витков в первичной и вторичной обмотках соответственно

Ip и Is = Первичный ток и вторичный ток

Rs = Сопротивления вторичной обмотки

Xs = Реактивное сопротивление вторичной обмотки

β = фазовая погрешность

n = коэффициент трансформации = N2 / N1

Для поддержания возбуждения железного сердечника трансформатор тока потребляет первичный ток.Этот ток возбуждения состоит из двух компонентов: намагничивающей составляющей и ваттной составляющей, как показано на рисунке. ЭДС, индуцированная во вторичной обмотке, передает вторичный ток через нагрузку и из-за собственного сопротивления и реактивного сопротивления вторичной обмотки вызывает падение напряжения во вторичной обмотке. В приведенном выше векторном изображении I2 относится к первичной обмотке (показано пунктирной линией), поэтому существует угол бета между первичным и вторичным токами.

Ошибка соотношения

В приведенном выше векторе I1 или первичный ток состоит из составляющей тока возбуждения.Следовательно, рассматривая треугольник OBC, мы можем получить фактическую ошибку соотношения в терминах компонентов вектора I2, Io (в свою очередь, это зависит от компонентов намагничивания и мощности) и I1. Кроме того, вторичный ток зависит от сопротивления и реактивного сопротивления обмотки, а также от коэффициента мощности нагрузки. Но номинальный или номинальный ток в точности равен отношению вторичного к первичному виткам. Следовательно, погрешность коэффициента трансформации трансформатора тока определяется как отклонение фактического коэффициента трансформации от номинального.

Ошибка по току или соотношению = (Номинальное отношение — Фактическое отношение) / Фактическое отношение

= (Kn — R) / R × 100%

Погрешность фазового угла

В идеальном трансформаторе тока вторичный ток должен смещаться точно на 180 градусов от первичного тока. Другими словами, между первичным током и обратным вторичным током должен быть нулевой фазовый угол. На приведенной выше векторной диаграмме обратный вторичный ток опережает первичный ток на определенный угол, следовательно, вносит фазовую ошибку.Если обратный вторичный ток отстает от первичного тока, сдвиг фаз отрицательный, тогда как он опережает, фазовый угол положительный.

Чтобы уменьшить эти ошибки в ТТ, ток возбуждения или ток холостого хода должен быть небольшим, а также малым углом нагрузки вторичной нагрузки. Для выполнения этих требований сердечник должен иметь низкие потери в сердечнике и низкое сопротивление, чтобы минимизировать ваттные и намагничивающие компоненты возбуждающего тока. Кроме того, уменьшение количества витков во вторичной обмотке и уменьшение импеданса вторичной обмотки приводит к минимуму этих ошибок.

Вернуться к началу

Применения трансформаторов тока

Трансформаторы тока используются в широком спектре приложений, начиная от управления энергосистемой и заканчивая точным измерением тока в промышленных, медицинских, автомобильных и телекоммуникационных системах. Некоторые из приложений включают

  • Расширение диапазона измерительных приборов, таких как амперметр, счетчик энергии, счетчики кВА, ваттметр и т. Д.
  • Дифференциальные системы защиты от циркулирующего тока.
  • Дистанционная защита в системах передачи электроэнергии.
  • Защита от перегрузки по току.

Вернуться к началу

Принцип работы и классификация — TechMoran

Трансформаторы тока являются важными компонентами энергосистемы. Трансформатор — это оборудование, которое использует электромагнитную индукцию для передачи электроэнергии из одной цепи при сохранении ее частоты. Основная функция этих электронных устройств — повышать и понижать напряжение.В этом руководстве будут рассмотрены основы трансформатора, такие как принцип его работы и классификации.

Что такое трансформатор тока?

Трансформаторы тока — это измерительные трансформаторы, используемые для понижения высоких значений тока до более низких значений. В электротехнике предполагается, что величины с высокими значениями часто вычисляются, и это то, что делают трансформаторы тока. Они делают это, изолируя приборы от высоких напряжений и токов.

Почему используются трансформаторы тока?

Трансформаторы тока в основном используются для измерения тока и контроля работы сети. Эти устройства оправданы по следующим причинам:

  • Они изолируют систему защиты от высоких напряжений и токов, что приводит к уменьшению размеров и стоимости защитного оборудования.
  • Поскольку выход этих устройств стандартный (1 А или 5 А), нет необходимости в защитном снаряжении.

Принцип работы трансформатора тока

Принцип действия трансформаторов тока основан на законе электромагнитной индукции.Напряжение внешней сети подается на первичную силовую обмотку и преодолевает ее полное сопротивление за определенное количество витков. Следовательно, возникает магнитный поток, захваченный магнитной цепью вокруг катушки, перпендикулярной направлению тока. Поэтому потери электрического тока при преобразовании незначительны.

Электродвижущая сила помогает стимулировать магнитный поток в точке встречи переключателей вторичной обмотки, если они расположены последовательно перпендикулярно.Поток тока возникает под управлением ЭДС, которая требуется для определения полного сопротивления катушки и выходной нагрузки. На источнике вторичной обмотки одновременно регистрируется падение напряжения.

Классификация трансформаторов тока

Трансформаторы тока классифицируются в зависимости от функции или конструкции. Вот краткое понимание:

Классификация на основе функций

Измерительный трансформатор тока относится к трансформаторам тока, используемым для цепей измерения и индикации.Одна из важных особенностей этих устройств — низкая точка насыщения. Следовательно, в случае неисправности подключенное к нему измерительное устройство не будет разрушено вторичной валютой, так как ядро ​​насыщается.

Защитный ТТ относится к трансформаторам тока, используемым вместе с защитными устройствами. Эти типы трансформаторов используются для определения токов короткого замыкания в системе и передачи их на реле. Они работают на токах, значения которых превышают номинальные. Следовательно, их точка насыщения высока.

Классификация на основе конструкции

  • Трансформаторы тока с обмоткой

Первичная обмотка этих трансформаторов физически соединена последовательно с проводником, по которому проходит измеряемый ток, протекающий в цепи.

  • Тороидальный трансформатор тока

Их также называют оконными трансформаторами. У этих трансформаторов тока нет первичной обмотки. Линия с током, протекающим в сети, проходит через окно в устройстве.Те, у которых есть «разъемный сердечник», можно открывать, устанавливать и закрывать, пока цепь все еще подключена.

  • Трансформаторы тока стержневого типа

В этих трансформаторах используется фактический кабель или шина главной цепи, например, первичная обмотка, равная одному витку. Они изолированы от высокого рабочего напряжения.

Важные советы при работе с лицензированными специалистами

При приеме на работу электрика проверьте, есть ли у него вся необходимая квалификация и небольшой опыт.Опытный электрик обеспечит вам высочайший уровень мастерства и найдет лучшие электрические решения, включая требования к трансформаторам тока.

Вы можете полагаться на рекомендации своих близких друзей при найме профессионального электрика, чтобы не тратить слишком много времени на собеседование с длинным списком потенциальных кандидатов.

В большинстве случаев неопытный электрик потратит больше времени на диагностику и устранение неисправности, чем опытный.Работа с качественным подрядчиком может привести к тому, что ваш ремонт будет завершен в течение дня и сделан правильно с первого раза.

Читатели 2110

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

Коротко о трансформаторах тока (ТТ)

Принцип действия

Вид панели и многофункционального ТТ в разрезе.

Трансформатор тока определяется как измерительный трансформатор, в котором вторичный ток по существу пропорционален первичному току (при нормальных условиях работы) и отличается по фазе от него на угол, который приблизительно равен нулю для соответствующего направления соединения.Это подчеркивает требования к точности трансформатора тока, но также важна изолирующая функция , что означает, что независимо от напряжения в системе вторичная цепь должна быть изолирована только для низкого напряжения.

Трансформатор тока работает по принципу переменного магнитного потока. В идеальном трансформаторе тока вторичный ток будет точно равен (умноженному на коэффициент трансформации) и противоположен первичному току.

Но, как и в трансформаторе напряжения, часть первичного тока или первичных ампер-витков используется для намагничивания сердечника, таким образом, остается меньше, чем фактический первичный ампер-виток, для преобразования во вторичные ампер-витки.Это, естественно, вносит ошибку в преобразование. Ошибка классифицируется на ошибку коэффициента текущей ликвидности и ошибку фазы .

Определения

Типичные термины, используемые для определения трансформатора тока:

Номинальный первичный ток

Значение тока, которое должно быть преобразовано в более низкое значение. При параллельном подключении ТТ нагрузка ТТ относится к первичному току.

Номинальный вторичный ток

Ток во вторичной цепи, на котором основаны рабочие характеристики ТТ.Типичные значения вторичного тока — 1 A или 5 A.

Номинальная нагрузка

Полная мощность вторичной цепи в вольт-амперах, выраженная при номинальном вторичном токе и определенном коэффициенте мощности.

Composite Error

Среднеквадратичное значение разницы между мгновенным первичным током и мгновенным вторичным током, умноженное на коэффициент трансформации, в условиях устойчивого состояния.

Фактор предела точности

Значение первичного тока, до которого ТТ компилируется с требованиями совокупной погрешности.Обычно это 5, 10 или 15, что означает, что суммарная погрешность ТТ должна находиться в указанных пределах при 5, 10 или 15-кратном номинальном первичном токе.

Кратковременная нагрузка

Значение первичного тока (в кА), которое ТТ должен выдерживать как термически, так и динамически без повреждения обмоток при коротком замыкании вторичной цепи. Указанное время обычно составляет 1 или 3 секунды.

Класс PS / X CT

В балансных системах защиты требуются трансформаторы тока с высокой степенью сходства по своим характеристикам.Этим требованиям соответствуют трансформаторы тока класса PS (X).

Их характеристики определяются с точки зрения напряжения точки перегиба (KPV), тока намагничивания (изображение) при напряжении точки перегиба или 1/2 или 1/4 напряжения точки перегиба и сопротивления вторичной обмотки трансформатора тока. обмотка исправлена ​​на 75С. Точность определяется числом оборотов.

Напряжение в точке излома

Точка на кривой намагничивания, где увеличение плотности магнитного потока (напряжения) на 10% вызывает увеличение силы (тока) намагничивания на 50%.

Суммирующий трансформатор тока

Когда токи в нескольких фидерах не нужно измерять по отдельности, а суммировать их на одном измерителе или приборе, можно использовать суммирующий трансформатор тока. Суммирующий трансформатор тока состоит из двух или более первичных обмоток, которые соединены между собой. суммируемые фидеры и одна вторичная обмотка, по которой подается ток, пропорциональный суммированному первичному току.

Типичное соотношение будет 5 + 5 + 5 / 5A, что означает, что три первичных фидера из 5 должны быть суммированы в один счетчик 5A.

ТТ балансировки сердечника (CBCT)

CBCT, также известный как ТТ нулевой последовательности, используется для защиты от утечки на землю и замыкания на землю. Концепция аналогична RVT. В КЛКТ трехжильный кабель или три одиночных жилы трехфазной системы проходят через внутренний диаметр трансформатора тока.

Когда система исправна, ток не течет во вторичной обмотке CBCT. При замыкании на землю остаточный ток (ток нулевой последовательности фаз) системы протекает через вторичную обмотку CBCT, и это приводит в действие реле.Чтобы спроектировать CBCT, необходимо указать внутренний диаметр CT, тип реле, настройку реле и первичный рабочий ток.

Промежуточные трансформаторы тока (ICT)

Промежуточные трансформаторы тока используются, когда коэффициент трансформации очень высок. Он также используется для корректировки смещения фаз для дифференциальной защиты трансформатора.

ИСТОЧНИК: Проектирование электрических подстанций Джеймс Берк

Основы трансформаторов тока в силовых цепях (теория и практика)

Ток и напряжение в силовых цепях

Если напряжение или ток в силовой цепи слишком высокая для прямого подключения измерительных приборов или реле, связь осуществляется через трансформаторы.Такие измерительные трансформаторы необходимы для создания уменьшенной копии входной величины с точностью, ожидаемой для конкретного измерения.

Краткое описание трансформаторов тока

Это стало возможным благодаря высокому КПД трансформатора. Во время и после больших мгновенных изменений входной величины форма волны может больше не быть синусоидальной, поэтому важны рабочие характеристики измерительных трансформаторов.

Многие системы защиты должны срабатывать во время переходных помех на выходе измерительных трансформаторов после отказа системы.Ошибки на выходе трансформатора могут задержать срабатывание защиты или вызвать ненужные операции.

Следовательно, функционирование таких трансформаторов необходимо проверить аналитически .

Содержание:

  1. Простая эквивалентная схема трансформатора тока
  2. Подключения трансформатора тока (первичный / вторичный)
    1. Ошибки
      1. Ошибка отношения тока или соотношения
      2. Ошибка фазы
    2. Предел суммарной точности
    3. Защитные трансформаторы тока
    4. Трансформаторы тока класса PX
    5. Обмотка трансформатора тока
      1. Обмотка первичной обмотки
      2. Втулка или стержень первичной обмотки
      3. Балансные трансформаторы тока с сердечником
      4. Суммирующие трансформаторы тока
      5. Трансформаторы тока с воздушными зазорами Обмотка
      6. 66 9010 Компоновка
        1. ТТ с завышенными размерами
        2. ТТ с защитой от остаточного тока
        3. Линейные трансформаторы тока
      7. Импеданс вторичной обмотки
      8. Номинальный ток вторичной обмотки
      9. Номинальный кратковременный ток
      10. Переходная характеристика тока Трансформатор nt
        1. Переходный процесс первичного тока
        2. Практические условия
      11. Гармоники во время переходного периода
      12. Испытательные обмотки

    1.Простая эквивалентная схема трансформатора тока

    Трансформатор может быть представлен эквивалентной схемой на Рисунке 1, где все величины относятся ко вторичной обмотке.

    Рисунок 1 — Эквивалентная схема трансформатора

    Когда трансформатор не имеет отношения 1/1, это состояние может быть представлено путем подачи питания на эквивалентную схему с помощью идеального трансформатора с заданным соотношением, но без потерь.

    Трансформаторы напряжения и тока для низких номинальных значений первичного напряжения или тока трудно различить.Для более высоких оценок обычны различия в конструкции. Тем не менее, основные различия между этими устройствами заключаются в способе их включения в цепь питания .

    Трансформаторы напряжения во многом похожи на трансформаторы малой мощности, отличаясь только деталями конструкции, которые позволяют регулировать точность передаточного отношения в указанном диапазоне выходных сигналов. Трансформаторы тока имеют первичные обмотки , соединенные последовательно с силовой цепью, а также последовательно с полным сопротивлением системы.

    Отклик трансформатора радикально отличается в этих двух режимах работы.

    Эта техническая статья объяснит все важные аспекты трансформаторов тока в приложениях измерения и защиты среднего и высокого напряжения.

    Вернуться к содержанию ↑


    2. Подключения трансформатора тока (первичный / вторичный)

    Первичная обмотка трансформатора тока соединена последовательно с силовой цепью, а полное сопротивление по сравнению с силовой цепью незначительно.

    Импеданс энергосистемы определяет ток, проходящий через первичную обмотку трансформатора тока. Это состояние можно представить, вставив полное сопротивление нагрузки, указанное через отношение витков, во входное соединение, показанное на рисунке 1 выше.

    Этот подход разработан на Рисунке 2 на числовом примере 300 / 5A CT , примененного к энергосистеме 11 кВ. Считается, что система имеет номинальный ток (300 А), а ТТ питает нагрузку 10 ВА.

    Рисунок 2 — Получение эквивалентной схемы трансформатора тока

    Исследование окончательной эквивалентной схемы на Рисунке 2 (c) с учетом типичных значений компонентов позволяет выявить все свойства трансформатора тока.

    Видно, что:

    1. На вторичный ток не влияет изменение импеданса нагрузки в значительном диапазоне.
    2. Вторичная цепь не должна прерываться, пока первичная обмотка находится под напряжением.Наведенная вторичная э.д.с. в этих условиях достаточно высок, чтобы представлять опасность для жизни и изоляции.
    3. Ошибки отношения и фазового угла можно легко вычислить, если известны характеристики намагничивания и полное сопротивление нагрузки.

    Вернуться к содержанию ↑


    2.1 Ошибки

    Общую векторную диаграмму для трансформатора напряжения (щелкните, чтобы увидеть) можно упростить, опустив детали, которые не представляют интереса при измерении тока.Взгляните на рисунок 3.

    Ошибки возникают из-за того, что перехватывает нагрузку с помощью возбуждающего импеданса . Это использует небольшую часть входного тока для возбуждения сердечника, уменьшая количество, передаваемое нагрузке.

    Итак, I s = I p — I e

    , где Ie зависит от Z e , возбуждающего импеданса и вторичной ЭДС. E s , определяется уравнением:

    E s = I s (Z s + Z b ) ,

    где: 5

      9
    • Z s = собственное сопротивление вторичной обмотки, которое обычно можно принять за резистивную составляющую R s только
    • Z b = полное сопротивление нагрузки
    Рисунок 3 — Векторная диаграмма трансформатора тока (относительно вторичной обмотки)

    Вернуться к содержанию ↑


    2.1.1 Ошибка по току или соотношению

    Это разница по величине между I p и I s и равна I r , компонент I e , который находится в фазе с I s .

    Вернуться к содержанию ↑


    2.1.2 Ошибка фазы

    Это представлено как I q , компонент I e в квадратуре с I s 90 и приводит к ошибке фазы Φ .

    Значения текущей ошибки и фазовой ошибки зависят от сдвига фазы между I s и I e , но ни текущая, ни фазовая ошибка не может превышать векторную ошибку I e . При умеренно индуктивной нагрузке, в результате чего I s и I e приблизительно совпадают по фазе, фазовая ошибка мала, и возбуждающий компонент почти полностью дает ошибку соотношения.

    Для компенсации этого часто используется уменьшение вторичной обмотки на один или два витка.

    Например, в ТТ, соответствующем рисунку 2, наихудшая погрешность из-за использования индуктивной нагрузки номинального значения будет около 1,2%. Если номинальное отношение витков составляет 2: 120 , удаление одного вторичного витка повысит выход на 0,83% , в результате чего общая погрешность по току составит -0,37% .

    Для нагрузки меньшего значения или другого коэффициента мощности нагрузки ошибка изменится в положительном направлении до максимального значения +0.7% при нулевой нагрузке; реактивное сопротивление утечки вторичной обмотки считается незначительным.

    Никакая соответствующая коррекция не может быть сделана для фазовой ошибки, но следует отметить, что фазовая ошибка мала для умеренно реактивных нагрузок.

    Вернуться к содержанию ↑


    2.2 Общая ошибка

    Это определено в IEC 61869 1 и 2 как среднеквадратичное значение. значение разницы между идеальным вторичным током и фактическим вторичным током.Он включает погрешности по току и фазе, а также влияние гармоник в возбуждающем токе.

    Класс точности измерительных трансформаторов тока показан в Таблице 1 и Таблице 2.

    Таблица 1 — Пределы погрешности ТТ для классов точности от 0,1 до 1,0

    .1 1 91 253 91 2525
    Класс точности % тока + / — Процентный ток
    (отношение) ошибка
    +/- Смещение фаз
    (минут)
    5 20 100 120 5 20 100 120 0,4 0,2 0,1 0,1 15 8 5 5
    0,2 0,75 0,35 30256 0,35 10 10
    0,5 1,5 0,75 0,5 0,5 90 45 30 30
    1,0 1,0 180 90 60 60

    Таблица 2 — Пределы погрешности ТТ для классов точности 3 и 5

    % 5 5 5
    Класс точности +/- погрешность тока (отношения),%
    50 120
    3 3 3
    5 5
    5 к оглавлению ↑


    2.3 Предел точности тока защиты Трансформаторы тока

    Защитное оборудование предназначено для реагирования на условия отказа, и по этой причине требуется, чтобы оно работало при значениях тока выше нормального.

    Трансформаторы тока с классом защиты должны сохранять разумную точность вплоть до наибольшего соответствующего тока. Это значение известно как « предельный ток точности » и может быть выражено первичными или эквивалентными вторичными терминами.

    Отношение тока ограничения точности к номинальному току известно как «коэффициент ограничения точности ».Класс точности трансформаторов тока защиты показан в Таблице 3.

    Таблица 3 — Пределы погрешности защитного ТТ для классов 5P и 10P

    Класс Погрешность по току при номинальном первичном токе

    (%)
    Сдвиг фаз при номинальном токе

    (минут)
    Суммарная погрешность при пределе номинальной точности

    первичный ток (%)
    5P +/- 1 +/- 60 5
    10P +/- 3 10
    Стандартные предельные коэффициенты точности: 5, 10, 15, 20 и 30

    Даже при том, что нагрузка на ТТ защиты всего лишь несколько ВА при номинальном токе, потребляемая мощность трансформатора тока может быть значительной при высоком предельном коэффициенте точности.Например, при предельном коэффициенте точности 30 и нагрузке 10 ВА от трансформатора тока может потребоваться подача 9000 ВА во вторичную цепь.

    В качестве альтернативы тот же трансформатор тока может подвергаться высокой нагрузке.

    Для максимальной токовой защиты и защиты от замыканий на землю с элементами с аналогичным потреблением ВА при настройке, элемент защиты от замыкания на землю электромеханического реле, установленный на 10%, будет иметь полное сопротивление в 100 раз больше, чем элементы максимальной токовой защиты, настроенные на 100%.

    Хотя насыщение релейных элементов несколько изменяет этот аспект вопроса, элемент замыкания на землю представляет собой серьезную нагрузку, и в этом случае ТТ, вероятно, будет иметь значительную ошибку соотношения.Поэтому применение компенсации витков к таким трансформаторам тока не имеет большого смысла.

    Обычно проще намотать трансформатор тока с витками, соответствующими номинальному коэффициенту.

    Трансформаторы тока часто используются для двойного режима измерения и защиты . Затем их необходимо классифицировать в соответствии с классом, выбранным из Таблицы 1, Таблицы 2 и Таблицы 3.

    Применяемая нагрузка составляет , общая нагрузка на приборы и реле составляет . Компенсация витков вполне может потребоваться для достижения характеристик измерения.Номинальные значения измерений выражаются в единицах номинальной нагрузки и класса, например 15 ВА Класс 0,5 .

    Степень защиты выражается в виде номинальной нагрузки, класса и предельного коэффициента точности, например 10 ВА Класс 10P10 .

    Вернуться к содержанию ↑


    2.4 Трансформаторы тока класса PX

    Классификация, приведенная в таблице 3, используется только для защиты от перегрузки по току. Класс PX — это определение в МЭК 61869 для квазипереходных трансформаторов тока, ранее подпадающих под класс X стандарта BS 7626, обычно используемых в схемах защиты устройств.

    В спецификациях дано руководство по применению трансформаторов тока для защиты от замыканий на землю, но для этого и для большинства других защитных приложений лучше ссылаться на непосредственно на максимальную полезную ЭДС. это может быть , полученный из CT .

    В этом контексте «точка перегиба» кривой возбуждения определяется как «точка, в которой происходит дальнейшее увеличение вторичной ЭДС на 10%. потребует увеличения возбуждающего тока на 50% ‘.

    См. Рисунок 4 ниже.

    Рисунок 4 — Определение точки перегиба кривой возбуждения

    Требования к проектированию трансформаторов тока для общих целей защиты часто выражаются в терминах ЭДС точки перегиба, тока возбуждения в точке перегиба (или другой заданной точке) и вторичной обмотки. сопротивление обмотки.

    Такие трансформаторы тока имеют обозначение Class PX .

    Вернуться к содержанию ↑


    2.5 Обмотка трансформатора тока

    Используется несколько схем обмотки трансформатора тока.Они описаны в следующих разделах.


    2.5.1 Тип обмотки первичной обмотки

    ТТ этого типа имеет обычные обмотки, образованные из медной проволоки, намотанной вокруг сердечника. Он используется для вспомогательных трансформаторов тока и многих трансформаторов тока с низким или средним коэффициентом передачи, используемых в распределительных устройствах с номинальным напряжением до 11 кВ.

    Рисунок 5 — Трансформатор тока с обмоткой в ​​первичной обмотке (трансформатор тока с обмоткой в ​​первичной обмотке с низким коэффициентом полезного действия, подходит для первичных токов от 2,5 до 100 А с выходами 5 А.Для использования с амперметрами, ваттметрами или преобразователями.)

    Вернуться к содержанию ↑


    2.5.2 Тип втулки или стержня первичной обмотки

    Многие трансформаторы тока имеют кольцевой сердечник , иногда составленный из кольцевых штамповок , но часто состоит из одной полосы, плотно намотанной в виде закрученной спирали. Распределенная вторичная обмотка образует тороид, который должен занимать весь периметр сердечника, оставляя небольшой зазор между начальным и конечным выводами для изоляции.

    Такие трансформаторы тока обычно имеют один концентрически расположенный первичный проводник, иногда постоянно встроенный в трансформатор тока и снабженный необходимой первичной изоляцией.

    В остальных случаях для этой цели используется ввод выключателя или силового трансформатора.

    При низких номинальных значениях первичного тока может быть трудно получить достаточный выходной сигнал с желаемой точностью. Это связано с тем, что требуется большая секция сердечника , чтобы обеспечить достаточный поток для индукции вторичной обмотки e.м.ф. в небольшом количестве витков и потому, что возбуждающие ампер-витки составляют большую часть имеющихся первичных ампер-витков.

    Эффект особенно заметен, когда диаметр сердечника был увеличен, чтобы соответствовать большим вводам сверхвысокого напряжения.

    Рисунок 6 — Трансформатор тока первичной обмотки (трансформатор тока с одним первичным витком и встроенным первичным проводником)

    Вернуться к содержанию ↑


    2.5.3 Трансформаторы тока с балансировкой сердечника

    Кольцевой тип является наиболее распространенным типом сердечника. трансформатор тока баланса (CBCT).Кабель проходит через центр трансформатора тока и, таким образом, образует первичную обмотку.

    Базовые трансформаторы тока баланса (CBCT) используются для , обеспечивая защиту от утечки на землю в энергосистеме . Они отличаются от обычных защитных и измерительных трансформаторов тока своими требованиями к рабочим характеристикам.

    В сетях с изолированной или компенсированной нейтралью токи утечки на землю малы и, как правило, намного меньше номинальных токов нагрузки.

    Такие токи утечки на землю не должны существовать в течение длительных периодов времени , поскольку они в конечном итоге вызывают нарушение изоляции на исправных фазах и впоследствии перерастают в межфазные или двухфазные замыкания на землю.

    Для защиты кабельных цепей и воздушных линий электропередачи с кабельными заделками обычно используются трансформаторы тока баланса . Как правило, достаточно включить контроль изоляции только для индикации появления утечки на землю, но не для отключения. Обслуживающий персонал в таких случаях
    сможет принять меры по переключению нагрузки на другие фидеры и отключению неисправных цепей для ремонта.

    Исключением из этого правила являются цепи, которые питают торфяные карьеры, рудники и аналогичные нагрузки, где из соображений безопасности разработана система защиты для отключения цепи в случае утечки на землю .

    КЛКТ изготавливаются с одним сердечником и одной вторичной обмоткой. Число витков вторичной обмотки не обязательно должно быть связано с номинальным током кабеля / фидера, поскольку вторичный ток не будет течь при нормальных условиях балансировки.

    Это позволяет выбрать количество вторичных витков, например t o Оптимизировать эффективный первичный ток срабатывания . Поэтому выбор соотношения должен быть оставлен на усмотрение производителя для получения наилучших возможных результатов.

    CBCT используются с подходящими реле для защиты от утечки на землю. CBCT охватывает 3 фазы, 3-жильный кабель или 3 одножильных кабеля.

    Рисунок 7 — Электропроводка ТТ с балансировкой сердечника: Трансформатор балансировки сердечника позволяет напрямую измерять остаточные токи (ток утечки на землю). Присутствие униполярного компонента имеет большое значение для неисправности земли. Этот компонент измеряется с помощью тороидального трансформатора, размещенного вокруг трех фаз + нейтраль или фаза + нейтраль (в соответствии с типом сети) или на соединении с землей. Если нет неисправности, векторная сумма этих токов равна нулю.Этот баланс нарушается при наличии тока утечки на землю. В это время векторная сумма токов больше не равна нулю, и эта разница измеряется тороидом.

    В нормальных условиях, то есть при отсутствии тока утечки на землю, вторичная обмотка КЛКТ не пропускает ток, так как в сердечнике отсутствует чистый магнитный поток.

    В случае утечки на землю чистый несимметричный ток создает магнитный поток в сердечнике CBCT, и ток течет через вторичную обмотку, вызывая срабатывание реле.Если параллельно используется более одного трехфазного кабеля, рекомендуется, чтобы отдельный CBCT на каждом кабеле был подключен к общему реле или для каждого CBCT было предусмотрено отдельное реле.

    Вернуться к содержанию ↑


    2.5.4 Суммирующие трансформаторы тока

    Суммирующая схема — это обмотка, используемая в измерительном реле или на вспомогательном трансформаторе тока для получения однофазного выходного сигнала , имеющего определенное соотношение ко входу трехфазного тока.

    Суммирующий трансформатор тока используется, когда токи в нескольких фидерах не нужно измерять по отдельности , а суммировать на одном измерителе или приборе . Суммирующий трансформатор тока состоит из двух или более первичных обмоток , которые подключены к фидерам для суммирования, и одной вторичной обмотки, которая питает ток, пропорциональный суммированному первичному току.

    Типичное соотношение будет 5 + 5 + 5 / 5A , что означает, что три первичных фидера из 5 должны быть суммированы в один счетчик 5A.

    Рисунок 8 — Суммирующий трансформатор тока

    Вернуться к содержанию ↑


    2.5.5 Трансформаторы тока с воздушным зазором

    Это вспомогательные трансформаторы тока, в сердечнике которых имеется небольшой воздушный зазор для создания выходного вторичного напряжения, пропорционального величина тока в первичной обмотке.

    Иногда называемый «трансформаторами» и «квадратурными трансформаторами тока» , эта форма трансформатора тока использовалась в качестве вспомогательного компонента в традиционных схемах защиты блока контрольных проводов, в которых выходы в несколько вторичных цепей должны оставаться линейными в течение и пропорциональна самому широкому практическому диапазону входных токов.

    Рисунок 9 — Трансформатор тока с воздушным зазором

    Вернуться к содержанию ↑


    2.6 Расположение обмоток ТТ

    ТТ для измерения линейных токов делятся на три типа.


    2.6.1 ТТ с завышенными размерами

    ТТ с завышенными размерами способны преобразовывать токи короткого замыкания с полным смещением без искажений . Как следствие, они очень большие. Они подвержены ошибкам из-за остаточного потока, возникающего, например, из-за прерывания сильных токов короткого замыкания.

    Вернуться к содержанию ↑


    2.6.2 Прерывистые трансформаторы тока

    Это разновидность трансформатора тока увеличенного размера с небольшими зазорами в магнитной цепи сердечника, что снижает возможный остаточный поток от приблизительно от 90% значения насыщенности до приблизительно 10%. Эти зазоры довольно малы, например, всего 0,12 мм, и поэтому характеристика возбуждения существенно не изменяется их присутствием.

    Однако результирующее уменьшение возможного остаточного потока сердечника ограничивает любые последующие d.c. отклонение потока в результате асимметрии первичного тока до пределов насыщения сердечника.

    Таким образом, ошибки преобразования тока значительно уменьшаются по сравнению с ошибками с сердечником без зазоров. Защита от переходных процессов Ток

    Трансформаторы включены в IEC 61869-2 как типы TPX, TPY и TPZ , и эта спецификация дает хорошее руководство по их применению и использованию.

    Вернуться к содержанию ↑


    2.6.3 Линейные трансформаторы тока

    «Линейный» трансформатор тока представляет собой еще более радикальное отличие от обычного трансформатора тока с твердым сердечником, поскольку он включает заметный воздушный зазор , например 7,5-10 мм.

    Как следует из названия, магнитное поведение стремится к линеаризации за счет включения этого зазора в магнитную цепь.

    Однако целью введения большего сопротивления в магнитную цепь является , чтобы уменьшить значение намагничивающего реактивного сопротивления .Это, в свою очередь, уменьшает вторичную постоянную времени ТТ, тем самым уменьшая коэффициент превышения размеров, необходимый для точного преобразования.

    На рисунке 10 показан трансформатор тока для использования в системах высокого напряжения.

    Рисунок 10 — Высоковольтный трансформатор тока Alstom OSKF от 72,5 кВ до 765 кВ

    Вернуться к содержанию ↑


    2.7 Импеданс вторичной обмотки

    Поскольку для обеспечения высоких значений вторичного тока может потребоваться защитный трансформатор тока, сопротивление вторичной обмотки должно быть сделано настолько низким, насколько это практически возможно.Также возникает вторичное реактивное сопротивление утечки, особенно в трансформаторах тока с обмоткой первичной обмотки, хотя его точное измерение затруднительно.

    Нелинейный характер магнитной цепи трансформатора тока затрудняет оценку определенного омического значения, представляющего вторичное реактивное сопротивление рассеяния .

    Однако обычно считается, что трансформатор тока имеет тип с низким реактивным сопротивлением, при условии, что преобладают следующие 4 условия:

    1. Сердечник является кольцевым без стыков (включая сердечники со спиральной намоткой).
    2. Вторичные витки по существу равномерно распределены по всей длине магнитной цепи.
    3. Первичный проводник (и) проходит приблизительно через центр отверстия сердечника или, если он намотан, приблизительно равномерно распределяется по всей длине магнитной цепи.
    4. Обмотки выравнивания магнитного потока, если они соответствуют требованиям конструкции, состоят по крайней мере из четырех параллельно соединенных катушек, равномерно распределенных по всей длине магнитной цепи, причем каждая катушка занимает один квадрант.

    В качестве альтернативы, если трансформатор тока не соответствует всем вышеперечисленным требованиям, может быть доказано, что он имеет низкое реактивное сопротивление . В этом случае суммарная погрешность, измеренная принятым способом, в 1,3 раза не превышает погрешность, полученную непосредственно из ВАХ вторичной обмотки.

    Вернуться к содержанию ↑


    2.8 Номинальный ток вторичной обмотки

    Выбор номинального тока вторичной обмотки во многом определяется нагрузкой на вторичную обмотку и стандартной практикой пользователя .Стандартные номинальные значения вторичного тока ТТ: 5A и 1A .

    Нагрузка при номинальном токе, создаваемая цифровыми или цифровыми реле или приборами, в значительной степени не зависит от номинального значения тока. Это связано с тем, что обмотка устройства должна развить заданное количество ампер-витков при номинальном токе, так что фактическое количество витков обратно пропорционально току, а полное сопротивление обмотки изменяется обратно пропорционально квадрату тока. рейтинг.

    Однако электромеханические или статические реле защиты от замыканий на землю могут иметь нагрузку, которая зависит от используемого отвода тока.

    Соединительные провода не обладают этим свойством, однако обычно имеют стандартное поперечное сечение независимо от номинала. Если провода длинные, их сопротивление может быть значительным, и результирующая нагрузка изменяется пропорционально квадрату номинального тока.

    Например, провод ТТ длиной порядка 200 метров , типичное расстояние для наружного распределительного устройства сверхвысокого напряжения, может иметь сопротивление контура приблизительно 3 Ом. Нагрузка в ВА вывода ТТ, если используется 5А CT , будет 75 ВА , к которой необходимо добавить нагрузку реле (возможно, до 10 ВА для электромеханического реле, но менее 1 ВА для цифрового реле ), что в сумме составляет 85ВА .

    Такая нагрузка потребовала бы, чтобы трансформатор тока был очень большим и дорогим, особенно если бы также применялся предельный коэффициент высокой точности .

    При номинальном токе вторичной обмотки трансформатора тока 1 А нагрузка на выводы снижается до 3 ВА, так что при той же нагрузке реле общая сумма становится максимум 13 ВА. Это может быть обеспечено трансформатором тока нормальных размеров, что приводит к экономии в размере, весе и стоимости.

    Следовательно, современные трансформаторы тока обычно имеют вторичные обмотки номиналом 1А. Однако, если номинал первичной обмотки высокий, скажем, выше 2000A , можно использовать трансформатор тока с более высоким номиналом вторичной обмотки, чтобы ограничить количество вторичных витков. В такой ситуации могут использоваться вторичные рейтинги 2A, 5A или, в крайнем случае, 20A .

    Вернуться к содержанию ↑


    2.9 Номинальный кратковременный ток

    Трансформатор тока перегружен при протекании токов короткого замыкания в системе и рассчитан на кратковременный ток. Стандартные времена, в течение которых трансформатор тока должен выдерживать номинальный кратковременный ток (STC), равны 0.25, 0,5, 1,0, 2,0 или 3,0 секунды .

    ТТ с определенным кратковременным номинальным током / временем выдерживает более низкий ток в течение более длительного времени обратно пропорционально квадрату отношения значений тока.

    Обратное, однако, не может быть допущено, и значения тока, превышающие номинальное значение STC, недопустимы в течение любой продолжительности, если это не оправдано новым рейтинговым испытанием для подтверждения динамической способности.

    Вернуться к содержанию ↑


    2.10 Переходный отклик трансформатора тока

    Когда изучается точность отклика в течение очень коротких интервалов, необходимо изучить, что происходит, когда первичный ток внезапно изменяется.

    Эффекты являются наиболее важными и впервые наблюдались в связи со сбалансированными формами защиты , которые могли срабатывать без необходимости, когда внезапно возникали токи короткого замыкания.

    Вернуться к содержанию ↑


    2.10.1 Переходный процесс первичного тока

    Энергосистема, без учета цепей нагрузки, в основном индуктивная, поэтому при коротком замыкании протекающий ток короткого замыкания определяется по формуле:

    где:

    • E p = пиковая система e.м.ф.
    • R = сопротивление системы
    • L = индуктивность системы
    • β = начальный фазовый угол, определяемый моментом возникновения короткого замыкания
    • α = угол коэффициента мощности системы = tan −1 ωL / R

    Первый член уравнения 6.1 представляет установившийся переменный ток, а второй — переходную величину, отвечающую за асимметричное смещение формы волны.

    i p — пиковый ток в установившемся режиме:

    Максимальный переходный процесс возникает, когда sin (α — β) и никакие другие условия не требуют проверки.Итак:

    Когда ток проходит через первичную обмотку трансформатора тока, реакцию можно проверить, заменив трансформатор тока эквивалентной схемой, как показано на рисунке 2 (b).

    Поскольку «идеальный» трансформатор тока не имеет потерь , он передает всю функцию, и весь дальнейший анализ может быть выполнен в терминах эквивалентных вторичных величин ( i s и I s ). Упрощенное решение можно получить, если пренебречь током возбуждения ТТ.

    Поток, развиваемый в индуктивности, получается путем интегрирования приложенной ЭДС. через временной интервал:

    Для эквивалентной схемы трансформатора тока напряжение — это падение на нагрузочном сопротивлении R b . Интегрируя по очереди для каждого компонента, пиковый поток в установившемся состоянии определяется как:

    Переходный поток определяется как:

    Следовательно, отношение переходного потока к значению установившегося состояния составляет:

    где X и R — значения реактивного сопротивления и сопротивления первичной системы.Сердечник ТТ должен переносить оба потока, так что:

    Термин (1 + X / R) был назван «переходным коэффициентом» (TF) , при этом поток сердечника увеличивается за счет этого коэффициент во время переходного асимметричного текущего периода. Из этого видно, что отношение реактивного сопротивления к сопротивлению энергосистемы является важной характеристикой при изучении поведения реле защиты.

    В качестве альтернативы, L / R — это постоянная времени первичной системы T , поэтому коэффициент переходного процесса TF можно записать:

    Опять же, fT — постоянная времени, выраженная в цикла а.c. величина T ’, так что:

    Это последнее выражение особенно полезно при оценке записи тока короткого замыкания, потому что постоянная времени в циклах может быть легко оценена и приводит непосредственно к переходному коэффициенту.

    Например, системная постоянная времени из трех циклов дает коэффициент переходного процесса (1 + 6π), или 19,85 . То есть, трансформатор тока должен будет обрабатывать почти в двадцать раз больше максимального потока, создаваемого в установившемся режиме.

    Приведенной выше теории достаточно, чтобы дать общее представление о проблеме.

    В этом упрощенном варианте обратное напряжение не применяется для размагничивания ТТ, поэтому поток будет нарастать, как показано на рисунке 11 .

    Рисунок 11 — Отклик ТТ с бесконечным импедансом шунта на переходный асимметричный первичный ток

    Поскольку ТТ требует конечного возбуждающего тока для поддержания потока, он не остается намагниченным (без учета гистерезиса) , и по этой причине Полное представление эффектов может быть получено только путем включения в расчет конечной индуктивности трансформатора тока.

    Реакция трансформатора тока на переходный асимметричный ток показана на Рисунке 12 ниже.

    Рисунок 12 — Реакция трансформатора тока на переходный асимметричный ток

    Let:

    • i s = номинальный вторичный ток
    • i ‘ s = фактический вторичный выходной ток
    • i e = возбуждающий ток

    , затем:

    i s = i e + i ‘ s

    также, где

    также, где

    , что дает для переходного периода:

    где:

    • T = постоянная времени первичной системы L / R
    • T 1 = постоянная времени вторичной цепи трансформатора тока L e / R b
    • I 1 = ожидаемый пиковый вторичный ток

    Вернуться к содержанию ↑


    2.10.2 Практические условия

    Практические условия отличаются от теории по следующим причинам:


    Причина № 1

    Не учитывалась вторичная утечка или индуктивность нагрузки . Обычно это мало по сравнению с L e , поэтому мало влияет на максимальный переходной поток.


    Причина № 2

    Железные потери не учитывались. Это приводит к уменьшению вторичной постоянной времени, но значение эквивалентного сопротивления является переменным, в зависимости от синусоидальной и экспоненциальной составляющих.

    Следовательно, он не может быть включен в какую-либо линейную теорию и слишком сложен для того, чтобы разработать удовлетворительную трактовку.


    Причина № 3

    Теория основана на линейной характеристике возбуждения. Это верно только приблизительно до точки изгиба кривой возбуждения .

    Точное решение, учитывающее нелинейность, невозможно.

    Решения искали путем замены кривой возбуждения несколькими хордами .Затем можно провести линейный анализ протяженности каждого хорды. Вышеупомянутой теории достаточно, чтобы дать хорошее представление о проблеме и позволить решить большинство практических вопросов.


    Причина № 4

    Эффект гистерезиса , кроме потерь, как описано выше в (Причина № 2), не учитывается. Гистерезис делает индуктивность различной для нарастания и затухания потока, так что вторичная постоянная времени является переменной.

    Кроме того, способность сердечника сохранять «остаточный» поток означает, что значение Φ B , полученное в уравнении выше, должно рассматриваться как приращение потока от любого возможного остаточного значения, положительного или отрицательного.Формула была бы разумной при условии, что приложенный переходный ток не вызывает насыщения.

    Точный расчет магнитного потока и тока возбуждения невозможен. Ценность исследования — объяснить наблюдаемые явления.

    Асимметричная (или постоянная) составляющая может рассматриваться как нарастание среднего потока за период, соответствующий нескольким циклам синусоидальной составляющей, в течение которого последняя составляющая вызывает колебания магнитного потока около переменного «среднего уровня», установленного бывший.Асимметричный поток перестает увеличиваться, когда возбуждающий ток
    равен полному асимметричному входному току, поскольку за пределами этой точки выходной ток и, следовательно, падение напряжения на нагрузочном сопротивлении отрицательны.

    Насыщение обеспечивает достижение точки равенства между током возбуждения и входным сигналом при более низком уровне магнитного потока, чем можно было бы ожидать из линейной теории .

    Когда экспоненциальная составляющая переводит трансформатор тока в насыщение, индуктивность намагничивания уменьшается, вызывая большое увеличение переменной составляющей i e .

    Полный ток возбуждения во время переходного периода имеет форму, показанную на Рисунке 13, а соответствующие результирующие искажения на выходе вторичного тока из-за насыщения показаны на Рисунке 14.

    Рисунок 13 — Типичный ток возбуждения ТТ во время переходного процесса асимметричный входной ток Рисунок 14 — Искажение вторичного тока из-за насыщения

    Наличие остаточного потока изменяет начальную точку переходного выброса потока на характеристике возбуждения.

    Сохранение одинаковой полярности переходного процесса снижает значение симметричного тока с заданной постоянной времени, которое трансформатор тока может преобразовывать без сильного насыщения.И наоборот, обратная остаточная намагниченность значительно увеличивает способность трансформатора тока преобразовывать переходный ток.

    Если бы трансформатор тока был линейным ненасыщаемым устройством, рассматриваемым в анализе, синусоидальный ток преобразовывался бы без потери точности.

    На практике изменение индуктивности возбуждения, вызванное переносом центра размаха магнитного потока в другие точки кривой возбуждения, вызывает ошибку, которая может быть очень большой. Влияние на измерение не имеет большого значения, , но для защитного оборудования, которое требуется для работы в условиях неисправности, влияние более серьезное .

    Выходной ток уменьшается во время переходного насыщения, что может препятствовать работе реле, если условия близки к настройке реле. Это не следует путать с повышенным среднеквадратичным значением. значение первичного тока из-за асимметричного переходного процесса, особенность, которая иногда компенсирует ошибку коэффициента увеличения.

    В случае сбалансированной защиты во время сквозных неисправностей погрешности нескольких трансформаторов тока могут различаться и приводить к несбалансированной величине, вызывая нежелательное срабатывание
    .

    Вернуться к содержанию ↑


    2.11 Гармоники во время переходного периода

    Когда требуется трансформатор тока для развития э.д.с. в установившемся режиме нелинейность импеданса возбуждения вызывает некоторое искажение формы выходного сигнала. Помимо тока основной гармоники, такой формы волны содержит только нечетные гармоники .

    Однако, когда ТТ насыщается в одном направлении и одновременно подвергается воздействию небольшого a.c. количество, как и в переходном состоянии, описанном выше, выходной сигнал содержит как нечетные, так и четные гармоники.

    Обычно гармоники с меньшим номером имеют наибольшую амплитуду, а составляющие второй и третьей гармоник могут иметь значительную величину. Это может повлиять на реле, чувствительные к гармоникам.

    Вернуться к содержанию ↑


    2.12 Испытательные обмотки

    Часто требуется совместное тестирование трансформаторов тока и оборудования, которое они питают, на месте.Однако может быть трудно пропустить ток подходящего значения через первичные обмотки из-за размера такого тока и во многих случаях из-за того, что доступ к первичным проводникам затруднен.

    Могут быть предусмотрены дополнительные обмотки для облегчения таких испытаний , и эти обмотки обычно рассчитаны на 10A .

    Испытательная обмотка неизбежно занимает значительное место, и ТТ стоит дороже. Это следует сопоставить с достигаемым удобством, и часто тесты могут быть заменены альтернативными процедурами.

    Вернуться к содержанию ↑

    Источники //

    1. Руководство по защите и автоматизации сети от (ex) Alstom Grid, теперь General Electric
    2. Базовый трансформатор тока от Loreme
    3. Трансформатор тока балансировки сердечника от Gilber and Maxwell transformers
    4. Electric Power Substations Engineering by James C. Burke

    Current Transformer — an overview

    34.3.1 Трансформаторы тока

    Трансформатор тока — это преобразователь тока, который подает сигнал тока, прямо пропорциональный по величине и фазе току, протекающему в первичной цепи. У него также есть еще одна очень важная функция: сигнал, который он производит, должен иметь потенциал земли по отношению к проводнику высокого напряжения. Первичная цепь трансформатора тока должна быть изолирована на том же уровне целостности, что и первичная изоляция системы. Для трансформаторов тока, используемых в системах высокого напряжения, изоляция первичной цепи составляет очень большую часть стоимости трансформатора.

    Трансформатор тока — единственный преобразователь тока, широко используемый в высоковольтных сетях. Последние разработки волоконно-оптических высоковольтных преобразователей тока перспективны, но высокая стоимость и сомнительная надежность ограничивают их применение. Однако нет никаких сомнений в том, что в будущих датчиках тока будет использоваться волоконно-оптическая технология.

    Трансформатор тока, как следует из названия, является трансформатором. Он почти всегда имеет форму сердечника кольцевого типа, вокруг которого намотана вторичная обмотка.

    Первичная обмотка обычно состоит из прямого стержня, проходящего через центр сердечника, который образует один виток первичной обмотки. Для малых первичных токов, обычно ниже 100 А, могут использоваться многооборотные первичные обмотки, состоящие из двух или более витков, чтобы получить на выходе достаточное количество ампер-витков для работы подключенного вторичного оборудования. Для использования при распределительных напряжениях сердечник и вторичная обмотка вместе с выводами вторичной обмотки обычно размещаются над изолятором проходного изолятора прямого высоковольтного проводника, который образует сегрегацию между высоковольтным проводом и землей.Заземленный экран обычно предусмотрен на внешней поверхности ввода, и трансформаторы тока размещаются над этим заземляющим экраном, чтобы гарантировать ограничение активности частичных разрядов высокого напряжения в воздушном зазоре между вводом и обмоткой трансформатора тока. Вторичные обмотки трансформатора тока обычно подключаются к электромагнитным реле. Как правило, они требуют высокого рабочего входа, что требует применения трансформаторов тока с высокой выходной мощностью (обычно 15 В-А). Более современная защита имеет твердотельную форму и требует гораздо более низкого рабочего сигнала, что позволяет снизить конструкцию трансформатора тока и снизить затраты.Вторичные обмотки трансформаторов тока обычно имеют номинал 1 или 5 А, хотя иногда используются другие номиналы.

    Там, где требуются длинные вторичные соединения между трансформатором и реле, вторичная обмотка 1 А является преимуществом для снижения нагрузки на свинец. Холоднокатаное кремнистое железо обычно используется в качестве материала сердечника для защитных трансформаторов тока, но там, где требуется высокая точность измерения, используется легированная сталь очень высокого качества, которую обычно называют «Mumetal».

    Для использования при более высоких напряжениях передачи необходимо встроить интегральную изоляцию в трансформатор тока между проводниками высокого напряжения и вторичными обмотками. Эта изоляция почти всегда выполняется в виде пропитанной маслом бумаги, хотя иногда используется газ SF 6 . Стоимость обеспечения герметичной газовой оболочки SF 6 обычно делает изолированные трансформаторы тока SF 6 неэкономичными.

    Существуют две основные формы конструкции трансформаторов тока с масляной пропиткой и бумажной изоляцией для напряжения передачи: с действующим резервуаром и с мертвым резервуаром.

    В корпусе под напряжением сердечник и обмотка размещаются на том же уровне, что и первичный проводник, проходящий через центр сборки. Ясно, что сердечник и обмотки должны иметь потенциал земли. Обычно они заключены в металлический корпус, имеющий длинную вертикальную металлическую трубку, через которую выводы вторичной обмотки проходят на базовый уровень. Этот корпус и вертикальная металлическая труба затем имеют очень много слоев бумаги, обернутых вокруг них, чтобы сформировать основную первичную изоляцию.Слои из алюминиевой фольги, регулирующие напряжение, наматываются между слоями бумаги, чтобы обеспечить равномерное распределение напряжения от потенциала земли на нижнем конце сборки до линейного потенциала на верхнем конце.

    Изолированный трансформатор тока в сборе затем помещается в изолятор, имеющий металлический верхний узел, через который проходит первичный проводник. Этот проводник электрически соединен с верхним узлом с одной стороны и изолирован с другой для предотвращения короткозамкнутого витка трансформатора тока.

    Перед установкой верхней крышки весь трансформатор в сборе помещается под вакуум на несколько дней, чтобы обеспечить полное удаление влаги из бумаги. Затем сборка заполняется под вакуумом высококачественным изоляционным маслом для предотвращения образования пузырьков воздуха. После заполнения трансформатора доверху он герметизируется. Для расширения и сжатия масла в его герметичном отсеке предусмотрена некоторая форма расширительного узла. Это может быть сильфон или герметичная азотная подушка.Трансформатор тока может также включать в себя индикатор уровня масла, позволяющий проверять потери масла, и систему обнаружения газа, позволяющую контролировать образование газообразных продуктов в результате частичного пробоя диэлектрика.

    В версии с мертвым баком сердечник и обмотки трансформатора тока размещаются внизу, заземление, конец сборки, а изоляция между первичной и вторичной обмотками в этом случае размещается вокруг проводника первичной обмотки высокого напряжения, а не узла сердечника и обмотки. .Центральная часть изолированного высоковольтного первичного проводника, на котором размещаются сердечник и обмотки, должна иметь потенциал земли. Изоляция первичного проводника высокого напряжения должна иметь градацию по обе стороны от сердечника и обмоток. Между слоями бумаги вставлены обертки из алюминиевой фольги, чтобы обеспечить необходимую градацию от потенциала земли в центральной части до линейного потенциала на обоих концах. Чтобы можно было разместить узел первичного проводника высокого напряжения в вертикальном изоляторе, узел изгибается «шпилькой».Изолированная бумага фактически наматывается на проводник, уже сформированный в эту форму шпильки. Затем ножки этого изолированного узла открываются, чтобы можно было надеть сердечник и обмотки.

    Готовая сборка проходит вакуумную обработку и заполняется маслом аналогично тому, как это описано для трансформатора тока с токоведущим резервуаром.

    Очень широко используются конструкции как с живыми, так и с мертвыми цистернами. Обе конструкции показаны на рис. 34.26 .

    Рисунок 34.26. Поперечное сечение трансформаторов тока с действующим резервуаром (a) и (b) трансформаторов тока с мертвым резервуаром

    Введение в трансформаторы тока (ТТ): Talema Group

    Трансформатор тока — это измерительный трансформатор, в котором вторичный ток в нормальных условиях эксплуатации по существу пропорционален первичному току и отличается от него по фазе на угол, который приблизительно равен нулю.

    Конструкция и испытания трансформаторов тока регулируются стандартом IEC 61869-2: 2012 (заменяет IEC 60044-1: 1996)

    Принцип действия трансформатора тока такой же, как и у силового трансформатора.Трансформатор тока имеет первичную и вторичную обмотки. Переменный ток, протекающий в первичной обмотке, индуцирует переменный ток во вторичной обмотке.

    Первичная обмотка может иметь один виток или небольшое количество витков, вторичная обмотка может иметь намного больше витков в зависимости от коэффициента трансформации. Номинальное преобразование — это отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному току.

    Ниже представлена ​​простая схема, показывающая однооборотную первичную обмотку 10 А и ТТ 1000 Т с номинальной нагрузкой R 100 Ом.

    Простая схема ТТ

    I p = 10
    I s = 10/1000 = 10 мА
    В b = 10 мА × 100 = 1 В

    Вторичная обмотка подключается к номинальному нагрузочному резистору, значение которого основано на требованиях к точности трансформатора тока.

    В идеальном трансформаторе тока ток во вторичной обмотке будет отражать фактический первичный ток без ошибки соотношения тока или сдвига фаз. Однако в нормальных условиях будет ошибка соотношения тока и сдвиг фаз между первичным и вторичным токами.

    Ошибка соотношения тока

    Ошибка соотношения тока, выраженная в процентах, определяется по формуле:

    Где:

    K n = Номинальная степень трансформации
    I p = Фактический первичный ток
    I с = Фактический вторичный ток при протекании Ip в условиях измерения

    Сдвиг фаз

    Сдвиг фаз — это разность фаз между векторами первичного и вторичного тока: θ = ошибка угла сдвига фаз, равная нулю для идеального трансформатора тока.

    Где:

    I 1 = первичный ток
    I 2 = вторичный ток
    N = вторичные витки
    I м = ток возбуждения
    I r = реактивная составляющая I м
    I w = потери в ваттах составляющая I м
    В = Вторичное напряжение
    R 2 = Нагрузка Ом
    θ = Ошибка угла сдвига фаз
    e = Ошибка соотношения тока

    Из диаграммы видно, что первичный ток I 1 отличается от вторичного I 2 по величине и фазовому углу.

    Угловая ошибка θ равна Sin-1 I r / I 1 и величина I 1 = √ {(I 2 N 2 + I w ) 2 + I r 2 }

    На практике угол настолько мал, что позволяет приближение:

    θ = I r / I 1 радиан и I 1 = I 2 N 2 + I w

    , т. Е. Текущая ошибка связана с составляющей потерь мощности, а фазовый угол пропорционален реактивной составляющей I r .

    Ошибка передаточного числа может быть исправлена ​​путем изменения передаточного числа витков, т.е. ± вторичные витки.

    P hase Угол не может быть скорректирован, так как он является функцией реактивной составляющей характеристик возбуждения сердечника

    Класс точности

    Класс точности — это обозначение, присваиваемое трансформатору тока, при котором погрешности остаются в установленных пределах при заданных условиях использования.

    Например, если класс точности трансформатора тока равен 1, то погрешность отношения будет составлять ± 1% при номинальном первичном значении.

    В случае измерительных трансформаторов тока класс точности обычно составляет 0,1, 0,2, 0,5 и 1

    Для классов 0,1, 0,2, 0,5 и 1 текущая погрешность и фазовый сдвиг не должны превышать значений, приведенных в таблице 201, когда вторичная нагрузка представляет собой любое значение от 25% до 100% номинальной нагрузки.

    Заключение

    Трансформаторы тока

    подходят для нескольких применений, и существует множество конструкций трансформаторов тока, подходящих для них. Мы обсудим эти различные типы трансформаторов тока во второй части этой серии статей.

    • Хью Бойл является старшим инженером-проектировщиком в Nuvotem Talema и работает в компании с 1986 года. До прихода в Nuvotem Хью работал инженером в British Telecom и Telecom Eireann, а также изучал телекоммуникационную инженерию города и гильдий в инженерном колледже Стоу в Глазго. , Шотландия.

      Просмотреть все сообщения

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.