Трансформатор схема: Принципиальная схема трансформатора тока

Содержание

Силовые трансформаторы 10(6)/0,4 кВ. Области применения разных схем соединения обмоток

Отсутствие у изготовителей и заказчиков чёткого представления о принципиальных отличиях свойств силовых трансформаторов малой мощности с разными схемами соединения обмоток приводит к ошибкам в их применении. Причём неправильный выбор схемы соединения трансформаторных обмоток не только ухудшает технические показатели электроустановок и снижает качество электроэнергии, но и приводит к серьёзным авариям.

Об этом напоминают нижегородские проектировщики Алевтина Ивановна Федоровская и Владимир Семенович Фишман, которые в своём материале акцентируют внимание на разнице в реакции трансформаторов на несимметричные токи, содержащие составляющую нулевой последовательности.

 

Алевтина Федоровская, технический директор

 

Владимир Фишман, главный специалист Группы компаний «Электрощит — ТМ — Самара» Филиал «Энергосетьпроект — НН — СЭЩ», г. Нижний Новгород

Схемы соединения обмоток и свойства трансформаторов

В соответствии с ГОСТ 11677-85 [1] силовые трансформаторы 10(6)/0,4 кВ мощностью от 25 до 250 кВА могут изготавливаться со следующими схемами соединения обмоток:

— «звезда/звезда» – Y/Yн;

— «треугольник–звезда» – D/Yн;

— «звезда–зигзаг» – Y/Zн.

Принципиальное отличие технических характеристик трансформаторов с различными схемами соединений обмоток заключается в разной реакции на несимметричные токи, содержащие составляющую нулевой последовательности. Это прежде всего однофазные сквозные короткие замыкания, а также рабочие режимы с неравномерной загрузкой фаз.

Как известно, силовые трансформаторы 6(10)/0,4 кВ имеют трёхстержневой стальной сердечник, на каждом стержне которого располагаются первичная и вторичная обмотки соответствующей фазы – А, В и С. Магнитные потоки трёх фаз в симметричных режимах работы циркулируют в стальном сердечнике трансформатора и за его пределы не выходят.

Что происходит при нарушении симметрии с преобладанием нагрузки одной из фаз на стороне 0,4 кВ? Такие режимы работы исследуются с использованием теории симметричных составляющих [2]. Согласно этой теории любой несимметричный режим работы трёхфазной сети представляется в виде геометрической суммы трёх симметричных составляющих тока и напряжения: это составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей.

Рассмотрим режим максимальной однофазной несимметрии – режим однофазного короткого замыкания (ОКЗ) на стороне 0,4 кВ трансформатора со схемой соединения обмоток D/Yн.

Картина токов симметричных составляющих в обмотках в этом режиме представлена на рис. 1. В неповреждённых фазах на стороне 0,4 кВ геометрическая сумма трёх симметричных составляющих тока равна нулю (рабочей нагрузкой фаз пренебрегаем), а в повреждённой фазе эта сумма максимальна и равна току ОКЗ. Его величина определяется известной формулой:

(1)

где Uл – линейное напряжение;

R1, R0, X1, Х0 – соответственно активные и реактивные сопротивления прямой и нулевой последовательности.


Сопротивление прямой последовательности

Сопротивления прямой последовательности R1 и X1 трансформаторов с разными схемами соединения обмоток определяются одними и теми же формулами и отличаются незначительно:

 

Заглянув в каталоги, нетрудно убедиться, что входящие в эти формулы известные величины Ркз и Uк от схем соединения обмоток трансформатора практически не зависят, а следовательно, от них не зависят и сопротивления прямой последовательности.

В отличие от этих сопротивлений, сопротивления нулевой последовательности трансформаторов с разными схемами соединения обмоток отличаются принципиально.

Сопротивления нулевой последовательности

Рассмотрим картину векторов токов и магнитных потоков в трансформаторе со схемой соединения обмоток D/Yн (рис. 2).

В таких трансформаторах токи прямой, обратной и нулевой последовательностей протекают как в первичной, так и во вторичной обмотках. При этом токи нулевой последовательности в первичной обмотке замыкаются внутри неё и в сеть не выходят. Создаваемые токами нулевой последовательности первичных и вторичных обмоток намагничивающие силы (ампер-витки) направлены встречно и почти полностью компенсируют друг друга, что обуславливает небольшую величину реактивных сопротивлений трансформатора. При этом сопротивления прямой и нулевой последовательностей приблизительно равны:

R1 = R0; Х1 = Х0.

В трансформаторах со схемой соединения обмоток Y/Zн в аналогичном режиме ОКЗ токи нулевой последовательности протекают лишь по вторичной обмотке трансформатора, однако магнитного потока нулевой последовательности они не создают, что объясняется особенностью схемы Zн – «зигзаг».

Эта особенность состоит в том, что на каждом стержне трансформатора расположено по одной вторичной полуобмотке двух разных фаз (рис. 3). В режиме ОКЗ намагничивающие силы, создаваемые токами нулевой последовательности в этих полуобмотках, направлены встречно и друг друга взаимно компенсируют. При этом токи нулевой последовательности в первичной обмотке отсутствуют. В таких трансформаторах сопротивления нулевой последовательности оказываются меньше сопротивлений прямой последовательности: R0 < R1; Х

0 < Х1.

 

Рис. 1. Токи симметричных составляющих в обмотках трансформатора в режиме однофазного короткого замыкания

IA21, IA22, IA20, IB21, IB22, IB20, IC21, IC22, IC20 – токи фаз А, В, С прямой, обратной и нулевой последовательностей вторичной обмотки;

IA11, IA12, IA10, IB11, IB12, IB10, IC11, IC12, IC10 – токи фаз А, В, С прямой, обратной и нулевой последовательностей первичной обмотки.

 

Рис. 2. Направления токов и магнитных потоков нулевой последовательности в трансформаторе со схемой соединения обмоток D/Yн

 

Рис. 3. Направления токов и магнитных потоков нулевой последовательности в трансформаторе со схемой соединения обмоток Y/Zн

Как следует из формулы (1), это обеспечивает большую величину тока ОКЗ у трансформаторов со схемами Y/Zн по сравнению с трансформаторами со схемами D/Yн.

Теперь обратимся к трансформаторам со схемой соединения обмоток Y/Yн. Как известно, в обмотках, соединённых в звезду без выведенной нулевой точки, токи нулевой последовательности протекать не могут. Поэтому в режиме ОКЗ токи этой последовательности протекают только во вторичной обмотке трансформатора.

Совпадающие по фазе магнитные потоки нулевой последовательности, создаваемые токами вторичной обмотки, выходят за пределы магнитного сердечника и замыкаются через металлический кожух трансформатора (рис. 4). Это определяет значительно большую величину сопротивлений нулевой последовательности таких трансформаторов:

R0 >> R1; X0 >> X1.

 

Рис. 4. Направления токов и магнитных потоков нулевой последовательности в трансформаторе со схемой соединения обмоток Y/Yн

Следует отметить, что в отличие от сопротивлений прямой последовательности трансформаторов, которые можно рассчитать, сопротивления нулевой последовательности трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Yн расчёту не поддаются. Их можно определить только экспериментально. Величина этих сопротивлений во многом зависит от конструкции кожуха трансформатора, от величины зазоров между сердечником и кожухом и т. п.

Схема замера сопротивлений нулевой последовательности приведена в ГОСТ 3484.1-88 [3]. К сожалению, в этом документе указано, что такие замеры предприятия-производители проводят по просьбе заказчиков. Вероятно, в последние годы таких просьб от заказчиков не поступает, а изготовители эти замеры самостоятельно не производят, считая, что в них нет необходимости. В результате проектировщики при выполнении расчётов пользуются старыми справочными данными. Однако использовать устаревшую информацию надо чрезвычайно осторожно, ведь конструкции современных трансформаторов, в частности кожухов, а также материалы, из которых они изготовлены, существенно изменились.

Кроме того, имеющиеся на сегодня данные по сопротивлениям нулевой последовательности трансформаторов крайне скудны и противоречивы. Так, согласно замерам Минского трансформаторного завода, выполненным много лет назад, реактивные сопротивления нулевой последовательности трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Yн превышают сопротивления прямой последовательности в среднем в 10 раз. В то же время в ГОСТ 3484.1-88 имеется фраза о том, что эти сопротивления могут отличаться на два порядка. И этим сегодня противоречия не исчерпываются [4].

Почему необходимо знать знать реальные значения сопротивлений

Реальные значения сопротивлений нулевой последовательности знать необходимо, поскольку они определяют величину тока ОКЗ. Чем больше эти сопротивления, тем меньше ток ОКЗ, соответственно труднее осуществить защиту трансформатора.

В нормальных режимах работы большие сопротивления нулевой последовательности при неравномерной загрузке фаз трансформатора на стороне 0,4 кВ приводят к ухудшению качества электроэнергии у потребителя.

Так, если принять R1 = R0, X1 = X0, что характерно для трансформаторов со схемами соединения обмоток D/Yн, то получим:

(2)

Таким образом, при этих условиях ток ОКЗ на выводах 0,4 кВ трансформатора будет равен току трёхфазного КЗ.

Однако, если R0>>R1 и X0>>X

1, что характерно для трансформаторов со схемами соединения обмоток Y/Yн, то величина тока ОКЗ оказывается значительно меньше тока трёхфазного КЗ, то есть Iокз << I3фкз. Какие при этом могут возникнуть трудности с защитой, особенно если она выполнена со стороны обмотки ВН предохранителями 6(10) кВ, можно показать на конкретном примере.

На рис. 5 изображена схема подключения трансформатора 100 кВА, 6/0,4 кВ питания собственных нужд (ТСН) ПС 110/35/6 кВ. На ПС с переменным оперативным током такие трансформаторы устанавливаются на ОРУ и подключаются к воздушному вводу, идущему от силового трансформатора к вводной ячейке ЗРУ-6(10) кВ. Защита трансформатора, включая кабель 0,4 кВ до щита 0,4 кВ, выполняется предохранителями 6 кВ. Токи КЗ в конце защищаемой предохранителями зоны – при вводе на щит 0,4 кВ приведены в табл. 1. Как из неё видно, минимальное значение тока КЗ через предохранители 6 кВ имеет место при однофазном замыкании на стороне 0,4 кВ.

Таблица 1. Токи короткого замыкания в конце защищаемой предохранителями зоны за трансформатором 100 кВА, 6/0,4 кВ, D/Yн при вводе на щит 0,4 кВ

 

 

Рис. 5. Схема подключения трансформатора 100 кВА, 6/0,4 кВ для питания собственных нужд ПС 110/35/6 кВ

Согласно существующим рекомендациям по условиям отстройки от броска тока намагничивания трансформатора мощностью 100 кВА номинальный ток предохранителей принимается равным Iн.пр = (2 ÷ 3) Iн.тр. В данном случае Iн.пр  2 ·10 А  20. Принимаем Iн.пр = 20 А.

Минимальный отключаемый ток предохранителем типа ПКТ-6 кВ, 20 А согласно каталожным данным составляет Iмин.откл.пр = 240 А, что значительно больше токов КЗ, приведенных в табл. 1.

Таким образом, защита предохранителями типа ПКТ 6 кВ оказывается нечувствительной. Более того, при протекании тока КЗ ниже минимально отключаемого, предохранитель не только не защищает оборудование, но и разрушается сам, вызывая аварию.

В качестве защитного аппарата можно рассмотреть возможность использования предохранителей зарубежных фирм, например марки Merlin Gerin. Номинальный ток предохранителя специалисты компании рекомендуют выбирать из условия Iпр.0,1с  12 Iном.тр. Пользуясь времятоковой зависимостью, приведенной в [5], определяем, что этому условию удовлетворяет предохранитель Fusarc c номинальным током 20 А, минимальный ток отключения которого равен 55 А. Казалось бы, этот предохранитель надёжно защищает электрооборудование, т. к. минимально отключаемый им ток меньше минимального тока КЗ: 62 А 55 А. Однако время отключения данным предохранителем тока КЗ, равного 62 А, составляет 7 с. При таком длительном времени необходимо учитывать эффект спада тока, вызванный увеличением активного сопротивления кабеля вследствие его нагрева [6]. В результате спада тока его значение приближается к минимальному току отключения предохранителя –55 А, что делает защиту ненадёжной.

Улучшить надёжность защиты можно путём применения силового трансформатора 6/0,4 кВ со схемой соединения обмоток Y/Zн. В этом случае минимальный ток короткого замыкания через предохранители увеличивается до 80 А, а время его отключения предохранителем сокращается до 0,6 с и защита становится достаточно надёжной.

Если же в рассмотренном примере будет применён трансформатор со схемой соединения обмоток Y/Yн, то минимальный ток КЗ через предохранители составит лишь 22 А. Очевидно, что защитить электрооборудование предохранителями 6 кВ при таком токе невозможно. Недостатки трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/Yн проявляются и в нормальных режимах работы при неравномерной загрузке фаз. Потери напряжения в более загруженной фазе могут резко возрасти по сравнению с менее загруженными фазами, особенно при большой загрузке трансформатора и низком cos j нагрузки.

Однако означает ли всё вышесказанное, что трансформаторы со схемой соединения обмоток Y/Yн не должны изготавливаться вообще? Представляется, что это не так. Не всегда большая величина сопротивления нулевой последовательности трансформатора является недостатком. Например, при применении трансформаторов более 1000 кВА может возникнуть проблема устойчивости однофазной коммутационной аппаратуры 0,4 кВ к току ОКЗ. В этом случае большая величина сопротивления нулевой последовательности трансформатора со схемой Y/Yн поможет решить эту проблему.

Что же касается защиты таких трансформаторов, то она решается с помощью релейной защиты и выключателя 6(10) кВ, а с низкой стороны – с помощью вводного автомата.

Выводы

Для трансформаторов малой мощности (от 25 до 250 кВА), защищаемых предохранителями со стороны ВН, безусловное преимущество имеет схема соединения обмоток Y/Zн. Несколько меньший эффект даёт схема D/Yн. Схему Y/Yн для таких трансформаторов применять не следует.

Схема соединения обмоток трансформаторов Y/Yн может применяться в сравнительно редких случаях для более мощных трансформаторов при необходимости ограничения тока однофазного КЗ с целью повышения устойчивости коммутационной аппаратуры.

Предприятиям-изготовителям силовых трансформаторов следует в обязательном порядке производить замеры их сопротивлений нулевой последовательности.

Литература

1. ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия.

2. Ульянов С. А. Короткие замыкания в электрических системах. – М.: Госэнергоиздат, 1952. – 280 с.

3. ГОСТ 3484.1-88 (СТ СЭВ 1070-78). Трансформаторы силовые. Методы электромагнитных испытаний.

4. Справочник по проектированию электроснабжения, линий электропередачи и сетей / Под ред. Большама Я. М., Круповича В. И., Самовера М. Л. и др. – М.: Энергия, 1975. – 696 с.

5. Каталог на предохранители Fusarc Merlin Gerin (стандарт DIN).

6. ГОСТ 28249-93. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчёта в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.


схема подключения и способы соединения обмоток

Что такое трехфазный трансформатор тока, схема подключения, конструкция и типы

В данной статье вы узнаете что такое трехфазный трансформатор тока, какие бывают его соединения, подробно опишем его конструкцию.

Описание трехфазного трансформатора

До сих пор мы рассматривали конструкцию и работу однофазного двухобмоточного трансформатора напряжения, который можно использовать для увеличения или уменьшения его вторичного напряжения по отношению к первичному напряжению питания. Но трансформаторы напряжения также могут быть сконструированы для подключения не только к одной однофазной, но и для двухфазных, трехфазных, шестифазных и даже сложных комбинаций до 24 фаз для некоторых выпрямительных трансформаторов постоянного тока.

Если мы возьмем три однофазных трансформатора и соединим их первичные обмотки друг с другом и их вторичные обмотки друг с другом в фиксированной конфигурации, мы можем использовать трансформаторы от трехфазного источника питания.

Трехфазные, также записанные как 3-фазные или 3φ источники питания, используются для выработки, передачи и распределения электроэнергии, а также для всех промышленных применений. Трехфазные источники питания имеют много электрических преимуществ по сравнению с однофазными, и при рассмотрении трехфазных трансформаторов нам приходится иметь дело с тремя переменными напряжениями и токами, различающимися по фазе на 120 градусов, как показано ниже.

Трехфазные напряжения и токи

Трансформатор не может действовать как устройство для изменения фазы и превращать однофазное в трехфазное или трехфазное в однофазное. Чтобы обеспечить совместимость трансформаторных соединений с трехфазными источниками питания, нам необходимо соединить их особым образом, чтобы сформировать конфигурацию трехфазного трансформатора.

Трехфазный трансформатор или 3φ трансформатор может быть сконструирован либо путем соединения вместе три однофазных трансформатора, тем самого образуя так называемый трехфазный трансформаторный блок, или с помощью одного предварительно собранного и сбалансированного трехфазного трансформатора, который состоит из трех пар однофазных обмоток, установленные на одном ламинированном сердечнике.

Преимущества создания одного трехфазного трансформатора в том, что при одинаковой номинальной мощности кВА он будет меньше, дешевле и легче, чем три отдельных однофазных трансформатора, соединенных вместе, поскольку медный и железный сердечник используются более эффективно. Способы подключения первичной и вторичной обмоток одинаковы, будь то использование только одного трехфазного трансформатора или трех отдельных однофазных трансформаторов. Рассмотрим схему ниже:

Трехфазные трансформаторные соединения

Первичная и вторичная обмотки трансформатора могут быть подключены в различной конфигурации, как показано выше, для удовлетворения практически любых требований. В случае трехфазных обмоток трансформатора возможны три формы подключения: «звезда», «треугольник» и «взаимосвязанная звезда».

Комбинации трех обмоток могут быть с первичным соединенным треугольником и вторичной соединенной звездой, или звезда-треугольник, звезда-звезда или треугольник, в зависимости от использования трансформаторов. Когда трансформаторы используются для обеспечения трех или более фаз, их обычно называют многофазным трансформатором .

Трехфазный трансформатор звезда и треугольник

Но что мы подразумеваем под «звездой» (также известной как тройник) и «треугольником» (также известной как сетка) при работе с трехфазными трансформаторными соединениями. Трехфазный трансформатор имеет три комплекта первичной и вторичной обмоток. В зависимости от того, как эти наборы обмоток связаны между собой, определяется, является ли соединение звездой или треугольником.

Три доступных напряжения, каждое из которых смещено друг от друга на 120 электрических градусов, не только определяют тип электрических соединений, используемых на первичной и вторичной сторонах, но и определяют поток токов трансформатора.

При подключении трех однофазных трансформаторов магнитный поток в трех трансформаторах различается по фазе на 120 градусов. С одним трехфазным трансформатором в сердечнике есть три магнитных потока, различающихся по фазе времени на 120 градусов.

Стандартный метод маркировки трехфазных обмоток трансформатора заключается в маркировке трех первичных обмоток заглавными (заглавными буквами) буквами A, B и C , которые используются для обозначения трех отдельных фаз КРАСНОГО, ЖЕЛТОГО и СИНЕГО (см. картинку ниже). Вторичные обмотки помечены маленькими (строчными буквами) буквами a, b и c. Каждая обмотка имеет два конца, обычно обозначенные 1 и 2, так что, например, вторая обмотка первичной обмотки имеет концы, которые будут обозначены как В1 и В2, в то время как третья обмотка вторичной обмотки будет обозначена с1 и с2, как показано ниже.

Символы обычно используются на трехфазном трансформаторе для обозначения типа или типов соединений, используемых в верхнем регистре Y для подключения звездой, D для подключения треугольником, звезды и Z для взаимосвязанных первичных обмоток звезды, со строчными буквами y, d и z для их соответствующих вторичных. Тогда звезда-звезда будет обозначаться как Yy, дельта-дельта будет обозначаться как Dd, а взаимосвязанная звезда и взаимосвязанная звезда будут Zz для однотипных подключенных трансформаторов.

Таблица идентификация обмотки трансформатора
СоединениеПервичная обмоткаВторичная обмотка
Треугольник (дельта)Dd
ЗвездаYy
ВзаимосвязанноеZz

Теперь мы знаем, что существует четыре различных способа соединения трех однофазных трансформаторов между их первичной и вторичной трехфазными цепями. Эти четыре стандартные конфигурации представлены как: Дельта-Дельта (Dd), Звезда-Звезда (Yy), Звезда-Дельта (Yd) и Дельта-Звезда (Dy).

Трансформаторы для работы под высоким напряжением со звездообразными соединениями имеют то преимущество, что снижают напряжение на отдельном трансформаторе, уменьшают необходимое количество витков и увеличивают размер проводников, делая обмотки катушек легче и дешевле для изолирования, чем дельта-трансформаторы.

Тем не менее, соединение треугольник-треугольник имеет одно большое преимущество перед конфигурацией звезда-треугольник, заключающееся в том, что если один трансформатор из группы трех должен выйти из строя или отключиться, два оставшихся будут продолжать выдавать трехфазную мощность с мощностью, равной приблизительно две трети первоначальной мощности трансформаторного блока.

Трансформатор дельта-дельта соединения

В дельта подключении ( Dd ) группа трансформаторов, напряжение линии V L равно напряжению питания V L= V S . Но ток в каждой фазной обмотке задается как: 1 / √ 3 × I L тока линии, где I L — ток линии.

Один из недостатков трехфазных трансформаторов, соединенных треугольником, состоит в том, что каждый трансформатор должен быть намотан для напряжения полной линии (в нашем примере выше 100 В) и для 57,7% линейного тока. Большее число витков в обмотке, вместе с изоляцией между витками, требует большей и более дорогой катушки, чем звездное соединение. Другим недостатком трехфазных трансформаторов, соединенных треугольником, является отсутствие «нейтрального» или общего подключения.

В схеме «звезда-звезда» ( Yy ) каждый трансформатор имеет одну клемму, соединенную с общим соединением, или нейтральную точку с тремя оставшимися концами первичных обмоток, подключенными к трехфазному сетевому питанию. Число витков в обмотке трансформатора для соединения «звезда» составляет 57,7% от требуемого для соединения треугольником.

Соединение звездой требует использования трех трансформаторов, и если какой-либо один трансформатор выйдет из строя или отключится, вся группа может быть отключена. Тем не менее трехфазный трансформатор со звездообразным соединением особенно удобен и экономичен в системах распределения электроэнергии, поскольку четвертый провод может быть подключен в качестве нейтральной точки ( n ) из трех вторичных проводов, как показано на рисунке.

Трансформатор звезда-звезда соединения

Напряжение между любой линии трехфазного трансформатора называется «линейное напряжение» V L , в то время как напряжение между линией и нейтральной точкой трансформатора с соединением звезда называется «фаза напряжения» V P . Это фазовое напряжение между нейтральной точкой и любым из подключений к линии составляет 1 / √ 3 × V L от напряжения сети. Тогда выше, напряжение фазы первичной стороны V P задается как:

Вторичный ток в каждой фазе группы трансформаторов соединенных «звездой» такое же, что и для линии тока питания, то I L= I S .

Тогда соотношение между линейными и фазовыми напряжениями и токами в трехфазной системе можно суммировать как:

СоединениеФазовое напряжениеЛинейное напряжениеФазный токЛиния тока
ЗвездаV P = V L ÷ √ 3V L = √ 3 × V PI P = I LI L = I P
ДельтаV P = V LV L = V PI P = I L ÷√ 3I L = √ 3 × I P

Где, опять же, V L — это напряжение между линиями, а V P — это напряжение между фазами и нейтралью на первичной или вторичной стороне.

Другими возможными соединениями для трехфазных трансформаторов являются звезда-треугольник Yd, где первичная обмотка соединена звездой, а вторичная обмотка соединена треугольником или треугольником Dy с первичным соединением первичной обмотки и вторичной обмоткой со звездой.

Трансформаторы с соединением треугольником и звездой широко используются при низком распределении мощности, при этом первичные обмотки обеспечивают трехпроводную сбалансированную нагрузку для коммунального предприятия, а вторичные обмотки обеспечивают требуемое нейтральное или заземляющее 4-проводное соединение.

Когда первичная и вторичная обмотки имеют разные типы соединений обмотки, звезда или треугольник, общее отношение витков трансформатора становится более сложным. Если трехфазный трансформатор подключен как дельта-дельта ( Dd ) или звезда-звезда ( Yy ), то трансформатор может иметь отношение витков 1: 1. То есть входные и выходные напряжения для обмоток одинаковы.

Однако, если 3-фазный трансформатор соединен звезда-треугольник, ( Yd ) каждое звездообразное соединение первичной обмотки будет получать напряжение фазы V P от источника, который равен 1 / √ 3 × V L .

Тогда каждая соответствующая вторичная обмотка будет иметь то же самое напряжение, индуцированное в ней, и, поскольку эти обмотки соединены треугольником, напряжение 1 / √ 3 × V L станет напряжением вторичной линии. Затем при соотношении витков 1: 1 трансформатор, подключенный по схеме звезда-треугольник, будет обеспечивать коэффициент линейного напряжения с понижением √ 3 : 1 .

Тогда для трансформатора, подключенного звезда-треугольник ( Yd ), отношение витков становится равным:

Аналогично, для дельта-звезда ( Dy ) соединенный трансформатор, с 1: 1 соотношением витков, трансформатор будет обеспечивать 1: √ 3 соотношение повышающего линейного напряжения. Тогда для трансформатора, соединенного треугольником-звезда, отношение витков становится равным:

Затем для четырех основных конфигураций трехфазного трансформатора мы можем перечислить вторичные напряжения и токи трансформатора по отношению к напряжению первичной линии, V L и его току первичной линии I L, как показано в следующей таблице.

Где: n равно числу витков трансформатора числа вторичных обмоток N S, деленной на число первичных обмоток N P . ( N S / N P ) и V L — линейное напряжение, при этом V P — это напряжение между фазой и нейтралью.

Пример трехфазного трансформатора

К первичной обмотке трансформатора 50 ВА, подключенного к треугольнику ( Dy ), подключено трехфазное питание 100 В, 50 Гц. Если трансформатор имеет 500 витков на первичной обмотке и 100 витков на вторичной обмотке, рассчитайте вторичные стороны напряжений и токов.

Приведенные данные: номинальный трансформатор, 50 ВА, напряжение питания, 100 В, первичные витки 500 , вторичные витки, 100.

Получается, что на вторичную сторону трансформатора подается линейное напряжение, V Lоколо 35 В, дающее фазное напряжение, V P 20 В при 0,834 Ампер.

Конструкция трехфазного трансформатора

Ранее мы уже говорили, что трехфазный трансформатор представляет собой три взаимосвязанных однофазных трансформатора на одном многослойном сердечнике, и можно достичь значительной экономии в стоимости, размере и весе, объединив три обмотки в одну магнитную цепь, как показано на рисунке.

Трехфазный трансформатор обычно имеет три магнитных цепи, которые чередуются, чтобы обеспечить равномерное распределение диэлектрического потока между обмотками высокого и низкого напряжения. Исключением из этого правила является трехфазный трансформатор типа корпусной. В конструкции типа корпусной, даже несмотря на то, что три ядра находятся вместе, они не переплетены.

Трехфазный трансформатор с сердечником является наиболее распространенным методом построения трехфазного трансформатора, позволяя фазам быть магнитно связанными. Поток каждой конечности использует две другие ветви для своего обратного пути с тремя магнитными потоками в сердечнике, создаваемыми линейными напряжениями, различающимися по фазе времени на 120 градусов. Таким образом, поток в сердечнике остается почти синусоидальным, создавая синусоидальное вторичное напряжение питания.

Конструкция трехфазного трансформатора с кожухом пятиступенчатого типа тяжелее и дороже в сборке, чем сердечник. Пятиконтактные сердечники обычно используются для очень больших силовых трансформаторов, так как они могут быть выполнены с уменьшенной высотой. Материалы сердечника трансформаторов типа корпусной, электрические обмотки, стальной корпус и охлаждение практически такие же, как и для более крупных однофазных типов.

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

Трехфазные трансформаторы

Электрическая энергия в промышленных масштабах не может передаваться в виде однофазного переменного тока. С этой целью успешно применяется трехфазный ток, а для его передачи используются трехфазные трансформаторы. Одним из способов трансформации трехфазного тока служит применение трех однофазных трансформаторов.

Соединение первичных и вторичных обмоток в этих устройствах осуществляется в одну из трехфазных систем – звезду или треугольник. Именно по этому принципу происходит работа мощных однофазных трансформаторов, которыми оборудуются крупные электростанции. Их первичные обмотки соединяются с соответствующими фазами генераторов, а вторичные обмотки, соединенные звездой, подключаются к соответствующим фазам линий электропередачи.

Принцип действия трехфазного трансформатора

Как видно из приведенной схемы, вместо трех однофазных устройств может быть использован один трехфазный трансформатор. В состав его магнитопровода входят три стержня, которые замыкаются ярмами сверху и снизу. На каждый стержень наматывается первичная и вторичная обмотка, соединяемые затем звездой или треугольником. Каждый стержень с обмотками по своей сути является однофазным трансформатором. Одновременно, он выполняет функцию отдельной фазы трехфазного трансформатора.

Под действием тока первичной обмотки во всех стержнях происходит появление магнитного потока. Следует учитывать принадлежность каждой такой обмотки к одной из фаз, входящих в трехфазную систему. Поэтому токи, протекающие по этим обмоткам, а также приложенные напряжения, относятся к трехфазным. Поэтому сформированные магнитные потоки тоже являются трехфазными.

Ранее считалось, что движение магнитного потока осуществляется по замкнутой траектории, то есть, проходя по стержню, он возвращается к его началу. В трехфазных трансформаторах такой обратный путь отсутствует, в нем просто нет необходимости, при условии одинаковой нагрузки фаз. Кроме того, отсутствует и необходимость нейтрального соединения в звезду.

Циркуляция каждого потока происходит лишь по собственному стержню. В конечном итоге все потоки сходятся в центральных частях верхнего и нижнего ярма. В этих точках получается геометрическое сложение этих потоков, сдвинутых между собой на величину угла 120 градусов. В результате, геометрическая сумма сложенных величин, окажется равной нулю. Следовательно, каждый магнитный поток проходит лишь по собственному стержню, обратного пути не имеет, а все три потока в сумме дают нулевое значение.

Движение потоков крайних фаз происходит не только по стержню. Оно захватывает половину каждого ярма. Поток в средней фазе будет проходить только по своему стержню. Поэтому значение токов холостого хода в фазах, расположенных по краям, всегда превышает аналогичное значение в средней фазе.

Как передается трехфазный ток

Первичным источником питания в большинстве случаев является электрическая сеть. Ее напряжение представлено в виде синусоиды с частотой 50 Гц. Однако в тех случаях, когда линии электропередачи обладают большой протяженностью, происходит излучение передаваемой энергии в окружающее пространство, что приводит к дополнительным потерям. Поэтому в цепях электропитания высокой мощности применяется трехфазное напряжение.

Для того чтобы уменьшить излучение, сумма напряжений на всех трех фазах в любое время должна быть равна нулю. С этой целью производится сдвиг синусоидального напряжения по фазе в каждом проводе относительно друг друга на 120 градусов. В таком состоянии передача электроэнергии может осуществляться в двух вариантах: с помощью четырех или трех проводов линии передачи. Условные схемы каждого варианта отображены на рисунке.

Четырехпроводная линия позволяет выдавать потребителю два вида напряжения: фазное (220 В) и линейное (380 В). Трехпроводная схема позволяет выдавать лишь линейные напряжения. Формирование линейного напряжения описывается с помощью векторной диаграммы напряжений фаз. При положительном чередовании фаз, они условно увеличиваются по часовой стрелке. Для соединения обмоток трехфазных трансформаторов используются два основных способа – звезда и треугольник.

Соединение звездой

Данный вид соединения рекомендуется рассматривать на примере схемы «звезда-звезда». В этом случае источник тока и нагрузка соединяются методом звезды.

На рисунке обозначение фазных напряжений, вырабатываемых вторичными обмотками трансформатора, выполнено символами UA, UB, и UC. От фазных обмоток до нагрузки идут проводники, выполняющие функцию линейных проводов. Следует учитывать наличие напряжения не только между нулевым и линейным проводами, но и между двумя линейными проводниками. Такое напряжение называется линейным и обозначается UAC или UCA.

Значение линейного напряжения всегда превышает фазное. Разница между ними составляет √3 раза, поскольку представляет собой векторную разность фазных напряжений. Таким образом, трехфазная линия электропередачи позволяет получить не только 380 В, но и 220 В, в зависимости от того по какой схеме включена нагрузка.

Соединение треугольником

Соединение вторичных обмоток в трехфазном трансформаторе треугольником будет выдавать одинаковое линейное и фазное напряжение, как и при соединении звездой, если напряжение составит 220 В. При одинаковом значении потребляемой мощности, линейные токи будут превышать фазные в √3 раза.

Трехфазная система напряжений представляет собой симметричную схему. Это означает, что и магнитная система, которую имеют все трехфазные трансформаторы, будет симметричной. Такая система очень сложная в изготовлении, поэтому широкое распространение получила плоская конструкция, в которой отсутствует центральный стержень. Необходимость в нем отпадает, поскольку сумма магнитных потоков здесь равна нулю.

Плоский вариант конструкции считается более технологичным и удобным при компоновке, хотя она и является несимметричной. Токи в крайних фазах заметно превышают ток в средней фазе, из-за чего нарушаются фазовые углы. Для ликвидации такой асимметрии сечение в верхнем и нижнем ярме увеличивается примерно на 10-15% по сравнению со стержнем. Однако, несмотря на принятые меры, некоторая асимметрия все равно остается.

Схема подключения трехфазного счетчика через трансформаторы тока

Понятие группы соединения обмоток трансформаторов, таблицы и схемы

Любой трансформатор, за исключением автотрансформатора, имеет минимум две обмотки: высокого и низкого напряжений. Также у трехфазных устройств каждая из обмоток состоит из трех частей (по числу фаз). Большое количество частей дает возможность множества вариантов включения. Чтобы избежать путаницы, все группы соединения обмоток трансформатора для трехфазных устройств стандартизированы и приведены к единой системе для безошибочного подключения устройств и возможности параллельной работы.

Понятие группы соединение обмоток трехфазного трансформатора

В трехфазных сетях используется два вида соединений: звезда и треугольник. При изготовлении конструкций может показаться, что существует всего четыре вида расположения обмоток:

  1. Звезда-звезда.
  2. Звезда-треугольник.
  3. Треугольник-звезда.
  4. Треугольник-треугольник.

На деле все обстоит сложнее, поскольку в каждом виде соединений (звезде или треугольники) части обмоток могут быть соединены по-разному. В качестве примера можно привести обычных двухобмоточный трансформатор. Если у такого устройства совпадают начала и концы обмоток, то сдвиг фаз будет равен 0. Разворот одной из обмоток даст сдвиг фаз 180 .

Также встречаются z-образные соединения обмоток (зигзаг). В таких конструкциях каждая из обмоток состоит из двух частей, расположенных на различных стержнях магнитопровода трансформатора.

Трехфазная сеть характеризуется сдвигом фаз одна относительно другой на 120 . Поэтому всего насчитывается 12 групп соединения. Каждая группа характеризуется определенным сдвигом одноименных фаз на входе и выходе трансформатора.

Условные обозначения и расшифровка

Группы маркируются числами от 0 до 11. Для удобства и стандартизации принято следующее:

  • однотипные соединения (∆/∆, Y/Y) имеют четные номера;
  • разнотипные соединения (∆/Y, Y/∆) – нечетные.

Трехфазные трансформаторы выполняются на стержневых магнитопроводах. Каждая из фаз располагается на отдельном стержне. Это во многом упрощает дальнейшую работу и согласование устройств между собой.

Если у трансформатора одинаковые фазы намотаны на одних стержнях, то группы соединений при этом называются основными (0, 6, 11, 5). Остальные группы – производные.

Так как минимальный сдвиг фаз может составлять 30 , то количество вариантов равно 12, что соответствует положениям стрелок часов. 0-е и 12-е положения совпадают. На основании этого говорят, что номер группы совпадает с положением часовой и минутной стрелок. Сдвиг фаз вычисляется просто:

Приняты следующие обозначения на электросхемах и устройствах:

  • Y, У – звезда;
  • Yн, Ун – звезда на стороне низкого напряжения;
  • Yо, Уо – звезда с нулевой точкой;
  • ∆, Д, D – треугольник;
  • ∆н, Дн, Dн – треугольник на стороне низкого напряжения.

Пример маркировки двухобмоточного трансформатора:

  • ∆/Yн – 11. Первичная обмотка треугольник, вторичная (понижающая) звезда. Сдвиг фаз 330 ;
  • Y/Yо -0. Обе обмотки соединены звездой, вторичная с выведенной нулевой точкой. Сдвиг фаз отсутствует.

Также на электрических схемах обмотки высокого напряжения (ВН) обозначают символами:

  • A,B, C – начало обмотки;
  • X, Y, Z – конец обмотки.

Аналогично для стороны низкого напряжения:

Подобным образом маркируются многообмоточные устройства, например:

Вместо нулевой группы может указываться двенадцатая, что совершенно равнозначно.

Как строятся векторные диаграммы

При построении векторных диаграмм надо запомнить правило, что сдвиг фаз меду фазами равняется 120 , то есть, при равенстве напряжений, концы векторов всегда будут образовывать равносторонний треугольник.

Наиболее просто составляется диаграмм для соединения звезда. В центре диаграммы ставится точка, которая соответствует объединенным концам обмоток. Из центра под углами 120 0 проводятся векторы фаз. Вертикально проводят вектор средней фазы.

Для треугольника начерно проводят линию, параллельную соответствующей фазы звезды, а от ее концов, соответственно, подсоединенные к ней оставшиеся две фазы. Должно соблюдаться условие – все стороны треугольника должны быть параллельны соответствующим фазам звезды. Искомыми векторами будут проведенные линии из центра треугольника к его вершинам.

Векторные диаграммы рисуются для высокой и низкой сторон, а затем совмещаются с единым центром. Угол между одинаковыми фазами будет показывать номер группы соединения, выраженный в часах.

Отсчет нужно брать от вектора высокого напряжения к низкому.

Таблица групп соединений

В таблице ниже представлены обозначения групп соединения и чередование фаз низкой и высокой сторон.

Группа соединенияОбозначениеЧередование фаз
Y/Y-0C, B, Ac, b, a∆/∆-0C, B, Ac, b, a1Y/∆-1C, B, Ac, b, a∆/Y-1C, B, Ac, b, a2Y/Y-2C, B, Ac, b, a∆/∆-2C, B, Aа, c, b3Y/∆-3C, B, Ab, a, с∆/Y-3C, B, Ab, a, с4Y/Y-4C, B, Ab, a, с∆/∆-4C, B, Ab, a, с5Y/∆-5C, B, Ac, b, a∆/Y-5C, B, Ac, b, a6Y/Y-6C, B, Ac, b, a∆/∆-6C, B, Ac, b, a7Y/∆-7C, B, Ac, b, a∆/Y-7C, B, Ac, b, a8Y/Y-8C, B, Aа, c, b∆/∆-8C, B, Ac, b, a9Y/∆-9C, B, Ab, a, с∆/Y-9C, B, Ab, a, с10Y/Y-10C, B, Ac, b, a∆/∆-10C, B, Ab, a, с11Y/∆-11C, B, Ac, b, a∆/Y-11C, B, Ac, b, a

Определение методом гальванометра

Существует несколько способов определить правильность подсоединения обмоток. Самый простой способ – использование вольтметра магнитоэлектрической системы. Его еще называют методом постоянного тока.

Для этого к концам проверяемой обмотки подключают измерительный прибор, а на другую обмотку подают постоянное напряжение. Отклонение стрелки в момент замыкания ключа покажет полярность подключения обмотки. Такие действия производятся для каждой обмотки.

Также можно воспользоваться простым вольтметром при подключении переменного напряжения. Для этого на одну из обмоток подают пониженное переменное напряжение, а остальные две обмотки соединяют последовательно и подключают к вольтметру. Отсутствие или слишком малые показания говорят о том, что обмотки включены встречно.

Проверка

Если известен коэффициент трансформации, то при помощи вольтметра можно определить номер основной группы соединения. Для этой цели подают напряжение на концы А и а или x и y и измеряют напряжения на выводах В-в и С-с при соединении звездой или B-y и C-z при соединении треугольником. Для проверки используют следующие соотношения:

Для исключения повреждения оборудования, возникновения аварийных ситуаций и травмирования, все измерения следует производить при низком напряжении, не включая оборудование в основную сеть предприятия.

Примеры групповых соединений обмоток

Государственным стандартом предусмотрены только две группы соединения обмоток:

Жесткая стандартизация позволяет исключить аварии и повреждения в результате неправильных подключений. К тому же, для трансформаторов одинаковой мощности и коэффициента трансформации становится возможным параллельное включение устройств.

Остальное количество соединений используется крайне редко в отдельных случаях при невозможности использования стандартного варианта.

Тип подключения должен быть оговорен в сопроводительной документации и продублирован на шильдике устройства.

Ошибочные обозначения

Ошибочные включения возникают при несоблюдении правил подключения концов. Это происходит в результате неправильной намотки или неправильном обозначении. В результате при включении устройства в трехфазную сеть, обмотки, включенные встречно, компенсируют магнитные потоки друг у друга, поэтому через них начинает протекать ток, ограниченный лишь активным сопротивлением обмоточного провода, что равносильно короткому замыканию.

Чтобы исключить случаи неправильного включения, рекомендуется после ремонта оборудования или перед включением неизвестных устройств тщательно проверить фазировку каждой обмотки несколькими методами для исключения возможных ошибок.

Уменьшить вероятность ошибки поможет предварительный расчет напряжений для измерений по методу вольтметра. Полученные данные служат ориентировочными значениями, на которые нужно обращать внимание при проведении последующих измерений.

Трехфазный трансформатор

Устройство 3 фазного трансформатора

Устроен трехфазный трансформатор преимущественно с стержневыми сердечниками. Если использовать три однофазных трансформатора, где каждый трансформатор имеет свою обмотку, а затем их объединить, как показано на рисунке где у них есть общий стержень, не имеющий обмоток то получится устройство трехфазного трансформатора. Принцип действия в том, что три стержня здесь объединены в общий «нуль». Через этот общий «0» будут проходить общие магнитные потоки, которые равные по величине, но по фазе сдвинутые на 1/3 периода, то сумма потоков будет равна «нулю» в произвольный момент времени. Если магнитный поток (Фа + Фb + Фс= 0), то общий стержень становиться ненужным.

Конструкция трехфазного трансформатора имеет всего три стержня расположенных в одной плоскости.

Принцип работы трёхфазного трансформатора, как и однофазного, базируется на законе электромагнитной индукции. При подключении к сети первичной обмотки, в ней начинает протекать переменный ток. Из-за него в сердечнике магнитопровода из стали появляется основной магнитный поток, который охватывает обмотки в каждой фазе. Ф — максимальное значение основного магнитного потока, Вб; W 1, W 2 — количество витков в первичной и вторичной обмотках соответственно.

Обмотки трехфазного трансформатора располагаются на каждом из стержней и включают для каждой фазы свои обмотки высшего и низшего напряжения. Ярмо сверху и снизу объединяет стержни трансформаторов.

Обмотки однофазных трансформаторов не чем не отличаются конструктивно от трех фазных.

Первичные обмотки трансформатора называются обмотками высшего напряжения (ВН) и обозначаются заглавными буквами, а вторичные обмотки называются обмтками низшего напряжения (НН) и обозначаются малыми буквами.

Детальный принцип работы 3- фазного трансформатора

Трехфазный ток можно трансформировать тремя совершенно отдельными однофазными трансформаторами. В этом случае обмотки всех трех фаз магнитно не связаны друг с другом: каждая фаза имеет свою магнитную цепь. Но тот же трехфазный ток можно трансформировать и одним трехфазным трансформатором, у которого обмотки всех трех фаз магнитно связаны между собою, так как имеют общую магнитную цепь.

Чтобы уяснить себе принцип действия и устройства трехфазного трансформатора, представим себе три однофазных трансформатора, приставленных один к другому так, что три стержня их образуют один общий центральный стержень (рис. 1). На каждом из остальных трех стержней наложены первичные и вторичные обмотки (на рис. 1 вторичные обмотки не изображены).

Предположим, что первичные катушки всех стержней трансформатора совершенно одинаковы и намотаны в одном направлении (на рис. 1 первичные катушки намотаны по часовой стрелке, если смотреть на них сверху). Соединим все верхние концы катушек в нейтраль О, а нижние концы катушек подведем к трем зажимам трехфазной сети.

Токи в катушках трансформатора создадут переменные во времени магнитные потоки, которые будут замыкаться каждый в своей магнитной цепи. В центральном составном стержне магнитные потоки сложатся и в сумме дадут ноль, ибо эти потоки создаются симметричными трехфазными токами, относительно которых мы знаем, что сумма мгновенных значений их равна нулю в любой момент времени.

Например, если бы в катушке АХ ток I, был наибольший и проходил в указанном на рис. 1 направлении, то магнитный поток был бы равен наибольшему своему значению Ф и был направлен в центральном составном стержне сверху вниз. В двух других катушках BY и CZтоки I2 и I3 в тот же момент времени равны половине наибольшего тока и имеют обратное направление по отношению к току в катушке АХ (таково свойство трехфазных токов). По этой причине в стержнях катушек BY и CZ магнитные по токи будут равны половине наибольшего потока и в центральном составном стержне будут иметь обратное направление по отношению к потоку катушки АХ. Сумма потоков в рассматриваемый момент равна нулю. То же самое имеет место и для любого другого момента.

Отсутствие потока в центральном стержне не означает отсутствия потоков в остальных стержнях. Если бы мы уничтожили центральный стержень, а верхние и нижние ярма соединили в общие ярма (см. рис. 2), то поток катушки АХ нашел бы себе путь через сердечники катушек BY и CZ, причем магнитодвижущие силы этих катушек сложились бы с магнитодвижущей силой катушки АХ. В таком случае мы получили бы трехфазный трансформатор с общей магнитною цепью всех трех фаз.

Так как токи в катушках смещены по фазе на 1/3 периода, то и создаваемые ими магнитные потоки также смещены во времени на 1/3 периода, т. е. наибольшие значения магнитных потоков в стержнях катушек следуют друг за другом через 1/3 периода.

Следствием сдвига по фазе магнитных потоков в сердечниках на 1/3 периода является такой же сдвиг по фазе и электродвижущих сил, индуктируемых как в первичных, так и во вторичных катушках, наложенных на стержнях. Электродвижущие силы первичных катушек почти уравновешивают приложенное трехфазное напряжение. Электродвижущие силы вторичных катушек при правильном соединении концов катушек дают трехфазное вторичное напряжение, которое подается во вторичную цепь.

Как обозначаются начала первичной обмотки трехфазного трансформатора

Все начала первичных обмоток трехфазного трансформатора обозначают большими буквами: А, В, С; начала вторичных обмоток — малыми буквами: а, Ь, с. Концы обмоток обозначаются соответственно: X, У, Z и х, у, z. Зажим выведенной нулевой точки при соединении звездой обозначают буквой О.

А, В, С – обозначают начало обмоток высшего напряжения, а буквы X, Y и Z означают конец этих обмоток.

Трансформаторы с «нулевой точкой» имеют выведенный конце под клемму обозначенный большой буквой О.

Аналогично обозначают концы обмоток низшего напряжения, но используют для этого строчные буквы х, у, z – это конец фазных обмоток, а, в, с их начало.

Соединение 3 — фазного трансформатора «звезда» и «треугольник»

Звезда и треугольник – это основные способы соединения обмоток 3 -х фазного трансформатора.

Соединяя свободные выводы трех обмоток между собой их начала, или концы образуют нейтральную точку. Остальные свободные зажимы подключаются к трехфазной нагрузке или входному напряжению, идущему на трансформатор от линии электропередач.

Соединение обмоток трансформатора в звезду

Соединение обмоток в треугольник происходит по принципу последовательного подключения, когда конец одной обмотки соединяется с началом другой, а конец второй обмотки соединяется с началом третей обмотки.

соединение в треугольник

Точки соединения обмоток подключаются внешние устройства. Обозначение выводов трехфазного трансформатора и их схемы подключения.

∆ — соединение обмоток трансформатора треугольником.

Y – соединение обмоток трансформатора звездой.

обозначение трехфазных трансформаторов

Соединение обмоток под чертой указывает на обмотки низшего напряжения, а над чертой высшего напряжения.

Цифра – указывает на угол между векторами ЭДС с 30° градусами угловых единиц.

Расшифровка обозначение указывает, что обмотки высшего в первом случае соединены звездой, низшего напряжения так же звездой. При этом обмотки низшего напряжения имеют подключенную «0» точку.

Сколько стержней должен иметь магнитопровод трехфазного трансформатора?

Трехфазные трансформаторы используются для питания трехфазных или двухфазных сетей, имеющих либо общий трехфазный магнитопровод , либо два или три отдельных магнитопровода стержневого типа.

По способу сборки в современных конструкциях как для однофазных, так и для трехфазных магнитопроводов преимущественное распространение получили шихтованные типы, как более надежные в эксплуатации, удобные в производстве, требующие менее сложного оборудования и приспособлений для сборки.

Где применяется трехфазный трансформатор

Трёхфазный трансформатор используется для преобразования напряжения и применяется как устройство в сфере электрификации промышленных предприятий и жилых помещений. Кроме того, 3 фазные трансформаторы незаменимы на судах, так как с их помощью осуществляется питание приборов различного номинала.

Видео: Принцип работы трансформатора

Трансформаторы могут получать переменный ток с одним напряжением и выдавать его с другим. Таким образом, они служат для повышения эффективности передачи электроэнергии на большие расстояния. В данном видео мы рассмотрим принцип работы и конструкцию простейшего устройства трехфазного трансформатора.

Видео: Что такое звезда и треугольник в трансформаторе

Трансформирование трехфазного тока и схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов

Рис. 1.20. Трансформаторная группа (а) и трехфазный трансформатор (б)

Трансформирование трехфазной системы напряжений можно осуществить тремя однофазными трансформаторами, соединенными в трансформаторную группу (рис. 1.20, а). Однако относительная громоздкость, большой вес и повышенная стоимость — недостаток трансформаторной группы, поэтому она применяется только в установках большой мощности с целью уменьшения веса и габаритов единицы оборудования, что важно при монтаже и транспортировке трансформаторов.

Рис. 1.21. Трехстержневой магнитопровод и векторные диаграммы

В установках мощностью примерно до 60000 кВ-А обычно применяют трехфазные трансформаторы (рис. 1.20, б), у которых обмотки расположены на трех стержнях, объединенных в общий магнитопровод двумя ярмами (см. рис. 1.2). Но полученный таким образом магнитопровод является несимметричным: магнитное сопротивление потоку средней фазы ФВменьше магнитного сопротивления потокам крайних фаз ФАи Фс (рис. 1.21, а).

Так как к первичным обмоткам трехфазного трансформатора подводится симметричная система напряжений и то в магнитопроводе трансформатора возникают магнитные потоки и , образующие также симметричную систему (рис. 1.21, 6). Однако вследствие магнитной несимметрии магнитопровода намагничивающие токи отдельных фазовых обмоток не равны: намагничивающие токи обмоток крайних фаз ( и ) больше намагничивающего тока обмотки средней фазы . Кроме того, токи и оказываются сдвинутыми по фазе относительно соответствующих потоков и на угол α. Таким образом, при симметричной системе трехфазного напряжения, подведенного к трансформатору, токи х.х. образуют несимметричную систему (рис. 1.21, в).

Для уменьшения магнитной несимметрии трехстержневого магнитопровода, т.е. уменьшения магнитного сопротивления потокам крайних фаз, сечение ярм делают на 10—15% больше сечения стержней, что уменьшает их магнитное сопротивление. Несимметрия токов х.х.трехстержневого трансформатора практически не отражается на работе трансформатора, так как даже при небольшой нагрузке различие в значениях токов , и становится незаметным.

Таким образом, при симметричном питающем напряжении и равномерной трехфазной нагрузке все фазы трехфазного трансформатора, выполненного на трехстержневом магнитопроводе, практически находятся в одинаковых условиях. Поэтому рассмотренные выше уравнения напряжений, МДС и токов, а также схема замещения и векторные диаграммы могут быть использованы для исследования работы каждой фазы трехфазного трансформатора.

Обмотки трехфазных трансформаторов принято соединять по следующим схемам: звезда; звезда с нулевым выводом; треугольник; зигзаг с нулевым выводом. Схемы соединения обмоток трансформатора обозначают дробью, в числителе которой указана схема соединения обмоток ВН, а в знаменателе — обмоток НН. Например, Y/A означает, что обмотки ВН соединены в звезду, а обмотки НН — в треугольник.

Рис. 1.22. Соединение обмоток в зигзаг

Соединение в зигзаг применяют только в трансформаторах специального назначения, например в трансформаторах для выпрямителей (см. § 5.2). Для выполнения соединения каждую фазу обмотки НН делят на две части, располагая их на разных стерж­нях. Указанные части обмоток соединяют так, чтобы конец одной части фазной обмотки был присоединен к концу другой части этой же обмотки, расположенной на другом стержне (рис. 1.22, а). Зигзаг называют равноплечным, если части обмоток, располагаемые на разных стержнях и соединяемые последовательно, одинаковы, и неравноплечными, если эти части неодинаковы. При соединении в зигзаг ЭДС отдельных частей обмоток геометрически вычитаются (рис. 1.22, б).

Выводы обмоток трансформаторов принято обозначать следующим образом: обмотки ВН — начало обмоток А, В, С, соответствующие концы X, Y, Z; обмотки НН — начала обмоток а, Ь, с, соответствующие концы х, у, z.

При соединении обмоток звездой линейное напряжение больше фазного ( ), а при соединении обмоток треугольником линейное напряжение равно фазному (Uл = Uф ).

Отношение линейных напряжений трехфазного трансформатора определяется следующим образом:

Схема соединения обмотокY/Y∆/Y∆/∆Y/∆
Отношение линейных напряжений

Таким образом, отношение линейных напряжений в трехфазном трансформаторе определяется не только отношением чисел витков фазных обмоток, но и схемой их соединений.

Пример1.3. Трехфазный трансформатор номинальной мощностью Sном =100 кВ-А включен по схеме Y/∆. При этом номинальные линейные напряжения на входе и выходе трансформатора соответственно равны: U1ном= 3,0 кВ, U2ном = 0,4 кВ. Определить соотношение витков wllw2и номинальные значения фазных токов в первичной I и вторичной I обмотках.

Решение. Фазные напряжения первичных и вторичных обмоток

Номинальный фазный ток в первичной обмотке (соединенной в звезду)

Номинальный фазный ток во вторичной обмотке (соединенной в треугольник)

Таким образом, соотношение фазных токов I/ I =83,3/19,3 = 4,32 равно соотношению витков в обмотках трансформатора.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Сдача сессии и защита диплома – страшная бессонница, которая потом кажется страшным сном. 9051 – | 7305 – или читать все.

Схемы и группы соединений обмоток трансформаторов

Схемы соединений обмоток трехфазных трансформаторов

Трехфазный трансформатор имеет две трехфазные обмотки – высшего (ВН) и низшего (НН) напряжения, в каждую из которых входят по три фазные обмотки, или фазы. Таким образом, трехфазный трансформатор имеет шесть независимых фазных обмоток и 12 выводов с соответствующими зажимами, причем начальные выводы фаз обмотки высшего напряжения обозначают буквами A , B , С, конечные выводы – X , Y , Z , а для аналогичных выводов фаз обмотки низшего напряжения применяют такие обозначения: a, b, c, x, y, z.

Каждая из обмоток трехфазного трансформатора — первичная и вторичная — может быть соединена тремя различными способами, а именно:

В большинстве случаев обмотки трехфазных трансформаторов соединяют либо в звезду, либо в треугольник (рис. 1).

Осветительные сети выгодно строить на высокое напряжение, но лампы накаливания с большим номинальным напряжением имеют малую световую отдачу. Поэтому их целесообразно питать от пониженного напряжения. В этих случаях обмотки трансформатора также выгодно соединять в звезду (Y), включая лампы на фазное напряжение.

С другой стороны, с точки зрения условий работы самого трансформатора, одну из его обмоток целесообразно включать в треугольник.

Фазный коэффициент трансформации трехфазного трансформатора находят, как соотношение фазных напряжений при холостом ходе:

n ф = U фвнх / U фннх,

а линейный коэффициент трансформации, зависящий от фазного коэффициента трансформации и типа соединения фазных обмоток высшего и низшего напряжений трансформатора, по формуле:

n л = U лвнх / U лннх.

Если соединений фазных обмоток выполнено по схемам “звезда-звезда” или “треугольник-треугольник”, то оба коэффициента трансформации одинаковы, т.е. n ф = n л.

При соединении фаз обмоток трансформатора по схеме “звезда – треугольник” – n л = n фV 3 , а по схеме “треугольник-звезда” – n л = n ф / V 3

Группы соединений обмоток трансформатора

Группа соединений обмоток трансформатора характеризует взаимную ориентацию напряжений первичной и вторичной обмоток. Изменение взаимной ориентации этих напряжений осуществляется соответствующей перемаркировкой начал и концов обмоток.

Стандартные обозначения начал и концов обмоток высокого и низкого напряжения показаны на рис.1.

Рассмотрим вначале влияние маркировки на фазу вторичного напряжения по отношению к первичному на примере однофазного трансформатора (рис. 2 а).

Обе обмотки расположены на одном стержне и имеют одинаковое направление намотки. Будем считать верхние клеммы началами, а нижние – концами обмоток. Тогда ЭДС Ё1 и E2 будут совпадать по фазе и соответственно будут совпадать напряжение сети U1 и напряжение на нагрузке U2 (рис. 2 б). Если теперь во вторичной обмотке принять обратную маркировку зажимов (рис. 2 в), то по отношению к нагрузке ЭДС Е2 меняет фазу на 180°. Следовательно, и фаза напряжения U2 меняется на 180°.

Таким образом, в однофазных трансформаторах возможны две группы соединений, соответствующих углам сдвига 0 и 180°. На практике для удобства обозначения групп используют циферблат часов. Напряжение первичной обмотки U1 изображают минутной стрелкой, установленной постоянно на цифре 12, а часовая стрелка занимает различные положения в зависимости от угла сдвига между U1 и U2. Сдвиг 0° соответствует группе 0, а сдвиг 180° – группе 6 (рис. 3).

В трехфазных трансформаторах можно получить 12 различных групп соединений обмоток. Рассмотрим несколько примеров.

Пусть обмотки трансформатора соединены по схеме Y/Y (рис. 4). Обмотки, расположенные на одном стержне, будем располагать одну под другой.

Зажимы А и а соединим для совмещения потенциальных диаграмм. Зададим положение векторов напряжений первичной обмотки треугольником АВС. Положение векторов напряжений вторичной обмотки будет зависеть от маркировки зажимов. Для маркировки на рис. 4а, ЭДС соответствующих фаз первичной и вторичной обмоток совпадают, поэтому будут совпадать линейные и фазные напряжения первичной и вторичной обмоток (рис. 4, б). Схема имеет группу Y/Y – О.

Изменим маркировку зажимов вторичной обмотки на противоположную (рис. 5. а). При перемаркировке концов и начал вторичной обмотки фаза ЭДС меняется на 180°. Следовательно, номер группы меняется на 6. Данная схема имеет группу Y/Y – б.

На рис. 6 представлена схема, в которой по сравнению со схемой рис 4 выполнена круговая перемаркировка зажимов вторичной обмотки. При этом фазы соответствующих ЭДС вторичной обмотки сдвигаются на 120° и, следовательно, номер группы меняется на 4.

Схемы соединений Y/Y позволяют получить четные номера групп, при соединении обмоток по схеме “звезда-треугольник” номера групп получаются нечетными. В качестве примера рассмотрим схему, представленную на рис. 7.

В этой схеме фазные ЭДС вторичной обмотки совпадают с линейными, поэтому треугольник аbс поворачивается на 30° против часовой стрелки по отношению к треугольнику АВС. Но так как угол между линейными напряжениями первичной и вторичной обмоток отсчитывается по часовой стрелке, то группа будет иметь номер 11.

Из двенадцати возможных групп соединений обмоток трехфазных трансформаторов стандартизованы две: “звезда-звезда” – 0 и “звезда-треугольник” – 11. Они, как правило, и применяются на практике.

Схемы “звезда-звезда с нулевой точкой” используют в основном для трансформаторов потребителей напряжением 6 – 10/0,4 кВ. Нулевая точка дает возможность получить напряжение 380/220 или 220/127 В, что удобно для одновременного подключения как трехфазных, так и однофазных приемников электроэнергии (электродвигателей и ламп накаливания).

Схемы “звезда-треугольник” применяют для высоковольтных трансформаторов, соединяя обмотку 35 кВ в звезду, а 6 или 10 кВ в треугольник. Схема “звезда с нулевой точкой” используется в высоковольтных системах, работающих с заземленной нейтралью.

Группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов:

Схема 35-3Н — Блок (линия-трансформатор) с выключателем

Релейная защита и автоматика
Кол-во Наименование шкафа Вид обслуживания Назначение Основное оборудование Функции защит
Защита и автоматика присоединений 35 кВ
1 ШЭ-МТ-021 Одностороннее/

Двухстороннее

Защита и автоматика трансформатора 35 кВ А1-БМРЗ-153-УЗТ ДТО, ДЗТ, ГЗ Т,
ГЗ РПН Т, ТЗ Т
А2-БМРЗ-153-УЗТ ТО, МТЗ ВН/U, УМТЗ, ЗП ВН, ГЗ Т, ГЗ РПН Т, ТЗ Т, ЗОФ, УРОВ, АПВ, АУВ, контроль P SF6
А3-БМРЗ-156-ЦРН АРКТ
Защита и автоматика присоединений 6(10) кВ
Определяется количеством присоединений Защита и автоматика ввода 6(10) кВ БМРЗ-152-ВВ МТЗ НН/U, ЗПП, УМТЗ, СНОЗЗ, ДгЗ, ЛЗШп, ЗОФ,  УРОВ, АПВ, АУВ
Защита и автоматика отходящей линии 6(10) кВ БМРЗ-152-КЛ ТО, МТЗ, УМТЗ, СНОЗЗ, ЗОФ, УРОВ, АПВ, ЛЗШд, АУВ, ОМП
Защита и автоматика трансформатора напряжения 6(10) кВ БМРЗ-152-ТН CЗЗ, ЗМН, ЗПН, КЦН
Защита и автоматика синхронных и асинхронных ЭД 6(10) кВ БМРЗ-152-ЭД ТО, МТЗ, ЗОФ, Мин ТЗ, ЗБР, ЗПП, ЛЗШд, ДгЗ, СНОЗЗ, ТМ, ОКП, ЗМН, ЗАР, УРОВ, АПВ, АУВ
Защита и автоматика БСК 6(10) кВ БМРЗ-152-БСК МТЗ, УМТЗ, ЛЗШд, СНОЗЗ, ДгЗ, ЗОФ, ЗМН, ЗПН, УРОВ, АУВ
Дуговая защита ДУГА-МТ ЗДЗ
Общеподстанционное оборудование
1 ШЭ-МТ-132
 
Одностороннее/
Двухстороннее
Центральная сигнализация и питание оперативной блокировки разъединителей БМЦС-40 ЦС
ПОБ
Противоаварийная автоматика
1 ШЭ-МТ-161 Одностороннее/
Двухстороннее
Автоматика частотной разгрузки БРЧН-100-А

АЧР(А)

Трансформатор схемы — Энциклопедия по машиностроению XXL

Условия включения трансформаторов на параллельную работу. Фазировка силовых трансформаторов. Схемы фазирования при напряжении до 380 В и выше.  [c.328]

Напряжение вторичных обмоток тягового трансформатора (схема на стр. 114) подво-  [c.114]

Существует два вида конденсаторной сварки с непосредственным разрядом конденсаторов на изделие и с разрядом конденсаторов иа первичную обмотку сварочного трансформатора. Схема первого вида установок приведена на рис. 29.13, а. Концы обкладок конденсатора подключают непосредственно к свариваемым деталям 2 и 5, из которых одна закреплена жестко, а другая может перемещаться в напра-  [c.291]


На рис. 4.109, а — в представлены упрощенные схемы ТТ с цепью подпитки и тиристорным регулятором в цепи вторичной обмотки трансформатора. Схемы ТТ, приведенные на рис. 4.109, 5, в, позволяют повысить напряжение холостого хода источника питания без заметного увеличения его мощности за счет дополнительной слаботочной обмотки трансформатора. Напряжение цепи параллельной подпитки и г должно быть выше напряжения основной вторичной обмотки С/г, чтобы исключить возможность включения тиристоров в режиме холостого хода источника. На рис. 4.109, г, д представлены схемы ТТ с подпиткой и фазорегулятором в цепи первичной обмотки силового трансформатора. Непосредственное шунтирование тиристоров дросселем  [c.235]

Состав пояснительной записки. Электрические нагрузки собственных нужд и распределение их по напряжениям. Выбор трансформаторов, схемы электрических соединений, числа и мощности источников питания. Расчеты токов короткого замыкания и выбор типов высоковольтной аппаратуры, кабелей и шин. Системы управления и сигнализации щитов управления. Перечень объектов, подлежащих автоматизации и блокировке в электрической части. Управ- ление выключателями двигателей. Компоновка и обоснование типов выбранных электротехнических устройств, включая щиты станций управления, распределительные устройства и трансформаторы. Кабельная прокладка в пределах главного корпуса, отдельно стоящих сооружений и на площадке котельной. Перенос кабельных линий при расширении и реконструкции котельной.  [c.47]

При необходимости обеспечить большой сварочный ток и при отсутствии сварочных аппаратов достаточной мощности можно применять параллельное включение трансформаторов. Схема такого включения сварочных аппаратов представлена на рис. 33. Для параллельной работы нужно применять трансформаторы с одинаковыми внешними характеристиками и напряжениями первичной и вторичной цепей. Одноименные концы первичных обмоток а соединяют между собой и общие клеммы 1 включают в силовую сеть переменного тока. Одноименные концы вторичной обмотки Ь также соединены между собой клеммы 2 под-  [c.29]

По принципу сварки сопротивлением разрядом конденсаторов на первичную обмотку сварочного трансформатора (схема V фиг. 11) во ВНИИЭСО (1957 г.) разработана машина МСК-0,1—2. Одним из основных элементов машины является конденсаторная батарея, аккумулирующая энергию для разогрева свариваемых деталей.  [c.47]


Сравнивая в общем рассмотренные схемы, можно отметить, что при прочих равных условиях схема I (фиг. 28) потребляет минимальную мощность из сети и требует наименьшего расхода активных материалов для трансформатора. Схемы И (фиг. 36) и П1 (фиг. 37) потребляют приблизительно одинаковую мощность из сети, которая примерно на 25% больше, чем по схеме I для них необходим повышенный на 20—30% расход меди для трансформаторов и увеличенный расход стали. Изготовление сварочного трансформатора усложняется (схема П) или вместо одного нужно делать два трансформатора (схема П1). При одинаковом количестве игнитронов (6 шт.) схемы И и П1 позволяют осуществить без дополнительных устройств необходимое чередование полярности импульсов. Универсальная схема трехфазных машин с игнитронными преобразователями для всех видов контактной сварки всех материалов должна обеспечивать получение, кроме отдельных униполярных импульсов сварочного тока, также низкочастотного сварочного тока с минимальной возможной паузой между полуволнами.  [c.63]

Схема с удвоением применяется для повышения выпрямленного напряжения при ограниченной величине напряжения вторичной обмотки трансформатора либо при питании от сети без повышающего трансформатора. Схема характерна большой зависимостью выпрямленного напряжения от величины сонротивления нагрузки.  [c.739]

Генераторы включаются в сеть по двум схемам на сборные шины генераторного напряжения и на сборные шины высокого напряжения (блочная схема). В соответствии с этим статизм регулирования устанавливается из условия поддержания напряжения на выводах генератора (схема стабилизации) или на шинах повышенного напряжения за блочным трансформатором (схема компенсации) [Л. 21].  [c.167]

Блок состоит из понижающих трансформаторов, схем выпрямления с фильтрами, стабилизатора постоянного напряжения последовательного типа непрерывного регулирования, схем защит, сигнализации и контроля.  [c.86]

Блок вторичного электропитания 12,6 В 2 А с операционным усилителем серии 122 (рис 16) питается от однофазной сети 115 В 400 Гц и обеспечивает иа выходе стабилизированное напряжение 12,6 В с максимальным током нагрузки 2 А. Функционально блок состоит из понижающего трансформатора, схемы выпрямления, сглаживающего фильтра и стабилизатора напряжения с защитой от перегрузок по току.  [c.90]

Схема с общим эмиттером наиболее распространена благодаря хорошим усилительным свойствам и сравнительно большим входным и выходным сопротивлениям. Последнее обстоятельство позволяет согласовывать каскады без применения специальных согласующих трансформаторов. Схема дает возможность использовать общий источник питания для входной и выходной  [c.171]

Трансформатор Схема электрическая соединений  [c.892]

Дуговая сварка. При работе от нескольких трансформаторов схема их включения должна исключать возможность получения двойной величины напряжения между изделием и электродом. Корпуса всех сварочных машин и трансформаторов должны быть надежно заземлены.  [c.441]

На рис. 83 приведена одна из схем регулирования с контактными датчиками уровня металла. Питание контактного датчика осуществляется от вторичной обмотки сварочного трансформатора через дроссель. Напряжение со щупа подается на сопротивление  [c.155]

Сварочные выпрямители состоят из трехфазного понижающего трансформатора /, выпрямительного блока 2, собранного из кремниевых полупроводниковых вентилей по трехфазной мостовой схеме (рис. 5.6). Падающая внешняя характеристика выпрямителя обеспечивается повышенным индуктивным сопротивлением понижающего трансформатора, у которого первичная и вторичная обмотки раздвинуты и размещены на разных концах магнитопровода (тип ВД). Плавное регулирование тока достигается перемещением подвижной первичной обмотки.  [c.189]


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

Примеры математических моделей элементов электронных схем. Для конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов чаще всего применяют простые модели (4.33). Примерами сложных элементов являются транзисторы, диоды, трансформаторы.  [c.171]

До конца бО-х годов измерения на переменном токе не использовались при работе с прецизионными термометрами. С тех пор ситуация изменилась под влиянием двух факторов. Прежде всего это использование индуктивных делителей напряжения или трансформаторов отношений в мостовых схемах. Кроме того, развитие электронной техники привело к созданию высокочувствительных синхронных детекторов, обладающих превосходным отношением сигнал/шум. Появились также сложные системы автоматической балансировки.  [c.257]

Маркировку выводов элементов на изделии (контактные группы реле, трансформаторы и т. п.) повторяют около их изображения на схемах.  [c.182]

Наряду с коммутационными жесткими трансформаторами переменного потока применяют инерционные мягкие трансформаторы. Схема такого трансформатора показана на рис. 38, б. Он составлен из двух роторов 1 я 2, на которых имеются спиральные каналы (может быть использован один ротор с двумя каналами), различающиеся по длине и сечению. Вход и выход каналов ротора 1 соединен с источником переменного потока или давления, например с электродроссель-ным усилителем 3, с предельными параметрами Qi и pi. Вход и выход канала  [c.244]

Купроксный сухой выпрямитель представляет собой комбинации элементов из медных пластий, покрытых с одной стороны слоем закиси меди, которая и является катодом. Каждый элемент допускает напряжение лишь 5 в. При необходимости в больших напряжениях отдельные элементы соединяют последовательно в батареи, включаемые в цепь переменного тока через соответствующий трансформатор. Схема питания цепи через купроксные выпрямители показана на фиг. 61. В течение одного полуиериода (переменного тока) ток проходит через -  [c.52]

Отводы, их назначение. Способы выполнения отводов в зависимости от классов напряжения трансформаторов. Схемы отводов в зависимости от схемы и группы соединения обмоток трансформатора. Схемы отводов обмоток ВН и НН. Группы соединений обмоток силов ых трансформаторов.  [c.328]

Импульсная рентгеновская аппаратура отличается сравнительно малой массой и габаритными размерами (табл. 11), в связи с чем она находит широкое применение для контроля сварных соединений при монтаже технологических трубопроводов, резервуаров и других конструкций. Выпускаются аппараты типа МИРА-2Д, состоящие из рентгеновского блока и пульта управления, соединяемых высоковольтным кабелем. В рентгеновском блоке расположены импульсная рентгеновская трубка, импульсный трансформатор, разрядник-обостритель и накопительные конденсаторы. В пульте управления находятся зарядный трансформатор, схема удваивания напряжения, реле времени и цепи управления. Под действием короткого импульса высокого напряжения, формируемого с помощью разрядника-обострителя, в рентгеновской двухэлектродной трубке с холодным катодом  [c.101]

Принцип действия осциллятора следующий. Высокое напряжение нормальной частоты в 50 гч подается повышающим- трансформатором Тр-1 на колебательный контур осциллятора (фиг. 46). В колебательном контуре ток низкой частоты преобразуется в ток высокой частоты и высокого напряжения, причем частота тока в колебательном контуре будет зависеть от параметров контура — величины емкости конденсатора С и индуктивной катушки Ток высокого напряжения и высокой частоты трансформируется во вторую индуктивную катушку и через блокировочный конденсатор поступает на сварочную дугу. Блокировочный конденсатор представляет большое сопротивление для прохождения тока низкой частоты и малое сопротиление для тока высокой частоты. Поэтому ток высокой частоты проходит беспрепятственно через блокировочный конденсатор, а ток низкой частоты не может проходить через него. Следовательно, ток высокой частоты и высокого напряжения от осциллятора свободно проходит на сварочную дугу, в то время как сварочный ток низкого напряжения и низкой частоты не может пройти в аппаратуру осциллятора. В случае повреждения конденсатора колебательного контура ток низкой частоты, но высокого напряжения от повышающего трансформатора осциллятора не сможет пройти на сварочную дугу, так как блокировочный конденсатор для этого тока представляет большое сопротивление, предохраняющее сварщика от возможного поражения током высокого напряжения. Ток от осциллятора подключается на сварочную дугу совместно со сварочным током от сварочного трансформатора. Схема подключения осциллятора совместно со сварочным трансформатором на дугу приведена на фиг. 46.  [c.114]

На силовую схему наибольшее влияние оказывает ряд факторов. Это в первую очередь количество тяговых двигателей величина номинального напряжения на их коллекторе и напряжение в goнтaктнoй сети система регулирования напряжения на тяговых двигателях э. п. с. переменного тока (на первичной или вторичной стороне силового трансформатора) схемы выпрямления тока выбор схемы пускотормозных резисторов и способ перехода с одного соединения тяговых двигателей на другой для э. п. с. постоянного тока система электрического торможения система возбуждения двигателей в тяговом и тормозном режимах.  [c.75]


Межвтгковое замыкание у катушек полюсов определяют приборами, работающими по принципу трансформатора. Схема одного из приборов показана на рис. 267, а. Испытуемую катушку ИК надевают на магнитопровод прибора и замыкают откидную часть 2. Несъемную катушку 1 подключают к источнику переменного тока. При исправной катушке ИК амперметр покажет ток холостого хода трансформатора, значение которо-  [c.332]

В сельсинных комаидоконтроллерах типа КП 1800 применен бесконтактный сельсин типа БД 404А, работающий в режиме поворотного трансформатора. Схема включения сельсина в командоконтроллере с выходом на переменном токе приведена на рис. 3-7. Однофазная статорная обмотка (выводы спеременного тока частотой 50 Гц и напряжением  [c.79]

Методы измерения соприти-влений растеканию. Метод ампер-метраи вольтметра предполагает наличиеисточ-ника переменного тока. Если вблизи места измерения источник тока имеет связь с землей, могущей оказать влияние на величину потенциала измеряемого 3. и зонда, рекомендуется питание схемы осуществить через изолирующий трансформатор. Схема, по к-рой производится измерение, приведена на фиг. 8, где  [c.156]

По принципу преобразования напряжения различают трансформаторные и бестрансформаторные схемы. Транс-фюрматорные схемы состоят из ключевого элемента, трансформатора, схемы выпрямления и сглаживающего фильтра. Циклическое прерывание постоянного тока в цепи, в которую включена первичная обмотка трансформатора, приводит к изменению магнитного потока в сердечнике и к возникновению ЭДС во вторичной обмотке Соотношением чисел витков первнчнои и вторнчной  [c.125]

Высоковольтный блок питания 14 кВ 0,5 мА (рис. 46) состоит из понижающего трансформатора, схемы выпрямления, сглаживающего фильтра, стабилизатора компен сационного типа непрерывного регулирования, преобразователя напряжения, высоковольтной части н цепн обратной связи. Обратная связь заведена с выхода с отдельной низковольтной вторичной обмотки. Высоковольтный трансформатор выполнен таким образом, что  [c.177]

Двухтактные инверторы, работающие в режиме автогенератора ли усилителя мощности, широко применяются в источниках вторичного электропитания. Наиболее известным является инвертор с самовозбуждением с отводом от средней точки первичной обмотки трансформатора (схема Ройера).  [c.202]

Прибор для измерения КСВ разработанный Э. Гуткиным (иВБСЕ), представляет собой одну из разновидностей рефлектометров с токовым трансформатором. Схема прибора показана на рис. 7.4. Прибор работает следующим образом. С делителя С1С8 снимается часть ВЧ напряжения, действующего в линии, и подается на среднюю точку вторичной обмотки токового трансформатора Т1. Во вторичной обмотке наводится ВЧ напряжение, пропорциональное, току в. линии. Напряжения на концах вторичной обмотки противофазны по отношению к средней точке. Если нагрузка согласована с линией, напряжение и ток в линии совпадают по фазе, поэтому на одном конце вторичной обмотки будет сумма напряжения емкостного делителя и обмотки, на другом — разность. Регулируя выходное напряжение делителя подбором его емкостей, можно эту разность свести к иулю, т. е. сбалансировать схему.  [c.243]

Измерительные приборы подбирают в соответствии с требуемыми номиналами. Поскольку в схеме используются две импульсные-лампы, включенные последовательно, то емкость конденсатора С может быть вдвое уменьшена, а его рабочее напряжение вдвое увеличено. Зажигать обе лампы можно от одного импульсного трансформатора. Схема работает следующим образом. При включении ключа 13 и введении автотрансформатора происходит заряд, конденсатора С, который контролируется по киловольтметру. В этом положении электроды импульсной лампы уже подключень к заряженному конденсатору, однако в связи с тем, что этого на-  [c.45]

Схема такого генератора с электромагиитныл коммутирующим устройством показана на рис. 75, б. Конденсаторы 67 и С2 заряжаются от источника постоянного тока. Обмотка управления ОУ мощного поляризованного реле РИ питается неносредствеиио от сварочного трансформатора СТ. В цепи обмотки ОУ включены индуктивность L1 и сонротивление R4, позволяющие регулиро-  [c.139]

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

Прочитаем подробно эту схему. В первую очередь ознакомимся с элементами электрической системы прибора. По условным обозначениям определяем, что электрическая часть прибора включает электродвигатель, трансформатор, прерыватель, реле, электромагнит, три триода, постоянные сопротивления и одно полупеременное, а также систему электропроводов, посредством которых и осуществлена связь между всеми этими элементами. Питание от сети подводится через предохранитель и выключатель. По спецификации можно, пользуясь условными буквенными обозначениями каждого элемента, узнать их полное название и основные характеристики.  [c.312]

Для устранения погрешности, вносимой подводящими проводами, разработаны мосты с многоступенчатыми трансформаторами (Куткоски [84, 85], Томпсон и Смолл [86], Найт [87]). В мостах Куткоски и Найта используется трехступенчатый трансформатор, а не двухступенчатый, как в мосте Томпсона и Смолла, однако принцип их действия сходен и поясняется схемой, приведенной на рис. 5.52. Магнитный поток в сердечнике трансформатора создается током, протекающим в обмотке второй ступени Е, которая имеет такое же число витков, как и  [c.258]

Принцип индуктивного делителя был применен Кустерсом и Мак-Мартином [88] для термометрических измерений на постоянном токе. В основе схемы (рис. 5.53) лежит индуктивный делитель, имеющий фиксированную обмотку Ма и регулируемую обмотку Ыт, а также датчик магнитного потока, который может очень точно определять момент, когда поток в сердечнике трансформатора равен нулю. Сервосистема, связанная с датчиком, управляет током через обмотку и сопротивление Яз, поддерживая его на таком уровне, чтобы результирующий магнитный поток в сердечнике был равен нулю. Таким образом, когда оператор изменяет Ыт, происходит и соответствующее изменение Ь. Баланс достигается в тот момент, когда падения напряжения на Яз и Ят равны в этом случае отнощение токов равно  [c.260]


Схемы подключения трансформатора | Полезные статьи

Для осуществления максимальной токовой защиты применяются различные схемы подключения трансформаторов тока (ТТ). Какая из схем будет использоваться, зависит от того, где именно применяются ТТ. Так например, в городских сетях может использоваться схема «полной звезды», а в сельских – «неполной звезды». В дифференциальных и других защитах трансформаторы могут включать в треугольник, а реле — в звезду.

Полная звезда

Схема подключения трансформаторов тока «полная звезда» (рис.1), при которой ТТ устанавливают во всех трёх фазах, а нулевые точки вторичных обмоток последовательно соединены одним нулевым проводником. При таком подключении в реле тока (обозначены на рисунке I, II и III) протекают токи равные токам проходящие через первичные обмоток ТТ, делённые на коэффициент трансформации nT. В нулевом же проводе протекает геометрическая сумма всех токов Iн.п., которая в случае равенства этих трёх токов равна нулю.

Коэффициент схемы Ксх, представляющий собой отношение тока в реле к току в фазе, равен 1, поскольку ток в каждом из трёх реле равен току в соответствующей фазе.

 

 

Неполная звезда

На рис. 2 показана схема «неполная звезда». Отличием данной схемы от предыдущей является то, что ТТ установлены только на дух фазах из трех. В остальном же схема аналогична: обмотки реле (I и III) и вторичные обмотки ТТ установлены так же, как в полной звезде. В нулевом проводе протекает геометрическая сумма токов тех двух фаз, к которым подключены трансформаторы.

Также, как и для предыдущей схемы коэффициент Ксх = 1.

 

 

Треугольник

На рис. 3 показана схема подключения устройств максимальной токовой защиты в «треугольник». При такой схеме подключения вторичные обмотки ТТ соединены последовательно с противоположными выводами, образуя треугольник. Таким образом, в каждом из реле протекает ток, равный геометрической разнице тока в соответствующей фазе и тока в фазе, следующей за ней: 

При этом Ксх = , поскольку ток в каждом из реле в раз больше, чем ток соответствующей фазе.

 

 

«Восьмёрка» («неполный треугольник»)

На рис. 4 показано подключение ТТ по схеме «восьмёрка» (неполный треугольник). В данной схеме трансформаторы установлены только в двух фазах, а вторичные обмотки соединены друг с другом противоположными выводами. Ток в реле равен разнице токов двух фаз, в которых установлены трансформаторы. При такой схеме подключения Ксх = 2.

 

 

 

Последовательное и параллельное включение трансформаторов тока

На рис.5 представлена схема последовательного соединения трансформаторов тока. При таком соединении вторичных обмоток ТТ с одинаковым коэффициентом трансформации сила тока такая же, как при включении в цепь только одного из трансформаторов, при этом нагрузка распределяется поровну по двум. Такая схема может применяться при использовании трансформаторов малой мощности.

При соединении трансформаторов тока по схеме указанной на рисунке 6 ток в реле равен сумме токов во вторичных обмотках каждого из трансформаторов. Обычно, данная схема используется для получения нестандартных коэффициентов трансформации.

ПЕРЕДЕЛКА ЭЛЕКТРОННОГО ТРАНСФОРМАТОРА

   Все больше и больше радиолюбители переходят на питание своих кострукций импульсыми источниками питания. На прилавках магазинов сейчас размещено очень много дешевых электронных трансформаторов (дальше просто ЭТ).

   При небольших размерах они обеспечивают большую выходную мощность, да и малые размеры хорошо — это на тот случай, если упадет на ногу:) Радиолюбители пытаются использовать эти ЭТ, но у них есть определённые недостатки, такие как: нежелание запуститься без нарузки, выход из строя при КЗ, и сильный уровень помех. В этой статье хочу поделиться с вами переделками электронных трансформаторов, чтобы избавитса от вышеуказанных недостатков. Вот типовая схема ЭТ: 

   Проблема заключаетса в том, что в трансформаторе применена цепь обратной (дальше ОС) связи по току, то есть чем больше ток нарузки — тем больше ток базы ключей, поэтому трансформатор не запускается без нагрузки, или при малой нарузке напряжение меньше 12В, да и при КЗ базовый ток ключей растет и они выходят из строя, а часто еще и резисторы в базовых цепях. Устраняется всё это довольно просто — меняем ОС по току на ОС по напряжению, вот схема переделки. Красным отмечено то, что нужно изменить:

   Итак, удаляем обмотку связи на коммутирующем трансформаторе и ставим вместо нее перемычку.

   Потом наматываем 1-2 витка на силовом трансформаторе и 1 на коммутирующем, используем резистор в ОС от 3-10 Ом мощностью не меньше 1 ватта, чем выше сопротивление — тем меньше ток защиты от КЗ. 

   Если вас пугает нагрев резистора, вместо него можно использовать лампочку от карманного фонарика (2,5-6,3В). Но при этом ток срабатывания защиты будет очень мал, так как сопротивление горячей нити лампы довольно большое.

   Трансформатор теперь спокойно запускается без нагрузки, и есть защита от КЗ.

   При замыкании выхода ток на вторичке падает, соотвественно падает ток и на обмотке ОС — ключи запираются и срывается генерация, только во время КЗ очень сильно греются ключи, так как динистор пытаетса запустить схему, а ведь на ней КЗ и процес повторяетса. Поэтому данный электронный трансформатор может выдержать режим замыкания не болле 10 секунд. Вот видео работы защиты от КЗ в переделанном устройстве:

 

   Сорри за качество, снимал на мобильник. Вот еще одно фото переделки ЭТ:

   Но помещать фильтрующий конденсатор в корпус ЭТ не советую, я делал так на свой страх и риск, так как температура внутри и так немаленькая, да и места мало, может вздуть конденсатор и возможно вы услышите БА-БАХ:) Но не факт, пока что все работает отлично, время покажет… Позже мною были переделаны два трансформатора на 60 и 105 Вт, вторичные обмотки были перемотаны под свои нужды, вот фото, как разделить сердечник Ш-образного трансформатора (в блоке питания 105 Вт).

   Также можно передлать импульсный блок питания малой мощности под большую, заменив при этом ключи, диоды сетевого моста, конденсаторы полумоста и конечно же трансформатор на феррите.

   Вот немного фоток — переделан ЭТ на 60 Вт под 180Вт, транзисторы заменены на MJE 13009, конденсаторы 470 nF и трансформатор намотан на двух сложенных кольцах К32*20*6.

   Первичка 82 витка в две жилы 0,4 мм. Вторичка по вашим требованиям.

   И еще, чтоб не сжечь ЭТ при экспериментах или любой другой внештатной ситуации — лучше подключить его последовательно с ламой накаливания аналогичной мощности. В случае КЗ или другой поломки — загоритса лампа, а вы сбережёте радиодетали. С вами был AVG (Марьян).

Originally posted 2018-11-03 06:17:44. Republished by Blog Post Promoter

Схема сварочного трансформатора

Сварочный агрегат представляет собой устройство, в основу которого положен понижающий трансформатор. Различаются они по многим признаком, но запитываются от внешнего


источника напряжения 220 или 380В. Схема сварочного трансформатора включает дополнительные устройства для получения необходимой внешней характеристики, для возможности управления величиной сварочного тока, для защиты от короткого замыкания. Для электродуговой сварки требуется падающая внешняя характеристика тока. Для этого в цепь включается последовательно индуктивное сопротивление. Отдельная дроссельная катушка устанавливается последовательно со сварочной дугой, но существует схема набора дроссельных катушек совмещенных с трансформатором.

Задача сварочного трансформатора состоит в преобразовании внешнего напряжения (380 или 220В) до величины напряжения 60В (в режиме холостого хода). Подобное напряжение обеспечивает режимы дуговой электросварки.

На фото. 1 представлена схема сварочного трансформатора с самостоятельным дроссельным устройством:

  • поз. 1 – металлический сердечник понижающего трансформатора;
  • поз. 2 – сердечник дроссельного устройства;
  • поз. 3 – подвижный сердечник дросселя;
  • поз. 4 – регулировочный винт, изменяющий воздушный зазор в дросселе;
  • а – воздушный зазор. Изменение величины воздушного зазора обеспечивает регулировку сварочного тока;
  • НН и ВН – обмотки низкого (выходного) и высокого (входящего) напряжения трансформатора;
  • Др – обмотки дроссельного устройства.
Электрическая дуга снижает значение сварочного тока, а это влечет снижение ЭДС самоиндукции дроссельного устройства. Что приводит к получению рабочего напряжения, необходимого для устойчивости горения дуги, которое ниже величины холостого хода трансформатора. Повышение сварочного тока производится увеличением воздушного зазора в дросселе и наоборот, уменьшение зазора приводит к снижению величины тока. Физически это осуществляется регулировочным винтом.

Электрическая схема со встроенным дросселем представлена на схеме. 2. В подобной схеме металлический сердечник трансформатора имеет замкнутую конфигурацию с воздушным зазором для регулировки тока сварки.

  • Поз. 1 – сердечник трансформатора;
  • Поз. 2 – разомкнутый сердечник дроссельного устройства;
  • Поз. 3 – подвижная составляющая магнитопровода;
  • Поз. 4 – регулировочный винт, изменяющий воздушный зазор (а) в дросселе;
  • НН и ВН – обмотки низкого (выходного) и высокого (входящего) напряжения трансформатора;
  • Др – обмотки дроссельного устройства.
Сварочные трансформаторы промышленного назначения монтируются на шасси для возможности удобного перемещения агрегата к месту сварочных работ. Мощные сварочные трансформаторы обеспечивают 2 и более постов сварки.

A Руководство по трансформаторам привода затвора

Что такое трансформатор привода затвора?

Ток через полевой МОП-транзистор между стоком и истоком управляется напряжением возбуждения, приложенным к затвору полевого МОП-транзистора. В импульсных источниках питания импульсное напряжение управления затвором включает и выключает ток сток-исток, используя полевой МОП-транзистор как переключатель тока. Трансформаторы управления затвором используются для подачи управляющих импульсов, обеспечивая изоляцию между полевым МОП-транзистором и управляющей схемой управления.В этой статье обсуждаются трансформаторы привода затвора и приложения, для которых лучше всего подходят стандартные трансформаторы привода затвора Coilcraft.

Схемы драйвера затвора

нуждаются в изолированном (плавающем) источнике смещения для поддержания требуемого смещения при включении, когда источник на полевом транзисторе повышается до входного напряжения. Трансформатор управления затвором изолирует схему управления затвором от коммутационного узла при запуске затвора MOSFET, а также может масштабировать выходное напряжение с помощью соответствующего отношения первичного к вторичному витку.

В некоторых приложениях цифровые изоляторы или оптопары могут обеспечивать средства для непосредственного управления полевыми МОП-транзисторами, но трансформаторы управления затвором предпочтительны для требований более высокого напряжения, а также имеют преимущество гораздо меньшего времени задержки включения и выключения. как способность масштабировать напряжение по соотношению витков. Следовательно, трансформаторы управления затвором часто являются лучшим решением для высоковольтных и высокочастотных приложений, где критически важна быстрая и точная синхронизация сигнала.

Как выглядит типичная схема трансформатора управления затвором?

На рис. 1 показана упрощенная схема управления затвором верхнего плеча с одним выходом и трансформаторной связью (по переменному току) для приложений с низким энергопотреблением.В зависимости от рабочего цикла и других условий цепи могут использоваться дополнительные компоненты (конденсаторы, диоды и резисторы), чтобы предотвратить:

  1. Возникновение постоянного напряжения на трансформаторе, которое могло бы вызвать его насыщение
  2. Намагничивающая индуктивность и емкость связи от резонанса с резкими изменениями рабочего цикла

Для несимметричных цепей (связанных по переменному току) рабочий цикл в наихудшем случае составляет 0,50.

Рисунок 1: Упрощенная односторонняя схема управления затвором с трансформаторной связью

Полумостовые и полумостовые конфигурации (например, двухтактная схема управления затвором с трансформаторной связью, показанная на рис. 2 , ) используются для более высоких -силовые приложения.

Для двухсторонних мостов (со связью по постоянному току) наихудшим случаем является максимальный рабочий цикл (теоретически 1,0).

Рисунок 2: Двухтактная полумостовая схема управления затвором с трансформаторной связью

Рисунок 3 иллюстрирует типичное решение с трансформатором управления затвором, в котором полномостовой силовой каскад приводится в действие как с верхней стороны (Q1 и Q2), так и с нижней стороны. (Q3 и Q4) МОП-транзисторы.

Рисунок 3: Полномостовой силовой каскад с полевыми МОП-транзисторами на верхней и нижней стороне

Какие типы трансформаторов управления затвором производит Coilcraft?

Компания

Coilcraft предлагает готовые готовые трансформаторы для управления затвором с различными номинальными значениями напряжения, изоляцией и коэффициентами оборотов.

Как мне выбрать лучший приводной трансформатор затвора Coilcraft для моего приложения?

Стандартные трансформаторы привода затвора

Coilcraft упрощают проектирование схемы управления затвором и сокращают время цикла проектирования. В наших конструкциях обычно используются ферритовые сердечники с высокой магнитной проницаемостью, чтобы максимизировать индуктивность намагничивания и минимизировать ток намагничивания.

Требуемый размер трансформатора определяется произведением напряжения на время приложения. Поэтому первым критерием выбора трансформатора управления затвором является номинальное значение произведения напряжения на время (В-мкс), как показано в таблице данных трансформатора, и его следует выбирать больше или равным ожидаемому наибольшему приложенному напряжению-времени произведению, чтобы избежать насыщения сердечника. .

Примечание: Вольт-временное произведение (В-мкс) можно рассчитать по техническим характеристикам, умножив индуктивность первичной обмотки при пиковом токе (L @ Isat) на номинальный пиковый ток (Isat). Например: дано (L @ Isat) = (33 мкГн @ 2 A), тогда V x T = 66 В-мкс

При выборе привода ворот необходимо также учитывать следующие критерии:

  1. Соотношение витков: соотношение оборотов Pri: Sec, необходимое для масштабирования напряжения, обычно 1: 1 для привода затвора
  2. Изоляция: рейтинг изоляции следует выбирать для наихудших условий
  3. Индуктивность утечки: наименьшая индуктивность рассеяния приводит к максимальной эффективности и сокращению временных задержек в цепи управления затвором
  4. Требуется тип монтажа на печатной плате: монтаж в сквозное отверстие (TH) или на поверхность (SM)

Ознакомьтесь с нашим ассортиментом готовых готовых трансформаторов привода затвора для односторонних или двусторонних приводов затвора.

Список литературы

Джон Стивенс. 2013. Использование драйвера затвора с одним выходом для привода высокого или низкого давления. Отчет о применении Texas Instruments SLUA669.
Ласло Балог. 2002. Основы схем управления затвором MOSFET и IGBT. Отчет о применении Texas Instruments SLUA618 — март 2017 г. — пересмотренный SLUP169.

Что дальше?

Подробнее: Начало работы Серия

Что такое трансформатор с третьей обмоткой? — Определение, эквивалентная цепь, испытание на короткое замыкание и разрыв цепи

Определение: Иногда в трансформаторе с высокими номиналами третья обмотка создается в дополнение к первичной и вторичной обмоткам.Третья обмотка называется третичной обмоткой, а из-за трех обмоток трансформатор называется трехобмоточным трансформатором.

Номинальное напряжение всех трех обмоток трансформатора обычно неодинаково. Первичная обмотка имеет наивысшее номинальное напряжение; третичное напряжение имеет самое низкое номинальное напряжение, а вторичное — промежуточное.

Основные преимущества трехобмоточных трансформаторов — это экономичность конструкции и их высокая эффективность.Принципиальная схема трехфазного трансформатора представлена ​​на рисунке ниже.

Для идеального трансформатора,

Наиболее важным преимуществом третьей обмотки является то, что гармоники, генерируемые первичной и вторичной обмотками, гасятся третьей обмоткой. Третья обмотка подключена треугольником.

Напряжение третичной обмотки отличается от напряжения первичной и вторичной обмоток. Таким образом, он используется для подачи питания на вспомогательные устройства, такие как вентилятор, ламповый свет и т. Д.подстанций. Третичная обмотка используется для следующих приложений.

  • Реактивная мощность подводится к подстанциям с помощью третичной обмотки.
  • Третичная обмотка снижает полное сопротивление цепи, так что ток короткого замыкания легко проходит на землю.
  • Используется для тестирования трансформатора с высоким номиналом.

Эквивалентная схема трехобмоточного трансформатора

Эквивалентная принципиальная схема трехфазного трансформатора представлена ​​на рисунке.Рассмотрим R 1 , R 2 и R 3 — это сопротивление, а X 1 , X 2 и X 3 — полное сопротивление их обмоток.

V 1 , V 2 , V 3 — это напряжения, а I 1 , I 2 , I 3 — ток, протекающий через их обмотки.

Определение параметров трехобмоточных трансформаторов

Параметры эквивалентной схемы можно определить по разомкнутой цепи и трем испытаниям на короткое замыкание.

Тест на короткое замыкание

Рассмотрим Z 1 , Z 2 и Z 3 — это импедансы трех обмоточных трансформаторов. Эти импедансы считаются основанием для проведения теста на короткое замыкание. При испытании на короткое замыкание две обмотки замыкаются накоротко, а третья обмотка остается разомкнутой.

На первом этапе учтите, что обмотки 1 и 2 закорочены. Обмотка низкого напряжения приложена к обмотке 1, благодаря чему через обмотку 2 протекает полный ток нагрузки.Z 12 указывает полное сопротивление обмоток 1 и 2, и оно измеряется как

.

Эквивалентное сопротивление,

Эквивалентное реактивное сопротивление утечки,

Z 12 — это последовательная комбинация Z 1 и Z 2 соответственно,

На втором этапе третья обмотка замыкается накоротко со второй обмоткой, а первая обмотка остается открытой. Источник низкого напряжения подается на третью обмотку, так что ток полной нагрузки протекает через вторую обмотку.Z 23 представляет полное сопротивление обмоток 2 и 3, а приведенное ниже уравнение выражает его

.

На третьем этапе вторая обмотка размыкается, а первая и третья обмотки замыкаются накоротко. Низкое напряжение подается на третью обмотку, а ток полной нагрузки протекает через первые обмотки. Z 13 — это полное сопротивление первой и третьей обмоток.

Решая уравнения (1), (2) и (3), мы получаем полное сопротивление утечки Z 1 , Z 2 и Z 3 , все называемые первичными,

Тест на обрыв цепи

Испытание на обрыв цепи проводится для определения потерь в сердечнике, импеданса намагничивания и коэффициентов поворотов.При проверке обрыва цепи вольтметр, амперметр и ваттметр подключаются к обмотке низкого напряжения. Вторичная сторона остается открытой, и вольтметр подключен.

Поскольку сторона высокого напряжения разомкнута, ток, потребляемый первичной обмоткой, является током холостого хода, и I 0 измеряется амперметром A. Импеданс намагничивания может быть определен путем возбуждения токовой обмотки 1 с разомкнутыми обмотками 2 и 3. Тогда у нас есть

Регулирование напряжения трехобмоточного трансформатора определяется как отношение величины фактической нагрузки обмотки кВА к базовой кВА, используемой при определении параметров сети.

Анализ цепей идеальных трансформаторов

— Wira Electrical

Идеальный трансформатор — это трансформатор с идеальной связью (k = 1). Он состоит из двух (или более) катушек с большим количеством витков, намотанных на общий сердечник с высокой проницаемостью.

Обязательно сначала прочтите, что такое линейный трансформатор, чтобы получить представление о том, как анализировать трансформатор.

После того, как мы узнаем о линейном трансформаторе, у нас будет несколько важных объяснений, таких как:

  1. Взаимная индуктивность и условное обозначение точек
  2. Что такое идеальный трансформатор
  3. Трехфазный трансформатор
  4. Трансформатор как изолирующее устройство
  5. Трансформатор как согласующее устройство

Из-за этой высокой проницаемости сердечника магнитный поток связывает все витки обеих катушек, тем самым обеспечивая идеальное соединение.

Идеальные трансформаторы

Чтобы увидеть, как идеальный трансформатор является предельным случаем двух связанных катушек индуктивности, где индуктивности приближаются к бесконечности и связь идеальная, давайте еще раз рассмотрим схему на рисунке (1). В частотной области

(1a) (1b)

Из уравнения (1a), I 1 = (V 1 — jωMI 2 ) / jωL 1 . Подставляя это в уравнение (1b), получаем

(2)

Но M = √L 1 L 2 для идеальной связи (k = 1).Следовательно,

(3)

, где n = √L 1 L 2 и называется отношением витков. Поскольку L 1 , L 2 , M → ∞, что n остается неизменным, связанные катушки становятся идеальным трансформатором. Трансформатор считается идеальным, если он обладает следующими свойствами:

  1. Катушки имеют очень большое реактивное сопротивление (L 1 , L 2 , M → ∞).
  2. Коэффициент связи равен единице (k = 1).
  3. Первичная и вторичная катушки без потерь (R 1 = 0 = R 2 ).

Идеальный трансформатор — это трансформаторы с единичной связью без потерь, в которых первичная и вторичная обмотки имеют бесконечную самоиндукцию.

Трансформаторы с железным сердечником очень близки к идеальным трансформаторам. Они используются в энергосистемах и электронике.

На рисунке (2а) показан типичный идеальный трансформатор; условное обозначение схемы показано на рисунке (2b). Вертикальные линии между катушками указывают на железный сердечник в отличие от воздушного сердечника, используемого в линейных трансформаторах.Первичная обмотка имеет N 1 витков; вторичная обмотка имеет N 2 витка.

Рисунок 2. (a) Идеальный трансформатор, (b) обозначение схемы для идеальных трансформаторов

Когда синусоидальное напряжение подается на первичную обмотку, как показано на рисунке (3), одинаковый магнитный поток φ проходит через обе обмотки.

Рис. 3. Соотношение первичных и вторичных величин в идеальном трансформаторе.

Согласно закону Фарадея, напряжение на первичной обмотке составляет

(4a)

, а на вторичной обмотке —

(4b)

Уравнения деления.(4b) на (4a), мы получаем

(5)

, где n — это, опять же, коэффициент преобразования или коэффициент преобразования . Мы можем использовать векторные напряжения V 1 и V 2 , а не мгновенные значения v 1 и v 2 .

Таким образом, уравнение (5) может быть записано как

(6)

По соображениям энергосбережения энергия, подаваемая на первичную обмотку, должна равняться энергии, потребляемой вторичной, поскольку в идеальных трансформаторах нет потерь.Это означает, что

(7)

В векторной форме уравнение (7) в сочетании с уравнением (6) становится

(8)

, показывая, что первичный и вторичный токи связаны с отношением витков обратным образом, как напряжения. Таким образом,

(9)

Когда n = 1, мы обычно называем трансформаторы изолирующими трансформаторами .
Если n> 1, у нас есть повышающий трансформатор , поскольку напряжение увеличивается с первичной на вторичную ( В 2 > В 1 ) .

С другой стороны, если n < 1, трансформатор является понижающим трансформатором , так как напряжение понижается с первичной на вторичную ( В 2 < В 1 ) .

Понижающий трансформатор — это трансформатор, вторичное напряжение которого меньше его первичного напряжения.

Повышающий трансформатор — это трансформатор, вторичное напряжение которого превышает его первичное напряжение.

Номиналы трансформаторов обычно указываются как V 1 / V 2 .Трансформатор с номиналом 2400/120 В должен иметь 2400 В на первичной обмотке и 120 на вторичной (т. Е. Понижающий трансформатор). Имейте в виду, что номинальные значения напряжения указаны в среднеквадратичных значениях.

Энергетические компании часто вырабатывают напряжение при некотором удобном напряжении и используют повышающий трансформатор для увеличения напряжения, чтобы мощность могла передаваться при очень высоком напряжении и низком токе по линиям электропередачи, что приводит к значительной экономии затрат.

Вблизи жилых помещений потребителей используются понижающие трансформаторы для понижения напряжения до 120 В.

Важно, чтобы мы знали, как получить правильную полярность напряжений и направление токов для трансформатора, показанного на рисунке (3). Если полярность V 1 или V 2 или направление I 1 или I 2 , n в уравнениях. (5) — (9) возможно потребуется замена на — н .

Два простых правила, которым необходимо следовать:

  1. Если V 1 и V 2 имеют и положительные, или оба отрицательные на пунктирных клеммах, используйте + n в уравнении.(6). В противном случае используйте — n .
  2. Если I 1 и I 2 оба входят в пунктирные клеммы или оба выходят из них, используйте — n в уравнении (9). В противном случае используйте + n .

Правила демонстрируются четырьмя цепями на рисунке. (4).

Рис. 4. Типовые схемы, иллюстрирующие правильную полярность напряжения и направление тока в идеальном трансформаторе.

Используя уравнения (6) и (9), мы всегда можем выразить V 1 через V 2 и I 1 через I 2 или наоборот:

( 10) (11)

Комплексная мощность первичной обмотки составляет

(12)

, показывая, что комплексная мощность, подаваемая на первичную обмотку, передается во вторичную без потерь.Трансформаторы не потребляют мощность. Конечно, этого следует ожидать, поскольку идеальные трансформаторы работают без потерь.

Входной импеданс, показанный источником на рисунке. (3), определяется из уравнений (10) и (11) как

(13)

Из рисунка (3) видно, что В 2 / I 2 = Z L , так что

(14)

Входное сопротивление также называется отраженным сопротивлением , поскольку оно выглядит так, как если бы полное сопротивление нагрузки отражалось на первичную сторону .

Эта способность трансформаторов преобразовывать данный импеданс в другой импеданс дает нам средство согласования импеданса для обеспечения максимальной передачи мощности.

При анализе схемы, содержащей идеальные трансформаторы, обычно исключают трансформаторы, отражая импедансы и источники с одной стороны трансформатора на другую.

Предположим, что в схеме на рисунке (5) мы хотим отразить вторичную сторону схемы на первичную.Мы находим эквивалент схемы Тевенина справа от клемм a b .

Рис. 5. Идеальная схема трансформатора, схемы замещения которой необходимо найти.

Получаем В Th как напряжение холостого хода на клеммах a b , как показано на рисунке. (6a).

Рисунок 6. (a) Получение VTh для схемы на рисунке. (5), (b) получение ZTh для схемы на рисунке. (5)

Поскольку клеммы a b разомкнуты, I 1 = 0 = I 2 , так что V 2 = V s 2 .Следовательно, из уравнения (10),

(15)

Чтобы получить Z Th , мы удаляем источник напряжения во вторичной обмотке и
вставляем единичный источник на клеммы a b , как в Рисунок (6b).

Из уравнений (10) и (11), I 1 = n I 2 и V 1 = V 2 / n , так что

(16)

, чего и следовало ожидать от уравнения.(14). Когда у нас есть V Th и Z Th , мы добавляем эквивалент Thevenin к части схемы на рисунке (5) слева от клемм a b . На рисунке (7) показан результат.

Рисунок 7. Эквивалентная схема для рисунка (5), полученная путем отражения вторичной цепи к первичной стороне.

Общее правило исключения трансформатора и отражения вторичной цепи на первичной стороне: разделите полное сопротивление вторичной обмотки на n 2 , разделите вторичное напряжение на n и умножьте вторичный ток на n .

Мы также можем отразить первичную сторону схемы, показанной на рисунке (5), на вторичную сторону. На рисунке (8) показана эквивалентная схема.

Рисунок 8. Эквивалентная схема для рисунка (5), полученная путем отражения первичной цепи во вторичную сторону.

Правило исключения трансформаторов и отражения первичной цепи на вторичную сторону: умножьте первичный импеданс на n 2 , умножьте первичное напряжение на n и разделите первичный ток на n .

В соответствии с уравнением (10) мощность остается неизменной независимо от того, рассчитывается ли она на первичной или вторичной стороне. Но помните, что этот подход к отражению применим только в том случае, если нет внешних соединений между первичной и вторичной обмотками.

Когда у нас есть внешние соединения между первичной и вторичной обмотками, мы просто используем обычную сетку и узловой анализ.

Также обратите внимание, что если расположение точек на рисунке (5) изменится, нам, возможно, придется заменить n на — n , чтобы подчиниться правилу точек, показанному на рисунке.(4).

Примеры идеальных трансформаторов

Давайте рассмотрим примеры идеальных трансформаторов ниже:

Пример идеальных трансформаторов 1

Идеальный трансформатор рассчитан на 2400/120 В, 9,6 кВА и имеет 50 витков на вторичной стороне. Вычислите: (а) коэффициент витков, (б) количество витков на первичной стороне и (в) номинальный ток первичной и вторичной обмоток.

Решение:
(a) Это понижающий трансформатор, так как В 1 = 2400 В > В 2 = 120 В.

(b)

или

(c) S = V 1 I 1 = V 2 9 2 6 кВА. Следовательно,

Пример 2 идеального трансформатора

Для схемы идеального трансформатора, показанной на рисунке (2.1), найдите: (a) ток источника I 1, (b) выходное напряжение В o , и (c) комплексная мощность, поставляемая источником.

(a) Сопротивление 20 Ом может быть отражено на первичную сторону, и мы получим

Таким образом,

(b) Поскольку оба I 1 и I 2 оставить пунктирные клеммы,

(c) Комплексная подаваемая мощность составляет

Идеальные трансформаторы Пример 3

Рассчитайте мощность, подаваемую на 10-омный резистор в идеальной трансформаторной схеме на рисунке ниже .

Отражение на вторичную или первичную сторону не может быть выполнено с помощью этой схемы: существует прямое соединение между первичной и вторичной сторонами благодаря резистору 30 Ом . Применяем сеточный анализ. Для сети 1

или

(3,1)

Для сетки 2

или

(3,2)

На клеммах трансформатора

(3,3) (3,4)

(Обратите внимание, что n = 1 / 2.) Теперь у нас есть четыре уравнения и четыре неизвестных, но наша цель — получить I 2 .Поэтому мы заменяем V 1 и I 1 на V 2 и I 2 в уравнениях (3.1) и (3.2).

Уравнение (3.1) становится

(3.5)

, а уравнение (3.2) становится

(3.6)

Подставляя уравнение (3.6) в уравнение (3.5),

Мощность, потребляемая резистором 10 Ом is

Рейтинг цепей трансформатора — журнал IAEI

Время чтения: 7 минут

В Электротехническом кодексе Канады есть некоторые темы, которые часто становятся источником горячих дискуссий среди пользователей.

Выбор трансформаторов сухого типа и подбор правильного номинала схем трансформаторов — одна из таких спорных тем.

Итак, давайте попробуем прояснить этот, казалось бы, сложный вопрос.

Прежде всего, нам необходимо обновить представление о номинальной мощности цепи в соответствии с Правилом 8-104. Это правило гласит, что номинальный ток цепи или фидера — это номинальный ток устройства максимального тока, защищающего цепь, или допустимая токовая нагрузка проводников цепи, в зависимости от того, что меньше.Это правило также гласит, что расчетная нагрузка в цепи не должна превышать номинальный ток цепи (т. Е. Не должен превышать номинальный ток устройства размыкания цепи и допустимую нагрузку на проводники цепи).

Это требование Правила 8-104 является общим для всего Кодекса и, конечно же, применяется к правилам трансформатора в Разделе 26. Фактически, недавно принятое Правило 26-260 подчеркивает необходимость соблюдения этого требования при выборе сделана защита O / C и проводников для цепи трансформатора.Примечание в Приложении B к Правилу 26-260 дает разъяснение относительно корреляции выбранной номинальной мощности цепи трансформатора с фактической расчетной нагрузкой, подключенной к трансформатору.

Фото 1. Трансформатор сухого типа с реле

Во-вторых, краткий обзор посвящен уникальному назначению трансформатора в электроустановке. Трансформатор представляет собой нагрузку?

Это утилизационное оборудование? Может ли подключенная нагрузка превышать номинал трансформатора?
Давайте посмотрим.

Трансформатор — это «интерфейс» между напряжением питания и напряжением утилизирующего оборудования. Хотя трансформатор не является утилизирующим оборудованием, он является нагрузкой, поскольку несет индуктивные и активные потери.

Поскольку трансформатор является частью цепи, питающей нагрузку, подключенную к вторичной обмотке трансформатора, трансформатор должен иметь номинальные характеристики не ниже цепи, в которой он работает. Это означает, что номинальные параметры трансформатора должны соответствовать критериям Правил 8-104 (4) или (5) в отношении непрерывной нагрузки, подключенной к вторичной обмотке трансформатора.

Однако факт в том, что доступные стандартные номиналы типичных трансформаторов сухого типа не так гибки, как стандартные номиналы устройств защиты от сверхтоков и сечения проводов, и иногда трансформатор может быть больше номинального размера для предполагаемой подключенной нагрузки.
Тем не менее, пользователи Кодекса должны знать, что номинал трансформатора должен выбираться в соответствии с подключенной нагрузкой, и если номинал трансформатора немного велик для нагрузки, любое отклонение от Правила 26-256 (1) для номинальный ток устройства O / C и любое отклонение от требований Правил 26-258 (1) и (2) для номинальной допустимой нагрузки первичных и вторичных проводников адекватно коррелирует с Правилом 8-104 (4) или (5) .

Пользователи кода

должны также убедиться, что рейтинг щитовой панели, защищенной основным устройством O / C, соответствует Правилу 8-104 (4) или (5) в дополнение к положению Правила 14-606 (2).

Давайте проиллюстрируем приведенные выше утверждения на примере следующим образом: Поскольку в здании имеется существующая система обслуживания и распределения 347/600 В, подрядчику необходимо установить трансформатор сухого типа на 75 кВА (номинальный ток первичной обмотки составляет 72 А, а номинальный вторичный ток составляет 208 A), чтобы обеспечить расчетную нагрузку 120/208 В 170 A в коммерческом жилом помещении.

Подрядчик должен будет предпринять следующие шаги:

(a) Чтобы проверить, является ли расчетная нагрузка непрерывной в соответствии с Правилом 8-104 (3)
Примечание: В целом, за исключением нагрузок в жилом помещении, все нагрузки считаются непрерывными, и положения Правила 8-104 (4) или (5) должны применяться.

(b) Чтобы выбрать устройство O / C (автоматический выключатель или выключатель с предохранителем) на первичной обмотке трансформатора в соответствии с Правилом 26-256 (1)

Примечание: Это устройство O / C может быть маркировано для непрерывной работы при 100% номинальной мощности его устройств максимального тока или для непрерывной работы при 80% номинальной мощности его устройств максимального тока, и такой выбор повлияет на соотношение между длительная подключенная нагрузка и номинальные характеристики устройства O / C в соответствии с Правилом 8-104 (4) или (5).

(c) Для выбора допустимой токовой нагрузки первичных и вторичных проводов в соответствии с Правилом 26-258 (1) и (2) в соответствии с таблицами 1–4, если применимо

(d) Для выбора щитка, подключенного к вторичным проводам трансформатора. Щит обеспечивает постоянную нагрузку 170 А.

Примечание: щит, питающий подключенную нагрузку, является продолжением вторичных проводов и должен соответствовать требованиям Правила 26-258 (2). Кроме того, щиток должен быть защищен основным устройством O / C в соответствии с Правилом 14-606 (2).

Фото 2. Сухой трансформатор с предохранителем

Теперь подрядчик может приступить к выбору компонентов для этой установки. Поскольку подключенная нагрузка считается непрерывной, на первичной обмотке трансформатора выбирается стандартный автоматический выключатель с номиналом 80%. Уставка O / C для этого автоматического выключателя не должна превышать 125% номинального первичного тока трансформатора. Это означает, что уставка O / C не может превышать 72 A x 1,25 = 90 A. Если проводники выбраны со значениями допустимой нагрузки на основе таблицы 2 для данной конкретной нагрузки, будет применяться Правило 8-104 (5) (a). для правильного согласования номинальных значений схемы трансформатора и подключенной нагрузки.У подрядчика есть два очевидных варианта выбора устройства O / C: 90 A и 80 A.

Поскольку стандартный автоматический выключатель с номиналом 80% выбран для целей Правила 8-104 (5) (a), подрядчик должен проверить, не превышает ли подключенная постоянная нагрузка 80% выбранной уставки первичного О / К. устройство. Устройство O / C (как показано на вторичной обмотке трансформатора) не может быть меньше 170 A x 1,25 = 212,5 A. Настройка 90 A даст 90 A x 2.88 = 259,2 А. Это значение удовлетворяет критериям Правила 8-104 (5) (а). Установка 80 А даст 230,4 А на вторичной обмотке трансформатора, и это значение также будет соответствовать критериям Правила 8-104 (5) (а), поскольку оно больше, чем минимально допустимое значение 212,5 А.

Допустим, выбрано значение 80-A для основного O / C.

Теперь подрядчик должен использовать Таблицу 2 для выбора допустимой токовой нагрузки первичных проводов в соответствии с Правилом 26-258 (1) не менее 90 А (выбирается 3 AWG с допустимой токовой нагрузкой 105 А).Соответственно, допустимая токовая нагрузка вторичных проводов не может быть менее 125% от номинального вторичного тока трансформатора (т.е. не менее 208 А x 1,25 = 260 А). Следовательно, 250 MCM будет выбрано из таблицы 2 с допустимой нагрузкой 265 A. Выбранные первичный и вторичный проводники также будут соответствовать положениям Правила 8-104 (5) (a).

Следующий шаг — выбор щитка. Если подрядчик планирует установить стандартный щитовой щит 200-A [который также должен будет соответствовать условиям Правила 8-104 (5) (а)], этот щитовой щит должен быть проверен на соответствие Правилу 14-606 (2 ).

Теперь кажется, что требование этого правила не выполняется, поскольку уставка отключения 80-A на первичной обмотке трансформатора представляет 230,4 A на вторичной обмотке (что превышает номинальное значение 200-A на щитке). Для того чтобы соответствовать критериям Правила 14-606 (2), основное устройство O / C не может превышать 200 А: 2,88 = 69,45 А. В этой ситуации подрядчику остается третий (не очень очевидный выбор) выбора настройки первичное устройство O / C. Этот выбор означает, что автоматический выключатель со стандартным срабатыванием отключения на 70 А будет адекватно защищать щит.

Хотя 70 А превышает максимально допустимое значение 69,45 А, этот стандартный номинальный ток будет разрешен в соответствии с Правилом 26-256 (3) и при общем ослаблении, разрешенном Правилом 8-106 (1).
Но будет ли выбранная настройка 70-А нарушать Правило 26-256 (1), поскольку эта выбранная настройка немного меньше номинального первичного тока трансформатора 72 А? Ответ — нет.»

Положения правила 8-106 (1) конкретно касаются этого вопроса. Тем не менее, рекомендуется помнить, что слишком низкий рейтинг первичного устройства O / C может привести к непреднамеренному отключению устройства, когда трансформатор находится под напряжением, и примечание в Приложении B к правилу 26-256 содержит предупредительное предупреждение для пользователей кода. в этой связи.Однако, если на самом деле выбрана установка 70-А, тогда автоматический выключатель должен быть рассчитан на 100% непрерывной работы; в противном случае установка 70-А на первичной обмотке будет представлять 202 А на вторичной, и это значение будет меньше 125% от продолжительной подключенной нагрузки 170 А при условии правила 8-104 (5) (а).

Если подрядчик выбирает автоматический выключатель со 100% номиналом, то необходимо использовать Правило 8-104 (4) (a), и 202 А на вторичной обмотке трансформатора будет удовлетворять требованиям этого правила.

Фактически, выбор настройки на 70 А для автоматического выключателя 100% номинальной первичной цепи позволит подрядчику использовать Правило 26-258 (3) для сокращения первичных и вторичных проводников. Теперь допустимая токовая нагрузка первичных проводов должна быть не менее 70 А, и первичные проводники 4 AWG могут быть выбраны из таблицы 2.

Соответственно, токопроводы вторичной обмотки должны иметь допустимую нагрузку не менее 202 А, а проводники 3/0 разрешены для использования на вторичной обмотке трансформатора.Такой подход принесет подрядчику значительную экономию, и все применимые положения Кодекса CE будут соблюдены.

Следует отметить, что, если пользователь Кодекса решает использовать первичные или вторичные проводники с номиналом на открытом воздухе (если номинальное значение на открытом воздухе разрешено требованиями Кодекса), в соответствии с Правилом 8-104 непрерывная нагрузка, подключенная к трансформатору, не может превышают 85% номинала цепи трансформатора — если устройство O / C имеет маркировку для 100% непрерывной работы или не может превышать 70% номинала цепи трансформатора — если стандартный переключатель с предохранителем 80% или цепь прерыватель используется в соответствии с Правилом 26-256 (1).

Упражнение, показанное в приведенном выше примере, может быть особенно полезным, когда проектировщик или установщик использует трансформатор большего размера (например, 300 кВА) и хочет установить щит на 1000 А на вторичной обмотке трансформатора для соответствующей подключенной нагрузки. Типичный трансформатор на 300 кВА должен быть защищен на первичной обмотке 600 В с помощью устройства 400-AO / C, а такое устройство O / C будет представлено на вторичной обмотке 120/208 В с помощью 1152 A, поэтому потребуется установка. щита 1200-А. Но использование настройки 350-A (с оценкой мер предосторожности, рекомендованных в Приложении B Примечание к Правилу 26-256) и с оценкой всех других соответствующих аспектов координации с Правилом 8-104, позволит установщику выбрать 1000- Щит номинальный.Соответственно, размеры первичных и вторичных проводов могут быть уменьшены в соответствии с Правилом 26-258 (3).

Однако, как обычно, прежде чем рассматривать какое-либо отклонение от требований Кодекса по этому вопросу, необходимо проконсультироваться с AHJ, администрирующим Кодекс CE в конкретной юрисдикции.

Что такое согласование импеданса и как использовать согласующий трансформатор импеданса для вашего проекта

Если вы инженер-проектировщик радиочастот или кто-либо из тех, кто работал с беспроводными радиостанциями, термин « согласование импеданса » должен был поразить вас не раз.Этот термин имеет решающее значение, поскольку он напрямую влияет на мощность передачи и, следовательно, на дальность действия наших радиомодулей. Эта статья призвана помочь вам понять, что такое согласование импеданса, исходя из основ, а также поможет вам разработать собственные схемы согласования импеданса с помощью трансформатора согласования импеданса, который является наиболее распространенным методом. Итак, приступим.

Что такое согласование импеданса?

Короче говоря, согласование импеданса гарантирует, что выходное сопротивление одного каскада, называемого источником, равно входному сопротивлению следующего каскада, называемого нагрузкой .Это совпадение обеспечивает максимальную передачу мощности и минимальные потери. Вы можете легко понять эту концепцию, представив ее как лампочки, соединенные последовательно с источником питания. Первая лампочка — это выходное сопротивление для первой ступени (например, радиопередатчика), а вторая лампочка — это нагрузка, или, другими словами, входное сопротивление второй лампочки (например, антенны). Мы хотим убедиться, что наибольшая мощность передается нагрузке, в нашем случае это будет означать, что наибольшая мощность передается в воздух, чтобы радиостанцию ​​можно было слышать издалека.Этот максимум передача мощности происходит, когда выходное сопротивление источника равно входному сопротивлению нагрузки , потому что, если выходное сопротивление больше, чем нагрузка, в источнике теряется больше мощности (первая лампочка светит ярче) .

Коэффициент стоячей волны — мера согласования импеданса

Измерение, используемое для определения того, насколько хорошо согласованы две ступени, называется КСВ (коэффициент стоячей волны). Это отношение большего импеданса по сравнению с меньшим, 50-омный передатчик к 200-омной антенне дает 4 КСВ, 75-омная антенна, питающая смеситель NE612 (входное сопротивление 1500 Ом), напрямую дает КСВ 20.Идеальное совпадение, скажем, антенна 50 Ом и приемник 50 Ом дают КСВ 1.

.

В радиопередатчиках КСВ ниже 1,5 считаются приемлемыми, и работа, когда КСВ больше 3, может привести к повреждению из-за перегрева устройств силового выходного каскада (электронных ламп или транзисторов). В приемных приложениях высокий КСВ не приведет к повреждению, но сделает приемник менее чувствительным, поскольку принимаемый сигнал будет ослаблен из-за рассогласования и, как следствие, потери мощности.

Поскольку большинство приемников используют ту или иную форму входного полосового фильтра, входной фильтр может быть спроектирован так, чтобы согласовывать антенну с входным каскадом приемника.Все радиопередатчики имеют выходные фильтры, которые используются для согласования выходного каскада мощности с удельным сопротивлением (обычно 50 Ом). Некоторые передатчики имеют встроенные антенные тюнеры, которые можно использовать для согласования передатчика с антенной, если полное сопротивление антенны отличается от указанного выходного сопротивления передатчика. Если антенный тюнер отсутствует, необходимо использовать внешнюю согласующую схему. Потери мощности из-за рассогласования трудно вычислить, поэтому используются специальные калькуляторы или таблицы потерь КСВ.Типичная таблица потерь КСВ приведена ниже

.

Используя приведенную выше таблицу КСВ, мы можем рассчитать потери мощности, а также потери напряжения. Напряжение теряется из-за рассогласования, когда импеданс нагрузки ниже, чем импеданс источника, а ток теряется, когда импеданс нагрузки выше, чем у источника.

Наш 50-омный передатчик с 200-омной антенной с 4 КСВ потеряет около 36% своей мощности, а это означает, что на антенну будет подаваться на 36% меньше мощности по сравнению с тем, если бы антенна имела импеданс 50 Ом.Потерянная мощность будет в основном рассеиваться в источнике, что означает, что если наш передатчик выдавал 100 Вт, 36 Вт будут дополнительно рассеиваться в нем в виде тепла. Если бы наш передатчик с сопротивлением 50 Ом был эффективен на 60%, он рассеивал бы 66 Вт при передаче 100 Вт на антенну с сопротивлением 50 Ом. При подключении к 200-омной антенне она рассеивает дополнительно 36 Вт, поэтому общая мощность, теряемая из-за тепла в передатчике, составляет 102 Вт. Увеличение мощности, рассеиваемой в передатчике, не только означает, что полная мощность не излучается антенной. но также рискует повредить наш передатчик, потому что он рассеивает 102 Вт вместо 66 Вт, для которых он был разработан.

В случае антенны 75 Ом, питающей вход 1500 Ом микросхемы NE612, нас беспокоит не потеря мощности в виде тепла, а повышенный уровень сигнала, которого можно достичь с помощью согласования импеданса. Допустим, в антенне индуцируется 13 нВт радиочастоты. При импедансе 75 Ом 13 нВт дает 1 мВ — мы хотим согласовать это с нашей нагрузкой 1500 Ом. Чтобы рассчитать выходное напряжение после согласующей цепи, нам нужно знать соотношение импедансов, в нашем случае 1500 Ом / 75 Ом = 20. Соотношение напряжений (как и соотношение витков в трансформаторах) равно квадратному корню из отношения импеданса, поэтому √20≈8.7. Это означает, что выходное напряжение будет в 8,7 раза больше, поэтому оно будет равно 8,7 мВ. Согласующие цепи действуют как трансформаторы.

Поскольку мощность, входящая в согласующую цепь, и выходная мощность одинаковы (минус потери), выходной ток будет ниже входного в 8,7 раза, но выходное напряжение будет больше. Если мы сопоставим высокий импеданс с низким, мы получим более низкое напряжение, но более высокий ток.

Согласующие трансформаторы сопротивления Для согласования импеданса можно использовать специальные трансформаторы

, называемые трансформаторами согласования импеданса.Основное преимущество трансформаторов как устройств согласования импеданса заключается в том, что они имеют широкополосный доступ, что означает, что они могут работать с широким диапазоном частот. Звуковые трансформаторы с сердечниками из листовой стали, например те, которые используются в схемах ламповых усилителей для согласования высокого импеданса лампы с низким импедансом динамика, имеют полосу пропускания от 20 Гц до 20 кГц, ВЧ-трансформаторы изготовлены из феррита или даже воздуха ядра могут иметь полосу пропускания от 1 до 30 МГц.

Трансформаторы

могут использоваться в качестве устройств согласования импеданса, поскольку их коэффициент трансформации изменяет импеданс, который «видит» источник.Вы также можете проверить эту основную статью о трансформаторах, если вы совершенно не знакомы с трансформаторами. Если у нас есть трансформатор с соотношением витков 1: 4, это означает, что если бы 1 В переменного тока подавалось на первичную обмотку, у нас было бы 4 В переменного тока на выходе. Если мы добавим к выходу резистор 4 Ом, во вторичной обмотке будет протекать ток 1 А, ток в первичной обмотке будет равен вторичному току, умноженному на коэффициент витков (деленный, если трансформатор был понижающего типа, например, сеть трансформаторы), поэтому 1А * 4 = 4А.Если мы используем закон Ω для определения импеданса, который трансформатор представляет цепи, мы имеем 1 В / 4 А = 0,25 Ом, в то время как мы подключили нагрузку 4 Ом после согласующего трансформатора. Соотношение импедансов составляет от 0,25 Ом до 4 Ом или также 1:16. Его также можно рассчитать по формуле соотношения импеданса :

.
  (n  A  / n  B ) ² = r  i   

, где n A — количество витков первичной обмотки с большим количеством витков, n B — количество витков на обмотка с меньшим количеством витков, а r i — коэффициент импеданса.Вот как происходит согласование импеданса.

Если бы мы снова использовали закон Ома, но теперь для расчета мощности, которая течет в первичную обмотку, у нас было бы 1 В * 4 А = 4 Вт, а во вторичной обмотке — 4 В * 1 А = 4 Вт. Это означает, что наши расчеты верны, трансформаторы и другие цепи согласования импеданса не выдают больше мощности, чем они запитаны. Здесь нет бесплатной энергии.

Как выбрать трансформатор согласования импеданса

Схема согласования трансформатора может использоваться, когда требуется полосовая фильтрация, она должна быть резонансной с индуктивностью вторичной обмотки на частоте использования.Основные параметры трансформаторов как устройств согласования импеданса:

  • Отношение импеданса или более общепринятое отношение витков (n)
  • Первичная индуктивность
  • Вторичная индуктивность
  • Импеданс первичной обмотки
  • Вторичный импеданс
  • Собственная резонансная частота
  • Минимальная частота работы
  • Максимальная частота работы
  • Конфигурация обмотки
  • Наличие воздушного зазора и макс. Постоянный ток
  • Макс.мощность

Число витков первичной обмотки должно быть достаточным, чтобы реактивное сопротивление первичной обмотки трансформатора (это катушка) в четыре раза превышало выходное сопротивление источника при самой низкой рабочей частоте.

Число витков вторичной обмотки равно числу витков первичной обмотки, деленному на квадратный корень из отношения импедансов.

Нам также необходимо знать, какой тип и размер сердечника использовать, разные сердечники хорошо работают на разных частотах, за пределами которых они показывают потери.

Размер сердечника зависит от мощности, протекающей через сердечник, так как каждый сердечник демонстрирует потери, а сердечники большего размера могут лучше рассеивать эти потери и не так легко проявлять магнитное насыщение и другие нежелательные явления.

Воздушный зазор необходим, когда через любую обмотку трансформатора будет протекать постоянный ток, если используемый сердечник сделан из стальных пластин, как в сетевом трансформаторе.

Согласующие цепи трансформатора — пример

Например, нам нужен трансформатор для согласования источника 50 Ом с нагрузкой 1500 Ом в диапазоне частот от 3 до 30 МГц в приемнике.Сначала нам нужно знать, какое ядро ​​нам понадобится, поскольку это приемник, через трансформатор будет проходить очень мало энергии, поэтому размер сердечника может быть небольшим. Хорошим ядром в этом приложении будет FT50-75. По заявлению производителя, диапазон частот широкополосного трансформатора составляет от 1 МГц до 50 МГц, что достаточно для этого применения.

Теперь нам нужно рассчитать количество витков первичной обмотки, нам нужно, чтобы реактивное сопротивление первичной обмотки в 4 раза превышало выходное сопротивление источника, то есть 200 Ом. При минимальной рабочей частоте 3 МГц индуктор 10.6uH имеет реактивное сопротивление 200 Ом. Используя онлайн-калькулятор, мы подсчитали, что нам нужно 2 витка провода на сердечнике, чтобы получить 16 мкГн, что немного выше 10,6 мкГн, но в этом случае лучше, чтобы он был больше, чем был меньше. От 50 Ом до 1500 Ом получается отношение импеданса 30. Так как отношение витков является квадратным корнем из отношения импеданса, мы получаем около 5,5, поэтому для каждого первичного витка нам нужно 5,5 вторичных витков, чтобы 1500 Ом на вторичной обмотке выглядело как 50 Ом к источник. Поскольку у нас 2 витка на первичной обмотке, нам нужно 2 * 5.На вторичной обмотке 5 витков, то есть 11 витков. Диаметр провода должен соответствовать правилу 3А / 1мм 2 (максимум 3А на каждый квадратный миллиметр площади поперечного сечения провода).

Согласование трансформатора часто используется в полосовых фильтрах для согласования резонансных цепей с низкими сопротивлениями антенн и смесителей . Чем выше импеданс, нагружающий цепь, тем ниже полоса пропускания и выше добротность. Если бы мы подключили резонансный контур непосредственно к низкому импедансу, полоса пропускания очень часто была бы слишком большой, чтобы быть полезной.Резонансный контур состоит из вторичной обмотки L1 и первого конденсатора 220 пФ, первичной обмотки L2 и второго конденсатора 220 пФ.

На приведенном выше изображении показано согласование трансформатора, используемое в ламповом усилителе мощности звука для согласования выходного импеданса 3000 Ом лампы PL841 с динамиком 4 Ом. 1000 пФ C67 предотвращает звон на высоких звуковых частотах.

Согласование автотрансформатора для баланса импеданса

Согласующая схема автотрансформатора представляет собой вариант согласующей схемы трансформатора , где две обмотки соединены друг с другом.Он обычно используется в катушках индуктивности фильтра ПЧ вместе с трансформатором, согласованным с базой, где он используется для согласования более низкого импеданса транзистора с высоким импедансом, который меньше нагружает схему настройки и обеспечивает меньшую полосу пропускания и, следовательно, большую селективность. . Процесс их проектирования практически такой же: количество витков на первичной обмотке равно количеству витков от отвода катушки до «холодного» или заземленного конца, а количество витков на вторичной обмотке равно количеству витков на вторичной обмотке. количество витков между отводом и «горячим» концом или концом, подключенным к нагрузке.

На изображении выше показана согласующая схема автотрансформатора. C не является обязательным, если он используется, он должен быть резонансным с индуктивностью L на частоте использования. Таким образом, схема также обеспечивает фильтрацию.

На этом изображении показаны автотрансформатор и согласование трансформатора, используемые в трансформаторе ПЧ. Высокое сопротивление автотрансформатора подключается к C17, этот конденсатор образует резонансный контур со всей обмоткой. Поскольку этот конденсатор подключается к концу автотрансформатора с высоким импедансом, сопротивление, нагружающее настроенную схему, выше, поэтому схема Q больше, а полоса ПЧ уменьшается, улучшая селективность и чувствительность.Согласующий трансформатор передает усиленный сигнал на диод.

Согласование автотрансформатора, используемое в транзисторном усилителе мощности, оно согласовывает выходное сопротивление транзистора 12 Ом с антенной 75 Ом. С55, подключенный параллельно к высокоомному концу автотрансформатора, образует резонансный контур, который отфильтровывает гармоники.

Рассмотрение короткого замыкания трансформатора

Замечания по поводу короткого замыкания трансформатора

Короткие замыкания или неисправности могут происходить и происходят в системах электроснабжения и распределения.Когда неисправность происходит на стороне нагрузки трансформатора, ток повреждения проходит через трансформатор. Как компоненты этих систем, трансформаторы должны выдерживать эти токи короткого замыкания.

Токи повреждения, протекающие через трансформаторы, значительно превышают номинальные токи трансформаторов. В худшем случае ток будет таким же высоким, как ток, который будет протекать, если бы напряжение системы было приложено к первичным клеммам, а вторичные клеммы были закорочены — ограничивается только импедансом трансформатора.Эти токи вызывают в трансформаторах как механические, так и термические напряжения.

Силы, возникающие от токов, проходящих через трансформатор, действуют на проводники. Силы являются функцией пикового асимметричного тока (наивысшее пиковое значение любого цикла тока), которое обычно является самым высоким в течение первого полупериода повреждения. Продолжительность повреждения обычно не является проблемой для механической стойкости, потому что пиковое значение каждого цикла тока уменьшается по мере того, как неисправность сохраняется.Изготовитель трансформатора должен гарантировать, что эти силы не повредят трансформатор.

Термическое напряжение вызывается высоким током, вызывающим нагрев трансформатора. Как величина среднеквадратичного симметричного тока, так и продолжительность повреждения способствуют нагреву трансформатора. Изготовитель трансформатора должен убедиться, что компоненты трансформатора не нагреваются до такой степени, чтобы их можно было повредить.

Сухие трансформаторы общего назначения обычно рассчитаны на то, чтобы выдерживать механические и термические нагрузки, вызванные коротким замыканием на вторичных выводах трансформатора с номинальным напряжением, приложенным к первичным выводам в течение максимум 2 секунд, при условии, что ток не превышает 25-кратный номинальный ток.Величина тока повреждения является функцией импеданса трансформатора. В таблице ниже показаны токи короткого замыкания для выбранных импедансов и применимы как к линейным, так и к фазным токам.

Импеданс трансформатора Ток повреждения (раз номинальное значение)
4,0% 25,0
5,0% 20,0
6,0% 16.7
7,0% 14,3
8,0% 12,5

Указан максимум 25-кратный номинальный ток, поэтому трансформаторы с импедансом ниже 4% должны быть способны выдерживать только 25-кратный номинальный ток, хотя ток короткого замыкания может быть выше этого. Это не означает, что все трансформаторы способны выдерживать ток короткого замыкания, в 25 раз превышающий номинальный ток — при номинальном напряжении, приложенном к первичной обмотке, импеданс трансформатора выше 4% не позволит протекать току в 25 раз больше номинального.

Многие спецификации указывают на уровень неисправности на первичных выводах трансформатора. Некоторые клиенты потребуют, чтобы трансформатор был закреплен на уровне первичной неисправности. Трансформатор общего назначения подходит для подключения к системе с указанным уровнем неисправности, но полное сопротивление трансформатора ограничивает проходящий через него ток повреждения до уровня значительно ниже доступного уровня неисправности. Например, заказчик требует, чтобы трансформатор 2500 кВА, дельта 13,8 кВ — 480Y / 277 В, импеданс 5,75% был привязан к уровню повреждения 750 МВА при 13.8 кВ. В этом случае доступный ток короткого замыкания на первичных выводах составляет 31,4 кА. В случае короткого замыкания на вторичной стороне трансформатора полное сопротивление трансформатора ограничивает ток короткого замыкания, протекающий в первичной обмотке, до 1,8 кА в линиях и 1,1 кА в катушках, что значительно ниже доступного уровня замыкания. Нет необходимости подбирать размеры и скреплять первичные проводники трансформатора, чтобы выдерживать ток повреждения 31,4 кА.

Некоторые условия эксплуатации требуют особого внимания.Некоторые заказчики требуют, чтобы трансформатор работал непрерывно с нагрузкой, превышающей номинальное напряжение. Если неисправность происходит, когда трансформатор работает при напряжении выше номинального, результирующий ток повреждения будет выше, чем рассчитан типичный трансформатор. Это увеличит как силы в трансформаторе, так и нагрев трансформатора. Некоторые заказчики указывают продолжительность неисправности более 2 секунд, не указывая более высокое напряжение. Это не влияет на силы, но увеличивает нагрев трансформатора.В этих случаях может потребоваться особая конструкция.

Особого внимания требует один случай — трансформаторы, напрямую подключенные к генератору. Когда генератор питает нагрузку, а нагрузка внезапно отключается, выходное напряжение генератора значительно повышается на короткое время, пока система возбуждения не снизит напряжение. Если в это время на вторичной обмотке трансформатора происходит неисправность, ток повреждения может быть значительно выше, чем рассчитан на типичный трансформатор.В некоторых приложениях может отсутствовать защита от перегрузки по току между генератором и первичной обмоткой трансформатора, что приводит к увеличению продолжительности работы. В таких случаях рекомендуется ознакомиться с руководством IEEE C57.116 IEEE для трансформаторов, напрямую подключенных к генераторам, чтобы определить требования к стойкости трансформатора к короткому замыканию.

Трансформаторы

общего назначения обладают способностью выдерживать короткое замыкание, достаточной для многих применений. Производитель трансформатора должен быть проинформирован о случаях, когда может произойти сбой на вторичной обмотке трансформатора, когда на трансформатор подается напряжение, превышающее номинальное, или если продолжительность замыкания превышает 2 секунды, чтобы убедиться, что трансформатор спроектирован таким образом, чтобы выдерживать возможные замыкания на вторичной обмотке. .

РУКОВОДСТВО ПО ТРАНСФОРМАТОРУ | Журнал Nuts & Volts


Многое из того, что мы узнаем о себе на своих ошибках, мы можем многое узнать о трансформаторах из их недостатков. Большинство любителей электроники понимают основные принципы идеальных трансформаторов; что напряжения на обмотках прямо пропорциональны виткам, токи обратно пропорциональны виткам, а сопротивление, подключенное к одной обмотке, видно из другой обмотки как умноженное на квадрат отношения витков. Рисунок 1 иллюстрирует эти основы.

РИСУНОК 1. Принципы идеального трансформатора , проиллюстрированные


Однако все эти условия применимы только в том случае, если:

  1. Все магнитное поле, создаваемое в одних звеньях обмотки и индуцирующее напряжение в других обмотках
  2. Сопротивление одной или всех обмоток незначительно.
  3. В сердечнике отсутствуют гистерезисные потери или потери на вихревые токи
  4. Собственная индуктивность возбужденной обмотки приближается к бесконечности, так что ток намагничивания, создающий магнитный поток в сердечнике, близок к нулю
  5. Влияние емкости незначительно

В то время как многие трансформаторы с железным сердечником, работающие на низкой частоте, очень близки к удовлетворению некоторых из этих критериев, ни один из них не соответствует полностью ни одному из них и, следовательно, никогда не соответствует идеальным принципам, изложенным выше.Для некоторых целей допустимо считать трансформаторы идеальными, но для других необходимо учитывать недостатки устройств.

Эквивалентная схема Рис. 2 помогает визуализировать недостатки трансформатора. В этом двухобмоточном трансформаторе Rs представляет собой объединенное сопротивление первичной и вторичной обмоток переменного тока. Термин Xs обозначает «реактивное сопротивление рассеяния» обмотки.

РИСУНОК 2. Схема, эквивалентная , с сосредоточенным сопротивлением обмотки и реактивным сопротивлением утечки


В идеальном трансформаторе, где каждая линия магнитного потока, генерируемая в первичной обмотке, связывает вторичные обмотки и наоборот, поток, генерируемый токами нагрузки, полностью нейтрализуется в соответствии с законом Ленца, а магнитный поток сердечника остается постоянным для всей нагрузки. условия.

В реальном трансформаторе, однако, магнитная связь не идеальна, и трансформатор вводит индуктивное реактивное сопротивление, обычно небольшое, последовательно со схемой.

Параллельное сопротивление Rc представляет собой потери энергии из-за гистерезиса и вихревых токов в сердечнике. Это реальные потери энергии и, следовательно, могут быть представлены сопротивлением. Параллельное реактивное сопротивление Xm — это индуктивное сопротивление возбужденной обмотки, и именно ток в этой ветви создает основное магнитное поле в сердечнике.Коэффициент трансформации представлен идеальным трансформатором, точками показаны клеммы, которые имеют одинаковую мгновенную полярность.

Значения компонентов сопротивления и реактивного сопротивления в эквивалентной схеме легко получить с помощью двух простых испытаний: испытание на обрыв цепи или без нагрузки, при котором одна обмотка трансформатора находится под напряжением при номинальном напряжении, а другая обмотка (и) разомкнута; и испытание на короткое замыкание, при котором напряжение на одну обмотку прикладывают для достижения номинального тока при коротком замыкании другой обмотки (ей).

В обоих тестах напряжение, ток и мощность измеряются на обмотке под напряжением. См. Рисунок 3 .

РИСУНОК 3. Приборы для испытаний и формулы для расчета эквивалентных параметров цепи


Ток при испытании на обрыв цепи будет довольно небольшим, поэтому потери мощности и падения напряжения в Rs и Xs считаются незначительными, и предполагается, что все потери мощности являются потерями в сердечнике (гистерезис плюс вихревые токи).Параметры сердечника Rc и Xm рассчитываются, как показано на рис. 3a , , с использованием приложенного напряжения. Параметры серии — Rs и Xs — рассчитываются аналогичным образом из теста на короткое замыкание.

В этом испытании напряжение будет намного меньше номинального напряжения, и предполагается, что потери в сердечнике, которые чувствительны к напряжению, незначительны. Хотя приборы в основном такие же, как и для испытания на обрыв цепи, теперь известен ток через последовательные элементы, а не напряжение на параллельных элементах сердечника.См. Рисунок 3b .

Хотя вышеупомянутые испытания обычно связаны с большими силовыми трансформаторами, те же принципы должны достаточно хорошо применяться к небольшим трансформаторам с некоторой потерей точности. Чтобы понять это, в местном магазине электроники был куплен стандартный трансформатор на 120–12,6 В, 1,2 А, и результаты испытаний показаны в Таблица 1 .

V1 (вольт) I (амперы) P (Ватты) V2 (вольт)
Тест обрыва цепи 120 0.048 2,30 14,4
Тест на короткое замыкание 13,83 0,126 1,63 0

ТАБЛИЦА 1 — Данные испытаний трансформатора номиналом от 120 до 12,6 В при 1,2 А, 60 Гц


Используя методы, описанные ранее, была разработана эквивалентная схема, показанная на Рис. 4 .

РИСУНОК 4. Эквивалентная схема испытанного трансформатора


Преобразование импеданса — не только важное применение трансформаторов, но и позволяет нам еще больше упростить эквивалентную схему.Чтобы понять, как работает преобразование импеданса, вернитесь к Рис. 1 . Проследив путь от нагрузочного резистора до генератора-источника с использованием идеальных концепций трансформатора, легко увидеть, что генератор видит импеданс, который в 2 раз превышает импеданс нагрузки, где a — отношение витков N1 / N2.

Если мы поменяем местами источник и нагрузку, импеданс источника будет разделен на 2 , опять же с a = N1 / N2, чтобы получить кажущееся сопротивление в один Ом.Одним из наиболее частых применений этого принципа является согласование импеданса усилителя с импедансом динамика, чтобы оптимизировать передачу мощности в соответствии с теоремой о трансформаторе максимальной мощности.

Мы также можем использовать этот принцип, чтобы исключить идеальный трансформатор в эквивалентной схеме трансформатора и, таким образом, обеспечить анализ на одном уровне напряжения.

Рассмотрим описанный ранее трансформатор от 120 до 12,6 В, подключенный к источнику 120 В, 60 Гц и с резистивной нагрузкой 10 Ом, подключенной к источнику 12.Обмотка 6 вольт.

Полная эквивалентная схема без учета импеданса источника показана на Рис. 5a . Такая же эквивалентная схема с сопротивлением нагрузки, относящимся к стороне источника, показана на , рис. 5b, . Это было достигнуто простым умножением 10-омной нагрузки на (8.3) 2.

РИСУНОК 5. Эквивалентные схемы с нагрузкой 10 Ом


Во многих случаях удобнее работать со стороны низкого напряжения трансформатора, а не со стороны высокого напряжения.

Тот же принцип, который используется для отнесения импеданса нагрузки к стороне источника в Рис. 5 может использоваться для отнесения всех импедансов к стороне низкого напряжения.

Для этого мы разделим все высокие боковые сопротивления на 2 . Опять же, в приведенном выше примере мы преобразуем эквивалентную схему трансформатора на сторону 12,6 В, разделив импедансы на стороне высокого напряжения на (8,3) 2 и поместив идеальный трансформатор на клеммы высокого напряжения. См. Рисунок 6 . (Это та же эквивалентная схема трансформатора, которая была бы получена, если бы устройство испытывалось со стороны низкого напряжения.)

РИСУНОК 6. Эквивалентная цепь , относящаяся к стороне низкого напряжения


Анализ схемы с использованием полной эквивалентной схемы, как описано выше, может быть довольно утомительным и требует навыков в сложных методах алгебры. К счастью, для многих целей, в том числе для большинства небольших трансформаторов, возможны существенные упрощения.

Хотя параллельные компоненты ветви намагничивания — Rc и Xm — вносят некоторую ошибку в идеальный коэффициент трансформации тока, их влияние на поведение схемы часто минимально по сравнению с последовательными компонентами — Rs и Xs — и, следовательно, их часто можно опустить.

Это приводит к очень простой эквивалентной схеме, состоящей только из последовательного импеданса и идеального трансформатора, или, если все части системы относятся к одному уровню напряжения, как в предыдущих параграфах, только из последовательного импеданса.

Более того, в небольших трансформаторах, подобных тому, что описан в этой статье, последовательное сопротивление — Rs — обычно намного выше, чем реактивное сопротивление утечки, Xs, так что Rs + jXs не сильно отличается от Rs. Таким образом, Xs для небольших трансформаторов часто можно не учитывать, что позволяет нам свести эквивалентную схему к простому последовательному сопротивлению.

Для иллюстрации предположим, что мы хотим найти вторичное напряжение трансформатора, описанного ранее, когда нагрузка на полную вторичную обмотку составляет 25 Ом. Если отразить это сопротивление на стороне первичной обмотки, чтобы исключить отношение витков, мы получим 8,32×25 = 1722 Ом. Наша сверхупростая эквивалентная схема выглядит так, как показано на рис.7 .

РИСУНОК 7. Ультра упрощенная эквивалентная схема с нагрузкой 25 Ом


При поданном напряжении 120 В первичный ток составляет 120 / (103 + 1722) = 66 мА, а падение на нагрузке, относящееся к первичной обмотке, равно.066×1722 = 114 вольт. Теперь мы повторно устанавливаем соотношение витков, и наше вторичное напряжение составляет 114 / 8,3 или 13,7 вольт.

Мы можем проверить правильность нашей примерной эквивалентной схемы, рассчитав вторичное напряжение при полной номинальной нагрузке; оно должно быть 12,6 вольт.

Сопротивление при полной нагрузке составляет 12,6 / 1,2 = 10,5 Ом, что составляет 8,32×10,5 = 723 Ом, отраженное на первичную обмотку. Сопротивление со стороны источника составляет 723 + 103 = 826 Ом, а первичный ток составляет 120/826 = 0,145 ампер.

Падение нагрузки относительно первичной обмотки составляет 0,145×723 = 105 вольт.

Наконец, разделив 105 вольт на соотношение витков 8,3, мы получим 12,65 вольт, что очень близко к номинальному значению обмотки в 12,6 вольт.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.