Меню

Частота питающего напряжения трансформатора



Область применения и принцип действия трансформаторов напряжения

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

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

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

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

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

Принцип работы ТН

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

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

Классификация трансформаторов напряжения

ТНы классифицируются по следующим параметрам:

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

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

электромагнитные и емкостные

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

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

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

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

Электромагнитное устройство состоит из понижающего трансформатора, реактора и демпфера.

Реактор предназначен для компенсации емкостного сопротивления и следовательно уменьшения погрешности.

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

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

Источник

Частота питающего напряжения трансформатора

Трансформаторы для преобразования частоты

С использованием трансформаторов выполняют схемы для удвоения и утроения частоты питающего напряжения.

Удвоение частоты осуществляют с помощью трансформатора, магнитная система которого состоит из двух независимых магнитопроводов α и β (рис. 1). Первичная обмотка, имеющая число витков w1 и включаемая в сеть с частотой f1 охватывает оба магнитопровода. Магнитопроводы α и β обмоткой О, состоящей из двух частей, подмагничиваются таким образом, что усиливается поток магнитопровода α и ослабляется поток магнитопровода β (рис. 1). В каждом магнитопроводе МДС, создаваемая этой обмоткой, равна F. В правом квадранте на рис. 2 построены магнитные характеристики Фα=f(i1) и Фβ=f(i1) магнитопроводов с учетом действия МДС F. Там же показана зависимость суммарного магнитного потока Фα+ Фβ от тока первичной обмотки i1. Магнитный поток Фαβ=Ф сцеплен с первичной обмоткой и наводит в ней ЭДС e1 (эта ЭДС практически равна и направлена противоположно приложенному напряжению u1).

Вторичная обмотка с числом витков w2 состоит из двух частей, расположенных на разных магнитопроводах. Эти части обмотки включены встречно, поэтому результирующее потокосцепление вторичной обмотки пропорционально разности магнитных потоков (Фα — Фβ). Зависимость (Фα — Фβ) = f(i1) также показана на рис. 2.

Читайте также:  При последовательном соединении конденсаторов напряжение const

Если к первичной обмотке приложить синусоидальное напряжение u1, то магнитный поток Ф = Фαβ будет практически синусоидальным и изменяться во времени с частотой f1 (левый квадрант на рис. 2). Изменение во времени магнитного потока, сцепленного со вторичной обмоткой (Фα — Фβ), можно получить построением по точкам 1-2-3-4. Эта зависимость имеет пульсирующий характер с частотой пульсаций, равной 2f1. Индуктируемая во вторичной обмотке ЭДС e2 будет пропорциональна d(Фα — Фβ)/dt и иметь частоту 2f1.

Для снижения падения напряжения в цепи вторичной обмотки при нагрузке последовательно с этой обмоткой включают конденсатор С, компенсирующий индуктивность обмотки. Регулирование напряжения производится изменением тока в подмагничивающей обмотке.

Утроение частоты с помощью трансформаторов можно осуществить, используя схему, показанную на рис. 3.

Первичные обмотки трех однофазных трансформаторов соединяются звездой и подключаются к трехфазной сети с частотой f1. Вторичные обмотки этих трансформаторов соединяются между собой последовательно. В магнитопроводе каждой фазы трехфазной группы однофазных трансформаторов, первичные обмотки которых соединены звездой, при насыщении магнитной цепи возникают значительные третьи гармонические составляющие магнитного потока. Эти составляющие потока наводят во вторичных обмотках ЭДС тройной частоты е3. При последовательном соединении вторичных обмоток ЭДС тройной частоты арифметически складываются, а сумма первых гармоник ЭДС равна нулю. Таким образом, на выводах вторичной обмотки будет действовать напряжение U3≈3E3 с частотой 3f1. Емкость С, включенная в цепь вторичной обмотки, служит для уменьшения падения напряжения при нагрузке.

Источник

Electronov.net | Библиотека

Особенности трансформаторов:

Частота:

При одинаковых напряжениях первичной обмотки, трансформатор, разработанный для частоты 50 Гц, может использоваться при частоте сети 60 Гц, но не наоборот. При частоте меньше номинальной увеличивается индукция в магнитопроводе, что может повлечь его насыщение и как следствие резкое увеличение тока холостого хода и изменение его формы. При частоте больше номинальной повышается величина паразитных токов в магнитопроводе, повышенный нагрев магнитопровода и обмотки, приводящие к ускоренному старению и разрушению изоляции.

Габариты трансформатора напрямую зависят от частоты тока в цепи, в которой он будет установлен. Зависимость эта обратная, т.е. с увеличением частоты габариты трансформатора значительно уменьшаются. Именно поэтому, импульсные блоки питания (с импульсными высокочастотными трансформаторами) намного компактнее обычных линейных.

Объясняется данный факт до неприличия просто. По сути, все объяснение можно вывести из закона электромагнитной индукции Фарадея (формулы рассматривались в разделе индуктивность.

Габаритные размеры практически полностью определяют величину индуктивности, т.е. коэффициент пропорциональности между магнитным потоком и электрическим током. Соответственно, в обычном сетевом трансформаторе на 50 Гц, для увеличения пропускаемой мощности, которая определяется величиной ЭДС индукции, необходимо увеличивать габариты магнитопровода. Однако если Вы внимательно посмотрите на формулу ЭДС индукции, то сможете разглядеть там частоту тока, вызывающего эту самую ЭДС индукции. И если Ваш мозг не спит, то он сразу же скажет вам, что «Вот оно, решение! И чего это люди раньше до такого не додумались?». На самом деле, так и есть, но изготовление таких трансформаторов само по себе сложнее, чем в случае с обычными. К тому же, высокая рабочая частота тока требует совершенно иной схемотехники и конструкции прибора, а также полупроводниковых приборов, способных работать на такой частоте. Именно поэтому данный класс устройств получил широкое распространение лишь в последнее время.

Читайте также:  Напряжение сечение узнать силу тока

При работе на высоких частотах, начинает значительно проявляться поверхностный эффект (скин-эффект), выражается это проявление в разогреве обмоточных проводов, уменьшении КПД и появлению паразитных гармоник напряжения и тока. Чтобы снизить данный эффект в высокочастотных трансформаторах и катушках индуктивности, в качестве обмоточного применяется специальный вид провода — литцендрат (нем. Litzen — пряди и Draht — провод) — многожильный провод, каждая жила которого покрыта изолирующим лаком. Однако данный вид провода вызывает значительное удорожание продукции, т.к. сложен в изготовлении и пайке.

Коэффициент трансформации:

Трансформаторы могут быть как понижающими, так и повышающими, соответственно коэффициент трансформации может быть больше единицы или меньше. Коэффициент трансформации численно равен отношению числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной.

Основные параметры трансформаторов:

  • Коэффициент трансформации:

Определяет тип трансформатора – понижающий или повышающий. Может указываться в неявном виде, т.е. просто задается рабочее напряжение первичной и вторичной обмоток, например, 220В/24В.

  • Количество вторичных обмоток;
  • Номинальная мощность:

Максимальная мощность, которую трансформатор способен пропустить через себя. Часто вместо мощности указывают максимальный ток вторичной обмотки.

  • Класс точности:

Данный параметр указывается только для измерительных трансформаторов. Характеризует точность и стабильность коэффициента трансформации.

  • Индуктивность обмоток:

Этот параметр нормируется только для согласующих трансформаторов.

Маркировка трансформаторов:

Так как габариты даже высокочастотных трансформаторов не такие уж и маленькие, по сравнению с остальными электронными приборами, то информация обычно указывается в явном виде.

На трансформаторах указывается:

  • Тип трансформатора, например, ТП – трансформатор питания (т.е. силовой);
  • Рабочее напряжение первичной и всех вторичных обмоток;
  • Указывается либо номинальная мощность, либо максимальный ток для каждой вторичной обмотки;
  • Число вторичных обмоток;
  • Рабочая частота;
  • Для измерительных трансформаторов указывается классточности;
  • Для согласующих трансформаторов указывается индуктивность обмоток.

Условное обозначение трансформаторов на схемах:

УГО трансформаторов

Рисунок 1 — УГО трансформаторов.

  1. – трансформатор с ферритовым сердечником;
  2. – трансформатор с сердечником из магнитодиэлектрика, т.е. диэлектрического магнитного материала;
  3. – трансформатор с ферритовым сердечником с 2 вторичными обмотками;
  4. – трансформатор с ферритовым сердечником с отводами из вторичной обмотки.

Рядом с условным обозначением указывается тип элемента (T) и порядковый номер, также рядом с условным обозначением может указываться (не является обязательным требованием) коэффициент трансформации.

Внешний вид трансформаторов:

Внешний вид импульсных трансформаторов

Рисунок 2 — Внешний вид импульсных трансформаторов.

Внешний вид силовых трансформаторов

Рисунок 3 — Внешний вид силовых трансформаторов.

Измерительные трансформаторы тока:

Внешний вид измерительных трансформаторов (трансформаторов тока)

Рисунок 4 — Внешний вид измерительных трансформаторов (трансформаторов тока).

Источник