Если первичное напряжение меньше вторичного трансформатор называют

Обновлено: 09.01.2025

Трансформатор — устройство, принцип работы

Трансформаторы являются одними из самых распространенных электротехнических устройств, которые находят применение в самых различных областях — энергетике, промышленности, электронике, в быту. В частности, они нашли широкое практическое применение при передаче электроэнергии на большие расстояния, в распределительных системах, в различном промышленном и бытовом электрооборудовании.

Вообщем можно сказать, что трансформаторы окружают нас, порой даже незаметно, со всех сторон, начиная с трансформаторных подстанций и заканчивая зарядными устройствами для наших мобильных телефонов.

Все трансформаторы предназначены для работы только с переменным напряжением.

Трансформатор нельзя включать в сеть постоянного тока, так как при подключении трансформатора к сети постоянного тока магнитный поток в нем будет неизменный во времени и, следовательно, не будет индуктировать ЭДС в обмотках.

Вследствие этого в первичной обмотке будет протекать большой ток, так как при отсутствии ЭДС он будет ограничиваться только относительно небольшим активным сопротивлением обмотки. Этот ток может вызвать недопустимый нагрев обмотки и даже ее перегорание.

Коротко назначение трансформатора можно охарактеризовать так: это устройство, преобразующее переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения.

Существуют трансформаторы как повышающего, так и понижающего типа. Правда в этом правиле есть одно исключение.

Разделительные трансформаторы

Это исключение — разделительные трансформаторы 220/220, которые предназначены для повышения электробезопасности, за счет гальванической развязки первичных цепей обмотки от вторичных, причем вторичная цепь не должна заземляться, чтобы исключить возможность замыкания вторичных цепей на землю.

Применение такого подключения существенно снижает вероятность поражения электрическим током, так как токи, возникающие в случае пробоя изоляции на корпус, имеют небольшое значение, что обусловлено гальванической изоляцией вторичных цепей трансформатора от цепей заземления.

Такие трансформаторы еще называют трансформаторами безопасности.

Применяются они в местах с повышенными требованиями электробезопасности, таких как подвалы, мед.учреждения, помещения с повышенной влажностью и т.д.

Повышающие и понижающие трансформаторы

В повышающем трансформаторе первичная обмотка имеет более низкое напряжение, число витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной. В понижающем трансформаторе, наоборот, вторичная обмотка имеет низкое напряжение, а число витков вторичной обмотки меньше, чем в первичной.

То есть в понижающем трансформаторе напряжение первичной обмотки U1 больше напряжения вторичной обмотки U2 в n-ое количество раз, а ток вторичной обмотки I2 больше тока первичной обмотки I1 также в n-ое количество раз.

В повышающем трансформаторе обратное соотношение между напряжениями в обмотках и между токами в них.

Например, если включить на полную мощность трансформатор, с напряжениям первичной обмотки U1 = 220V и вторичной U2 = 24V, то при номинальном токе первичной обмотки I1 = 3A, ток во вторичной обмотке будет равен I2 = 3 * (220/24) = 27,5 A.

Коэффициент трансформации

Отношение напряжения на зажимах первичной обмотки U1 к напряжению вторичной обмотки U2 трансформатора на холостом ходу называется коэффициентом трансформации и принимается равным соотношению числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки. В случае, если количество обмоток более двух, коэффициент трансформации определяют последовательно для каждой пары.

Обозначается коэффициент трансформации буквой n (иногда встречается обозначение k) и рассчитывается как :

U1 и U2 – это напряжения на входе и выходе из трансформатора;

N1 и N2 — число витков первичной и вторичной обмоток;

Эти расчеты справедливы для трансформаторов напряжения, для трансформаторов тока формула будет выглядеть следующим образом:

I1 и I2 – это токи первичной и вторичной цепей;

То есть в данном случае коэффициент трансформации рассчитывается как отношение первичного и вторичного токов.

Эти расчеты верны для идеальных условий работы трансформатора, в реальности же необходимо учитывать потери мощности на нагрев обмоток, вихревые токи, сдвиг фаз и т.д.

Все эти факторы будут влиять на точность преобразования и вносить погрешность в расчеты. И если для общепромышленных трансформаторов это не так существенно, то для измерительных трансформаторов точность имеет большое значение.

Принцип работы трансформаторов

Принцип действия всех трансформаторов основан на явлении электромагнитной индукции.

Если первичную обмотку трансформатора подключить к сети источника переменного тока, то по ней будет проходить переменный ток, который возбуждает в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток. Который, в свою очередь, пронизывая витки вторичной обмотки трансформатора, возбуждает в этой обмотке ЭДС. Под действием этой ЭДС по вторичной обмотке и через приемник энергии будет протекать ток.

Обмотку, подключенную к источнику питания, принято называть первичной, а обмотку, к которой подключены потребители — вторичной.

Таким образом и происходит преобразование и распределение электрической энергии.

Для улучшения магнитной связи между первичной и вторичной обмотками их размещают на магнитопроводе, собранным из отдельных листов электротехнической стали. Сами обмотки выполнены из изолированного провода.

В зависимости от формы магнитопровода и расположения обмоток, трансформаторы могут быть стержневыми, броневыми и тороидальными.

Магнитопровод стержневого однофазного трансформатора имеет два стержня, на которых помещены его обмотки. Эти стержни соединены ярмом с двух сторон так, что магнитный поток замыкается по стали.

Магнитопровод броневого однофазного трансформатора имеет один стержень, на котором полностью помещены обмотки трансформатора. Стержень с двух сторон охватывается (бронируется) ярмом так, что обмотка частично защищена магнитопроводом от механических повреждений.

У тороидального трансформатора сердечник выполнен из стальной ленты в виде кольца. Благодаря своей форме, он имеет ряд преимуществ перед другими типами — более высокий КПД, улучшенные тепловые характеристики, что благоприятно влияет на охлаждение трансформатора, более компактные габариты.

Основные характеристики трансформаторов

К основным техническим характеристикам трансформаторов относятся:

Номинальная мощность
Коэффициент трансформации
Номинальный ток
Напряжение короткого замыкания
Ток холостого хода
Коэффициент мощности
Коэффициент полезного действия (КПД)

1. Номинальной мощностью трансформатора S называется полная мощность, отдаваемая его вторичной обмоткой при полной нагрузке. Напомню, что полная мощность состоит из активной и реактивной мощностей, при этом часть ее уходит на нагрев, часть на полезную работу (активная мощность), часть на создание электромагнитного поля. Подробнее об этом читайте в статье Как перевести мощность из кВА в кВт.

Измеряется номинальная мощность в вольт-амперах (ВА), или киловольт- амперах (кВА).

2. Коэффициент трансформации. Об этом мы уже говорили выше.

3. Номинальный ток. Это наибольшее допустимое значения тока в обмотках, при котором трансформатор может работать неограниченно долгое время.

4. Напряжение короткого замыкания. Это напряжение, которое нужно подать на одну из обмоток трансформатора, для того чтобы в цепи возник электрический ток. Данный показатель характеризует величину полного сопротивления трансформаторных обмоток. Зная величину напряжения К.З. можно определить возможность включения трансформаторов в параллельную работу.

5. Ток холостого хода. Это ток первичной обмотки трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке. Методика измерений, называемая опыт холостого хода, позволяет определить коэффициент трансформации, ток, потери и сопротивление холостого хода трансформатора.

6. Коэффициент мощности. Величина, равная отношению активной мощности, потребляемой электроприемником, к ее полной мощности. Определяется характером нагрузки (активная, реактивная), подключенной к его вторичной цепи. В случае отсутствия нагрузки, на холостом ходу, трансформатор имеет очень низкий коэффициент мощности, что неблагоприятно сказывается на работе источников переменного тока и электрических сетей.

7. Коэффициент полезного действия. Данная характеристика указывает на эффективность работы трансформатора и определяется отношением преобразованной активной мощности к потребляемой. Значение КПД трансформатора зависит от электрических и магнитных потерь энергии, которые неизбежны в процессе работы устройства.

Типы трансформаторов

Силовые трансформаторы — Данный вид трансформатора предназначен для преобразования электрической энергии в электрических сетях , для питания различного электрооборудования, в осветительных цепях.

Автотрансформаторы — у данного типа трансформаторов обмотки соединены между собой гальванически. В основном автотрансформаторы применяются для изменения и регулировки напряжения.

Трансформаторы тока — трансформатор, созданный для понижения первичного тока до величины применяемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации. Номинальное значение вторичной обмотки 1А , 5А. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке на коэффициент трансформации.

Разделительные трансформаторы — имеют первичную обмотку, которая не связана электрически со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы служат для повышения безопасности в электросетях. Сигнальные разделительные трансформаторы предназначены для обеспечения гальванической развязки электрических цепей.

Импульсные трансформаторы — трансформатор, созданный для преобразования импульсных сигналов с продолжительностью импульса до 10-ов микросекунд с наименьшим искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электронного импульса (очень крутой фронт и срез, относительно неизменная амплитуда).

Пик-трансформаторы – трансформатор, преобразующий синусоидальное напряжение в импульсы пикообразной формы. Данный вид трансформаторов применяется для управления тиристорами либо другими полупроводниковыми и электронными устройствами.

В какой из обмоток понижающего трансформатора (первичной или вторичной) диаметр провода должен быть больше и почему?

условно мощности первичной и вторичной обмоток должны быть примерно равны, т. е. сколько первичная потребляет, столько же вторичная должна отдать (естественно с учетом потерь) . мощность=произведение тока на напряжение. в первичной обмотке высокое напряжение, во вторичной напряжение поменьше - соответственно в первичной ток поменьше, а во вторичной побольше.
поэтому обычно во вторичной обмотке понижающего трансформатора диаметр провода больше, чем в первичной - вторичной обмотке нужно "пропустить" через себя больше тока, провод должен быть толще)))

Измерительные трансформаторы напряжения и тока

Для измерения больших напряжений (выше 1000 Вольт) и токов (более 100 Ампер) нецелесообразно строить приборы на измерение таких больших величин. Это и экономически невыгодно, и приборы в этом случае будут слишком громоздкими. Не говоря про опасность непосредственной работы с такими большими значениями напряжения и тока.

Зная коэффициент трансформации ИТ достаточно просто умножить на него показания измерительного прибора для точного определения измеряемого параметра сети. Для наглядности разберем следующий пример:

Аналогично может измеряться и напряжение с помощью измерительного трансформатора напряжения и вольтметра.

Некоторые приборы, такие как ваттметры и счётчики электрической энергии устанавливаемые в электроустановках напряжением выше 1000 Вольт подключаются к электрической сети через ИТТ совместно с ИТН.

Для примера ниже приведена схема включения ваттметра в сеть высокого напряжения через ИТТ и ИТН (схемы подключения счетчиков аналогичны схеме подключения ваттметров, подробнее читайте статью: Подключение счетчика через трансформаторы)

Что бы определить мощность в контролируемой сети необходимо показания ваттметра умножить на общий коэффициент трансформации который является произведением коэффициентов трансформации ИТН (Кн) и ИТТ (Кт), как видно из схемы в нашем случае общий коэффициент трансформации составляет 400.

Аналогичным образом определяется и расход электроэнергии по электросчетчикам подключенным через ИТ. При этом следует учитывать, что в некоторых случаях шкала измерительного прибора может быть отградуирована с учетом коэффициента трансформации ИТ, т.е. в них изначально заложен коэффициент трансформации ИТ через которые они должны подключаться, а в некоторых электронных измерительных приборах, например электронных счетчиках, коэффициент трансформации можно устанавливать в настройках, такие приборы показывают измеряемую величину уже с учетом коэффициента трансформации, соответственно никаких дополнительных действий по ее пересчету выполнять не требуется.

Типы (виды) измерительных трансформаторов и их маркировка

Как уже было сказано выше ИТ бывают двух видов измерительные трансформаторы тока и измерительные трансформаторы напряжения, которые в зависимости от места и способа установки и других особенностей могут иметь различные типы исполнения.

Измерительные трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения подразделяются по следующим основным типам:

Маркировка ИТН выглядит следующим образом:

Примеры некоторых типов ИТН:

Измерительные трансформаторы тока

По конструктивному исполнению и применяемой изоляции трансформаторы тока бывают следующих типов:

Маркировка ИТТ имеет следующий вид:

На рисунке ниже представлены некоторые типы трансформаторов тока:

Устройство и принцип действия измерительных трансформаторов

Принцип действия измерительных трансформаторов, как и других трансформаторов основан на законе электромагнитной индукции, с общим принципом работы трансформаторов вы можете ознакомиться в этой статье.

Устройство измерительных трансформаторов напряжения

ИТН по устройству принципу действия подобны обычным силовым трансформаторам. Они так же содержат две обмотки из медного изолированного провода, хотя их может быть и больше, расположенных на общем замкнутом магнитопроводе изготовленном из электротехнической листовой стали. Изоляция трансформатора напряжения представляет собой заливку эпоксидным компаундом, что создает монолитный блок с высокой степенью электрической прочности.

Устройство измерительного трансформатора тока

Основные характеристики и паспортные данные ИТ

К основным характеристикам измерительных трансформаторов напряжения относятся:

1) Номинальное первичное напряжение U1ном, кВ:

Напряжение, приложенное к первичной обмотке ТН и подлежащее трансформации. Значения напряжения указываются в документации на трансформаторы конкретных типов, а так же выбираются из таблиц.

2) Номинальное вторичное напряжение U2ном, В:

Напряжение, возникающее на зажимах вторичной обмотки ТН при приложении напряжения к его первичной обмотке.

Номинальные напряжения основных вторичных обмоток:

для однофазных трансформаторов, включаемых на напряжение между фазами, а так же трёхфазных ТН-100В;
для однофазных трансформаторов, включаемых на напряжение между фазой и землей -100/√3

Номинальные напряжения дополнительных вторичных обмоток:

3) Номинальный коэффициент трансформации Кн ном.:

Отношение действующего значения номинального первичного напряжения к действующему значению номинального вторичного напряжения: Кнном. = U1ном/U2ном.

4) Класс точности ТН:

5) Номинальная мощностьS, В·А:

Значение полной мощности, указанное в паспорте ТН, которую он отдаёт во вторичную цепь при номинальном вторичном напряжении с обеспечением соответствующего класса точности.

6) Предельная мощностьS, В·А:

Кажущаяся мощность, которую трансформатор напряжения длительно отдаёт при номинальном первичном напряжении, вне класса точности, и при которой нагрев всех его частей не выходит за пределы, допустимые для класса нагревостойкости данного трансформатора.

7) Номинальная частота питающей сети ƒном, Гц:

Номинальная частота напряжения питающей сети должна быть 50 или 60Гц (в отечественных электрических сетях она составляет 50Гц).

Эти паспортные данные наносятся на специальную металлическую пластину, которая закрепляется на видном месте корпуса прибора и называется табличкой или шильдиком.

Измерительные трансформаторы напряжения по техническим характеристикам должны соответствовать ГОСТ 1983-2015.

К основным характеристикам измерительных трансформаторов тока относятся:

1) Номинальноенапряжение Uном, кВ:

Выбирается из стандартного ряда напряжений: 0,66;3;6;10; 15; 20;24; 27; 35; 110; 150; 220; 330; 500; 750. Кроме встроенных трансформаторов.

2) Номинальный первичный ток I1ном, А:

Ток, протекающий в первичной обмотке ТТ и подлежащий трансформации. Может находиться в пределах от 1А до 40кА.

3) Номинальный вторичный ток I2ном, А:

Ток, протекающий во вторичной обмотке трансформатора тока. Обычно это 5А, но может быть 2А и 1А. Причём ток 1А допускается только для трансформаторов тока с номинальным первичным током до 4000А. А так же при больших измерительных расстояниях, чтобы снизить номинальную нагрузку. По заказу допускается изготовление трансформаторов тока с номинальным вторичным током 2 или 2,5А.

4)Номинальный коэффициент трансформации Ктном.:

Отношение действующего значения номинального первичноготока к действующему значению номинального вторичного тока в режиме холостого хода.Определяется по формуле: Ктном. = I1ном/I2ном.

5) Номинальная вторичная нагрузка S2ном, В·А:

Значение вторичной нагрузки, указанноена паспортной табличке ТТ, при котором гарантируется классточности. Определяется характером нагрузки с коэффициентом мощности cosφ.

6) Класс точности:

Обобщённая характеристика ТТ, определяемая установленными пределами допускаемых погрешностей при заданных условиях работы.

Для трансформаторов токасуществуют следующие классы точности: 0,1; 0,2; 0,2S; 0,5; 0,5S; 1,0; 3,0; 5Р; 10Р.

7) Номинальная частота питающей сети ƒном, Гц:

Номинальноезначение частоты напряжения сети, для работы в которой предназначен ТТ, должна быть 50 или 60Гц.

Так же как и трансформаторы напряжения, каждый трансформатор тока должен иметь табличку (шильдик), на которой указаны технические характеристики ТТ.

Измерительные трансформаторы тока по техническим характеристикам должны соответствовать ГОСТ 7746-2015.

Рассмотрим условные обозначения на такой табличке:

Особенности эксплуатации измерительных трансформаторов

Трансформаторы тока

Большую опасность представляет обрыв вторичной обмотки. В этом случае в магнитопроводе создаётся очень большой магнитный поток, который не будет уравновешиваться размагничивающим действием вторичной обмотки. Это приводит к тому, что во вторичной, разомкнутой, обмотке может наводиться напряжение в десятки тысяч вольт, опасное для изоляции приборов и обслуживающего персонала. Поэтому, вторичная обмотка ИТТ всегда должна быть заземлена и замкнута накоротко через подключенный к ней измерительный прибор, а в случае необходимости его демонтажа (например с целью замены), должен устанавливаться шунт закорачивающий выводы вторичной обмотки ИТТ и снимается данный шунт только после установки и подключения измерительного прибора.

Трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения, в отличие от трансформаторов тока, работают в режиме, близком к холостому ходу, так как сопротивление параллельных катушек приборов и реле большое, а ток, потребляемый ими, невелик.

Для обеспечения нормальной работы, ИТН должен быть защищен от токов короткого замыкания со стороны нагрузки, поскольку они вызывают перегрев и повреждение изоляции обмоток, а также приводят к возникновению короткого замыкания в самом трансформаторе. С этой целью во всех незаземлённых проводах устанавливаются автоматические выключатели или предохранители.Защита первичной обмотки от повреждений выполняется при помощи предохранителей.

Подключая измерительные приборы и устройства защиты к ИТН, следует учитывать тот факт, что включение большого количества электроприборов приводит к повышению значения тока во вторичной обмотке и увеличению погрешности измерения.

ВАЖНО! Для обеспечения безопасности работ, проводимых в цепях измерительных приборов и устройств релейной защиты, все вторичные обмотки измерительных трансформаторов тока и напряжения должны иметь постоянное заземление.

Схемы подключения измерительных трансформаторов

Трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения выполняются в однофазном и трехфазном исполнении. В зависимости от требуемой информации они могут соединяться в различные схемы, как на рисунке ниже.

Трансформаторы тока

Трансформаторы тока являются однофазными аппаратами и могут быть установлены в одну, две или три фазы измеряемой сети.

В трехфазной сети для подключения измерительных приборов и реле, вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются в различные схемы. Наиболее распространенные из них приведены ниже.

Выбор ИТ для подключения счётчиков и измерительных приборов

Данный вопрос рассмотрим на примере выбора измерительных трансформаторов для подключения электросчетчиков.

Трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения необходимо применять при необходимости подключения приборов учёта электроэнергии, а так же других измерительных приборов и реле, в высоковольтных электроустановках (выше 1000 Вольт). Их выбирают по номинальному напряжению, классу точности, вторичной нагрузке, а так же по сечению и длине проводов и кабелей.

Номинальное напряжение первичной обмотки (U1ном.), должно быть равно номинальному напряжению сети (Uс.ном.): U1ном.=Uс.ном.

Класс точности ИТН для присоединения расчётных счётчиков электроэнергии не должен быть более 0,5, для технического учёта – не более 1,0 (ПУЭ п.1.5.16).

Вторичная нагрузка, это мощность приборов и реле подключенных к ИТН. Нагрузка вторичных обмоток измерительных трансформаторов (S2нагр.), к которым присоединяются счётчики, не должна превышать номинальных значений ИТН (S2ном.): S2ном.>S2нагр. Это обеспечивает работу ИТН в заданном классе точности.

Присоединение расчетных счётчиков к трёхфазным трансформаторам напряжения не рекомендуется, т.к. они имеют несимметричную магнитную систему и увеличенную погрешность.

Трансформаторы тока

В цепях распределительных устройств выше 1кВ, а так же 0,4кВ при токах нагрузки более 100А, измерительные устройства, как правило, подключаются через трансформаторы тока.

Рассмотрим пример выбора ИТТ для подключения расчётного счётчика электрической энергии офисного здания.

Номинальное напряжение трансформатора тока.

Номинальное напряжение ИТТ должно быть не меньше максимального напряжения электроустановки, где требуется установить ИТТ. Выбирается из стандартного ряда по ГОСТ 7746-2015, в кВ: 0,66, 3, 6, 10, 15, 20, 24, 27, 35, 110, 150, 220, 330, 750.

В нашем случае измерительный трансформатор должен быть на 0,66кВ.

Номинальный ток вторичной обмотки.

Выбирается исходя из номинального (базового) тока счетчика, как правило составляет 5А.

Класс точности ИТТ определяется в зависимости от назначения электросчётчика. Для коммерческого учёта в сетях 0,4кВ класс точности должен быть 0,5S.

Номинальный ток первичной обмотки.

Это наиболее важный параметр ТТ. Величина номинального тока ТТ должна быть больше значения максимального тока электроустановки, где монтируется ТТ.Он выбирается из следующего ряда по ГОСТ 7746-2015, в А: 1, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 80, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 750, 800, 1000, 1200, 1500, 1600, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 8000, 10000, 12000, 14000, 16000, 18000, 20000, 25000, 28000, 30000, 32000, 35000, 40000.

Номинальный первичный ток ИТТ должен быть больше, чем максимальный рабочий ток линии (I1макс, в нашем случае 120Ампер).

Выбираем ближайший больший из стандартного ряда – 150А.

Этот ток определяет коэффициент трансформации (Кт) нашего измерительного трансформатора, который выражается отношением номинального тока первичной обмотки к номинальному току вторичной обмотки:

Кт = I1/I2 → Кт=150/5=30

Таким образом нам необходим трансформатор тока 0,66кВ, 150/5, Кт=30, 0,5S

Согласно пункту 1.5.17 ПЭУ, при максимальной нагрузке присоединения ток во вторичной обмотке трансформатора тока должен составлять не менее 40% номинального тока счётчика, а при минимальной рабочей нагрузке – не менее 5%.

Проверим выбранный ИТТ на соответствие данному условию:

Определим ток во вторичной обмотке при максимальной нагрузке:

I2макс. = I1макс./Кт = 120А/30 = 4А.

Определим ток во вторичной обмотке при минимальной нагрузке:

I2мин. = I1мин./Кт = 36А/30 = 1,2А.

Определим значение полученного максимального вторичного тока (I2макс.=4А) в процентах от номинального тока счётчика (5А):

I2макс. в % = (I2макс.×100)/Iном.сч. = (4А×100)/5А = 80%.

Определим значение полученного минимального вторичного тока (I2мин.=1,2А) в процентах от номинального тока счётчика (5А):

I2мин. в % = (I2мин.×100)/Iном.сч. = (1,2А×100)/5А = 24%.

Проверяем по условиям пункта 1.5.17 ПУЭ:

Следовательно ИТТ выбран верно.

ПРИМЕЧАНИЕ: Расчёт измерительных трансформаторов тока и их проверку можно произвести с помощью нашего онлайн калькулятора.

Требования к вторичным цепям измерительных трансформаторов

Сечение и длина проводов и кабелей, согласно пункту 1.5.19 ПУЭ, в цепях напряжения расчётных счётчиков должны выбираться такими, чтобы потери напряжения в этих цепях составляли не более 0,25% номинального напряжения при питании от трансформаторов напряжения класса точности 0,5 и не более 0,5% при питании от трансформаторов напряжения класса точности 1,0. Потери напряжения от трансформаторов напряжения до счётчиков технического учёта должны составлять не более 1,5% номинального напряжения.

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

Рис.1 Общий вид трансформатора

Значение трансформаторов как в электроэнергетике в целом, так и в повседневной жизни каждого человека трудно переоценить, они применяются повсеместно: на подстанциях, в городах и поселках, стоят силовые трансформаторы, понижающие высокое напряжение в тысячи и даже десятки тысяч Вольт до привычных нам 380/220 Вольт, на предприятиях стоят сварочные трансформаторы которые совершенно незаменимы на производстве, трансформаторы так же применяются и у нас дома в бытовой технике: в СВЧ-печах, блоках питания компьютеров и даже зарядных устройствах для телефонов.

В этой статье мы разберемся в том как устроены и как работают трансформаторы, какие бывают виды трансформаторов, а так же приведем их общие характеристики.

Общее устройство и принцип работы трансформаторов

В общем виде трансформатор представляет собой две обмотки расположенных на общем магнитопроводе. Обмотки выполняются из медного или алюминиевого провода в эмалевой изоляции, а магнитопровод изготовлен из тонких изолированных лаком пластин электротехнической стали, для уменьшения потерь электроэнергии на вихревые токи (так называемые токи Фуко).

Рис.2 Схема общего устройства трансформатора

Металлическая часть находящаяся на которой располагается электрическая обмотка (катушка), т.е. которая находится в ее центре, называется сердечником, в трансформаторах этот сердечник имеет замкнутое исполнение и является общим для всех обмоток трансформатора, такой сердечник называется магнитопроводом.

Теперь подадим напряжение 1 Вольт на первую обмотку, ее единственный виток условно создаст магнитный поток величиной в 1 Вб (Справочно: Вебер (Вб) — единица измерения магнитного потока) в магнитопроводе, так как магнитопровод имеет замкнутое исполнение магнитный поток будет протекать в нем по кругу при этом пересекая 2 витка второй обмотки, при этом в каждом из этих витков за счет электромагнитной индукции наводит (индуктирует) электродвижущую силу (ЭДС) в 1 Вольт, ЭДС этих двух витков складывается и на выходе со второй обмотки мы получаем 2 Вольта.

Таким образом, подав на первичную обмотку 1 Вольт на вторичной обмотке мы получили 2 Вольта, т.е. в данном случае трансформатор будет называться повышающим, т.к. он повышает поданное на него напряжение.

Но этот трансформатор может работать и в обратную сторону, т.е. если на вторую обмотку (с двумя витками) подать 2 Вольта, то с первой обмотки по тому же принципу мы получим 1 Вольт, в этом случае трансформатор будет называться понижающим.

Общие характеристики трансформаторов

К основным техническим характеристиками трансформаторов можно отнести:

номинальную мощность;
номинальное напряжение обмоток;
номинальный ток обмоток;
коэффициент трансформации;
коэффициент полезного действия;
число обмоток;
рабочую частоту;
количество фаз.

Мощность является одним из главных параметров трансформаторов. В паспортных (заводских) данных трансформатора указывается его полная мощность (обозначается буквой S), она зависит от типа используемого магнитопровода, количества и диаметра витков в обмотках, то есть от массогабаритных показателей электромагнитного аппарата.

Формулы расчета мощности:

Следует помнить, что полная мощность состоит из активной (P) и реактивной (Q) мощностей:

Активная мощность определяется по формуле: P=U х I х cosφ ,Ватт (Вт)
Реактивная мощность определяется по формуле: Q=U х I х sinφ ,вольт-ампер реактивный (Вар)
Коэффициент мощности: cosφ=P/S;
Коэффициент реактивной мощности:sinφ=Q/S

Формулы расчета КПД (η) трансформатора:

Как уже было указано выше КПД определяет величину потерь в трансформаторе или иными словами эффективность работы трансформатора и определяется оно отношением выходной мощности (P₂) к входной (P₁):

Это хорошо видно из так называемой энергетической диаграммы трансформатора (рис.3):

Зависимость КПД от нагрузки представлена на следующем графике (рис.4):

Так же kт определяется как отношение напряжений на зажимах обмоток: kт=U1н/U2н.

Примечание: для трансформаторов тока kт определяется как отношение номинальных значений первичного и вторичного токов kт=I1н/I2н

Число обмоток у однофазных трансформаторов чаще две, но может быть и больше. На первичную обмотку подают одно значение напряжения, а с вторичной обмотки снимают другое значение.

Когда требуются различные напряжения для питания нескольких приборов, то в этом случае вторичных обмоток может быть несколько. Также есть трансформаторы с общей точкой на вторичной обмотке для двуполярного питания.

Рабочая частота трансформаторов может быть различной. Но 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, повышается нагрев магнитопровода и обмоток, приводящий к ускоренному старению и разрушению изоляции.

Габариты трансформатора напрямую зависят от частоты тока в цепи, в которой он будет установлен. Конечно, трансформатор должен быть рассчитан на эту частоту. Зависимость эта обратная, т.е. с увеличением частоты габариты трансформатора значительно уменьшаются. Именно поэтому, импульсные блоки питания (с импульсными высокочастотными трансформаторами) намного компактнее.

В зависимости от назначения трансформаторы изготавливают однофазными и трехфазными.

Однофазный трансформатор представляет собой устройство для трансформирования электрической энергии в однофазной цепи. В основном имеет две обмотки, первичную и вторичную, но вторичных обмоток может быть и несколько.

Трехфазный трансформатор представляет собой устройство для трансформирования электрической энергии в трёхфазной цепи. Конструктивно состоит из трёх стержней магнитопровода, соединённых верхним и нижним ярмом. На каждый стержень надеты обмотки W1 и W2 высшего (U1) и низшего (U2) напряжений каждой фазы (рис.5).

Виды трансформаторов

Все трансформаторы можно разделить на следующие виды:

силовые;
автотрансформаторы;
измерительные;
разделительные;
согласующие;
импульсные;
пик-трансформаторы;
сварочные.

Силовые трансформаторы являются наиболее распространенным типом промышленных трансформаторов. Они применяются для повышения или понижения напряжения. Являются неотъемлемой частью сети электроснабжения предприятий, населенных пунктов и т.д.

Автотрансформатором называется такой трансформатор, у которого имеется только одна обмотка с числом витков W1. Часть этой обмотки с числом витков W2 принадлежит одновременно первичной и вторичной цепям:

Данный тип трансформаторов применяется в приборах автоматического регулирования напряжения. Эти устройства используются, например, в образовательных учреждениях для проведения лабораторных работ, их можно встретить в электролабораториях различных предприятий для проведения тестовых работ.

Внешний вид автотрансформаторов:

Пример измерительных трансформаторов:

Разделительные трансформаторы, данные устройства мало чем отличается от обычных понижающих или повышающих трансформаторов. Единственное различие заключено в том, что на общем магнитопроводе размещаются абсолютно идентичные обмотки. То есть у них полностью совпадают такие параметры как сечение провода, количество витков, изоляция. Поэтому коэффициент трансформации у них равен единице.

Задачей этих устройств является обеспечение гальванической развязки, т.е. исключение непосредственной электрической связи между электрической сетью и подключаемому к ней, через данный трансформатор, оборудованию.

Применяются в тех областях где предъявляются повышенные требования к электробезопасности, например подключение медицинского оборудования.

Согласующие трансформаторы применяются для согласования сопротивления различных частей каскадов электронных схем, а также для подключения нагрузки, не соответствующей по сопротивлению допустимым значениям источника сигнала, что позволяют передать максимум мощности в такую нагрузку. При этом само непосредственное изменение показателей силы тока и напряжения не имеет значения.

Они применяются в усилителях низкой частоты в качестве входных, межкаскадных и выходных трансформаторов.

В качестве входных, согласующие трансформаоры применяются в звуковоспроизводящей аппаратуре для подключения микрофонов и звукоснимателей различных типов.

Трансформаторы этого типа используются для согласования сигнала при подключении антенн к приёмным и передающим устройствам.

Незаменимы там, где для запуска исполнительного устройства требуется единичный импульс с установленной амплитудой напряжения. Это, например, управляющие электронные схемы, собранные на тиристорах. Так же применяются в качестве генераторов импульсов, главным образом в высоковольтных исследовательских установках, в технике связи и радиолокации. Наибольшее применение пиковые трансформаторы получили в автоматизации технологических процессов.

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Номинальное первичное и вторичное напряжения трансформатора

Номинальным первичным напряжением трансформатора называется такое напряжение, которое, необходимо подвести к его первичной обмотке, чтобы на зажимах разомкнутой вторичной обмотки получить вторичное номинальное напряжение, указанное в паспорте трансформатора.

Номинальным вторичным напряжением называют напряжение, которое устанавливается на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе трансформатора (к зажимам первичной обмотки подведено напряжение, а вторичная обмотка разомкнута) и при подведении к первичной обмотке номинального первичного напряжения.

Напряжение на вторичной обмотке при нагрузке изменяется, так как ток нагрузки создает падение напряжения на активном и индуктивном сопротивлениях обмотки. Это изменение вторичного напряжения зависит не только от величины тока и сопротивлений обмотки, но и от коэффициента мощности нагрузки (рис. 1). Если трансформатор нагружен чисто активной мощностью (рис. 1, а), то напряжение по сравнению с другими вариантами меняется в меньших пределах.

На векторной диаграмме Е2 - ЭДС. во вторичной обмотке трансформатора. Вектор вторичного напряжения будет равен геометрической разности:

где I2 — вектор тока во вторичной обмотке; X тр и R тр — соответственно индуктивное и активное сопротивления вторичной обмотки трансформатора.

При индуктивной нагрузке и при той же самой величине тока напряжение снижается в большей степени (рис. 1,б). Это связано с тем, что вектор I2 х X тр отстающий от тока на 90°, в этом случае более круто повернут навстречу вектору Е2 , чем в предыдущем. При емкостной нагрузке увеличение тока нагрузки вызывает повышение напряжения на обмотке трансформатора (рис. 2, в). В этом случае вектор I2 х X тр по длине равный аналогичному вектору в первых двух случаях и также отстающий от тока на 90°, благодаря емкостному характеру этого тока оказывается повернутым вдоль вектора Е2 , и увеличивает длину U2 по сравнению с Е2 .

В процессе эксплуатации необходимо регулировать величину напряжения на обмотке трансформатора. Это достигается изменением числа витков обмотки высокого напряжения. Меняя число витков этой обмотки, включенных в цепь высокого напряжения, можно менять коэффициент трансформации в пределах от ±5 до ±7,5% номинального значения.

Схема отводов от обмоток с простым переключением представлена на рисунке 2. В соответствии с этими отводами в паспорте указано минимальное высокое напряжение, номинальное и максимальное. Если, например, номинальное вторичное напряжение трансформатора равно 10000 В, то напряжение максимальное 1,05 U н = 10500 В, а напряжение минимальное 0,95 U н = 9500 В.

Для номинального напряжения 6000 В имеем соответственно 6300 и 5700 В. Число витков обмотки высшего напряжения изменяют переключателем, контакты которого находится внутри трансформатора, а рукоятка выведена на его крышку.

Обычно для трансформаторов, которые устанавливаются вблизи понизительной подстанции 35/10 кВ или повышающей 0,4/10 кВ, коэффициент трансформации принимают равным 1 ,05х K н , то есть ставят переключатель отводов в положение +5%. Если потребительская подстанция удалена от районной, в линии электропередачи возникает значительная потеря напряжения, поэтому переключатель ставят в положение -5%. Трансформатор в средней точке линии электропередачи устанавливают на номинальный коэффициент трансформации (рис.3).

Рис. 2. Схема отводов от части витков для измерения коэффициента трансформации на ±5%

Рис. 3. Установка переключателя витков трансформатора в зависимости от удаления потребительской трансформаторной подстанции от питающей районной подстанции.

В настоящее время промышленность освоила выпуск силовых трансформаторов поной шкалы мощностей 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400 кВА и т. д. Для регулирования напряжения новые трансформаторы снабжены устройствами ПБВ пли РПН. ПБВ означает: переключение обмоток без возбуждения, то есть при выключенном трансформаторе.

Трехфазные трансформаторы ТМ и ТМН для трансформации энергии с 20 и 35 кВ на 0,4 кВ имеют мощности 100, 160, 250, 400 и 630 кВА.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Читайте также: