Трансформатор не может выполнять следующую функцию: Ответы 9 АНАЛИЗ РАСЧЕТ МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ электротехника электроника схемотехника

Содержание

Ответы 9 АНАЛИЗ РАСЧЕТ МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ электротехника электроника схемотехника

Автор admin На чтение 3 мин. Просмотров 57 Опубликовано

Ответы на модуль 9 (АНАЛИЗ И РАСЧЕТ МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ) по предмету электротехника, электроника и схемотехника.

1) Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования: электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения той же частоты.

2) МДС при разбиении магнитной цепи на однородные участки, для которых напряженность H=const, а контур интегрирования выбирается вдоль магнитных линий, определяется следующим соотношением: произведение числа витков катушки индуктивности на протекающий по ней ток.

3) У каких магнитных веществ относительная магнитная проницаемость µ немного больше 1: парамагнитных.

4) Выделите один из общепринятых в теории видов магнитных цепей: неразветвленные.

5) В каждый момент времени отношение первичной ЭДС ко вторичной ЭДС, индуцированных изменяющимся магнитным потоком Фпрямо пропорционально отношению количества витков первичной к количеству витков вторичной обмоток.

6) Закон полного тока в магнитных цепях определяет следующую количественную связь: линейный интеграл от вектора напряженности магнитного поля Н вдоль любого произвольного контура равен алгебраической сумме токов, охваченных этим контуром.

7) Какое значение относительной магнитной проницаемости µ имеют магнитные вещества, относящиеся к группе диамагнитов? 

немного меньше 1.

8) Каких групп веществ по магнитным свойствам не существует? метамагнитных.

9) Какие вещества способны к намагничиванию и создают малое магнитное сопротивление для магнитного потока? ферромагнитные.

10) Второй закон Кирхгофа для сложных магнитных цепей, имеющих разветвления и содержащих несколько ис­точников МДС, гласит: алгебраическая сумма падений магнитных на­пряжений в замкнутом контуре магнитной цепи равна алгебраиче­ской сумме МДС.

11) Для последовательной неразветвленной магнитной цепи значение МДС равно: 

произведению магнитного потока и суммы магнитных сопротивлений на всех участках магнитной цепи.

12) Ферромагнитные материалы не обладают следующим свойством: используются в качестве магнитных изоляторов.

13) Неферромагнитные материалы не обладают следующим свойством: используются в качестве магнитных проводов.

14) Первый закон Кирхгофа для сложных магнитных цепей, имеющих разветвления и содержащих несколько ис­точников МДС, гласит: алгебраическая сумма магнитных пото­ков в любом узле маг­нитной цепи равна нулю.

15) Какой из этапов расчета неразветвленной магнитной цепи не относится к этапу прямой задачи: определение величины намагничивающей силы обмотки по заданному значению магнитного потока 

Ф (или индукции В в заданном сече­нии): построение магнитной характеристики F=f(Ф) методом последовательных приближений.

16) По закону Ома для магнитной цепи, падение магнитного напряжения UМ:  прямо пропорционально значению магнитного потока и магнитному сопротивлению участка магнитной цепи.

17) Какое утверждение не относится к магнитной цепи? относится к классу линейных цепей.

18) Магнитная проводимость участка магнитной цепи: прямо пропорциональна величине магнитного потока.

19) Какое из свойств не относится к свойствам напряженности магнитного поля Hизмеряется в теслах (Т).

20) Какие элементы не входят в состав магнитной цепи? электродвижущая сила (ЭДС).

21) КПД трансформатора максимален при условии: постоянные потери трансформатора равны переменным потерям трансформатора, т.е. потери в стали сердечника равны потерям в проводниках обмоток.

22) Одна из основных векторных величин, характеризующих магнитное поле, — магнитная индукция В, равна: произведению напряженности магнитного поля Н и относительной магнитной проницаемости µ.

23) Трансформатор не может выполнять следующую функцию: изменения частоты входного напряжения.

24) КПД трансформатора определяется как: отношение выходной мощности к входной мощности.

25) Одна из основных векторных величин, характеризующих магнитное поле, – напряженность магнитного поля H, равна: отношению магнитной индукции B к произведению относительной магнитной проницаемости µ и постоянной µ0, характеризующей магнитные свойства вакуума.

26) Какое из свойств не относится к свойствам магнитного сопротивления участка магнитной цепи? обратно пропорционально величине магнитного потока.

2. Повышающие и понижающие трансформаторы | 9. Трансформаторы | Часть2

2. Повышающие и понижающие трансформаторы

Повышающие и понижающие трансформаторы

До сих пор мы с вами рассматривали трансформаторы, у которых первичная и вторичная обмотки имели одинаковую индуктивность, давая примерно одинаковые уровни напряжения и тока в обоих цепях.  Однако, равенство напряжений и токов между первичной и вторичной обмотками трансформатора не является нормой для всех трансформаторов. Если индуктивности двух обмоток имеют разную величину, происходит нечто интересное:

 

transformer   
v1 1 0 ac 10 sin
rbogus1 1 2 1e-12       
rbogus2 5 0 9e12
l1 2 0 10000    
l2 3 5 100      
k l1 l2 0.999   
vi1 3 4 ac 0    
rload 4 5 1k    
.ac lin 1 60 60 
.print ac v(2,0) i(v1)  
.print ac v(3,5) i(vi1) 
.end    
freq          v(2)        i(v1)       
6.000E+01     1.000E+01   9.975E-05    Primary winding

freq          v(3,5)      i(vi1)      
6.000E+01     9.962E-01   9.962E-04    Secondary winding

Обратите внимание на то, что вторичное напряжение примерно в десять раз меньше первичного (0,9962 вольт против 10 вольт), а вторичный ток примерно в десять раз превышает первичный (0,9962 мА против 0,09975 мА). В этом SPICE моделировании описано устройство, которое в десять раз понижает напряжение и в десять раз повышает ток.

 

Трансформатор — это очень полезное устройство. С его помощью мы легко можем повысить или понизить напряжение и ток в цепях переменного тока. Появление трансформаторов сделало практической реальностью передачу электроэнергии на большие расстояния. Трансформаторы позволяют уменьшить потери на проводах линий электропередач (соединяющих генерирующие станции с нагрузками) путем повышения переменного напряжения и понижения переменного тока. На обоих концах (как на генераторе, так и на нагрузках) трансформаторы понижают уровни напряжения до более безопасных значений и снижают стоимость применяемого оборудования. Трансформатор, который на выходе (во вторичной обмотке) вырабатывает более высокое напряжение, чем приложено на входе (к первичной обмотке), называется

повышающим трансформатором (его вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная). И наоборот, понижающий трансформатор вырабатывает на своем выходе меньшее напряжение, чем подается на его вход, поскольку его вторичная обмотка имеет меньшее число витков по сравнению с первичной.

Посмотрите еще раз на фотографию, показанную в предыдущей статье:

 

На поперечном разрезе трансформатора хорошо видно первичную и вторичную обмотки.

 

Это понижающий трансформатор, о чем свидетельствует большое количество витков первичной обмотки и малое число витков вторичной обмотки. Он преобразует высокое напряжение и маленький ток в низкое напряжение и большой ток. Благодаря большому току вторичной обмотки, в ней используется провод большого сечения. Первичная обмотка, ток в которой имеет небольшую величину, может быть выполнена из провода меньшего сечения.

Любой из рассмотренных типов трансформаторов можно использовать по противоположному назначению (подключить вторичную обмотку к источнику переменного напряжения, а первичную обмотку — к нагрузке). В этом случае трансформатор будет выполнять противоположную функцию: понижающий трансформатор будет функционировать как повышающий, и наоборот. Однако, для эффективной работы трансформатора индуктивности каждой из его обмоток должны быть спроектированы под конкретные рабочие диапазоны напряжения и тока (этот вопрос рассматривался в предыдущей статье).

Поэтому, при использовании трансформатора по «противоположному» назначению, напряжения и токи его обмоток должны оставаться в исходных конструктивных параметрах. Только в этом случае трансформатор будет эффективен (и не будет поврежден чрезмерным напряжением или током!).

Трансформаторы часто имеют такую конструкцию, что не очевидно, какие провода принадлежат к первичной обмотке, а какие к вторичной. Во избежание путаницы, на многих трансформаторах (в основном импортного производства) используется обозначение «Н» для высоковольтной обмотки (первичная обмотка в понижающем трансформаторе, вторичная обмотка в повышающем трансформаторе), и обозначение «X» для низковольтной обмотки. Поэтому простой силовой трансформатор будет иметь провода с надписью «h2», «h3», «X1» и «X2».

Если вы вспомните, что мощность равна произведению напряжения и тока, то поймете почему напряжение и ток всегда движутся в «противоположных направлениях» (если напряжение увеличивается, то ток уменьшается, и наоборот). Вы так же поймете, что трансформаторы не могут производить энергию, они могут только преобразовывать ее. Любое устройство, которое могло бы произвести больше энергии, чем потребило, нарушило бы Закон сохранения энергии (энергия не может быть создана или уничтожена, она может быть только преобразована).

Практическая значимость вышесказанного становится более очевидной, когда рассматривается альтернатива: до появления эффективных трансформаторов, преобразование уровней напряжения и тока могло быть достигнуто только за счет использования установок, содержащих моторы и генераторы:

 

Установка мотор/генератор иллюстрирует основной принцип трансформатора

 

В этой установке мотор механически соединен с генератором. Генератор предназначен для получения желаемых уровней напряжения и тока за счет скорости вращения мотора. В то время, как и мотор и генератор являются достаточно эффективными устройствами, использование их в связке не обладает достаточной эффективностью, так что общий КПД установки находится в диапазоне 90% или менее. Кроме того, движущиеся части данных установок подвержены трению и механическому износу, а это, в свою очередь, влияет как на срок службы, так и на производительность. Трансформаторы же, с другой стороны, способны преобразовывать переменное напряжение и ток с очень высокой эффективностью без движущихся частей, что делает возможным широкое распространение и использование электроэнергии, которую мы считаем само собой разумеющимся.

Справедливости ради стоит сказать, что установки мотор/генератор не обязательно являются устаревшими в сравнении с трансформаторами во всех сферах применения. Если трансформаторы явно превосходят моторы/генераторы в преобразовании переменного напряжения и тока, то они не могут преобразовать одну частоту переменного тока в другую, а также преобразовать (сами по себе) постоянное напряжение в переменное или наоборот. Установки мотор/генератор могут все это делать относительно просто, хотя и с некоторыми ограничениями эффективности, описанными выше. Эти установки также обладают уникальным свойством сохранения кинетической энергии: то есть, если по какой-либо причине источник питания мотора мгновенно отключается, его угловой момент (инерция вращательного движения) будет еще некоторое время поддерживать вращение генератора, изолируя тем самым нагрузку (питаемую генератором) от «сбоев» в основной энергосистеме.

При внимательном просмотре цифр в SPICE анализе вы должны увидеть соотношение между коэффициентом трансформации и двумя индуктивностями. Обратите внимание на то, что первичная обмотка (l1) имеет в 100 раз большую индуктивность, чем вторичная (10000 Гн против 100 Гн), и что напряжение было понижено с 10 В до 1 В (в 10 раз). Обмотка с большей индуктивностью имеет более высокое напряжение и меньший ток. Поскольку обе обмотки трансформатора намотаны вокруг одного и того же сердечника (для наиболее эффективной магнитной связи между ними), параметры, влияющие на их индуктивность равны, за исключением количества витков в каждой из обмоток. Если мы еще раз взглянем на формулу индуктивности, то увидим, что индуктивность катушки пропорциональна квадрату числа ее витков:

 

 

Таким образом, должно быть очевидно, что две обмотки трансформатора в вышеприведенном SPICE моделировании при соотношении их индуктивностей 100 : 1 должны иметь соотношение витков провода 10 : 1, так как 10 в квадрате равно 100. Поскольку соотношение витков соответствует соотношению между первичным и вторичным напряжениями и токами (10 : 1), мы можем сказать, что коэффициент трансформации напряжения и тока равен соотношению витков провода между первичной и вторичной обмотками.

 

 

Повышающее / понижающее действие соотношения витков обмоток в трансформаторе аналогично соотношениям шестеренок в механических редукторных системах, которые преобразуют значения скорости и крутящего момента во многом таким же образом:

 

 

Повышающие и понижающие трансформаторы, применяющиеся для распределения электроэнергии, могут иметь гигантские размеры (сопоставимые с размером дома). На следующей фотографии показан трансформатор подстанции высотой около четырех метров:

 

 

Обзор:

  • Трансформаторы «повышают» или «понижают» напряжение в соответствии с соотношениями витков первичных и вторичных обмоток.

  • Коэффициент трансформации напряжения равен квадратному корню из отношения индуктивности первичной обмотки к индуктивности вторичной обмотки.

Что такое трансформатор? | Компьютер и жизнь

Приветствую, друзья!

Мы с вами уже знакомились с тем, как работают некоторые «кирпичики», из которых состоит современный компьютер.

Вы уже знаете, как работают диоды, а также полевые и биполярные транзисторы.

Сегодня мы с вами узнаем, как устроен еще один такой «кирпичик» — трансформатор.

Он не просто жужжит или гудит, но выполняет очень важные функции!

Если бы не изобрели эту штуку, у нас не было бы ничего – не телевидения, ни радио, ни компьютеров, ни электрического света в домах.

Мы не будем рассматривать подробно всё многообразие трансформаторов (их много), но ограничимся тем, что имеет отношения к компьютеру и периферийным устройствам.

Что такое трансформатор?

Слово «трансформатор» происходит от латинского transformo (преобразовывать). Мы рассмотрим трансформаторы — преобразователи напряжения, как наиболее нас интересующие.

Бывают еще другие трансформаторы, например, тока.

Трансформатор напряжения позволяет получить напряжение одной величины из напряжения другой величины. Все вы видели высоковольтные линии с высокими опорами, по которым передается высокое напряжение 6000, 35 000, 110 000, 220 000 или 500 000 Вольт.

В домашней же электрической сети и присутствует напряжения 220 вольт (В). Преобразование высокого напряжения в 220 В осуществляется с помощью здоровенных трансформаторов в тонны весом, которые находятся в трансформаторных подстанциях.

Из напряжения 220 В мы можем получить дома более низкое напряжение нужной величины с помощью небольшого трансформатора. Удобно, не правда ли?

Как устроен трансформатор

Низкочастотный трансформатор содержит в себе сердечник из сплава на основе железа и размещенные на нем обмотки из провода. В упрощенном виде трансформатор содержит две обмотки — первичную и вторичную. Они изолированы друг от друга и не имеют электрического контакта.

На первичную обмотку подается преобразуемое напряжение, со вторичной снимается напряжение, нужное нам.

Это и отражено в символическом изображении трансформатора в электрических схемах. Обмотки изображают в виде волнистых линий с отводами, сердечник — одной (или несколькими, зависит от стандарта) прямой линией.

При подаче переменного тока в первичную обмотку в ней возникает переменное магнитное поле.

Магнитное поле характеризуется такой числовой величиной, как магнитный поток.

Чем больше ток в первичной обмотке и чем больше там витков, тем сильнее возникающий магнитный поток.

Это магнитный поток наводит (генерирует) переменное напряжение во вторичной обмотке.

Если подключить к вторичной обмотке нагрузку, по ней потечет переменный ток. Следует отметить, что частота переменного напряжение во вторичной обмотке будет равна частоте напряжения в первичной обмотке.

Что будет, если первичную обмотку подключить к источнику постоянного напряжения? Появится ли постоянное напряжение на вторичной обмотке, ведь при протекании тока в первичной обмотке в ней генерируется магнитный поток?

Нет, не появится! Напряжение во вторичной обмотке находится только при переменном магнитном потоке, а при постоянном токе он постоянен.

Роль сердечника заключается в том, что он почти полностью концентрирует в себе магнитный поток.

Без сердечника магнитная связь обмоток было бы слабее.

И мощность, отдаваемая вторичной обмоткой в нагрузку, было бы гораздо меньше.

Полная теория трансформатора довольно сложна.

Чтобы исчерпывающим образом описать его работу, необходимо применять математический аппарат с интегралами, производными и прочими сложными понятиями.

Мы не будем здесь этого делать, но приведем несколько базовых соотношений, имеющих практическую пользу.

Габаритная мощность и КПД трансформатора

Для начала отметим, что, чем больше поперечное сечение сердечника (или магнитопровода) трансформатора, тем большую мощность можно получить на вторичных обмотках.

Именно поэтому большие трансформаторы, установленные в трансформаторных подстанциях и питающие несколько многоэтажек, имеют большой вес и габариты.

Маломощные трансформаторы, отдающие мощность в несколько Ватт (Вт), умещаются на ладони.

Трансформатор характеризуется габаритный мощностью, т.е. суммарной мощностью, отдаваемой всеми вторичными обмотками.

Как известно, мощность Р2 = U2 * I2, где U2, I2 – соответственно, напряжение и ток вторичной обмотки трансформатора.

Отметим, что не вся мощность, потребляемая первичной обмоткой от источника передается во вторичную. Часть мощности идет на нагрев проводов и сердечника. Кроме того, некоторая часть магнитного потока, создаваемого первичной обмоткой, рассеивается в пространстве и не участвуют в наведении напряжения во вторичных обмотках.

Именно поэтому, КПД (коэффициент полезного действия) трансформатора, т.е. отношение мощности вторичной обмотки P2 к мощности первичной обмотки P1 меньше 100%.

КПД: η = P2 / P1

В общем случае, чем больше габаритная мощность трансформатора, тем больше его КПД.

КПД маломощных трансформаторов может составлять величину 60 – 80%. КПД мощных трансформаторов в распределительных подстанциях может иметь величину 99% .

Провода в обмотках нагреваются потому, что они имеют не нулевое сопротивление. Прохождения тока по проводнику, обладающему сопротивлением, вызывает, по закону Джоуля-Ленца, его нагрев.

Именно поэтому обмотки трансформатора выполняют из меди, как материала, обладающего низким удельным сопротивлением.

Количество витков на вольт и сечение магнитопровода трансформатора

Напряжение на вторичной обмотке пропорционально количеству витков провода в ней. Чем больше витков, тем больше напряжение на ней.

Маломощный трансформатор характеризуется такой вспомогательной величиной, как количество витков на вольт.

Она связана достаточно сложной зависимостью с сечением магнитопровода трансформатора.

Для маломощных однофазных трансформаторов c сердечником из отдельных пластин приближённая формула имеет вид:

w = 50/S, где S — сечение магнитопровода в кв. сантиметрах, w – количество витков на вольт.

Таким образом, если сечение магнитопровода имеют величину, скажем 4 кв. см, то для него w = 50/4 = 12,5.

Если первичная обмотка рассчитана на напряжение 220 вольт количество витков в ней должно быть: w1 = 220*12,5 = 2750. А если нам надо, например, иметь 15 вольт на вторичной обмотке, надо намотать w2 = 15*12,5 = 188 витков.

В заключение первой части рассмотрим, что такое коэффициент трансформации.

Коэффициент трансформации трансформатора

Трансформатор характеризуется ещё такой величиной, как коэффициент трансформации. Коэффициент трансформации k — это отношение напряжения вторичной обмотки к напряжению первичной обмотки: k = U2/U1. Если имеется несколько вторичных обмоток разными напряжениями, то для каждой будет свой коэффициент трансформации.

Из вышесказанного видно, что коэффициент трансформации определяется соотношением витков вторичной и первичной обмоток: k = w2/w1.

Для приведенных выше цифр в примере k = 15/220 = 188/2750 = 0,068

Для понижающего трансформатора коэффициент трансформации будет меньше единицы, для повышающего – больше.

Бывают трансформаторы с коэффициентом трансформации, равным единице.

В этом случае трансформатор служит для гальванической развязки разных частей схемы.

Во второй части мы продолжим знакомство с этой интересной штуковиной.

Можно еще почитать:

Как устроен компьютерный блок питания. Часть 1.

Как устроен компьютерный блок питания. Окончание.


Выбор трансформатора: учитываем важные характеристики

25 ноября 2020

В электрических устройствах используются разные элементы, которые выполняют определенную роль. Часто используются и трансформаторы, отличающиеся своим разнообразием. При выборе такого устройства необходимо учитывать не только мощность и конструктивное исполнение, но также диапазон номинального напряжения. Но это только общие факторы, на которые нужно обращать внимание.

Основные понятия

Каждому радиолюбителю приходилось сталкиваться с выбором трансформаторов как для определенных схем, так и устройств. А если речь идет о блоке питания, здесь точно не обойтись без преобразователя переменного напряжения. Хотя его можно попробовать создать своими руками, но лучше приобрести в готовом виде. В этом случае трансформатор будет иметь все необходимые характеристики.

Такое устройство может иметь разное предназначение, отличаться своими габаритами. Один вариант — это простой радиоприемник. Там это электрическое устройство имеет небольшие габариты. А ведь трансформатор непременно используется и в сварочном аппарате. Существуют также и силовые агрегаты подобного типа, которые способны работать с более высокими показателями напряжения и тока. Основная задача любого трансформатора — преобразование переменного напряжения, чтобы можно было получить постоянный ток. И хотя эту же функцию можно выполнять и в обратном порядке, но такой вариант считается экономически невыгодным.

Выбор трансформатора по основным параметрам

Что собой представляет трансформатор? Это устройство очень простое, можно сказать даже что оно примитивное, так как состоит всего из нескольких элементов:

  • магнитопровод;
  • катушки;
  • клеммы;
  • корпус.

Но в некоторых случаях корпус может отсутствовать. Он выполняет роль лишь крепления магнитопровода с катушками, на которые чаще всего наматывается медный провод разного сечения. Да и количество витков обязательно отличается. Магнитопровод часто называют еще и ферромагнетиком, потому что он изготовляется из специальной стали.

При выборе трансформатора, независимо от того, для каких целей он предназначается, необходимо учитывать несколько важных параметров:

  • первичная обмотка;
  • вторичные обмотки;
  • общая мощность;
  • площадь сечения сердечника;
  • число витков.

Немаловажное значение имеет еще и ток первичной обмотки. Что касается вторичных обмоток, их может быть разное количество. Чаще всего такое устройство выбирается по специальной таблице. Но это в том случае, когда речь идет про промышленные модели. А когда он изготовляется самостоятельно, расчеты делаются в индивидуальном порядке.

 

Читайте нас в: Поделитесь новостью в соцсетях:

Измерение частичных разрядов в изоляции трансформаторного оборудования

Оценка технического состояния изоляции маслонаполненных трансформаторов, по уровню и распределению частичных разрядов, является одной из наиболее сложных технических задач для рассматриваемого нами метода диагностики. Однако, с другой стороны, этот вопрос является очень важным для службы эксплуатации высоковольтного оборудования. Это приводит к тому, что очень часто не совсем подготовленные специалисты в области анализа измерения и анализа частичных разрядов , по просьбе служб эксплуатации, берутся за решение этой задачи. Большая часть отрицательного отношения практиков к применению метода анализа состояния изоляции по частичным разрядам возникло и возникает по причине таких неподготовленных работ.

Основной проблемой, возникающей при проведении измерений частичных разрядов в изоляции высоковольтных трансформаторов, является очень сложная отстройка от помех.

Причин этому несколько:

Во-первых, мощные силовые трансформаторы, по своему назначению, всегда являются узлами энергосистем, непосредственно вокруг которых устанавливается достаточно много другого, вспомогательного и измерительного высоковольтного оборудования, в котором также могут возникать частичные разряды. Все эти высокочастотные импульсы, в той или иной мере, по соединительным линиям, или путем электромагнитного излучения, наводятся в контролируемом трансформаторе.

Во-вторых, практически к каждому трансформатору подключены одна или несколько воздушных линий электропередачи, «собирающие» с большой территории грозовые и иные высокочастотные импульсы. Эти импульсы часто имеют большую амплитуду, регистрируются измерительными приборами, и существенно затрудняют анализ «внутренних» частичных разрядов, возникающих в изоляции самого трансформатора.

В-третьих, чаще всего, высоковольтные трансформаторы располагаются на открытых подстанциях, поэтому их работу всегда сопровождает большое количество коронных разрядов, интенсивность которых зависит от многих параметров – температуры и влажности воздуха, состояния поверхностей изоляторов и т. д. Чем выше рабочее напряжение трансформатора, тем больше проблем от коронных разрядов возникает при проведении измерений.

В-четвертых, работа трансформаторов часто сопровождается существенными изменениями нагрузочных и тепловых режимов. Кроме того, в трансформаторах присутствуют устройства, изменяющие их параметры в процессе работы, например РПН. В результате частичные разряды в изоляции трансформаторов могут иметь нестационарный характер, увеличиваться и уменьшаться, и даже появляться и исчезать.

Все эти четыре причины приводит к тому, что большое количество практических измерений частичных разрядов в трансформаторах являются некорректными. Чаще всего это происходит из-за низкой избирательной способности применяемой аппаратуры, реже из-за недостаточной квалификации экспертного персонала, который не может использовать все возможности имеющейся аппаратуры.

В результате за «импульсы частичных разрядов в трансформаторе», выдаются любые высокочастотные импульсы помех, от которых диагносту просто не удалось отстроиться. Естественно, что выполненный на основе некорректных замеров анализ распределения частичных разрядов, не имеет практической пользы, если даже не сказать о получении вреда. Следствием этого является все еще широко распространенное мнение о низкой информативности проведения измерений частичных разрядов.

Только правильно собранные измерительные схемы, позволяющие, в максимальной степени, отстроится от помех, могут быть рекомендованы для проведения измерений. Если в результате измерений удается зарегистрировать частичные разряды, то в этом случае, желательно, провести дополнительные измерения и исследования, включая в анализ техническое состояние рядом расположенного высоковольтного оборудования. Только после подтверждения первичных измерений можно будет уверенно говорить о наличии в трансформаторе частичных разрядов.

Резюмируем наши рассуждения кратко. Всем хочется измерять частичные разряды в трансформаторах, но это не простая задача. Если можно, начните набирать свой диагностический опыт на оборудовании другого типа, этим непростым шагом для себя шагом, вы избежите достаточно неприятных ситуаций.

Измерение частичных разрядов при помощи электромагнитных контактных датчиков

Установка «HF» датчиков частичных разрядов

Подключение первичных датчиков к ПИН вводов трансформаторов

В трансформаторном оборудовании наиболее информативным местом для установки датчиков частичных разрядов являются высоковольтные вводы. Это, практически единственное место в баке трансформатора, через которое возможно проведение регистрации электромагнитной информации о техническом состоянии внутренней изоляции, и на котором можно стационарно, или временно, смонтировать датчик частичных разрядов.

Конструктивно, ввод представляет собой проводящий стержень, заключенный в изолирующий корпус из керамики или другого диэлектрика, по которому протекает ток. Внутри корпуса ввода находится изолирующая среда. Во вводах с бумажной изоляцией это масло, а во вводах с твердой изоляцией, чаще всего это RIP изоляция, компаунд. Для снижения напряженности поля внутри ввода, от верха до корпуса бака трансформатора, ее распределяют, «выравнивают» по высоте ввода.

С этой целью вокруг проводящего стержня, располагаются изолированные друг от друга слои фольги, имеющие различную ширину, уменьшающуюся по ширине, по мере удаления от проводящего стержня. В результате этого весь высоковольтный потенциал, приложенный к вводу, равномерно распределяется по высоте, вдоль изоляционной покрышки, и максимальная удельная напряженность электрического поля, по высоте ввода, усредняется.

Последняя, внешняя обкладка остова ввода, наиболее узкая, при помощи специального стержня с пружиной, или иным образом, выводится на внешнюю поверхность ввода, где принудительно замыкается на корпус ввода (бака трансформатора). Этот вывод в нашей литературе называется ПИН, а в зарубежной литературе обозначается термином «Test Tap». Для безопасности вывод ПИН ввода всегда закрывается защитным колпаком. Количество взаимно изолированных обкладок во вводе зависит от величины рабочего напряжения, и может достигать у высоковольтных вводов нескольких десятков. Суммарная емкость ввода измеряется между проводящим стержнем и последней обкладкой, выведенной на ПИН (PIN), является очень важным параметром состояния ввода. Величина этой емкости обозначается как «C1», это нормируемый параметр, значение этой емкости периодически контролируется во время испытаний.

Величина этой емкости, равная для стандартных вводов 500 — 600 pF, вне зависимости от рабочего напряжения ввода, примерно одинакова. Кажущийся парадокс, когда ввод на 110 кВ и на 500 кВ имеют одинаковую емкость, объясняется очень просто. С ростом геометрических размеров ввода, при росте рабочего напряжения, емкость должна расти. Однако при этом растут геометрические размеры ввода, увеличивается расстояние между его крайними обкладками, что приводит к уменьшению емкости. Размеры ввода растут, от этого растет емкость, но при этом растет расстояние между обкладками, что уменьшает емкость «C1». В результате мы имеем некоторое обобщенное значение емкости ввода «C1», примерно одинаковое для всех вводов, если не рассматривать специальные исполнения вводов.

Емкость ввода, от стержня до крайней обкладки, для высокочастотных импульсов является достаточно малым сопротивлением. Чем выше частота импульса, тем лучше его измерять, используя емкость ввода. Для справки отметим, что величина грозовых импульсов через емкость «C1» может достигать 1 кА, в то время как ток проводимости промышленной частоты через емкость ввода не превышает 0,1 А.

Отсюда очень важное следствие – высоковольтный ввод трансформатора, имеющий вывод от крайней обкладки на внешний вывод типа ПИН, является идеальным датчиком, идеальным конденсатором связи, предназначенным для измерения частичных разрядов. Лучшего датчика высокочастотных импульсов в трансформаторе нам не найти. Измерительным ПИН снабжаются все вводы, с рабочим напряжением 110 кВ и выше.

Надо отметить, что на практике встречаются ввода, имеющие по два вывода на внешний разъем, от последней обкладки ввода, и от предпоследней обкладки. В зарубежной литературе они называются «Test Tap», это вывод от последней обкладки, о котором мы уже упоминали, и «Potential Tap», вывод от предпоследней обкладки. Назначение вывода «Test Tap» вполне понятно, с его помощью, обычным образом, контролируется состояние изоляции ввода. Вывод «Potential Tap» предназначается для отбора небольшой мощности от ввода, используемой на цели управления и защиты трансформатора. В стандартных условиях эксплуатации оба эти вывода обычно заземляются, т. к. отбор мощности от ввода, на практике, применяется достаточно редко.

По этой причине на полной схеме замещения ввода на рисунке показаны три конденсатора – «C1», «C2» и «C3». Физический смысл этих емкостей понятен из рисунка. Реально, когда вывод «PT» у ввода отсутствует, то емкость «C2» автоматически суммируется с емкостью «C1». Именно по этой причине в литературе используется понятие емкости «C3», а не используется обозначение «C2». Просто обычно мы используем схему замещения ввода с одним выводом, т. е. упрощенную схему замещения ввода.

Для регистрации импульсов частичных разрядов, протекающих через ввод из трансформатора (эти сигналы и интересуют нас), и в трансформатор (это сигналы помех), а также возникающих непосредственно в изоляции самого ввода, необходимо датчик частичных разрядов включить в электрическую цепь заземления ПИН. Скажем сейчас, а потом еще несколько раз повторим ниже, что цепь заземления ПИН ввода, во время работы трансформатора, размыкать нельзя! В эту цепь можно вставить активное сопротивление, или емкостное, но полного разрыва цепи заземления ПИН быть не должно.

На рисунке приведена схема ввода, и схемы замещения при подключении к ПИН различных датчиков частичных разрядов. На схема «а» показан ввод с одним выводом, который отключен от земли. Мы видим, что схема замещения представляет собой обычный емкостный делитель, величина напряжения, на выходе которого, определяется соотношением величин емкостей. Если принять, что соотношение величин емкостей ввода «C1» и «С3», обычно равняется 1 к 10, то напряжение на выходе, обозначенное на рисунке «U2», составит в таком режиме 10% от общего напряжения «U1», приложенного к вводу. Это напряжение опасно не только для отключенного от земли вывода ПИН, оно особенно опасно для изоляции между последней обкладкой ввода и заземленным корпусом ввода. Как правило, в таком режиме в изоляции возникают опасные нарушения.

Для исключения такого режима работы все выводы ПИН ввода должны всегда быть заземлены, или подключены к земле через «небольшое сопротивление». Попробуем определиться с величиной, и типом этого «небольшого сопротивления».

С точки зрения теории электрических цепей, относительно внешнего добавочного сопротивления, ввод трансформатора является источником тока, а не источником напряжения. Для примера рассмотрим источник тока, работающий с точностью 0,1%. Не углубляясь в теорию, и не стремясь к полной точности изложения материала, скажем, что у такого источника внутреннее сопротивление должно в 1000 раз превышать сопротивление подключенной нагрузки. В результате выходной ток с ПИН, обычно называемый током проводимости ввода, не будет зависеть от величины нагрузочного сопротивления.

Дальше все будет также просто. Если мы подключаем наше внешнее нагрузочное сопротивление к выводу ПИН, то это обозначает, что мы подключаем его, на первом этапе, последовательно с емкостью «C1». Таким образом, можно говорить, что допустимая величина внешнего «небольшого сопротивления», должна быть в тысячу раз меньше, чем величина реактивного сопротивления емкости «C1», естественно на частоте 50 Гц.

Проведя простые расчеты, мы получим, что величина внешнего (активного) сопротивления, подключаемого к ПИН ввода, не должна быть больше 5 кОм. В этом случае такое «небольшое сопротивление» не окажет заметного влияния (точность 0,1%) на величину тока проводимости ввода. Следуя простой логике, мы также определим напряжение промышленной частоты, которое будет выделяться на таком сопротивлении. Поскольку мы имеем делитель напряжения, в котором все определяется соотношением сопротивлений делителя, то выходное напряжение составит одну тысячную часть от напряжения, приложенного к вводу. Например, для ввода 500 кВ оно составит величину в несколько вольт. Все эти выкладки иллюстрируются  схемой «b».

Но это только оценочный анализ влияния внешнего сопротивления на работу ввода, выполненный для нормального режима работы ввода. Как всегда бывает на практике, выход оборудования из строя происходит в переходных режимах работы. Попробуем разобраться, что произойдет с влиянием этого внешнего сопротивления при воздействии на ввод грозовых или коммутационных высокочастотных импульсов.

Представим, что по ЛЭП к вводу трансформатора пришел грозовой импульс с амплитудой, равной амплитуде рабочего напряжения. Частота этого импульса существенно выше промышленной частоты, и составит, например, 100 кГц. Т. е. частота этого импульса больше промышленной частоты в 2000 раз. Что произойдет при этом?

Величина емкостного сопротивления «C1», для этой частоты уменьшится в такой же пропорции, т. е. в две тысячи раз. При этом величина внешнего сопротивления «RD» останется неизменной, поскольку величина активного сопротивления с частотой не связана.

В результате такого, очень большого изменения соотношения сопротивлений в плечах делителя, на ПИН ввода будет поступать 66% от величины напряжения грозового импульса. Для напряжения 500 кВ, если все анализировать прикидочно, напряжение на ПИН, при приходе грозового импульса, составит около 300 кВ. Понятно, что это аварийный режим.

Необходимо хорошо понимать, что такой результат мы получаем в том случае, когда не учитываем емкость ввода «C3». Если ее учесть, эта схема показана на рисунке «c», то напряжение на ПИН, при воздействии грозовых и коммутационных перенапряжениях, будет находиться на существенно более низком уровне. Оно будет равняться тем же 10%, как мы и определяли выше, для «нормального режима работы» при незаземленном выводе ПИН. Но и это напряжение является опасным для состояния изоляции ввода. По этой причине величина внешнего сопротивления не должна быть больше, чем 1 кОм. Идеальным вариантом является использование в качестве нагрузочного сопротивления внешней емкости, имеющей стабильные параметры.

Очень важным вопросом, требующим отдельного рассмотрения, является вопрос оценки влияния активного сопротивления на емкостный делитель, в плане анализа угловой погрешности измерения, возникающей при измерении тока проводимости ввода, т. е. точности измерения тангенса угла диэлектрических потерь. Поскольку в данной работе мы рассматриваем только вопросы измерения частичных разрядов, анализ этого вопроса мы опустим, предложив читателям самостоятельно анализировать эту проблему, или обратится к работам других авторов.

Подключение датчиков частичных разрядов к ПИН вводов трансформатора производится только на отключенном оборудовании. Различных конструкций ПИН, способа его заземления и типа крепления защитного колпачка у разных фирм – изготовителей вводов существует достаточно много, не менее 10 модификаций. При всем внешнем конструктивном многообразии назначение у всех ПИН одно – обеспечить надежное замыкание на землю токов проводимости ввода, и защиту от воздействия окружающей среды. Наиболее важное для нас отличие заключается в том, как производится замыкание ПИН на землю – при помощи заземляющего провода, или контактным путем.

Наиболее эффективным и безопасным способом установки датчиков и регистрации частичных разрядов на ПИН вводов силовых трансформаторов является использование датчиков стационарной конструкции.

Фирма «DIMRUS» серийно выпускает более 10 модификаций датчиков марки «DB-2», монтируемых на ПИН вводов. Краткое описание этих датчиков приведено в разделе 10. Эти датчики, по принципу своего действия, являются комплексными, позволяющими измерять как токи проводимости вводов, так и частичные разряды во вводе и в самом трансформаторе. Датчики стационарной конструкции предварительно, во время планового вывода трансформатора из работы, монтируются на вводах, выводы датчиков находятся в защитном шкафу, устанавливаемом рядом с трансформатором. Это дает возможность проводить измерения в любой момент времени, не связывая это с необходимостью отключения трансформатора. Переносной измерительный прибор подключается к разъемам на коммутационной плате, расположенной в шкафу, и проводятся измерения.

Установка датчиков марки «RFCT» в нейтрали силовых трансформаторов

Нейтраль трехфазной обмотки трансформатора — это второе место, куда чаще всего монтируют высокочастотные датчики, когда планируется проведение регистрации частичных разрядов в трансформаторах. Причина этого вполне понятна – это второй вывод от всех фазных, высоковольтных обмоток трансформатора. Другого «прямого» доступа к обмоткам трансформатора, кроме уже выше описанного измерительного вывода высоковольтного ввода, ПИН, у трансформатора нет.

Датчик марки «RFCT-4» специально разрабатывался фирмой «DIMRUS» для монтажа в нейтрали первичной обмотки силового трансформатора. Он имеет разъемную конструкцию и внутреннее отверстие большого диаметра. Благодаря такому исполнению он может быть легко смонтирован на нейтрали трансформатора (трубе, шине, проводе), имеющей большой диаметр, без демонтажа элементов цепи заземления нейтрали высоковольтной обмотки трансформатора.

Существуют две особенности монтажа датчика марки «RFCT-4» на проводниках заземления нейтрали, по которым достаточно часто протекает ток промышленной частоты, имеющий большую величину, в сотни и более ампер. Мы не будем обсуждать причины возникновения этого тока, лишь отметим, что это является свойством трехфазной линии, имеющей изолированную нейтраль. Рассмотрим только особенности монтажа датчика.

Во-первых, при протекании тока промышленной частоты через датчик марки «RFCT-4», являющийся высокочастотным трансформатором тока, происходит насыщение ферромагнитного сердечника датчика, в результате чего падает его чувствительность к высокочастотным сигналам. Поскольку мы не можем повлиять на величину промышленного тока, протекающего в нейтрали, то единственным способом уменьшения насыщения сердечника датчика является его размыкание.

С этой целью в зазор датчика, между половинами сердечника, устанавливается немагнитная прокладка из изолирующего материала. Оптимальная толщина прокладки должна составлять 3 – 5 мм. Меньшее значение толщины прокладки соответствует току промышленной частоты до 500 А, большее соответствует току до 1000 А. При этом чувствительность датчика ухудшается не более, чем на 20%. Во-вторых, в реальных условиях эксплуатации трехфазных трансформаторов возможны два режима работы, с изолированной нейтралью, или с заземленной. Это связано с компенсацией емкостных токов замыкания одной из фаз линии на землю. Важным является то, что режим работы нейтрали может изменяться даже в процессе работы трансформатора.

На рисунке приведена схема включения обмоток и нейтрали трансформатора 110 kV. На рисунке показано, что датчик частичных разрядов марки RFCT-4 может быть установлен в двух точках, до заземляющего рубильника, и после него. На практике, чаще всего, датчик удобнее монтировать между рубильником и землей (на рисунке это слева). Это сделать так удобнее потому, что обычно сам рубильник монтируется на отдельной опоре, стоящей рядом с контролируемым трансформатором, и подключается проводом.

Внимание! Установка датчика частичных разрядов слева от рубильника (на рисунке) категорически запрещена. Это объясняется тем, что при разомкнутом рубильнике, в цепи нейтрали трансформатора, возможно, обычно во время коммутации, появление кратковременных, импульсных напряжений большой величины. Они могут достигать фазного значения, и даже быть больше. В основном это бывает при включении трансформатора, и при различных коммутационных процессах внутри энергосистемы. К нашему сожалению, случаи разрушения измерительного оборудования, из-за неправильного монтажа датчика частичных разрядов в нейтрали трансформатора, не так уж редки.

Следует всегда помнить, что внутренняя изоляция датчика «RFCT-4», как и всех остальных датчиков из этой серии, рассчитана на безопасную работу в цепях с рабочим напряжением до 1000 V. Наилучшим вариантом является установка этого датчика на заземленных элементах контролируемого объекта. При возникновении больших перенапряжений происходит пробой внутренней изоляции, выход датчика из строя, повреждение измерительного прибора, и даже возможно поражение обслуживающего персонала!

Датчик частичных разрядов марки «RFCT-4» может устанавливаться в цепи нейтрали трехфазного трансформатора только на заземленной части цепи, после рубильника, как это показано на схеме рисунка. Все другие варианты неприемлемы по условиям соблюдения правил безопасности, действующих при проведении измерительных работ на высоковольтном оборудовании.

Использование датчика частичных разрядов «RFCT-4» в нейтрали трехфазного трансформатора позволяет лучше отстраиваться от помех, приходящих в контролируемый трансформатор по питающей сети. Ниже мы покажем, как для этого можно использовать датчик «RFCT-4» в нейтрали обмотки.

Способы отстройки от влияния коронных разрядов при регистрации частичных разрядов в трансформаторах

Вопросам отстройки от влияния коронных разрядов, при измерении частичных разрядов в трансформаторах, мы посвятим отдельный раздел. В высоковольтных силовых трансформаторах, в зависимости от класса рабочего напряжения, уровень коронных разрядов может в десятки раз превышать допустимые предельные уровни частичных разрядов, возникающих от самых опасных дефектов в изоляции трансформаторов. Если не проводить эффективной отстройки от коронных разрядов, то возможность «пропуска» частичных разрядов при проведении измерений очень велика.

По этой же причине мы не рекомендуем использовать для измерения частичных разрядов в трансформаторах простую одноканальную аппаратуру, а тем более обычные осциллографы, пусть даже цифровые. Применение такой аппаратуры для измерений, а тем более анализ полученной ими информации, с вероятностью в 90% приведут к получению ложных диагностических заключений.

Это является важнейшим вопросом, определяющим достоверность оценки технического состояния изоляции трансформаторов – имеете ли вы необходимый объем методических, технических и алгоритмических наработок для того, чтобы исключить из рассмотрения импульсы коронных разрядов? Если да, то вы в состоянии заниматься измерением частичных разрядов в трансформаторах. Если нет, или вы сомневаетесь, то от контроля состояния изоляции трансформаторов по частичным разрядам лучше уклониться под любым предлогом. Потому что достоверность ваших измерений, а, следовательно, и ваших диагностических заключений, будет неприемлемо мала. Пострадает не только ваш профессиональный имидж, но и вообще отношение эксплуатационного персонала к методу регистрации и анализа частичных разрядов в трансформаторах.

Рассмотрим четыре, наиболее часто используемых при измерении частичных разрядов в трансформаторах, способа отстройки от влияния коронных разрядов. Естественно, таких способов на практике может быть использовано существенно больше, но эти являются наиболее эффективными, и часто встречающимися.

Отстройка от импульсов коронных разрядов по фазе питающего напряжения

Этот метод отстройки от коронных разрядов, хотя и приводится во всей литературе по анализу частичных разрядов в трансформаторах, имеет малое практическое применение. Знание этого метода является, в большей мере, методологическим, чем практическим. Оно помогает лучше понимать особенности проявления коронных разрядов в трансформаторном оборудовании. Реальной пользы от использования этого метода отстройки от импульсов коронных разрядов очень мало. Общий смысл этой отстройки по фазе питающего напряжения достаточно прост и понятен. Известно, что импульсы коронных разрядов возникают, и имеют максимальную амплитуду, на положительной полуволне питающего напряжения, на участке роста напряжения, и вблизи этого максимума синусоиды, и почти отсутствуют на отрицательной полуволне питающего напряжения. Эту особенность возникновения коронных разрядов мы уже объясняли выше.

Поэтому, для устранения влияния коронных разрядов, в положительной фазовой зоне синусоиды питающей сети, регистрацию частичных разрядов производить не следует. Это все наглядно иллюстрируется рисунком, где приведено распределение импульсов частичных разрядов на PRPD плоскости для однофазного, и трехфазного трансформаторов.

Как хорошо видно из первой части рисунка, соответствующей однофазному трансформатору, мы имеем такую картину распределения частичных разрядов, когда при разных полярностях питающего напряжения интенсивность частичных разрядов будет значительно различаться.

На диаграмме амплитудно-фазового распределения импульсов, которая всегда строится для «полной» синусоиды питающей сети, включающей обе полуволны, это хорошо видно. Такое распределение высокочастотных импульсов является важным признаком наличия коронных разрядов, которые являются помехой. Эти разряды необходимо убирать из рассмотрения возможных проблем в изоляции трансформатора.

На отрицательной полуволне питающего напряжения импульсы коронных разрядов также присутствуют, только интенсивность их существенно ниже.

При всей кажущейся простоте и эффективности такого подхода, сразу же возникает простой вопрос, а если и импульсы от возникшего дефекта в изоляции трансформатора будут проявляться именно в этой угловой зоне, когда мы не будем регистрировать частичные разряды? Понятно, что мы их не зарегистрируем, т. е. ряд возможных дефектов нами будет принудительно исключен из рассмотрения. Можно упрощенно считать, что не менее 50% возможных дефектов в изоляции трансформатора, мы автоматически исключаем из рассмотрения, а реально эта цифра составляет около 70%.

Это первый, и самый важный недостаток данного метода отстройки от влияния импульсов коронных разрядов. Есть и другие, не менее важные, недостатки этого способа отстройки от влияния импульсов коронных разрядов.

Во-вторых, и на отрицательной полуволне питающего напряжения присутствуют импульсы коронных разрядов, просто их интенсивность меньше. Следовательно, мы не избавляемся от всех импульсов коронных разрядов, а только от их части, правда от самой большой и опасной.

В-третьих, в трехфазном трансформаторе всегда происходит наложение коронных разрядов одной фазы на другую, особенно под воздействием линейного напряжения, а не фазного. В результате этого эта «классическая отстройка» от импульсов коронных разрядов существенно затрудняется, если не сказать, что становится невозможной. Это иллюстрируется второй частью рисунка. На этом рисунке на импульсы коронных разрядов в измеряемой фазе трансформатора накладываются импульсы от других фаз.

Именно этими тремя основными недостатками и объясняется тот реальный факт, что практического применения этот метод отстройки от коронных разрядов не имеет. Его используют только те диагносты, измерительная аппаратура которых несовершенна, или же они работают с обычными осциллографами.

Отстройка от «внешних» импульсов по времени прихода импульсов от нескольких датчиков

Этот способ отстройки от коронных разрядов в трансформаторах базируется на использовании стандартного метода разборки импульсов типа «time of arrival». Он позволяет отстраиваться от импульсов коронных разрядов, а также от всех импульсов помех, возникающих вне контролируемого трансформатора.

Поясним использование этого метода снижения влияния помех для трансформаторов при помощи двух частей рисунка. На рисунке показана двухканальная синхронная схема регистрации частичных разрядов в трансформаторе. В этой схеме один измерительный датчик, марки «DB-2» , монтируется на ПИН высоковольтного ввода, а второй датчик, марки «RFCT-4», монтируется в цепи заземления нейтрали высоковольтной обмотки. Данная измерительная схема, например, реализована в системе мониторинга марки «TIM-3», и в ряде других приборов нескольких фирм – производителей диагностического оборудования для измерения частичных разрядов. Поскольку данная измерительная конфигурация предполагает сравнение времени прихода импульсов с нескольких датчиков, то мы напомним очень важную особенность, которая должна быть соблюдена при монтаже измерительного оборудования. Длины соединительных кабелей от первичных датчиков до измерительного прибора должны быть одинаковы, с точностью до десятка сантиметров. Это делается для того, чтобы время движения импульсов по этим кабелям, от датчиков к прибору, было одинаковым, и не мешало применению метода «time of arrival». В приведенной измерительной схеме длины соединительных кабелей подбираются еще более сложным образом, что мы поясним ниже.

При помощи рисунка иллюстрируются две ситуации, которые обычно возникают в процессе регистрации частичных разрядов в трансформаторе. В одном случае частичный разряд возникает внутри трансформатора, и электромагнитный импульс идет «из трансформатора» в питающую сеть. В другом случае электромагнитный импульс является внешним, наведенным извне, идущим через ввод «в контролируемый трансформатор». Рассмотрим эти два случая более подробно.

В первом случае будем рассматривать регистрацию импульса от частичного (вероятнее всего коронного) разряда, возникшего в верхней части ввода фазы «С» трансформатора. На рисунке, пунктиром показаны два пути, по которым электромагнитный импульс может передвигаться, и быть зарегистрирован нашим измерительным прибором. В качестве такого прибора на рисунке показана система мониторинга трансформатора TIM-3, в которой этот метод реализован.

В первом случае сигнал от внешнего коронного разряда проходит через емкость высоковольтного ввода в датчик «DB-2», а от него по соединительному кабелю в измерительный прибор системы мониторинга.

Во втором случае электромагнитный импульс попадает также через ввод внутрь трансформатора, электромагнитным путем «проходит» через трансформатор, и регистрируется датчиком марки RFCT, смонтированным в цепи нейтрали первичной обмотки. Далее импульс по соединительному кабелю поступает в прибор и регистрируется.

В нижней части рисунка показаны две условные временные диаграммы, иллюстрирующие взаимный временной сдвиг этих двух синхронно зарегистрированных сигналов, поступивших от двух датчиков. На этих диаграммах время прихода обоих импульсов в измерительный прибор показано одинаковое.

Выше мы уже говорили, что длины сигнальных кабелей для такой конфигурации измерительной схемы регистрации частичных разрядов подбираются особым образом. Эта особенность заключается в том, чтобы импульс от внешнего электромагнитного импульса, пришедшего в трансформатор через ввод, должен поступить на два измерительных входа системы мониторинга одновременно.

Это обозначает следующее — время прохождения импульса от датчика «DB-2» к прибору по соединительному кабелю, должно равняться времени «пролета» импульса через трансформатор от ввода к датчику RFCT в нейтрали обмотки, плюс время движения импульса по соединительному кабелю от датчика к прибору. Точка разветвления пути импульса – ввод в месте установки датчика «DB-2». Точка соединения путей этих импульсов – измерительный прибор, переносной или стационарный.

Особенность подборки длин соединительных кабелей в системе мониторинга марки «TIM-3», от датчиков к прибору, заключается в том, что подстройка времени прихода импульсов в прибор осуществляется не использованием кабелей одинаковой длины. Подбор заключается в том, что один измерительный кабель (от датчика марки RFCT) короче другого (от датчика марки «DB-2») на длину «полета» импульса внутри трансформатора. Как подбирать эту разницу в длинах мы скажем чуть ниже.

Если теперь высокочастотный импульс возникнет внутри трансформатора, как показано на правом рисунке, то на вход прибора, к которому подключен датчик в нейтрали, импульс придет раньше, чем на вход, к которому подключен датчик на ПИН ввода. На рисунке сделана попытка графически показать это. На нем видно, что импульсу, регистрируемому датчиком «DB-2», придется немного «вернуться назад», и он несколько запоздает по времени прихода в измерительный прибор. Время запаздывания зависит от места возникновения частичного разряда, и возрастает по мере удаления зоны дефекта от ввода. Это время будет максимальным в том случае, когда импульс частичного разряда возникнет в нейтрали первичной обмотки трансформатора.

Суммируя наши рассуждения о данном методе отстройки от коронных разрядов, можно сказать следующее. В правильно смонтированной измерительной схеме импульс от частичного разряда, возникшего внутри трансформатора, поступает в измерительный прибор с датчика, установленного в нейтрали трансформатора, раньше, чем с датчика, смонтированного на ПИН ввода.

Кажущаяся проблема сложной подгонки длин сигнальных кабелей, необходимая в данном методе, которую необходимо выполнить с точностью до 10-20 см, на практике не вызывает сложностей. На самом деле ее даже не приходится проводить, т. к. в современных приборах есть функции программной подгонки времени прихода импульсов. При проведении первичной калибровки измерительной схемы современные приборы сами выбирают необходимые временные сдвиги по входным каналам, что эквивалентно процедуре подгонки длин сигнальных кабелей.

Данная конфигурация измерительного прибора, предназначенная для отстройки от влияния коронных разрядов, очень эффективная на первый взгляд, не лишена некоторых существенных, кстати, очень очевидных недостатков. Их два.

Во-первых, верхняя часть высоковольтного ввода трансформатора, в данном методе отстройки от коронных разрядов, исключена из системы мониторинга и защиты. Импульсы, частичных разрядов, возникшие в изоляции верхней части ввода трансформатора, выше первичного датчика, установленного на ПИН ввода, будут измерительной схемой браковаться. Они будут считаться импульсами помехи, так как на оба измерительных входа прибора они придут одновременно. Этот недостаток не является критическим, т. к. в верхней части вводов дефекты в изоляции возникают кране редко. Влага и все опасные осадки и налеты обычно оседают в нижней части ввода.

Второй недостаток данного метода связан с условиями эксплуатации трансформаторов в энергосистемах. По условиям защиты ЛЭП от однофазных замыканий на землю, мы уже писали выше об этом, нейтраль трансформатора не всегда бывает подключена к земле, все зависит от заданного режима работы линии. При работе трансформатора в режиме, когда нейтраль, отключена от земли, данный метод отстройки от внешних помех, в основном от коронных разрядов, не работает.

Тем не менее, данный метод отстройки от коронных разрядов, несмотря на указанные недостатки, достаточно часто используется в системах мониторинга, особенно там, где нет проблем с подключением нейтрали обмотки к земле. Он прост, требует использования минимального количества дополнительных датчиков.

Отстройка от импульсов коронных разрядов при помощи сравнения полярности высокочастотных импульсов

Данный метод, применительно к использованию для отстройки от коронных разрядов в трансформаторах, имеет совершенно оригинальное приложение. Ни в каком другом типе высоковольтного оборудования, этот метод, с использованием такой интерпретации связи полярности импульса с местом его возникновения, не применяется.

Рассмотрение этого метода отстройки от коронных разрядов, с использованием полярности, начнем с напоминания о том, что импульс от одного и того же частичного разряда, возникший в изоляции высоковольтного оборудования, может иметь, при регистрации, различную полярность. Это может явиться следствием нескольких причин.

Во-первых, полярность регистрируемого импульса зависит, при всех прочих равных условиях, от электромагнитных свойств среды, окружающей зону дефекта. Под средой здесь мы понимаем электромагнитные свойства изоляции и рядом расположенных конструктивных элементов контролируемого оборудования.

Во-вторых, полярность импульса будет зависеть от электромагнитных свойств элементов оборудования, расположенных между зоной возникшего дефекта и местом установки датчика частичных разрядов.

В-третьих, полярность регистрируемого высокочастотного импульса частичного разряда зависит от типа используемого первичного датчика, места, и способа его установки на контролируемом оборудовании.

Первая причина, влияющая на полярность импульса высокочастотного разряда, а именно свойства среды, где возникает разряд, определяется внутренними параметрами контролируемого оборудования, и воздействовать на нее мы не в состоянии. Вторая и третья причины допускают некоторое модифицирующее воздействие на полярность регистрируемого импульса, которым может воспользоваться опытный диагност, проводящий измерения частичных разрядов.

Мы не имеем столько места в данной работе, чтобы более или менее подробно описать, как, качественно и количественно, влияют электромагнитные параметры среды, расположенной между зоной дефекта и измерительным датчиком, на полярность регистрируемого импульса. Причин к этому несколько.

  • К сожалению это невозможно сделать без применения сложного математического аппарата, описывающего процессы в зонах, обладающих различными свойствами и сложной геометрией.
  • Математические выкладки потребуют неоправданно много места, для того чтобы, доходчиво и корректно все описать.
  • Самое главное, это не принесет большой практической пользы, это достаточно «узкий» теоретический вопрос, смысл которого, для практических диагностов, достаточно просто можно только продекларировать.

Процедура сравнения полярностей двух импульсов, как элемент системы диагностики, широко используется в практических измерениях. Этот метод применяется в диагностических измерениях в кабельных линиях, шинопроводах, КРУ, но везде он имеет свои специфические особенности.

Рассмотрим применение этого метода разборки по полярности импульсов для отстройки измерительной схемы от импульсов коронных разрядов. Как мы уже указывали не раз, это имеет очень большое значение при измерениях частичных разрядов в силовых трансформаторах. Как уже говорилось, это наиболее сложный случай измерения частичных разрядов в высоковольтном оборудовании. На рисунке показана наиболее часто встречающаяся схема установки первичных датчиков частичных разрядов на трансформаторе, включающая три датчика типа «DB-2», установленных на ПИН вводов (на рисунке показано только два датчика), и одного датчика типа «RFCT-4», установленного в цепи нейтрали (заземления) трансформатора. Такая схема, если максимально использовать ее потенциальные возможности, может обеспечить высокую достоверность получаемых результатов при использовании минимального количества первичных датчиков.

Представим, что коронный разряд возник на вводе фазы «С» (на рисунке она условно показана справа), в которой мы производим регистрацию частичных разрядов. В соответствии с классической теорией на выходе датчика «DB-2» ввода фазы «С» импульсный сигнал будет иметь отрицательную полярность. Это связано с компенсацией изменения распределения потенциалов внутри трансформатора, обусловленное частичным разрядом.

Очевидно, что большую часть энергии на компенсацию регистрируемого частичного разряда будет поступать из энергосистемы, но эта часть энергии нас не очень интересует, так как мы ее даже просто измерить не можем, у нас на схеме нет датчиков, позволяющих это сделать. Еще раз повторим, что этот импульс будет иметь отрицательную полярность.

Энергия на компенсацию регистрируемого коронного разряда в фазе «С» будет «выходить», частично, из трансформатора, т. е. мы будем регистрировать импульс, который будет двигаться вверх по трубе ввода, только этот импульс мы можем зарегистрировать. Почему нам интересен этот импульс, понятна, эта энергии также пойдет на компенсацию неравновесного состояния зарядов вокруг верхней части ввода трансформатора, возникшего после коронного разряда.

Самое интересное будет заключаться в том, что на выходе датчика «DB-2» фазы «В» выходной сигнал, наведенный от того же самого коронного разряда, будет иметь положительную полярность! Этот факт, заключающийся в смене полярности импульсов от коронного разряда, регистрируемых на других фазах трансформатора, многократно подтверждался экспериментальными данными, и имеет определенное физическое и математическое обоснование и объяснение.

Достаточно примитивно этот факт можно объяснить следующим образом. Если часть энергии коронного разряда, пусть и небольшая (но ведь именно ее мы и регистрируем своими датчиками и приборами), компенсируется «изнутри трансформатора», то эта часть энергии может поступить «внутрь трансформатора» только по вводам других фаз. Эта часть компенсируемой энергии должна «войти» в трансформатор по вводам фаз «А» и «В». Эта энергия является конечной (или начальной?) частью цепочки, по которой идет компенсация воздействия коронного разряда.

Если вспомнить временную диаграмму трехфазных напряжений, то становится понятным, почему при положительном напряжении на контролируемой фазе трансформатора, вблизи максимума, напряжения на фазах «В» и «С» будут иметь противоположный, отрицательный знак. Поэтому и высокочастотные импульсы в этих фазах трансформатора будут иметь другой знак, положительный.

Далее все немного понятнее. Принцип работы метода отстройки от помех по полярности сигналов в трансформаторе звучит следующим образом: Если направление движение импульсов во вводах фаз «А» и «В» будет противоположным направлению движению импульса в фазе «С», при отрицательной полярности напряжения на фазе «С», то и полярность высокочастотных импульсов, на выходе соответствующих датчиков в этих двух фазах, будет иметь полярность, которая противоположна полярности высокочастотных импульсов в фазе «С».

Завершим все эти рассуждения формулированием простого диагностического правила, отражающего суть данного метода отстройки от помех. Эта суть отражается двумя простыми предложениями:

  • Если высокочастотный импульс (от частичного разряда) возник внутри трансформатора, то полярность импульсов на ПИН всех трех фаз трансформатора будет иметь одинаковый знак, неважно какой, но одинаковый.
  • Если высокочастотный импульс (например, от коронного разряда) возник вне трансформатора, то сигналы с ПИН вводов фаз будут иметь различный знак. Если коронный разряд возник на фазном напряжении (потенциал фаза – земля), то две другие фазы (импульсы на них) будут иметь, чаще всего, положительную полярность. Если же импульс возникнет на линейном напряжении (потенциал между двумя фазами), то здесь тоже два импульса по полярности будут отличаться от третьего, хотя теоретически объяснить все это будет несколько сложнее. Предоставим нашему читателю возможность самому разобраться в этом интересном вопросе.

Для практической реализации этого метода «отстройки от короны» по полярности импульсов, необходимо воспользоваться многоканальной регистрирующей аппаратурой. Это объясняется тем, что сравнение полярности импульсов обязательно должно производиться в режиме реального времени, на аппаратном уровне.

Теоретически, метод можно реализовать на основе многоканального синхронного осциллографа, но с трудом можно представить пользователя, который «в ручном режиме», сравнивает полярность импульсов по каналам, которых может быть несколько тысяч (какой же объем внутренней памяти в осциллографе нужен для этого?). В случае же применения для регистрации импульсов одноканального осциллографа, даже самого совершенного, данный метод отстройки от коронных разрядов не может быть реализован вообще.

Отстройка от коронных разрядов при помощи алгоритмических и программных средств

Программные средства, которые тоже можно использовать для борьбы с помехами, при регистрации частичных разрядов в трансформаторном оборудовании, являются, образно говоря, последним рубежом защиты от влияния коронных разрядов. Они применяются в том случае, когда уже были использованы все возможные технические средства отстройки от влияния коронных разрядов, но требуемого эффекта они не дали. Отдельно взятые алгоритмические средства защиты от помех не могут обеспечить должной помехозащищенности процедуры измерения и диагностики состояния изоляции.

В связи с тем, что эти методы отстройки от высокочастотных помех работают на «алгоритмическом уровне», т. е. с уже зарегистрированными данными, применение этих методов возможно практически всегда. С их помощью можно попытаться максимально очистить от помех любые высокочастотные сигналы. Назначение этих методов — улучшение общей помехоустойчивости системы регистрации и анализа частичных разрядов в высоковольтной изоляции трансформаторов, и другого высоковольтного оборудования.

Все используемые на практике алгоритмические средства разделения импульсов частичных разрядов от импульсов коронного разряда базируются на анализе частотных и временных параметров и свойств импульсов. Мы их достаточно подробно описывали выше, поэтому здесь только просто перечислим их.

Во-первых, это общий анализ формы импульса, при котором производится сравнение каждого регистрируемого высокочастотного сигнала с некоторым «образом», усредненной формой, характерного импульса от коронного разряда. Данный анализ обычно выполняется только подготовленными пользователями, «вручную», или же при помощи специальных аналитических программ, написанных на основании знаний экспертов. «Ручной» анализ формы сигналов является достаточно сложным вопросом, трудно поддающимся алгоритмической формализации. Несмотря на то, что мы описываем помехи такого типа общим термином «коронный разряд», существует огромное разнообразие таких импульсов. Форма их зависит от величины рабочего напряжения, места возникновения разрядов, типа контролируемого оборудования, удаления от измерительного датчика и т. д. Каждый конкретный случай анализа требует специального описания «шаблона формы» возникающих импульсов коронных разрядов, что под силу только специалистам.

Во-вторых, это использование TTI-Map распределения импульсов для разборки их на группы, используя время – частотные параметры каждого импульса. Эта процедура акцентирует внимание на двух параметрах формы высокочастотного импульса. Это:

  • Частота первого пика в сигнале (что эквивалентно длительности первого пика).
  • Полная длительность высокочастотного сигнала частичного разряда (время затухания до уровня 0,05 от максимального значения).

Вполне очевидно, что второй подход к разделению импульсов на различные типы, теоретически, имеет меньшую эффективность, т. к. рассматривает только два параметра формы импульса. На самом деле это не так. В силу универсальности использования TFM плоскости этот метод является универсальным, в меньшей мере зависящим от «базы данных конкретного эксперта». В результате этот метод чаще используется на практике и дает больший практический эффект.

Метод отстройки от коронных разрядов с использованием TFM распределения импульсов является не только универсальным, но и адаптивным. Он позволяет проверять все выявленные на TTI-Map плоскости группы импульсов, уже при помощи PRPD распределения импульсов. Проверка каждой группы импульсов производится на PRPD плоскости, когда рассматривается связь импульсов группы с фазой питающего напряжения, выявляются соответствующие признаки коронного разряда, Это дает возможность любому пользователю, в каждом конкретном случае измерения и диагностики, более точно описывать параметры формы коронного разряда.

Как мы уже писали выше, в анализ формы сигнала частичного разряда может быть включено оценка частотных свойств «внутри» импульса. Для этих целей удобнее всего использовать вейвлет – преобразование.

Проблема с его использованием очень проста, поскольку на практике он используется редко, у многих существует предубеждение, что это сложно. На самом деле ничего сложного там нет, это просто анализ частотных свойств импульса в каждой временной точке. Для этого существуют стандартные процедуры и программы преобразования сигналов. Главное заключается в другом, это вспомогательный метод, и не надо ждать от него большой помощи. Различить между собой два, и более импульсов, которые на TTI-Map плоскости находятся в одной группе, он поможет. Это, пожалуй, все, больше ничего нового и интересного вейвлет анализ не может.

Измерение частичных разрядов в изоляции трансформаторов понижающих подстанций в режиме «on-line»

Конфигурация измерительного прибора (переносного, или системы мониторинга), ориентированная на отстройку от максимального количества помех уже «на аппаратном уровне», приведена на рисунке. Конфигурация датчиков и измерительных каналов соответствует режиму регистрации частичных разрядов в обмотке и вводе фазы «А», стороны ВН трансформатора.

В приведенной на рисунке конфигурации схемы измерения частичных разрядов задействованы 4 канала прибора системы мониторинга, имеющих различное методическое назначение.

  • Измерительный канал «SCh-1» предназначен для регистрации импульсов частичных разрядов в изоляции фазы трансформатора, это основной канал в регистрации.
  • Референсные (опорные) измерительные каналы «RCh-2» и «RCh-3» предназначены для сравнения параметров импульсов в основном измерительном канале с импульсами от датчиков, установленных в двух других фазах одноименной обмотки трансформатора.
  • Шумовой канал «NCh-4» позволяет проводить амплитудное сравнение импульсов, регистрируемых со всех других первичных датчиков, подключенных не к ПИН вводов первичной обмотки трансформатора. В рамках данной конфигурации к этому каналу подключаются все датчики, смонтированные на стороне НН. Если бы измерения частичных разрядов проводились на стороне НН, то к этому каналу были бы подключены все датчики, установленные на первичной обмотке. Предлагаемая конфигурация измерительной схемы внешне выглядит чрезмерно загруженной функциями, но на самом деле в ней все продуманно, и логично. Кратко рассмотрим функциональные возможности такой конфигурации. Это мы сделаем для того, чтобы показать, что все, вышеописанные способы отстройки от помех, реализованы в данном измерительном приборе.

Предлагаемая конфигурация измерительного прибора системы мониторинга частичных разрядов в трансформаторе позволяет оперативно, в режиме реального времени, реализовывать следующие функции:

  • Сравнение импульсов с датчиков трех фаз первичной обмотки по времени прихода «dt», выполняется синхронно по трем каналам, сигнальному и двум опорным. Это позволяет определить, какой фазы обмотки импульс достигает раньше всех. Если импульс сначала достигает фаза «А», то этот импульс принадлежит контролируемой фазе и должен быть включен в регистрацию. Если он раньше придет на фазы «В» или «С», то этот импульс принадлежит этим фазам, и к фазе «А» не имеет отношения. Из текущей регистрации, по фазе «А», его необходимо исключить.
  • Сравнение импульсов с трех фаз обмотки трансформатора по амплитуде. Если импульс будет наводиться с одной фазы на другую, то амплитуда наведенного импульса всегда будет меньше, чем амплитуда первичного импульса. Это позволяет исключать из рассмотрения импульсы, возникшие в других фазах. В данном случае это будут импульсы, возникшие в фазах «В» и «С».
  • Сравнение высокочастотных импульсов с вводов трех фаз, или с трех фаз вторичной обмотки, по полярности. Приведенная схема измерения позволяет одновременно контролировать полярность высокочастотных импульсов, проходящих по вводам обмотки ВН. В том случае, если полярность трех импульсов будет различаться, то это будет говорить о том, что данный импульс «пришел в трансформатор извне», и вероятнее всего это импульс коронного разряда. Такой «помеховый» импульс необходимо исключать из текущей регистрации.
  • Сравнение импульса в измеряемой фазе первичной обмотки трансформатора, по амплитуде, с импульсами во вторичной обмотке трансформатора. Это позволяет исключать из рассмотрения импульсы, пришедшие в трансформатор по цепям вторичной обмотки, и не относящиеся к контролируемой фазе обмотки.

Регистрация частичных разрядов в других фазах трансформатора производится аналогично. Для перехода к таким измерениям производится, при помощи встроенного в прибор коммутатора, переключение первичных датчиков к различным измерительным каналам, т. е. изменяется конфигурация измерительной схемы. Например, для измерения частичных разрядов в фазе «В», данный датчик на ПИН подключается к измерительному каналу. Фазы «А» и «С» подключаются к референсным каналам. Идеология работы всех каналов прибора, и измерительного, и двух опорных и шумового канала, к которому подключены датчики вторичной обмотки, при этом полностью сохраняется.

Это статья взята из книги Русова В.А. «Измерение частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудования»

Похожие материалы:

Какова Функция Трансформатора?

Трансформаторы используют свойства магнитной индукции для изменения (преобразования) переменного тока в первичной катушке в новый ток во вторичной катушке.

Ток в катушке создает магнитное поле. Когда этот ток изменяется, магнитное поле также изменяется. Если в магнитном поле находится другая катушка, изменяющееся магнитное поле индуцирует ток во второй катушке.

Оказывается, это очень полезно для изменения напряжения переменного тока. Когда две катушки имеют различное число витков, изменение напряжения пропорционально отношению витков первичной катушки к виткам вторичной катушки.

Например, если вторичная катушка имеет только половину числа витков в качестве первичной катушки, переменное напряжение, индуцированное во вторичной катушке, составляет половину напряжения первичной катушки.

В интересном (и полезном) повороте, если мы применим ток к вторичной катушке вместо первичной, результат будет противоположным. В нашем примере выше, напряжение будет удваиваться.

Давайте поговорим о передаче электроэнергии на национальном и местном уровнях. Национальная сеть работает при очень высоких напряжениях. Некоторые линии электропередачи переменного тока несут ток в 500 000 вольт. Чтобы использовать эту мощность, мы превращаемся во что-то для локального распределения — возможно, 30 000 вольт.

Трансформатор, который вы видите на столбе перед вашим домом, понижает напряжение до уровня, который мы можем безопасно использовать. В Северной Америке это две линии от противоположных концов вторичной катушки, каждая из которых проводит ток при 120 вольт, в общей сложности до 240 вольт. Бытовой ток в 120 вольт составляет подавляющее большинство требований к электроприборам и освещению в Северной Америке.

Другие части мира используют более высокие напряжения, и на то есть веская причина, но позвольте мне вернуться на мгновение, потому что к настоящему времени у некоторых из вас, читающих этот ответ, над вашей головой появилась лампочка. Я знаю, что вы думаете, «эй. Если мы можем увеличить мощность, то почему бы нам не увеличить ее, не увеличивая загрязнение окружающей среды, не начинать войны, не заряжать электромобили и не иметь более мощных фенов. Я прав?»

Нет. Когда мы преобразуем напряжение, ток изменяется в тех же пропорциях. Если у нас есть прибор, который потребляет 120 вольт при 10 амперах, то это 1200 Вт. Этому устройству требуется 1200 Вт для работы, которую мы от него ожидаем.

Если внезапно мы повысим напряжение до 240 вольт, то потребляемый ток упадет до 5 ампер, но мощность останется неизменной при 1200 ваттах.

Так оно и работает, потому что в конце концов это сила, которая делает работу.

Более высокий ток означает более толстую проволоку (больше меди), что является довольно дорогим товаром. Недавняя покупка провода 14 AWG в местном Big Box Giant стоила 60 долларов за 500-футовую катушку.

Более высокое напряжение = меньший ток = меньшие провода, что является одной из причин, по которым эти линии электропередачи на 500 000 вольт не имеют такой же диаметр, как туннель через гору или под рекой.

Если нам нужно 750 000 ампер при 120 вольт, мы могли бы построить трио из очень толстых (извините, я сейчас слишком устал от математики) проводов, чтобы доставить его к месту назначения. Или мы можем увеличить напряжение до 500 000 или 250 000 вольт, что уменьшает ток до чего-то управляемого, и отправить его через несколько более тонких проводов — что-то порядка 4 дюймов в диаметре.

Так что цель трансформаторов — преобразовать электрический ток, конечно.

Защита и автоматика трансформатора 6(10)/0,4 кВ

Трансформатор 6(10)/0,4 кВ — присоединение с серьезным списком защит. Какие-то из них обязательные, какие-то применяются почти всегда, а что-то используют редко. Давайте разбираться

Максимальные токовые защиты

Основной защитой здесь так же является МТЗ. Она должна быть всегда и обычно в проектах применяется без каких-либо дополнительных пусковых органов, хотя может комбинироваться с органами напряжения.

Также вы наверное заметили, что я отмечаю две важнейших цели МТЗ — основная защита своего присоединения и резервная защита смежных. В сетях 6-10 кВ МТЗ — это базовая фундаментальная защита, без которой невозможно надежное функционирование сети!

Токовая отсечка также обязательна на всех трансформаторах, где не применяется дифференциальная защита (ПУЭ 3.2.54), а это как раз наш случай. До мощности 6,3 МВА обычно дифф. защиту не устанавливают.

Защита от перегрузки в принципе выполняется всегда, хотя ПЭУ 3.2.69. говорит о том, что это нужно делать «…в зависимости от вероятности и значения возможной перегрузки». Я отметил ее как необязательную, но советую применять ее всегда, когда хватает токовых ступеней в устройстве. Также стоит отметить, что данную защиту может выполнять и вводной автомат 0,4 кВ так, как питание здесь одностороннее.

Токовая защита от ОЗЗ устанавливается, если есть ТТНП, а сам трансформатор подключается через кабель (что чаще всего и бывает). Иногда ей пренебрегают, считая, что повреждение на столь малом участке маловероятно. Однако, если терминал содержит эту функцию и есть возможность подключения к ТТНП, то защиту нужно вводить.

МТЗ в нейтрали трансформатора

Она же специальная защита от однофазных КЗ на стороне 0,4 кВ. Подключается к ТТ, установленному в нейтрали обмоток НН. Устанавливается в случае когда у обычной МТЗ не хватает чувствительности к однофазным КЗ на стороне НН.

Обычно ее всегда применяют при соединении обмоток трансформатора по схеме Y/Yo, но иногда приходиться ставить на на «треугольнике».

Подробнее о расчетах этих защит можно узнать из Курса «Защита трансформатора 10/0,4 кВ»

Чаще всего эта защита выполняется на отдельном выносном электромеханическом реле, что достаточно неудобно. Исключение см. в конце статьи

Защита от перегрева

Редкий гость наших проектов на этом классе напряжения. В основном применяется для сухих трансформаторов. И в основном для иностранных. Я проектировал такие системы для итальянских Tesar, где был установлен блок термоконтроля и специальные зонды, которые измеряли температуру обмоток.

В данном случае наш терминал принимает сигнал отключения от этой внешней защиты. Терминалы РЗА с возможностью подключения термозондов вроде бы есть (стандартные входы 4…20 мА), но их немного.

Газовая защита

Скажу честно, я ни разу не применял полноценную газовую защиту для трансформаторов 6(10)/0,4 кВ, однако, ПЭУ допускает такую возможность.

Иногда в герметичных масляных трансформаторах (типа ТМГ) применяют простое реле давление и его контакт отправляют в терминал защиты. Назвать такую защиту газовой сложно, но по принципу действия они похожи.

В общем будьте готовы увидеть эту защиту на таких трансформаторах, но не сильно удивляйтесь, если ее не будет.

На этом закончим рассмотрение трансформатора и перейдем к защитам и автоматики ввода 6(10) кВ

На рисунке

Терминал защиты и автоматики трансформатора 6(10)/0,4 кВ типа  БМРЗ-158-ТР. Это один из немногих терминалов, который содержит алгоритм специальной защиты нулевой последовательности от однофазных КЗ 0,4 кВ и вход для подключения ТТ в нейтрали трансформатора.

Разработчик НТЦ «Механотроника», www.mtrele.ru.

БМРЗ-158-ТР содержит все перечисленные в статье защиты

Трансформатор

| Инжиниринг | Fandom

Эта статья про электрические и электронные трансформаторы. Другие значения см. В разделе «Трансформаторы

». Трансформатор — это электрическое устройство, которое передает энергию от одной электрической цепи к другой посредством магнитной связи без использования каких-либо движущихся частей. Он часто используется для преобразования высокого и низкого напряжения и для преобразования импеданса. Трансформатор был важным элементом в развитии высоковольтной передачи электроэнергии и центральных генерирующих станций.

Основные принципы []

Флюсовая муфта []

Простой однофазный трансформатор состоит из двух электрических проводников, называемых первичной обмоткой и вторичной обмоткой . На первичную обмотку подается переменный (переменный или непрерывный импульсный) электрический ток, который создает переменное магнитное поле вокруг проводника. В соответствии с принципом взаимной индуктивности вторичная обмотка , помещенная в это переменное магнитное поле, будет развивать электродвижущую силу или ЭДС.Если концы вторичной обмотки соединить вместе, чтобы сформировать электрическую цепь, эта ЭДС вызовет ток во вторичной обмотке. Таким образом, часть электроэнергии, подаваемой в первичную обмотку, поступает во вторичную. В практических трансформаторах первичный и вторичный проводники представляют собой катушки с проводом, потому что катушка создает более плотное магнитное поле (более высокий магнитный поток), чем прямой проводник.

Сами по себе трансформаторы не могут:

  • Преобразование постоянного тока в переменный или наоборот
  • Изменить напряжение или ток постоянного тока
  • Измените частоту сети переменного тока.

Однако трансформаторы — это компоненты систем, которые выполняют все эти функции.

Электротехнические законы []

Примите во внимание следующие два закона:

  1. Согласно закону сохранения энергии, мощность, отдаваемая трансформатором, не может превышать мощность, подаваемую в него.
  2. Мощность, рассеиваемая в нагрузке в любой момент, равна произведению напряжения на ней и (синфазного) тока, проходящего через нее (см. Также закон Ома).

Из двух вышеупомянутых законов следует, что трансформатор не является усилителем. Если трансформатор используется для переключения мощности с одного напряжения на другое, величины токов в двух обмотках также должны быть разными, обратно пропорциональными напряжениям. Если бы напряжение было понижено трансформатором, вторичный ток, доступный для нагрузки, был бы больше. Например, предположим, что на резистивную нагрузку подается мощность 50 Вт от трансформатора с соотношением витков 25: 2.

  • P = E · I (мощность = электродвижущая сила · ток)

50 Вт = 2 В · 25 А в первичной цепи

  • Теперь с заменой трансформатора:

50 Вт = 25 В · 2 А во вторичной цепи.

Сильноточные обмотки низкого напряжения имеют меньше витков (обычно) более толстого провода. Обмотки высокого напряжения и низкого тока содержат больше витков (обычно) более тонкого провода.

Электродвижущая сила (ЭДС), развиваемая во вторичной обмотке, пропорциональна отношению числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки.Пренебрегая всем потоком утечки, идеальный трансформатор следует уравнению:

Где — напряжение в первичной катушке, — это напряжение во вторичной катушке, — это количество витков провода на первичной катушке, а — это количество витков провода на вторичной катушке. Это приводит к наиболее распространенному использованию трансформатора: для преобразования мощности с одним напряжением в мощность с другим напряжением.

Пренебрегая потоком рассеяния, связь между напряжением, числом витков, интенсивностью магнитного потока и площадью сердечника определяется универсальным уравнением ЭДС:

Где — синусоидальное среднеквадратичное напряжение обмотки (RMS), — частота в герцах, — количество витков wire, — площадь сердечника (квадратные единицы), а — плотность магнитного потока в сетках на квадратную единицу.Значение 4,44 собирает ряд констант, требуемых системой единиц.

При нормальной работе обмотка трансформатора никогда не должна получать питание от источника постоянного постоянного напряжения, так как это приведет к протеканию большого постоянного тока. В такой ситуации в идеальном трансформаторе с разомкнутой вторичной обмоткой ток будет неограниченно возрастать как линейная функция времени. На практике последовательное сопротивление обмотки ограничивает протекающий ток, пока трансформатор не достигнет теплового равновесия или не будет разрушен.Постоянный ток иногда применяется к мощным силовым трансформаторам для «выпекания» воды перед добавлением охлаждающего масла и началом нормальной работы.

Изобретение []

К числу изобретателей трансформатора приписывают:

  • Майкл Фарадей, который изобрел «индукционное кольцо» 29 августа 1831 года. Это был первый трансформатор, хотя Фарадей использовал его только для демонстрации принципа электромагнитной индукции и не предполагал, какое применение оно в конечном итоге будет использовано.
  • Люсьен Голар и Джон Диксон Гиббс, которые впервые продемонстрировали устройство под названием «вторичный генератор» в Лондоне в 1881 году, а затем продали идею американской компании Westinghouse. Возможно, это был первый практический силовой трансформатор, но не первый трансформатор любого типа. Они также выставили изобретение в Турине в 1884 году, где оно было применено для системы электрического освещения. В их ранних устройствах использовался линейный железный сердечник, от которого позже отказались в пользу более эффективного круглого сердечника.
  • Уильям Стэнли, инженер Westinghouse, который построил первое практическое устройство в 1885 году после того, как Джордж Вестингауз купил патенты Голларда и Гиббса. Ядро было сделано из соединенных друг с другом железных пластин Е-образной формы. Впервые эта конструкция была использована в коммерческих целях в 1886 году.
  • Венгерские инженеры Отто Блати, Микса Дери и Кароли Зиперновски из компании Ganz в Будапеште в 1885 году создали эффективную модель «ZBD», основанную на конструкции Голарда и Гиббса.
  • Никола Тесла в 1891 году изобрел катушку Тесла, которая представляет собой высоковольтный резонансный трансформатор с воздушным сердечником и двойной настройкой для генерации очень высоких напряжений на высокой частоте.

Практические соображения []

Крупный план регулируемого городского понижающего трансформатора (один из трех, установленных на той же бетонной опоре)

.

Классификация []

Трансформаторы

бывают разных размеров: от соединительного трансформатора размером с миниатюру, скрытого внутри сценического микрофона, до гигаваттных устройств, используемых для соединения больших участков национальных электрических сетей, все они работают по одним и тем же основным принципам и имеют много общего в своих частях.

Грубая классификация трансформаторов по мощности, передаваемой в цепи, в ваттах (или, точнее, ВА (вольт-амперы)):

  • До 1 Вт: сигнальные трансформаторы, межкаскадная связь
  • 1 — 1000 Вт: трансформаторы малой мощности, трансформаторы накаливания, трансформаторы выходного аудиосигнала
  • 1 киловатт — 1 мегаватт: силовые трансформаторы; более крупные агрегаты в этом диапазоне могут быть заполнены маслом
  • 1 мегаватт и более: большие силовые трансформаторы, используемые для подстанций, крупных потребителей электроэнергии, а также для электростанций и передачи.

Трансформаторы можно разделить на различные типы в зависимости от соотношения количества витков в катушках, а также от того, изолированы ли первичная и вторичная обмотки:

Повышение
  • вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная
Понижающий
  • вторичная обмотка имеет меньше витков, чем первичная
Изолирующий
  • предназначен для преобразования одного напряжения в такое же напряжение.Две катушки имеют примерно одинаковое количество витков, хотя часто есть небольшая разница в количестве витков, чтобы компенсировать потери (в противном случае выходное напряжение было бы немного меньше, а не таким же, как входное напряжение ).
Переменная
  • первичная и вторичная обмотки имеют регулируемое количество витков, которое можно выбрать без повторного подключения трансформатора.

Во всех случаях первичная обмотка или вторичная обмотка или обе могут иметь отводы, позволяющие выбирать одно из нескольких различных соотношений первичного и вторичного витков.

Потери []

Идеальный трансформатор не имел бы потерь и, следовательно, имел бы 100% КПД. Однако катушки настоящего трансформатора имеют сопротивление. При моделировании реального трансформатора сопротивление можно рассматривать как существующее последовательно с обмоткой идеального трансформатора.

Мощные силовые трансформаторы часто имеют КПД более 98% с точки зрения энергии, подводимой к первичной обмотке трансформатора и связанной со вторичной. Оставшиеся 2% (или меньше) входящей энергии теряются на:

Ток, протекающий по обмоткам, вызывает резистивный нагрев проводников.Это называется потерь в меди (чтобы отличить это от остальных потерь, приведенных ниже, которые в основном относятся к магнитному сердечнику и известны как потери в сердечнике , также называемые потери в стали )
Наведенные токи, циркулирующие в сердечнике, вызывающие резистивный нагрев сердечника.
Не все магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, перехватывается вторичной.Часть потока рассеяния может индуцировать вихревые токи в соседних проводящих объектах, таких как опорная конструкция трансформатора, и преобразовываться в тепло.
Каждый раз, когда магнитное поле меняет направление, небольшое количество энергии теряется на гистерезис в магнитопроводе. Различные материалы сердечника будут иметь разные уровни гистерезисных потерь.
Переменное магнитное поле вызывает колебания электромагнитных сил между катушками проволоки, сердечником и любыми ближайшими металлическими конструкциями, вызывая вибрации и шум, которые потребляют электроэнергию.
Поток в сердечнике заставляет его физически расширяться и слегка сжиматься с переменным магнитным полем, эффект, известный как магнитострикция. Это, в свою очередь, вызывает потери из-за нагрева от трения в чувствительных ферромагнитных сердечниках. Знакомый гул или жужжащий шум, слышимый возле трансформаторов, является результатом рассеянных полей, вызывающих вибрацию компонентов резервуара, а также вызван магнитострикционной вибрацией самого сердечника.
Мощные силовые трансформаторы могут быть оснащены охлаждающими вентиляторами, масляными насосами или водоохлаждаемыми теплообменниками, предназначенными для отвода тепла, вызванного потерями в меди и потерями в сердечнике.Мощность, используемая для работы системы охлаждения, обычно считается частью потерь трансформатора. Небольшие трансформаторы, такие как вставные «стенные бородавки» / «силовые блоки», используемые для питания небольшой бытовой электроники, часто имеют высокие потери и могут иметь КПД менее 85%.

Высокочастотный режим []

Уравнение ЭДС универсального трансформатора показывает, что на более высокой частоте плотность потока сердечника будет ниже для данного напряжения. Это означает, что сердечник может иметь меньшую площадь поперечного сечения и, следовательно, быть более компактным физически, не достигая насыщения.По этой причине производители самолетов и военные используют расходные материалы на 400 Гц. Их меньше заботит эффективность, которая ниже на высоких частотах (в основном из-за повышенных гистерезисных потерь), но больше заботит снижение веса. Точно так же обратноходовые трансформаторы, которые подают высокое напряжение на электронно-лучевые трубки, работают на частоте горизонтального генератора, во много раз превышающей 50 или 60 Гц, что позволяет использовать более компактный компонент.

Строительство []

Трансформатор обычно имеет:

  • две или более изолированные обмотки для протекания тока
  • сердечник, в котором взаимное магнитное поле связывает обмотки.

В трансформаторах, предназначенных для работы на низких частотах, обмотки обычно формируются вокруг железного или стального сердечника . Это помогает ограничить магнитное поле внутри трансформатора и повысить его эффективность, хотя наличие сердечника вызывает потери энергии. Трансформаторы, предназначенные для работы на высоких частотах, могут использовать другие материалы с меньшими потерями или могут использовать воздушный сердечник.

Силовые трансформаторы далее классифицируются по точному расположению сердечника и обмоток на «тип оболочки», «тип сердечника», а также по количеству «ветвей», несущих магнитный поток (3, 4 или 5 для трехфазного трансформатор).Различия в характеристиках каждого из этих типов, хотя и представляют постоянный интерес для специалистов, возможно, более подробны, чем уместно для общей энциклопедии.

Ядра []

Стальные сердечники []

Трансформатор с ламинированным сердечником, показывающий край ламинирования наверху блока.

Трансформаторы часто имеют сердечники из кремнистой стали для направления магнитного поля. Это сохраняет поле более сконцентрированным вокруг проводов, что делает трансформатор более компактным.Сердечник силового трансформатора должен быть спроектирован так, чтобы он не достиг магнитного насыщения. Иногда на магнитном пути помещают тщательно продуманные зазоры, чтобы предотвратить насыщение. Практичные сердечники трансформаторов всегда изготавливаются из множества штампованных деталей из тонкой стали. Высокое сопротивление между слоями снижает вихревые токи в сердечниках, которые тратят энергию на нагрев сердечника. Они распространены в цепях питания и аудио. Типичный многослойный сердечник изготавливается из деталей E-образной и I-образной формы, что и привело к названию «трансформатор EI».Одна проблема со стальным сердечником заключается в том, что из-за магнитного гистерезиса материала он может сохранять статическое магнитное поле при отключении питания. Когда затем снова подается питание, остаточное поле может вызвать временное насыщение сердечника. Это может быть серьезной проблемой для трансформаторов с выходной мощностью более нескольких сотен ватт, поскольку более высокий пусковой ток может вызвать перегорание сетевых предохранителей, если не будет добавлена ​​схема ограничения тока. Более того, пусковые токи могут физически деформировать и повреждать первичные обмотки больших силовых трансформаторов.

Твердые сердечники []

В более высокочастотных цепях, таких как импульсные источники питания, иногда используются сердечники из порошкового железа. Эти материалы сочетают в себе высокую магнитную проницаемость с высоким удельным сопротивлением материала. На еще более высоких частотах (обычно радиочастоты) распространены другие типы сердечников из непроводящих магнитных материалов, такие как различные керамические материалы, называемые ферритами . Некоторые трансформаторы в радиочастотных цепях имеют регулируемые сердечники, которые позволяют настраивать схему связи.

Воздушные сердечники []

В высокочастотных трансформаторах также могут использоваться воздушные сердечники. Это устраняет потери из-за гистерезиса в материале сердечника. Такие трансформаторы поддерживают высокую эффективность связи (низкие потери поля рассеяния) за счет перекрытия первичной и вторичной обмоток.

Тороидальные сердечники []

Тороидальные трансформаторы построены вокруг кольцевого сердечника, который сделан из длинной полосы кремнистой стали или пермаллоя, намотанной в катушку, или из феррита, в зависимости от частоты.Такая конструкция гарантирует, что все границы зерен направлены в оптимальном направлении, что делает трансформатор более эффективным за счет уменьшения сопротивления сердечника и устраняет воздушные зазоры, присущие конструкции сердечника ЭУ. Поперечное сечение кольца обычно квадратное или прямоугольное, но доступны и более дорогие сердечники с круглым поперечным сечением. Первичная и вторичная обмотки намотаны концентрически, чтобы покрыть всю поверхность сердечника. Это сводит к минимуму необходимую длину провода, а также обеспечивает экранирование, чтобы магнитное поле сердечника не создавало электромагнитных помех.

Тороидальные сердечники для использования на частотах до нескольких десятков килогерц также могут быть изготовлены из ферритового материала для уменьшения потерь. Такие трансформаторы используются в импульсных источниках питания.

Тороидальные трансформаторы более эффективны (около 95%), чем более дешевые ламинированные трансформаторы EI. Другие преимущества по сравнению с типами EI включают меньший размер (около половины), меньший вес (около половины), меньший механический гул (что делает их лучше в усилителях звука), более низкое внешнее магнитное поле (около одной десятой), низкие потери без нагрузки. (что делает их более эффективными в резервных цепях), монтаж на одном болте и больший выбор форм.Этот последний пункт означает, что для заданной выходной мощности можно выбрать либо широкий плоский тороид, либо высокий узкий тороид с одинаковыми электрическими свойствами, в зависимости от доступного пространства. Главный недостаток — более высокая стоимость.

При установке тороидального трансформатора важно избегать непреднамеренного короткого замыкания через сердечник (например, неосторожно вставив стальной крепежный болт посередине и прикрепив его к металлоконструкциям с обоих концов). Это вызовет протекание большого тока через болт, преобразование всей входной мощности сети в тепло и перегорание входного предохранителя.Чтобы этого не произошло, только один конец монтажного болта должен быть прикреплен к окружающим металлоконструкциям.

Обмотки []

Материал обмотки зависит от области применения. Трансформаторы малой мощности и сигнальные трансформаторы намотаны сплошным изолированным медным проводом, часто покрытым эмалью. Силовые трансформаторы большего размера могут быть намотаны проволочными, медными или алюминиевыми прямоугольными проводниками или ленточными проводниками для очень больших токов. Обмотки высокочастотных трансформаторов, работающих на частотах от десятков до сотен килогерц, будут сделаны из лицевого провода, чтобы минимизировать потери на скин-эффект в проводниках.

Обмотки на первичной и вторичной обмотках силового трансформатора могут иметь отводы, позволяющие регулировать соотношение напряжений; ответвления могут быть подключены к автоматическому распределительному устройству РПН для регулирования напряжения в распределительных цепях.

Изоляция []

Материал проводника должен иметь изоляцию, чтобы ток проходил по сердечнику, а не в результате межвиткового короткого замыкания.

В силовых трансформаторах разница напряжений между частями первичной и вторичной обмоток может быть довольно большой.Слои изоляции вставляются между слоями обмоток для предотвращения образования дуги, а трансформатор погружается в трансформаторное масло, которое обеспечивает дополнительную изоляцию и действует как охлаждающая среда.

Экранирование []

Хотя идеальный трансформатор работает исключительно на магнитном поле, близкое расположение первичной и вторичной обмоток может создать взаимную емкость между обмотками. Если трансформаторы предназначены для обеспечения высокой гальванической развязки между первичной и вторичной цепями, между обмотками может быть помещен электростатический экран, чтобы минимизировать этот эффект.

Трансформаторы также могут быть заключены в магнитные экраны, электростатические экраны или и то, и другое, чтобы предотвратить влияние внешних помех на работу трансформатора или предотвратить влияние трансформатора на работу других устройств (например, ЭЛТ в непосредственной близости от трансформатора). . Трансформаторы также могут быть закрыты из соображений безопасности, как для предотвращения контакта с трансформатором во время нормальной работы, так и для сдерживания возможных пожаров, возникающих в результате ненормальной работы.Кожух также может быть частью системы охлаждения трансформатора.

Охлаждающая жидкость []

Небольшие трансформаторы мощностью до нескольких киловатт обычно должным образом охлаждаются за счет циркуляции воздуха. Более крупные трансформаторы «сухого» типа могут иметь охлаждающие вентиляторы.

Трансформаторы большой мощности или высокого напряжения залиты трансформаторным маслом — минеральным маслом высокой степени очистки, устойчивым при высоких температурах. В больших трансформаторах, используемых внутри помещений, должна использоваться негорючая жидкость. Раньше использовался полихлорированный бифенил (ПХБ), поскольку он не представлял опасности возгорания в силовых трансформаторах внутри помещений и очень стабилен.Из-за стабильности ПХБ и его накопления в окружающей среде это больше не допускается в новом оборудовании. Сегодня можно использовать нетоксичные, стабильные масла на основе силикона или фторированные углеводороды, где стоимость огнестойкой жидкости компенсирует дополнительные затраты на строительство хранилища трансформатора. Могут использоваться и другие менее воспламеняющиеся жидкости, такие как масло канолы, но все огнестойкие жидкости имеют некоторые недостатки в производительности, стоимости или токсичности по сравнению с минеральным маслом.

Масло охлаждает трансформатор и обеспечивает часть электрической изоляции между внутренними частями, находящимися под напряжением.Он должен быть стабильным при высоких температурах, чтобы небольшое короткое замыкание или дуга не привели к пробою или возгоранию. Для улучшения охлаждения силовых трансформаторов большой мощности бак, заполненный маслом, может иметь радиаторы, через которые масло циркулирует за счет естественной конвекции. Очень большие или мощные трансформаторы (мощностью в миллионы ватт) могут иметь охлаждающие вентиляторы, масляные насосы и даже масляные теплообменники. Большие и высоковольтные трансформаторы подвергаются длительным процессам сушки с использованием электрического самонагрева, применения вакуума или того и другого, чтобы гарантировать полное отсутствие водяного пара в трансформаторе перед подачей охлаждающего масла.Это помогает предотвратить электрический пробой под нагрузкой.

Масляные трансформаторы, как правило, оснащаются реле Бухгольца — предохранительными устройствами, обнаруживающими скопление газа внутри трансформатора (побочный эффект электрической дуги внутри обмоток) и отключающими трансформатор.

Экспериментальные силовые трансформаторы в диапазоне 2 МВА были построены со сверхпроводящими обмотками, которые исключают потери в меди, но не потери в стали сердечника. Они охлаждаются жидким азотом или гелием.

Клеммы []

Очень маленькие трансформаторы будут иметь провода, подключенные непосредственно к концам катушек и выведенные к основанию блока для подключения цепей.Более крупные трансформаторы могут иметь тяжелые болтовые клеммы, шины или высоковольтные изолированные вводы из полимеров или фарфора. Большой ввод может иметь сложную конструкцию, поскольку он должен обеспечивать как электрическую изоляцию, так и содержать масло в баке трансформатора.

Конструкции трансформаторов []

Автотрансформаторы []

Регулируемый автотрансформатор с соединением вторичной обмотки скользящей щеткой и тороидальным сердечником.

Автотрансформатор имеет только одну обмотку, которая в некоторой точке обмотки имеет ответвление.Мощность переменного или импульсного постоянного тока подается на часть обмотки, а более высокое (или более низкое) напряжение создается на другой части той же обмотки. Автотрансформаторы используются для компенсации падения напряжения в распределительной системе или для согласования двух напряжений передачи, например 115 кВ и 138 кВ. Для соотношений напряжений, не превышающих примерно 3: 1, автотрансформатор дешевле, легче, меньше и эффективнее, чем двухобмоточный трансформатор аналогичного номинала.

Регулируемые автотрансформаторы []

Variac — торговая марка General Radio (середина 20-го века) для переменного автотрансформатора, предназначенного для удобного изменения выходного напряжения для получения постоянного входного переменного напряжения.Этот термин часто используется для описания аналогичных автотрансформаторов переменного тока, изготовленных другими производителями. Для обеспечения очень малых шагов регулировки вторичное соединение выполняется через щетку, которая скользит по катушкам обмотки. Регулируемый автотрансформатор — это эффективный и бесшумный метод регулировки напряжения ламп накаливания. В то время как легкие и компактные полупроводниковые диммеры заменили вариаторы во многих приложениях, таких как театральное освещение, регулируемые автотрансформаторы все еще используются, когда требуется неискаженная синусоидальная волна переменного напряжения.

Многофазные трансформаторы []

Соединение обмоток звезда и треугольник

Для трехфазного питания можно использовать три отдельных однофазных трансформатора или все три фазы можно подключить к одному многофазному трансформатору. Три первичные обмотки соединены вместе, а три вторичные обмотки соединены вместе. Наиболее распространены соединения Y-Δ, Δ-Y, Δ-Δ и Y-Y. Если обмотка подключена к земле (заземлена), точка заземления обычно является центральной точкой Y-образной обмотки.Существует множество возможных конфигураций, которые могут включать больше или меньше шести обмоток и различных соединений отводов.

Резонансные трансформаторы []

Резонансный трансформатор — это трансформатор, который работает на резонансной частоте одной или нескольких катушек. Резонансная катушка, обычно вторичная, действует как индуктор и последовательно соединена с конденсатором. Если первичная катушка приводится в действие периодическим источником переменного тока, например прямоугольной или пилообразной волной, каждый импульс тока способствует созданию колебаний во вторичной катушке.Из-за резонанса во вторичной обмотке может развиваться очень высокое напряжение, пока оно не будет ограничено каким-либо процессом, например электрическим пробоем. Поэтому эти устройства используются для генерации высоких переменных напряжений. Ток, доступный от катушки этого типа, может быть намного больше, чем ток от электростатических машин, таких как генератор Ван де Граафа и машина Вимшерста. Они также работают при более высокой рабочей температуре, чем стандартные агрегаты.

Примеры: —

  • Катушка Тесла
  • Катушка Удена (или резонатор Удена; названа в честь Поля Мари Удена, 1851-1923)
  • Аппарат Д’Арсонваля
  • Катушка зажигания или индукционная катушка, используемая в системе зажигания бензинового двигателя
  • Обратный преобразователь ЭЛТ-телевизора или видеомонитора.

Другие применения резонансных трансформаторов — это связь между каскадами супергетеродинного приемника, где большая часть избирательности приемника обеспечивается настроенными трансформаторами усилителей промежуточной частоты.

Трансформатор регулирования напряжения использует резонансную обмотку и позволяет части сердечника переходить в насыщение в каждом цикле переменного тока. Этот эффект стабилизирует выходной сигнал регулирующего трансформатора, который может использоваться для оборудования, чувствительного к колебаниям напряжения питания.Трансформаторы насыщения обеспечивают простой надежный метод стабилизации источника питания переменного тока. Однако из-за потерь на гистерезис, сопровождающих этот тип работы, КПД низок.

Измерительные трансформаторы []

Трансформаторы тока []

Трансформаторы тока, используемые как часть измерительного оборудования для трехфазного электроснабжения на 400 ампер.

Трансформатор тока предназначен для обеспечения тока во вторичной обмотке, который точно пропорционален току, протекающему в первичной обмотке.

Трансформаторы тока обычно используются в счетчиках электроэнергии для облегчения измерения больших токов, которые было бы трудно измерить более прямым способом.

Необходимо следить за тем, чтобы вторичная обмотка трансформатора тока не была отключена от нагрузки, пока в первичной обмотке течет ток, так как в этом случае на вторичной обмотке будет создаваться очень высокое напряжение.

Трансформаторы тока часто конструируются с одним витком первичной обмотки либо в виде изолированного кабеля, проходящего через тороидальный сердечник, либо в виде стержня, к которому подключаются проводники цепи.

Трансформаторы напряжения []

Трансформаторы напряжения (также известные как трансформаторы напряжения) используются в электроэнергетике для точного измерения подаваемого напряжения. Они предназначены для предоставления незначительной нагрузки по отношению к измеряемому напряжению.

Импульсные трансформаторы []

Импульсный трансформатор — это трансформатор, оптимизированный для передачи прямоугольных электрических импульсов (то есть импульсов с быстрым нарастанием и спадом и постоянной амплитудой).Небольшие версии, называемые сигналом Типы используются в цифровых логических и телекоммуникационных схемах, часто для согласования логических драйверов с линиями передачи. Версии power среднего размера используются в схемах управления питанием, таких как контроллеры вспышек камеры. Более мощные версии power используются в отрасли распределения электроэнергии для сопряжения низковольтной схемы управления с высоковольтными затворами силовых полупроводников, таких как триаковые транзисторы, IGBT, тиристоры и полевые МОП-транзисторы.Специальные высоковольтные импульсные трансформаторы также используются для генерации импульсов высокой мощности для радаров, ускорителей частиц или других импульсных источников питания.

Чтобы минимизировать искажение формы импульса, импульсный трансформатор должен иметь низкие значения индуктивности рассеяния и распределенной емкости, а также высокую индуктивность холостого хода. В импульсных трансформаторах силового типа низкая емкость связи (между первичной и вторичной обмотками) важна для защиты схемы на первичной стороне от мощных переходных процессов, создаваемых нагрузкой.По той же причине требуется высокое сопротивление изоляции и высокое напряжение пробоя. Хорошая переходная характеристика необходима для сохранения прямоугольной формы импульса на вторичной обмотке, поскольку импульс с медленными фронтами может создавать коммутационные потери в силовых полупроводниках.

Произведение пикового импульсного напряжения и длительности импульса (или, точнее, интеграл напряжение-время) часто используется для характеристики импульсных трансформаторов. Вообще говоря, чем больше размер этого продукта, тем больше и дороже трансформатор.

RF трансформаторы []

Для радиочастотного использования трансформаторы иногда изготавливают из конфигураций линии передачи, намотанной на ферритовые сердечники. Этот тип трансформатора обеспечивает чрезвычайно широкую полосу пропускания. Феррит резко увеличивает индуктивность, одновременно снижая ее добротность. Обмотки иногда бифилярны, а иногда сделаны из коаксиального кабеля. Только ограниченное количество соотношений (например, 1: 9,1: 4,1: 2) может быть достигнуто с помощью этой техники. Сердечники таких трансформаторов помогают работать на нижнем конце диапазона частот.Этот тип трансформатора часто используется в качестве балансира для согласования импеданса, чтобы преобразовать балансное сопротивление 300 Ом в несимметричное с сопротивлением 75 Ом в FM-приемниках.

Применение трансформаторов []

  • Передача электроэнергии на большие расстояния. Простота, надежность и экономичность преобразования напряжений с помощью стационарных трансформаторов были основным фактором при выборе передачи энергии переменного тока (см. «Война токов»).
  • Высоковольтные системы электропередачи постоянного тока HVDC
  • Большие силовые трансформаторы специальной конструкции используются в электродуговых печах в сталеплавильном производстве.
  • Вращающиеся трансформаторы сконструированы таким образом, что одна обмотка вращается, а другая остается неподвижной. Распространенным использованием была система видеоголовок, которая использовалась в видеоплеерах VHS и Beta. Они могут передавать мощность или радиосигналы от стационарного устройства к вращающемуся механизму или антенне радара.
  • Скользящие трансформаторы могут передавать мощность или сигналы от стационарного крепления к движущейся части, такой как головка станка. См. Линейно-регулируемый дифференциальный трансформатор,
  • Некоторые вращающиеся трансформаторы сконструированы точно для измерения расстояний или углов.Обычно они имеют одну первичную и две или более вторичных обмоток, а электронные схемы измеряют различные амплитуды токов во вторичных обмотках. См. Синхронизатор и резольвер.
  • Небольшие трансформаторы часто используются для изоляции и соединения различных частей радиоприемников и аудиоусилителей, преобразования сильноточных цепей низкого напряжения в слаботочные цепи высокого напряжения или наоборот. См. Электронику и согласование импеданса. См. Также разделительный трансформатор и повторяющуюся катушку.
  • Преобразование симметричного сигнала в несимметричное.Особый тип трансформатора, называемый «балун», используется в радио- и аудиосхемах для преобразования между симметричными цепями и несимметричными линиями передачи, такими как антенные нисходящие провода. Симметричная линия — это линия, в которой два проводника (сигнальный и обратный) имеют одинаковое сопротивление относительно земли: например, витая пара и «симметричный двойник». К несимметричным линиям относятся коаксиальные кабели и полосы на печатных платах. Аналогичное использование используется для подключения «несимметричных» входных каскадов усилителя к мощному «двухтактному» выходному каскаду.

См. Также []

Шаблон: Wikibookspar

  • Main : Распределенная генерация, Электронный источник питания, Электроника, Индуктор, Пикап, Электрическая сеть, Распределение электроэнергии, Мокрый трансформатор, Электроника
  • Цепи : балласт, токоизмерительные клещи, повторяющаяся катушка, инвертор (электрический), система зажигания, выработка электроэнергии, линейный регулируемый дифференциальный трансформатор, неоновая вывеска, регулятор, электрическая подстанция, импульсный источник питания, технологические приложения сверхпроводимости, катушка Тесла , Преобразователь
  • Электромагнетизм : Переменный ток, Электроэнергия, Передача электроэнергии, Электромагнитная индукция, Эквивалентное последовательное сопротивление, Постоянный ток высокого напряжения, Согласование импеданса, Индуктивная связь, Разница потенциалов, Скин-эффект, Индуктивность утечки, Сверхпроводимость
  • Люди : Отто Блати, Микса Дери, Джон Амброуз Флеминг, Отто А.Кнопп, Уильям Стэнли, Никола Тесла, Милан Видмар, Джордж Вестингауз, Кароли Зиперновски
  • Прочие : Блок DI, Полихлорированный бифенил, Стаффорд, Хронология изобретений, Война токов, Всемирная Колумбийская выставка

Определения, используемые для трансформатора тока

Определение

Трансформатор тока — это измерительный трансформатор, используемый вместе с измерительными или защитными устройствами, в котором вторичный ток пропорционален первичному току (при нормальных условиях эксплуатации) и отличается от него на угол, приблизительно равный нулю.

Функции

Трансформаторы тока выполняют следующие функции:

  • Трансформаторы тока питают реле защиты токами, величина которых пропорциональна токам силовой цепи, но значительно снижена по величине.
  • Измерительные устройства нельзя напрямую подключать к источникам большой мощности. Следовательно, трансформаторы тока используются для питания этих устройств токами, величина которых пропорциональна силе.
  • Трансформатор тока также изолирует измерительные приборы от цепей высокого напряжения.

1) Номинальный первичный ток:

  • Значение первичного тока, которое указывается в обозначении трансформатора и на котором основаны рабочие характеристики трансформатора тока.

2) Номинальный вторичный ток:

  • Значение вторичного тока, которое указывается в обозначении трансформатора и на котором основаны рабочие характеристики трансформатора тока.
  • Типичные значения вторичного тока — 1 A или 5 A. В случае дифференциальной защиты трансформатора также указываются вторичные токи 1 / корень 3 A и 5 / основной 3 A.

3) Номинальная нагрузка:

  • Полная мощность вторичной цепи в вольт-амперах, выраженная при номинальном вторичном токе и при определенном коэффициенте мощности (0,8 для почти всех стандартов)

4) Номинальная мощность:

  • Значение полной мощности (в вольт-амперах при указанной мощности (коэффициенте)), которую трансформатор тока предназначен для подачи во вторичную цепь при номинальном вторичном токе и с подключенной к ней номинальной нагрузкой. 5) Кратковременный рейтинг:
    • Значение первичного тока (в кА), которое ТТ должен выдерживать как термически, так и динамически без повреждения обмоток, при коротком замыкании вторичной цепи. Указанное время обычно составляет 1 или 3 секунды.

5) Номинальный уровень изоляции:

Комбинация значений напряжения (частота сети и импульс молнии или, если применимо, импульс молнии и коммутации), которая характеризует изоляцию трансформатора с точки зрения ее способности выдерживать диэлектрические напряжения.Для трансформатора низкого напряжения прикладывается испытательное напряжение 4 кВ промышленной частоты в течение 1 минуты.

6) Номинальный кратковременный тепловой ток (Ith):

  • Действующее значение первичного тока, которое трансформатор тока выдержит в течение номинального времени при коротком замыкании вторичной обмотки без вредного воздействия.

7) Номинальный динамический ток (Idyn):

  • Пиковое значение первичного тока, которое трансформатор тока выдержит без электрического или механического повреждения возникающими электромагнитными силами, при этом вторичная обмотка закорочена.

8) Номинальный длительный тепловой ток (Un)

  • Значение тока, которое может быть разрешено непрерывно течь в первичной обмотке, вторичные обмотки подключены к номинальной нагрузке, без повышения температуры, превышающего указанные значения.

9) Чувствительность

  • Чувствительность определяется как наименьшее значение первичного тока короткого замыкания в пределах защищаемой зоны, которое приведет к срабатыванию реле.Чтобы обеспечить быструю работу при повреждении в зоне, трансформатор тока должен иметь «напряжение точки перегиба», по крайней мере, в два раза превышающее уставку напряжения реле.

10) Регулировка коэффициента трансформации трансформатора тока на месте:

  • Коэффициент трансформации трансформаторов тока можно отрегулировать на месте в соответствии с требованиями приложения. Пас

больше витков вторичной обмотки или больше витков первичной обмотки через окно увеличит или уменьшит отношение витков.

11) Сдвиг фаз:

  • Разность фаз между векторами первичного и вторичного тока, направление векторов выбрано таким образом, чтобы угол был равен нулю для идеального трансформатора. Сдвиг фазы считается положительным, когда вектор вторичного тока опережает вектор первичного тока. Обычно выражается в минутах

12) Максимальное напряжение системы:

  • Наибольшее среднеквадратичное значение линейного напряжения, которое может поддерживаться в нормальных рабочих условиях в любое время и в любой точке системы.Это исключает временные колебания напряжения из-за неисправности и внезапного отключения больших нагрузок.

13)

  • Ошибка трансформатора вносит свой вклад в измерение тока и возникает из-за того, что фактический коэффициент трансформации не равен номинальному коэффициенту трансформации. Текущая ошибка, выраженная в процентах, определяется по формуле:
  • Погрешность тока в% = (Ka (Is-Ip)) x 100 / Ip
  • Где Ka = номинальный коэффициент трансформации, Ip = фактический первичный ток, Is = фактический вторичный ток, когда Ip течет в условиях измерения.
Понижающий трансформатор

: работа, применение и номинальные характеристики

Трансформатор — это статическое устройство без движущихся частей, которое преобразует электрическую мощность из одной цепи в другую с изменениями напряжения и тока без изменения частоты. Существует два типа трансформаторов, классифицируемых по функциям: повышающий трансформатор и понижающий трансформатор.

Повышающий трансформатор — это устройство, которое преобразует низкое первичное напряжение в высокое вторичное напряжение i.е. он увеличивает входное напряжение. С другой стороны, понижающий трансформатор понижает входное напряжение, то есть вторичное напряжение меньше первичного.

На следующих изображениях показана простая демонстрация использования трансформаторов (повышающих и понижающих трансформаторов) в типичной системе передачи.

Применение понижающего трансформатора в реальном времени

Напряжение на электростанции или генерирующей станции составляет около 20 кВ. Для передачи этого напряжения на большие расстояния его повышают до 440 кВ с помощью повышающего трансформатора.Это напряжение с повышенными уровнями затем передается на распределительную станцию.

На распределительной станции напряжение 440 кВ снижено до 11 кВ с помощью понижающего трансформатора. Затем напряжение с пониженным уровнем готовится к использованию потребителем.

Прежде чем перейти к деталям понижающего трансформатора, мы сначала рассмотрим принцип работы трансформатора в целом.

Также прочтите Введение в трансформаторы

Принцип работы трансформатора

Электрический трансформатор работает по принципу взаимной индукции, который гласит, что равномерное изменение тока в катушке вызывает E.М.Ф. в другой катушке, которая индуктивно связана с первой катушкой.

В основном трансформатор состоит из двух катушек с высокой взаимной индуктивностью, которые электрически разделены, но имеют общую магнитную цепь. На следующем изображении показана основная конструкция трансформатора.

Как работает трансформатор?

Первый набор катушек, который называется первичной катушкой или первичной обмоткой, подключен к источнику переменного напряжения, называемому первичным напряжением.

Другая катушка, которая называется вторичной катушкой или вторичной обмоткой, подключена к нагрузке, и нагрузка потребляет результирующее переменное напряжение (повышенное или пониженное напряжение).

Переменное напряжение на входе возбуждает первичную обмотку, переменный ток циркулирует по обмотке. Переменный ток приведет к появлению переменного магнитного потока, который проходит через железный магнитопровод и завершает свой путь.

Поскольку вторичная обмотка также связана с переменным магнитным потоком, согласно закону Фарадея, E.Во вторичной обмотке наводится МП. Сила напряжения на вторичной обмотке зависит от количества обмоток, через которые проходит поток.

Таким образом, без электрического контакта переменное напряжение в первичной обмотке передается на вторичную обмотку.

ПРИМЕЧАНИЕ : В зависимости от конструкции трансформатора, напряжение на вторичной обмотке трансформатора может быть равным, выше или ниже, чем на первичной обмотке трансформатора, но период времени, когда напряжение i.е. его частота не изменится.

Связь между напряжением и витками

Пусть N P будет числом витков катушки в первичной обмотке, а N S будет числом витков катушки во вторичной обмотке.

Если переменное напряжение на первичной стороне трансформатора составляет V P , а переменное напряжение на вторичной стороне трансформатора составляет V S , то соотношение между напряжениями на первичной и вторичной обмотках и количеством витков катушка в первичной и вторичной обмотках выглядит следующим образом.

V P / V S = N P / N S

Понижающий трансформатор

Понижающий трансформатор — это тип трансформатора, который преобразует высокое напряжение на первичной стороне в низкое напряжение на вторичной стороне.

Если говорить об обмотках катушки, первичная обмотка понижающего трансформатора имеет больше витков, чем вторичная обмотка. На следующем изображении показан типичный понижающий трансформатор.

Пример понижающего трансформатора

Например, рассмотрим следующую ситуацию.Количество витков в первичной обмотке трансформатора составляет 3000, а во вторичной обмотке — 150. Если переменное напряжение на первичной обмотке трансформатора составляет 240 В, то напряжение на вторичной обмотке трансформатора можно рассчитать по следующей формуле: уравнение.

V P / V S = N P / N S

Здесь N P — витки первичной обмотки = 30000

N S — витки вторичной обмотки = 150

В P — напряжение на первичной обмотке трансформатора = 240 В

В S — напряжение на вторичной обмотке трансформатора =?

Используя приведенное выше уравнение, V S = (V P * N S ) / N P = 240 * 150/3000 = 12 В

Следовательно, напряжение на вторичной обмотке трансформатора равно 12 В, что меньше, чем у первичной обмотки.Следовательно, трансформатор в этой теме — понижающий трансформатор.

Прочтите этот интересный пост на ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Мощность понижающего трансформатора

Мощность в трансформаторе измеряется как произведение напряжения и тока. Мощность трансформатора измеряется в вольт-амперах ВА (или киловольт-амперах кВА для больших трансформаторов).

В идеале мощность в любом трансформаторе постоянна, т.е. мощность, доступная на вторичной обмотке трансформатора, такая же, как мощность на первичной обмотке трансформатора.

Это применимо даже к понижающему трансформатору. Но поскольку напряжение на вторичной обмотке понижающего трансформатора меньше, чем на первичной обмотке, ток на вторичной обмотке будет увеличиваться, чтобы сбалансировать общую мощность трансформатора.

Соотношение тока и напряжения в понижающем трансформаторе

Теперь посмотрим, как это работает. Пусть V P будет напряжением на первичной обмотке, I P будет током на первичной обмотке и P P будет мощностью на первичной стороне трансформатора.

Мы знаем, что мощность можно рассчитать, просто умножив напряжение и ток. Следовательно, мощность на первичной стороне трансформатора определяется как

P P = V P * I P

Аналогично, пусть V S будет напряжением на вторичной обмотке, I S — ток на вторичной обмотке, а P S — мощность на вторичной обмотке трансформатора.

Мощность на вторичной обмотке трансформатора определяется по формуле

P S = V S * I S

Поскольку мощность в трансформаторе постоянна, P P = P S .

Это означает, что V P * I P = V S * I S

Поскольку V S меньше, чем V P в понижающем трансформаторе, I S должно быть больше I P . Следовательно, выходное напряжение в понижающем трансформаторе меньше, чем у первичного напряжения, а выходной ток больше, чем входной ток.

Исходя из приведенного выше анализа, мы можем определить понижающий трансформатор как устройство, которое преобразует переменный источник высокого напряжения и низкого тока в переменный источник низкого напряжения и высокого тока.

ПРИМЕЧАНИЕ : Приведенный выше расчет мощности предназначен для идеального трансформатора без потерь. Фактически, это будут потери в виде потерь в стали и потерь в меди, которые следует учитывать (даже если потери небольшие).

Где используется понижающий трансформатор?

  • Все уличные трансформаторы, которые мы видим возле своих домов, — это понижающие трансформаторы. Они берут переменное напряжение 11 кВ на первичной обмотке и преобразуют его в 230 В для распределения по нашим домам.
  • До широкого использования импульсных источников питания почти все настенные низковольтные адаптеры использовали понижающие трансформаторы.

Защита трансформатора — обзор

См. Рисунки 15.8 и 15.9. Эти трансформаторы сильно отличаются от измерительных или защитных трансформаторов, особенно с точки зрения точности и кратковременных номиналов ВА. Они устанавливаются для подачи питания на управляющие или вспомогательные устройства / компоненты распределительного устройства или блока управления, которые не должны быть подключены непосредственно к основному источнику питания.Эти трансформаторы не требуют высокой точности и могут задаваться следующими параметрами:

Рисунок 15.8. Типовые однофазные и трехфазные управляющие трансформаторы

Рисунок 15.9. Типичный маслонаполненный управляющий трансформатор 11 кВ наружного типа

1

Номинальное первичное напряжение Обычной практикой для системы HT является обеспечение отдельного фидера LT для вспомогательных источников питания. Первичное напряжение будет нормальным системным напряжением, В r , когда трансформатор подключен к линии, или Vr / 3 при подключении линии к нейтрали.

2

Номинальное вторичное напряжение Это 24, 48, 110, 220, 230, 240 или 250 вольт или в соответствии с практикой страны. При необходимости могут быть предусмотрены отводы на первичной стороне.

3

Номинальная нагрузка Это максимальная нагрузка, которую трансформатор может питать одновременно. Предпочтительные рейтинги будут соответствовать серии R-10 ISO-3 (Раздел 13.4.1 (4)).

4

Кратковременная нагрузка ВА Это учитывает максимальную нагрузку ВА при переключении различных вспомогательных устройств, подключенных в схему переключения, таких как контакторы, таймеры и сигнальные лампы.Если не указано иное, кратковременная нагрузка трансформатора в ВА будет как минимум в восемь раз больше его номинального значения при 0,5 p.f. отстает. Его можно выразить в виде зависимости ВА от cos ϕ и нарисовать в виде кривой броска тока для упрощения выбора номинала трансформатора (рисунок 15.10).

5

Регулирование напряжения Ввиду сильных токов во время переключения вспомогательной цепи реактивное сопротивление и падение сопротивления этих трансформаторов должны быть низкими, чтобы обеспечить высокую степень регулирования во время операции переключения. .Регулирование до 6% для управляющих трансформаторов мощностью 1,0 кВА и выше и до 10% для меньших номиналов считается идеальным (Стандарт NEMA предлагает эти значения как 5%).

Для краткости здесь обсуждаются только наиболее важные аспекты. Для получения дополнительных сведений см. IEC 60044-2 и IEC 60186 для измерительных трансформаторов напряжения и IEC 60076-3 для управляющих трансформаторов.

Архитектура трансформатора: позиционное кодирование

Архитектура преобразователя

была представлена ​​Васвани и др. Как новая архитектура «последовательность-последовательность» только для внимания.Его способность к параллелизируемому обучению и общее улучшение производительности сделали его популярным вариантом среди исследователей НЛП (а недавно и CV).

Благодаря нескольким реализациям в общих средах глубокого обучения, это стало легким вариантом для экспериментов для многих студентов (включая меня). Хотя сделать его более доступным — это здорово, но с другой стороны, это может привести к игнорированию деталей модели.

В этой статье я не планирую подробно объяснять его архитектуру, поскольку в настоящее время существует несколько отличных руководств по этой теме (здесь, здесь, и здесь), но в качестве альтернативы я хочу обсудить одну конкретную часть архитектуры преобразователя — позиционное кодирование.

Когда я прочитал эту часть статьи, у меня в голове возникли некоторые вопросы, на которые, к сожалению, автор не предоставил достаточно информации, чтобы на них ответить. Итак, в этой статье я хочу попытаться разбить этот модуль на части и посмотреть, как он работает.

ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы понять остальную часть этого поста, я настоятельно рекомендую вам прочитать одно из этих руководств, чтобы познакомиться с архитектурой трансформатора.

Рисунок 1 — Архитектура трансформатора

Фотография заголовка Сьюзан Инь на Unsplash

Что такое позиционное кодирование и зачем оно вообще нам нужно?

Расположение и порядок слов являются неотъемлемыми частями любого языка.Они определяют грамматику и, следовательно, фактическую семантику предложения. Рекуррентные нейронные сети (RNN) по своей сути принимают во внимание порядок слов; Они последовательно разбирают предложение слово за словом. Это позволит интегрировать порядок слов в основу RNN.

Но архитектура Transformer отказалась от механизма повторения в пользу механизма самовнимания с несколькими головами. Избегание метода повторения RNN приведет к значительному ускорению времени обучения. И теоретически он может фиксировать более длинные зависимости в предложении.

Поскольку каждое слово в предложении одновременно проходит через стек кодировщика / декодера Transformer, сама модель не имеет никакого смысла позиции / порядка для каждого слова. Следовательно, по-прежнему существует потребность в способе включения порядка слов в нашу модель.

Одно из возможных решений для придания модели некоторого порядка — добавить к каждому слову информацию о его позиции в предложении. Мы называем это «фрагментом информации» позиционным кодированием.

Первая идея, которая может прийти в голову, — присвоить номер каждому временному шагу в диапазоне [0, 1], в котором 0 означает первое слово, а 1 — последний временной шаг. Не могли бы вы понять, какие проблемы это вызовет? Одна из проблем, связанных с этим, заключается в том, что вы не можете определить, сколько слов присутствует в определенном диапазоне. Другими словами, дельта временного шага не имеет одинакового значения в разных предложениях.

Другая идея — линейно присвоить номер каждому временному шагу.То есть первому слову присваивается «1», второму слову — «2» и так далее. Проблема с этим подходом заключается в том, что не только значения могут стать довольно большими, но также наша модель может сталкиваться с предложениями более длинными, чем те, которые находятся в процессе обучения. Кроме того, наша модель может не видеть образец с одной определенной длиной, что может повредить обобщению нашей модели.

В идеале должны выполняться следующие критерии:

  • Он должен выводить уникальную кодировку для каждого временного шага (позиции слова в предложении)
  • Расстояние между любыми двумя временными шагами должно быть одинаковым в предложениях разной длины.
  • Наша модель должна быть обобщена на более длинные предложения без каких-либо усилий. Его значения должны быть ограничены.
  • Он должен быть детерминированным.

Предлагаемый метод

Кодирование, предложенное авторами, представляет собой простую, но гениальную технику, которая удовлетворяет всем этим критериям. Во-первых, это не одно число. Вместо этого это трехмерный вектор, содержащий информацию о конкретной позиции в предложении. А во-вторых, эта кодировка не интегрирована в саму модель.Вместо этого этот вектор используется для снабжения каждого слова информацией о его позиции в предложении. Другими словами, мы улучшаем ввод модели, чтобы добавить порядок слов.

Позвольте быть желаемой позицией во входном предложении, быть соответствующей кодировкой и быть размером кодирования (где) Тогда будет функция, которая производит выходной вектор, и она определяется следующим образом:

где

Как можно понять из определения функции, частоты уменьшаются по векторной размерности.Таким образом, он образует геометрическую прогрессию от длины волны к длине волны.

Вы также можете представить позиционное вложение как вектор, содержащий пары синусов и косинусов для каждой частоты (обратите внимание, что это делится на 2):

Интуиция

Вы можете задаться вопросом, как эта комбинация синусов и косинусов могла когда-либо представлять позицию / порядок? На самом деле это довольно просто. Предположим, вы хотите представить число в двоичном формате, как это будет?

Вы можете определить скорость изменения между разными битами.Бит LSB чередуется для каждого числа, второй младший бит — для каждых двух чисел и так далее.

Но использование двоичных значений было бы пустой тратой места в мире чисел с плавающей запятой. Поэтому вместо этого мы можем использовать их непрерывные аналоги с плавающей запятой — синусоидальные функции. Действительно, они эквивалентны чередующимся битам. Более того, уменьшая их частоты, мы можем перейти от красных битов к оранжевым.

Рисунок 2 — 128-мерное позиционное кодирование для предложения с максимальной длиной 50.Каждая строка представляет вектор вложения

Прочие сведения

Ранее в этом посте я упоминал, что позиционные вложения используются для оснащения входных слов их позиционной информацией. Но как это сделать? Фактически, исходная статья добавляла позиционное кодирование поверх фактических вложений. То есть для каждого слова в предложении вычисление соответствующего вложения, которое передается в модель, выглядит следующим образом:

Чтобы сделать это суммирование возможным, мы сохраняем размерность позиционного вложения равной размеру вложения слов i.е.

Относительное позиционирование

Еще одна характеристика синусоидального позиционного кодирования заключается в том, что оно позволяет модели без усилий отслеживать относительные положения. Вот цитата из оригинальной статьи:

Мы выбрали эту функцию, потому что предположили, что она позволит модели легко научиться присутствовать по относительным позициям, поскольку для любого фиксированного смещения k PE pos + k может быть представлен как линейная функция от PE pos .

Но почему это утверждение верно? Чтобы полностью понять, почему, обратитесь к этой замечательной статье, чтобы прочитать подробное доказательство.Однако я подготовил здесь более короткую версию.

Для каждой пары синус-косинус, соответствующей частоте, существует линейное преобразование (не зависящее от), при котором выполняется следующее уравнение:

Проба:

Позвольте быть матрица, которую мы хотим найти и так что:

Применяя теорему сложения, мы можем расширить правую часть следующим образом:

Что приводит к следующим двум уравнениям:

Решая вышеуказанные уравнения, получаем:

Итак, окончательная матрица преобразования:

Как видите, окончательная трансформация не зависит от.Обратите внимание, что можно найти матрицу, очень похожую на матрицу вращения.

Точно так же мы можем найти для других пар синус-косинус, что в конечном итоге позволяет нам представить как линейную функцию для любого фиксированного смещения. Это свойство позволяет модели легко научиться присутствовать по относительным позициям.

Еще одно свойство кодирования синусоидальной позиции состоит в том, что расстояние между соседними временными шагами симметрично и красиво спадает со временем.

Рисунок 3 — Точечный продукт встраивания позиций для всех временных шагов

FAQ

Почему позиционные вложения суммируются с вложениями слов вместо конкатенации?

Я не мог найти теоретических оснований для этого вопроса.Поскольку суммирование (в отличие от конкатенации) сохраняет параметры модели, разумно изменить исходный вопрос на «Имеет ли добавление позиционных вложений к словам какие-либо недостатки?». Я бы сказал, не обязательно!

Изначально, если мы обратим внимание на рисунок 2, мы обнаружим, что только первые несколько измерений всего вложения используются для хранения информации о позициях (обратите внимание, что указанный размер встраивания равен 512, несмотря на наш небольшой игрушечный пример). .А поскольку вложения в Transfomer обучаются с нуля, параметры, вероятно, устанавливаются таким образом, чтобы семантика слов не сохранялась в первых нескольких измерениях, чтобы не мешать позиционному кодированию.

По той же причине, я думаю, последний преобразователь может отделить семантику слов от их позиционной информации. Более того, нет никаких оснований рассматривать разделимость как преимущество. Возможно, суммирование является хорошим источником возможностей для изучения модели.

Для получения дополнительной информации я рекомендую вам проверить эти ссылки: ссылка 1, ссылка 2.

Разве информация о местоположении не исчезает, когда достигает верхних уровней?

К счастью, архитектура трансформатора оснащена остаточными соединениями. Следовательно, информация из входных данных модели (которая содержит позиционные вложения) может эффективно распространяться на другие уровни, где обрабатываются более сложные взаимодействия.

Почему используются и синус, и косинус?

Лично я думаю, что только используя синус и косинус, мы можем выразить синус (x + k) и косинус (x + k) как линейное преобразование sin (x) и cos (x).Кажется, вы не можете сделать то же самое с одиночным синусом или косинусом. Если вы можете найти линейное преобразование для одного синуса / косинуса, дайте мне знать в разделе комментариев.

Сводка

Спасибо, что остались со мной до конца этой статьи. Надеюсь, вы нашли это полезным для ответа на свой вопрос. Пожалуйста, не стесняйтесь вносить любые исправления или отзывы, раздел комментариев в вашем распоряжении.

Список литературы

Использование Transformers для создания музыки в AWS DeepComposer Music studio

AWS DeepComposer предоставляет творческий и практический опыт обучения генеративному искусственному интеллекту и машинному обучению (ML).Недавно мы запустили модель на основе трансформатора, которая итеративно увеличивает вашу входную мелодию до 20 секунд. Это недавно созданное расширение будет использовать стиль и музыкальные мотивы, присутствующие в вашей входной мелодии, и создавать дополнительные ноты, которые звучат так, как будто они исходят из вашей входной мелодии. В этом посте мы покажем вам, как модель Transformer увеличивает продолжительность ваших существующих композиций. Вы можете создавать новые интересные музыкальные партитуры, используя различные параметры, включая функцию Edit melody .

Введение в трансформаторы

The Transformer — это новейшая модель глубокого обучения для использования с последовательными данными, такими как текст, временные ряды, музыка и геномы. В то время как старые модели последовательностей, такие как рекуррентные нейронные сети (RNN) или сети с долговременной краткосрочной памятью (LSTM), обрабатывают данные последовательно, Transformer обрабатывает данные параллельно. Это позволяет им обрабатывать огромные объемы доступных обучающих данных с помощью мощных вычислительных ресурсов на базе графического процессора.

Кроме того, традиционные RNN и LSTM могут испытывать трудности при моделировании долгосрочных зависимостей последовательности, потому что они могут забыть более ранние части последовательности.Преобразователи используют механизм внимание , чтобы преодолеть этот недостаток памяти, направляя каждый шаг выходной последовательности, чтобы уделять «внимание» соответствующим частям входной последовательности. Например, когда модель диалогового ИИ на основе Transformer спрашивают: «Как сейчас погода?» и модель отвечает: «Сегодня тепло и солнечно», механизм внимания помогает модели сосредоточиться на слове «погода» при ответе «тепло» и «солнечно» и сосредоточиться на «сейчас» при ответе «сегодня». .Это отличается от традиционных RNN и LSTM, которые обрабатывают предложения слева направо и забывают контекст каждого слова по мере увеличения расстояния между словами.

Обучение модели трансформера для создания музыки

Для работы с музыкальными наборами данных первым шагом является преобразование данных в последовательность токенов. Каждый жетон представляет собой отдельное музыкальное событие в партитуре. Маркер может представлять собой что-то вроде отметки времени, когда происходит удар по ноте, или высоты звука.Отношения между этими токенами и музыкальными нотами аналогичны отношениям между словами в предложении или абзаце. Жетоны в музыке могут представлять ноты или другие музыкальные особенности, точно так же, как жетоны в языке могут представлять слова или знаки препинания. Это отличается от предыдущих моделей, поддерживаемых AWS DeepComposer, таких как GAN и AR-CNN, которые рассматривают создание музыки как проблему создания изображений.

Эти последовательности токенов затем используются для обучения модели Transformer.Во время обучения модель пытается изучить распределение, которое соответствует базовому распределению обучающего набора данных. Во время вывода модель генерирует последовательность токенов путем выборки из распределения, полученного во время обучения. Новая музыкальная партитура создается путем преобразования последовательности жетонов обратно в музыку. Music Transformer и MuseNet являются примерами других алгоритмов, которые используют архитектуру Transformer для создания музыки.

В AWS DeepComposer мы используем архитектуру TransformerXL для создания музыки, поскольку она способна фиксировать долгосрочные зависимости, равные 4.В 5 раз дольше, чем у традиционного трансформатора. Кроме того, во время вывода было показано, что он в 18 раз быстрее, чем традиционный трансформатор. Это означает, что AWS DeepComposer может предоставить вам более качественные музыкальные композиции с меньшей задержкой при создании новых композиций.

Расширение входной мелодии с помощью AWS DeepComposer

Трансформаторы расширяют входную мелодию до 20 секунд. На следующем снимке экрана показан вид вашей входной мелодии на консоли AWS DeepComposer.

Чтобы расширить входную мелодию, выполните следующие действия:

  1. На консоли AWS DeepComposer на панели навигации выберите Music studio .
  2. Щелкните стрелку рядом с полем «» Введите мелодию , чтобы развернуть этот раздел.
  3. Для Sample track выберите мелодию, специально рекомендованную для техники Transformers.

Эти параметры представляют собой виды сложных мелодий классического жанра, которые лучше всего работают с техникой Transformer.Вы также можете импортировать MIDI-файл или создать свою собственную мелодию с помощью MIDI-клавиатуры.

  1. В разделе Техника генеративного искусственного интеллекта , для параметров модели выберите трансформаторы .

Доступная модель, TransformerXLClassical , предварительно выбрана.

  1. В разделе Расширенные параметры , для параметров модели , у вас есть семь параметров, которые вы можете настроить (более подробная информация об этих параметрах представлена ​​в следующем разделе этого сообщения).
  2. Выберите Расширить входную мелодию.
  3. Чтобы прослушать новую композицию, выберите Воспроизвести (►).

Эта модель работает за счет увеличения длины входящей мелодии до 20 секунд.

  1. После выполнения логического вывода вы можете использовать инструмент Edit melody для добавления или удаления нот, а также для изменения высоты тона или длины нот в созданной дорожке.
  2. Вы можете повторить эти шаги для создания композиций продолжительностью до 2 минут.

Следующие композиции были созданы с использованием модели TransformersXLClassical в AWS DeepComposer:

Бетховен:

Моцарт:

Бах:

В следующем разделе этого поста мы рассмотрим, как различные параметры вывода влияют на ваш результат и как мы можем эффективно использовать эти параметры для создания интересной и разнообразной музыки.

Настройка дополнительных параметров для трансформаторов

В AWS DeepComposer Music studio можно выбрать один из семи различных расширенных параметров , которые можно использовать для изменения способа создания расширенной мелодии:

  • Методика отбора проб и порог отбора проб
  • Творческий риск
  • Длительность ввода
  • Продолжительность продления пути
  • Максимальное время отдыха
  • Максимальная длина банкноты

Методика отбора проб и порог отбора проб

У вас есть три метода выборки на выбор: TopK , Nucleus и Random .Вы также можете установить значение Порог выборки для выбранной вами техники. Сначала мы обсудим каждый метод и приведем несколько примеров того, как он влияет на результат ниже.

Выборка TopK

Когда вы выбираете метод выборки TopK, модель выбирает K-токены с наибольшей вероятностью появления. Чтобы установить значение K, измените порог выборки .

Если установлен высокий порог выборки, количество доступных токенов (K) велико.Большое количество доступных жетонов означает, что модель может выбирать из более широкого спектра музыкальных жетонов. В вашей расширенной мелодии это означает, что генерируемые ноты, вероятно, будут более разнообразными, но это возможно за счет создания менее связной музыки.

С другой стороны, если вы выбираете слишком низкое пороговое значение, модель ограничивается выбором из меньшего набора токенов (который, по мнению модели, имеет более высокую вероятность быть правильным). В расширенной мелодии вы можете заметить меньшее музыкальное разнообразие и более повторяющиеся результаты.

Выборка ядра

На высоком уровне выборка Nucleus очень похожа на TopK. Установка более высокого порога выборки позволяет добиться большего разнообразия за счет согласованности или последовательности. Между этими двумя подходами есть небольшая разница. Выборка ядра выбирает верхние маркеры вероятности, которые в сумме составляют значение, установленное для порога выборки. Мы делаем это, сортируя вероятности от наибольшей к наименьшей и вычисляя совокупную сумму для каждого токена.

Например, у нас может быть шесть музыкальных жетонов с вероятностями {0,3, 0,3, 0,2, 0,1, 0,05, 0,05}. Если мы выбираем TopK с порогом выборки, равным 0,5, мы выбираем три токена (всего шесть музыкальных токенов * 0,5). Затем мы делаем выборку между токенами с вероятностями, равными 0,3, 0,3 и 0,2. Если мы выбираем выборку ядра с порогом выборки 0,5, мы выбираем только между двумя токенами {0,3, 0,3}, поскольку совокупная вероятность (0,6) превышает порог (0,5).

Случайная выборка

Случайная выборка — это самый простой метод выборки.При случайной выборке модель может свободно выбирать между всеми доступными токенами и «случайным образом» выбирается из выходного распределения. Результат этого метода выборки идентичен выходу выборки TopK или Nucleus, когда порог выборки установлен на 1. Ниже приведены некоторые аудиоклипы, созданные с использованием разных пороговых значений выборки в паре с порогом выборки TopK.

В следующем аудио используется TopK и порог дискретизации , равный 0.1:

Обратите внимание, как ноты быстро начинают формировать узор.

В следующем аудио используется TopK и порог дискретизации , равный 0,9:

Вы можете решить, какой из них звучит лучше, но вы слышали разницу?

Ноты очень разнообразны, но в целом ноты теряют связность и иногда звучат несколько хаотично. Эта общая тенденция сохраняется и для выборки Nucleus, но результаты отличаются от TopK в зависимости от формы выходного распределения.Поиграйте и убедитесь сами!

Творческий риск

Творческий риск — это параметр, используемый для контроля случайности прогнозов. Низкий творческий риск делает модель более уверенной, но при этом более консервативной в ее выборках (вероятность выборки из маловероятных токенов-кандидатов снижается). С другой стороны, высокий творческий риск приводит к более мягкому (более плоскому) распределению вероятностей по списку музыкальных токенов, поэтому модель берет на себя больше рисков в своих выборках (с большей вероятностью выборка из маловероятных токенов-кандидатов), что приводит к большему разнообразию и наверное больше ошибок.Ошибки могут включать создание более длинных или более коротких нот, более длительные или более короткие периоды отдыха в сгенерированной мелодии или добавление неправильных нот к сгенерированной мелодии.

Длительность ввода

Этот параметр сообщает модели, какую часть входной мелодии использовать во время логического вывода. Используемая часть определяется как количество секунд, выбранных в обратном отсчете от конца входной дорожки. При расширении мелодии модель обуславливает генерируемый ею вывод на основе предоставленной вами части входной мелодии.Например, если вы выбираете 5 секунд в качестве продолжительности ввода, модель использует только последние 5 секунд входной мелодии для кондиционирования и игнорирует оставшуюся часть при выполнении логического вывода. Следующие аудиоклипы были созданы с использованием различной длительности ввода.

Следующий звук имеет длительность ввода 5 секунд:

Следующий звук имеет длительность ввода 30 секунд:

Выход, обусловленный 30 секундами ввода, черпает вдохновение из входной мелодии.

Продолжительность удлинения пути

При расширении мелодии Transformer непрерывно генерирует токены до тех пор, пока сгенерированная часть не достигнет выбранной вами продолжительности расширения дорожки. Причина, по которой модель иногда генерирует меньше выбранного вами значения, заключается в том, что модель генерирует значения в терминах токенов, а не времени. Жетоны, однако, могут представлять разную продолжительность времени. Например, токен может представлять длительность ноты 0.1 секунда или 1 секунда в зависимости от того, что модель считает подходящим. Однако этот токен требует того же времени выполнения для создания модели. Поскольку модель может генерировать сотни токенов, эта разница складывается. Чтобы убедиться, что модель не имеет экстремальных задержек во время выполнения, иногда модель останавливается до генерации всего вывода.

Максимальное время отдыха

Во время логического вывода модель Трансформеров может создавать музыкальные артефакты.Изменение значения максимального времени отдыха ограничивает периоды молчания в секундах, которые модель может генерировать при выполнении логического вывода.

Максимальная длина банкноты

Изменение значения максимальной длины ноты ограничивает количество времени, в течение которого отдельная нота может удерживаться при выполнении логического вывода. Следующие аудиоклипы представляют собой несколько примеров треков, созданных с использованием разного максимального времени отдыха и максимальной длины ноты.

В первом примере аудио мы установили максимальную длину ноты 10 секунд.

Во втором примере мы установили его на 1 секунду, но установили максимальный период отдыха на 11 секунд.

В третьем примере мы установили максимальную длину ноты на 1 секунду и максимальный период отдыха на 2 секунды.

Первый образец содержит очень длинные ноты. Второй образец не содержит длинных нот, но содержит много пропусков в музыке. С другой стороны, третий образец содержит как более короткие ноты, так и более короткие промежутки.

Создание композиций с использованием различных методов AWS DeepComposer

В AWS DeepComposer замечательно то, что вы можете смешивать и сочетать новую технику Transformers с другими методами, присутствующими в AWS DeepComposer, такими как методы AR-CNN и GAN.

Для создания образца мы выполнили следующие шаги:

  1. Выберите образец мелодии Pathétique.
  2. Используйте технику трансформеров, чтобы расширить мелодию.

В этом треке мы увеличили мелодию до 11 тактов. Transformers пытается расширить мелодию до значения, которое вы выбираете для продолжительности продления.

  1. Методы AR-CNN и GAN работают только с восемью тактами ввода, поэтому мы используем функцию Edit melody , чтобы сократить дорожку до восьми тактов.

  1. Используйте технику AR-CNN для заполнения нот и усиления мелодии.

Для этого поста мы установили итераций выборки равными 100 .

  1. Мы используем технику GAN в сочетании с алгоритмом MuseGAN и моделью Rock для создания аккомпанементов.

Следующий звук является нашим окончательным результатом:

Мы думаем, что результат звучит довольно впечатляюще.Что вы думаете? Поиграйте и посмотрите, какую композицию вы сможете создать сами!

Заключение

Теперь вы узнали о модели Transformer и о том, как AWS DeepComposer использует ее для расширения входной мелодии. Вы также можете лучше понять, как каждый параметр техники Трансформеров может повлиять на характеристики вашей композиции.

Чтобы продолжить изучение AWS DeepComposer, примите во внимание следующее:

  • Выберите другую входную мелодию.Вы можете попробовать импортировать трек или записать свой собственный.
  • Используйте функцию редактирования мелодии, чтобы помочь своему ИИ или исправить ошибки.
  • Попробуйте передать вывод модели AR-CNN в модель Transformers.
  • Итеративно расширяйте вашу мелодию для создания музыкальной композиции продолжительностью до 2 минут.

Хотя для экспериментов с AWS DeepComposer вам не нужно физическое устройство, вы можете воспользоваться ограниченным по времени предложением и приобрести клавиатуру AWS DeepComposer по специальной цене в 79 долларов США.20 (скидка 20%) на Amazon.com. Цена включает клавиатуру и трехмесячную бесплатную пробную версию AWS DeepComposer.

Мы рады, что вы опробуете различные комбинации для создания своего творческого музыкального произведения. Начните писать в AWS DeepComposer Music Studio прямо сейчас!


Об авторах

Рахул Суреш — технический менеджер в AWS AI org, где он работал над продуктами на основе искусственного интеллекта, чтобы сделать машинное обучение доступным для всех разработчиков.До прихода в AWS Рахул был старшим разработчиком программного обеспечения в Amazon Devices и помогал запускать очень успешные продукты для умного дома. Рахул увлечен созданием систем машинного обучения в больших масштабах и всегда стремится передать эти передовые технологии в руки клиентов. Помимо своей профессиональной карьеры, Рахул заядлый читатель и любитель истории.

Уэйн Чи — инженер машинного обучения и исследователь искусственного интеллекта в AWS.Он занимается исследованием интересных проблем машинного обучения, чтобы обучать новых разработчиков, а затем воплощает эти идеи в жизнь. До прихода в AWS он был инженером-программистом и исследователем искусственного интеллекта в JPL, НАСА, где он работал над системами планирования и планирования искусственного интеллекта для марсохода Mars 2020 (Perseverance). В свободное время он любит играть в теннис, смотреть фильмы и узнавать больше об ИИ.

Лян Ли — исследователь искусственного интеллекта в AWS, где она работает над продуктами на основе искусственного интеллекта, чтобы привнести новые передовые идеи в области глубокого обучения для обучения разработчиков.Перед тем, как присоединиться к AWS, Лян окончила Университет Теннесси в Ноксвилле со степенью доктора философии в области энергоэффективности, и с момента выпуска она занимается проектами машинного обучения. В свободное время она любит готовить и гулять.

S Ури Ядданапуди — исследователь искусственного интеллекта и инженер машинного обучения в AWS. Он занимается исследованием и внедрением современных алгоритмов машинного обучения в различных областях, а также обучением их клиентам в увлекательной игровой форме.До прихода в AWS Сури получил степень доктора философии. Получил степень в Университете Цинциннати, а его диссертация была посвящена применению методов искусственного интеллекта для перепрофилирования лекарств. В свободное время он любит читать, смотреть аниме и играть в футзал.

Аашик Мухамед — исследователь искусственного интеллекта и инженер машинного обучения в AWS. Он считает, что ИИ может изменить мир, и что демократизация ИИ является ключом к этому.В AWS он работает над созданием значимых продуктов искусственного интеллекта и воплощением идей академических кругов в промышленность. До прихода в AWS он был аспирантом Стэнфорда, где работал над сокращением моделей в робототехнике, обучении и управлении. В свободное время он любит играть на скрипке и думать о здравоохранении на MARS.

Патрик Л. Кэвинс — программист-писатель для DeepComposer и DeepLens. Ранее он работал в радиохимии, используя соединения, меченные изотопами, для изучения того, как растения общаются.В свободное время он любит кататься на лыжах, играть на пианино и писать.

Марьям Резапур — старший менеджер по продукту в группе AWS AI Devices. Как бывший биомедицинский исследователь и предприниматель, она находит свое стремление работать в обратном направлении от потребностей клиентов для создания новых эффективных решений. Вне работы она увлекается пешими прогулками, фотографией и садоводством.

флайтекит.core.type_engine — Flyte Docs

from __future__ импортировать аннотации

импорт классов данных
импортировать дату и время как _datetime
импортное перечисление
импортировать json как _json
импортировать миметипы
импорт ОС
импортная печать
from abc import ABC, abstractmethod
от ввода Тип импорта

из dataclasses_json импортировать DataClassJsonMixin
из google.protobuf импортировать json_format как _json_format
из google.protobuf импортировать отражение как _proto_reflection
из google.protobuf импортируйте struct_pb2 как _struct
из google.protobuf.json_format импортировать MessageToDict как _MessageToDict
из гугла.protobuf.json_format импортировать ParseDict как _ParseDict
из google.protobuf.struct_pb2 import Struct
из marshmallow_jsonschema импортировать JSONSchema

from flytekit.common.types импортировать примитивы как _primitives
из flytekit.core.context_manager импортировать FlyteContext
из журнала импорта flytekit.loggers
из интерфейса импорта flytekit.models как _interface_models
из flytekit.models импортировать типы как _type_models
из типов импорта flytekit.models.core как _core_types
from flytekit.models.literals import Blob, BlobMetadata, Literal, LiteralCollection, LiteralMap, Primitive, Scalar
от flytekit.models.types import LiteralType, SimpleType

T = typing.TypeVar ("T")


[документы] класс TypeTransformer (typing.Generic [T]):
    "" "
    Базовый тип трансформатора, который должен быть реализован для каждого собственного типа Python, который может обрабатываться flytekit.
    "" "

[документы] def __init __ (self, name: str, t: Type [T], enable_type_assertions: bool = True):
        self._t = t
        self._name = имя
        self._type_assertions_enabled = enable_type_assertions

    @свойство
    def имя (сам):
        вернуть себя._название

    @свойство
    def python_type (self) -> Тип [T]:
        "" "
        Это возвращает тип питона
        "" "
        вернуть self._t

    @свойство
    def type_assertions_enabled (self) -> bool:
        "" "
        Указывает, хочет ли трансформатор, чтобы утверждения типа были включены на уровне ядра типа двигателя.
        "" "
        вернуть self._type_assertions_enabled

    @abstractmethod
    def get_literal_type (self, t: Type [T]) -> LiteralType:
        "" "
        Преобразует тип python в Flyte LiteralType
        "" "
        поднять NotImplementedError («Преобразование в LiteralType должно быть выполнено»)

    def guess_python_type (self, literal_type: LiteralType) -> Тип [T]:
        "" "
        Преобразует Flyte LiteralType в тип объекта Python."" "
        Raise ValueError ("По умолчанию преобразователи не преобразуют типы Flyte обратно в типы Python")

    @abstractmethod
    def to_literal (self, ctx: FlyteContext, python_val: T, python_type: Type [T], ожидалось: LiteralType) -> Literal:
        "" "
        Преобразует заданный python_val в Flyte Literal, предполагая, что заданный python_val соответствует объявленному python_type.
        Разработчикам следует воздерживаться от использования типа (python_val) вместо того, чтобы полагаться на переданный в python_type. Если эти
        не совпадают (или не допускаются), разработчик Transformer должен вызвать ошибку AssertionError, четко указав
        в чем было несоответствие
        : param ctx: FlyteContext, полезный для доступа к файловой системе и другим атрибутам.
        : param python_val: Фактическое значение, которое нужно преобразовать
        : param python_type: предполагаемый тип значения (соответствует объявленному типу функции)
        : param expected: Ожидаемый тип литерала
        "" "
        поднять NotImplementedError (f "Преобразование в литерал для типа python {python_type} не реализовано")

    @abstractmethod
    def to_python_value (self, ctx: FlyteContext, lv: Literal, expected_python_type: Type [T]) -> T:
        "" "
        Преобразует данный литерал в тип Python.Если преобразование не может быть выполнено, должна возникнуть ошибка AssertionError.
        : param ctx: FlyteContext
        : param lv: Полученное буквальное значение
        : param expected_python_type: Ожидаемый собственный тип Python, который должен быть возвращен
        "" "
        поднять NotImplementedError (
            f "Преобразование в ожидаемый тип значения Python {ожидаемый_python_type} из литерала не реализовано"
        )

    def __repr __ (сам):
        return f "{self._name} Transforms ({self._t}) to Flyte native"

    def __str __ (сам):
        return str (self.__repr __ ())


класс SimpleTransformer (TypeTransformer [T]):
    "" "
    Простая реализация преобразователя типов, который использует простые лямбды для преобразования и сокращения шаблонного кода.
    "" "

    def __init __ (
        себя,
        название: ул,
        t: Тип [T],
        lt: LiteralType,
        to_literal_transformer: typing.Callable [[T], Literal],
        from_literal_transformer: typing.Callable [[Literal], T],
    ):
        super () .__ init __ (имя, т)
        self._lt = lt
        self._to_literal_transformer = to_literal_transformer
        себя._from_literal_transformer = from_literal_transformer

    def get_literal_type (self, t: Type [T] = None) -> LiteralType:
        вернуть self._lt

    def to_literal (self, ctx: FlyteContext, python_val: T, python_type: Type [T], ожидалось: LiteralType) -> Literal:
        вернуть self._to_literal_transformer (python_val)

    def to_python_value (self, ctx: FlyteContext, lv: Literal, expected_python_type: Type [T]) -> T:
        вернуть self._from_literal_transformer (lv)

    def guess_python_type (self, literal_type: LiteralType) -> Тип [T]:
        если literal_type.simple is not None и literal_type.simple == self._lt.simple:
            вернуть self.python_type
        Raise ValueError (f "Трансформатор {self} не может отменить {literal_type}")


класс RestrictedTypeError (Исключение):
    проходить


класс RestrictedType (TypeTransformer [T], ABC):
    "" "
    Простая реализация преобразователя типов, который использует простые лямбды для преобразования и сокращения шаблонного кода.
    "" "

    def __init __ (self, name: str, t: Type [T]):
        super () .__ init __ (имя, т)

    def get_literal_type (self, t: Type [T] = None) -> LiteralType:
        Raise RestrictedTypeError (f "Преобразователь для типа {self.python_type} в настоящее время ограничен ")


класс DataclassTransformer (TypeTransformer [объект]):
    "" "
    Dataclass Transformer предоставляет преобразователь типов для произвольных классов данных Python, которые имеют
    Декораторы @dataclass и @dataclass_json.

    Dataclass преобразуется в json и обратно и переносится между задачами с использованием представления proto.Structpb.
    Также объявление типа попытается извлечь схему JSON для объекта, если это возможно, и передать ее с помощью
    определение.Для схемы Json мы используем библиотеку https://github.com/fuhrysteve/marshmallow-jsonschema.

    Пример

    .. кодовый блок :: python

        @dataclass_json
        @dataclass
        класс Test ():
           a: int
           b: str

        из marshmallow_jsonschema импортировать JSONSchema
        t = Тест (a = 10, b = "e")
        JSONSchema (). Дамп (t.schema ())

    Результат будет выглядеть как

    .. кодовый блок :: json

        {'$ schema': 'http://json-schema.org/draft-07/schema#',
         'definitions': {'TestSchema': {'properties': {'a': {'title': 'a',
             'тип': 'число',
             'format': 'integer'},
            'b': {'title': 'b', 'type': 'string'}},
           'тип': 'объект',
           'additionalProperties': False}},
         '$ ref': '# / definitions / TestSchema'}

    .. Примечание::

        Поддержка схемы является экспериментальной и полезна для автозаполнения в UI / CLI.

    "" "

    def __init __ (сам):
        super () .__ init __ («Объект-Класс данных-Преобразователь», объект)

    def get_literal_type (self, t: Type [T]) -> LiteralType:
        "" "
        Извлекает определение типа Literal для класса данных и возвращает тип Struct.
        Если возможно, также извлекает JSONSchema для класса данных.
        "" "
        если не isubclass (t, DataClassJsonMixin):
            поднять AssertionError (
                f "Dataclass {t} должен быть украшен @dataclass_json, чтобы" f "был правильно сериализован"
            )
        schema = Нет
        пытаться:
            схема = JSONSchema ().дамп (t.schema ())
        кроме исключения как e:
            logger.warn ("не удалось извлечь схему для объекта% s, (будет выполняться без схемы) ошибка:% s", str (t), e)

        вернуть _primitives.Generic.to_flyte_literal_type (метаданные = схема)

    def to_literal (self, ctx: FlyteContext, python_val: T, python_type: Type [T], ожидалось: LiteralType) -> Literal:
        если не dataclasses.is_dataclass (python_val):
            поднять AssertionError (
                f "{type (python_val)} не относится к типу @dataclass, для" поддерживаются только классы данных "
                f "пользовательские типы данных в Flytekit"
            )
        если не isubclass (тип (python_val), DataClassJsonMixin):
            поднять AssertionError (
                f "Dataclass {python_type} должен быть украшен @dataclass_json, чтобы он был" f "правильно сериализован"
            )
        return Literal (scalar = Scalar (generic = _json_format.Разбор (python_val.to_json (), _struct.Struct ())))

    def to_python_value (self, ctx: FlyteContext, lv: Literal, expected_python_type: Type [T]) -> T:
        если не dataclasses.is_dataclass (expected_python_type):
            поднять AssertionError (
                f "{expected_python_type} не относится к типу @dataclass, для" поддерживаются только классы данных "
                f "пользовательские типы данных в Flytekit"
            )
        если не isubclass (ожидаемый_python_type, DataClassJsonMixin):
            поднять AssertionError (
                f "Dataclass {ожидаемый_python_type} должен быть украшен @dataclass_json, чтобы быть"
                f "сериализован правильно"
            )
        dc = ожидаемый_python_type.from_json (_json_format.MessageToJson (lv.scalar.generic))
        # ПРИМЕЧАНИЕ: Protobuf Struct не поддерживает явные типы int, типы int преобразуются в двойное значение.
        # https://developers.google.com/protocol-buffers/docs/reference/google.protobuf#google.protobuf.Value
        # Таким образом, нам нужно будет передать заданные значения класса данных и приведение типов к int, где и ожидалось.
        для f в dataclasses.fields (expected_python_type):
            если f.type == int:
                dc .__ setattr __ (ф.имя, int (dc .__ getattribute __ (имя_файла)))
        возвращение постоянного тока


класс ProtobufTransformer (TypeTransformer [_proto_reflection.GeneratedProtocolMessageType]):
    PB_FIELD_KEY = "pb_type"

    def __init __ (сам):
        super () .__ init __ ("Protobuf-Transformer", _proto_reflection.GeneratedProtocolMessageType)

    @staticmethod
    тег def (expected_python_type: Type [T]) -> str:
        return f "{expected_python_type .__ module __}. {expected_python_type .__ name__}"

    def get_literal_type (self, t: Type [T]) -> LiteralType:
        вернуть LiteralType (простой = SimpleType.СТРУКТУРА, метаданные = {ProtobufTransformer.PB_FIELD_KEY: self.tag (t)})

    def to_literal (self, ctx: FlyteContext, python_val: T, python_type: Type [T], ожидалось: LiteralType) -> Literal:
        struct = Struct ()
        struct.update (_MessageToDict (python_val))
        return Literal (scalar = Scalar (generic = struct))

    def to_python_value (self, ctx: FlyteContext, lv: Literal, expected_python_type: Type [T]) -> T:
        если нет (lv и lv.scalar и lv.scalar.generic):
            Raise AssertionError ("Может только скрыть общий литерал в Protobuf")

        pb_obj = ожидаемый_python_type ()
        словарь = _MessageToDict (ур.scalar.generic)
        pb_obj = _ParseDict (словарь, pb_obj)
        вернуть pb_obj


[документы] класс TypeEngine (typing.Generic [T]):
    "" "
    Расширяемый тип ядра - движок Flytekit. Это следует использовать для расширения возможностей системы типов FlyteKits.
    Пользователи могут реализовать свои собственные TypeTransformers и зарегистрировать их в TypeEngine. Это позволит особенное обращение
    пользовательских объектов
    "" "

    _REGISTRY: typing.Dict [тип, TypeTransformer [T]] = {}
    _DATACLASS_TRANSFORMER: TypeTransformer = DataclassTransformer ()

    @classmethod
    def регистр (cls, трансформатор: TypeTransformer):
        "" "
        Это следует использовать для всех типов, которые отвечают правильной аннотацией типа, когда вы используете тип (...) функция
        "" "
        если transformer.python_type в cls._REGISTRY:
            существующий = cls._REGISTRY [transformer.python_type]
            поднять ValueError (
                f "Преобразователь {existing.name} для типа {transformer.python_type} уже зарегистрирован."
                f "Невозможно переопределить с помощью {transformer.name}"
            )
        cls._REGISTRY [transformer.python_type] = трансформатор

    @classmethod
    def get_transformer (cls, python_type: Type) -> TypeTransformer [T]:
        "" "
        Иерархия TypeEngine для flyteKit.Этот метод ищет и выбирает преобразователь типа. Алгоритм такой
        следующее

          d = словарь зарегистрированных трансформаторов, где - python `type`
          v = тип поиска
        Шаг 1:
            найти трансформатор, который точно соответствует v

        Шаг 2:
            найдите преобразователь, соответствующий универсальному типу v. например, List [int], Dict [str, int] и т. д.

        Шаг 3:
            если v относится к классу данных типа, используйте преобразователь класса данных

        Шаг 4:
            Пройдите по иерархии наследования v и найдите преобразователь, соответствующий первому базовому классу.Это потенциально недетерминировано - будет зависеть от шаблона регистрации.

            TODO позволяет сделать это детерминированным, используя упорядоченный dict

        "" "
        # Шаг 1
        если python_type в cls._REGISTRY:
            return cls._REGISTRY [python_type]

        # Шаг 2
        если hasattr (python_type, "__origin__"):
            если python_type .__ origin__ в cls._REGISTRY:
                вернуть cls._REGISTRY [python_type .__ origin__]
            поднять ValueError (f "Универсальный тип {python_type.__origin__} в настоящее время не поддерживается в Flytekit. ")

        # Шаг 3
        если dataclasses.is_dataclass (python_type):
            вернуть cls._DATACLASS_TRANSFORMER

        # Для облегчения случаев, когда пользователи могут указать один преобразователь для нескольких типов, которые все наследуют от одного
        # родитель.
        для base_type в cls._REGISTRY.keys ():
            если base_type - None:
                continue # None на самом деле является одним из ключей, но isinstance / issubclass не работает с ним
            если isinstance (python_type, base_type) или issubclass (python_type, base_type):
                вернуть cls._REGISTRY [базовый_тип]
        Raise ValueError (f "Тип {python_type} в настоящее время не поддерживается в Flytekit. Пожалуйста, зарегистрируйте новый преобразователь")

    @classmethod
    def to_literal_type (cls, python_type: Type) -> LiteralType:
        "" "
        Преобразует тип Python в специфичный для полета LiteralType.
        "" "
        трансформатор = cls.get_transformer (python_type)
        вернуть transformer.get_literal_type (python_type)

    @classmethod
    def to_literal (cls, ctx: FlyteContext, python_val: typing.Любой, python_type: Type, ожидаемый: LiteralType) -> Literal:
        "" "
        Преобразует значение Python заданного типа и ожидаемого LiteralType в разрешенное значение Literal.
        "" "
        если python_val равен None:
            Raise AssertionError (f "Значение Python не может быть None, ожидается {python_type} / {expected}")
        трансформатор = cls.get_transformer (python_type)
        lv = transformer.to_literal (ctx, python_val, python_type, ожидается)
        # TODO Выполните утверждение здесь
        вернуть лв

    @classmethod
    def to_python_value (cls, ctx: FlyteContext, lv: Literal, expected_python_type: Type) -> ввод.Любой:
        "" "
        Преобразует значение Literal с ожидаемым типом python в значение python.
        "" "
        трансформатор = cls.get_transformer (ожидаемый_python_type)
        вернуть transformer.to_python_value (ctx, lv, expected_python_type)

    @classmethod
    def named_tuple_to_variable_map (cls, t: typing.NamedTuple) -> _interface_models.VariableMap:
        "" "
        Преобразует собственный Python NamedTuple в VariableMap именованных литералов, специфичный для flyte.
        "" "
        переменные = {}
        для idx, (var_name, var_type) в enumerate (t.__annotations __. items ()):
            literal_type = cls.to_literal_type (var_type)
            переменные [var_name] = _interface_models.Variable (type = literal_type, description = f "{idx}")
        вернуть _interface_models.VariableMap (переменные = переменные)

    @classmethod
    def literal_map_to_kwargs (
        cls, ctx: FlyteContext, lm: LiteralMap, python_types: typing.Dict [str, type]
    ) -> typing.Dict [str, typing.Any]:
        "" "
        Учитывая LiteralMap (обычно вход в задачу - промежуточный), преобразовать в kwargs для задачи
        "" "
        если len (lm.литералы)! = len (python_types):
            поднять ValueError (
                f "Получено больше входных значений {len (lm.literals)}" f ", чем разрешено входной спецификацией {len (python_types)}»
            )

        вернуть {k: TypeEngine.to_python_value (ctx, lm.literals [k], v) для k, v в python_types.items ()}

    @classmethod
    def dict_to_literal_map (cls, ctx: FlyteContext, d: typing.Dict [str, typing.Any]) -> LiteralMap:
        "" "
        Учитывая строковые ключи сопоставления словаря со значениями Python, преобразуйте его в LiteralMap."" "
        literal_map = {}
        для k, v в d.items ():
            literal_map [k] = TypeEngine.to_literal (
                ctx = ctx,
                python_val = v,
                python_type = тип (v),
                ожидаемый = TypeEngine.to_literal_type (тип (v)),
            )
        вернуть LiteralMap (literal_map)

    @classmethod
    def get_available_transformers (cls) -> typing.KeysView [Тип]:
        "" "
        Возвращает все типы Python, для которых доступны трансформаторы.
        "" "
        вернуть cls._REGISTRY.keys ()

    @classmethod
    def guess_python_types (
        cls, flyte_variable_dict: typing.Dict [str, _interface_models.Variable]
    ) -> typing.Dict [str, type]:
        "" "
        Преобразует словарь специфичных для flyte объектов Variable в словарь обычных значений Python.
        "" "
        python_types = {}
        для k, v в flyte_variable_dict.items ():
            python_types [k] = cls.guess_python_type (v.type)
        вернуть python_types

    @classmethod
    def guess_python_type (cls, flyte_type: LiteralType) -> тип:
        "" "
        Преобразует специфичный для flyte LiteralType в обычное значение Python."" "
        для _, преобразователь в cls._REGISTRY.items ():
            пытаться:
                вернуть transformer.guess_python_type (flyte_type)
            кроме ValueError:
                logger.debug (f "Пропуск трансформатора {transformer.name} для {flyte_type}")
        Raise ValueError (f "Никакие преобразователи не могут изменить тип литерала Flyte {flyte_type}")


класс ListTransformer (TypeTransformer [T]):
    "" "
    Преобразователь, который обрабатывает одномерную типизацию. Список [T]
    "" "

    def __init __ (сам):
        супер().__init __ («Типизированный список», список)

    @staticmethod
    def get_sub_type (t: Тип [T]) -> Тип [T]:
        "" "
        Вернуть общий Тип T списка
        "" "
        если hasattr (t, "__origin__") и t .__ origin__ - это список:
            если hasattr (t, "__args__"):
                вернуть t .__ args __ [0]
        Raise ValueError («Поддерживается только универсальная одномерная типизация. Тип List [T] поддерживается.»)

    def get_literal_type (self, t: Type [T]) -> LiteralType:
        "" "
        В Flyte поддерживаются только одномерные списки
        "" "
        пытаться:
            sub_type = TypeEngine.to_literal_type (self.get_sub_type (t))
            вернуть _type_models.LiteralType (collection_type = sub_type)
        кроме исключения как e:
            Raise ValueError (f "Тип универсального списка не поддерживается, {e}")

    def to_literal (self, ctx: FlyteContext, python_val: T, python_type: Type [T], ожидалось: LiteralType) -> Literal:
        t = self.get_sub_type (python_type)
        lit_list = [TypeEngine.to_literal (ctx, x, t, expected.collection_type) для x в python_val]
        return Literal (collection = LiteralCollection (literals = lit_list))

    def to_python_value (self, ctx: FlyteContext, lv: Literal, expected_python_type: Type [T]) -> T:
        st = self.get_sub_type (ожидаемый_python_type)
        return [TypeEngine.to_python_value (ctx, x, st) для x в lv.collection.literals]

    def guess_python_type (self, literal_type: LiteralType) -> Тип [T]:
        если literal_type.collection_type:
            ct = TypeEngine.guess_python_type (literal_type.collection_type)
            вернуть набор. Список [ct]
        поднять ValueError (f "Преобразователь списка не может изменить {literal_type}")


[документы] класс DictTransformer (TypeTransformer [dict]):
    "" "
    Преобразователь, который преобразует одномерный словарь Dict [str, T] в Literal Map или
    преобразует нетипизированный словарь в JSON (struct / Generic)
    "" "

[документы] def __init __ (self):
        супер().__init __ ("Typed Dict", dict)

    @staticmethod
    def get_dict_types (t: Type [dict]) -> (тип, тип):
        "" "
        Вернуть общий Тип T словаря
        "" "
        если hasattr (t, "__origin__") и t .__ origin__ is dict:
            если hasattr (t, "__args__"):
                вернуть t .__ args__
        return None, None

    @staticmethod
    def dict_to_generic_literal (v: dict) -> Литерал:
        "" "
        Создает специфичное для flyte значение Literal из собственного словаря Python."" "
        return Literal (scalar = Scalar (generic = _json_format.Parse (_json.dumps (v), _struct.Struct ())))

    def get_literal_type (self, t: Type [dict]) -> LiteralType:
        "" "
        Преобразует собственный словарь Python в специфичный для flyte LiteralType.
        "" "
        tp = self.get_dict_types (t)
        если tp:
            если tp [0] == str:
                пытаться:
                    sub_type = TypeEngine.to_literal_type (tp [1])
                    вернуть _type_models.LiteralType (map_value_type = sub_type)
                кроме исключения как e:
                    Raise ValueError (f "Тип универсального списка не поддерживается, {e}")
        вернуть _primitives.Generic.to_flyte_literal_type ()

    def to_literal (
        self, ctx: FlyteContext, python_val: typing.Any, python_type: Type [dict], ожидается: LiteralType
    ) -> Буквальный:
        если ожидалось и ожидалось. простой и ожидаемый.simple == SimpleType.STRUCT:
            вернуть self.dict_to_generic_literal (python_val)

        lit_map = {}
        для k, v в python_val.items ():
            если type (k)! = str:
                Raise ValueError ("Flyte MapType ожидает, что все ключи будут строками")
            k_type, v_type = self.get_dict_types (python_type)
            lit_map [k] = TypeEngine.to_literal (ctx, v, v_type, ожидаемый.map_value_type)
        return Literal (map = LiteralMap (literals = lit_map))

    def to_python_value (self, ctx: FlyteContext, lv: Literal, expected_python_type: Type [dict]) -> dict:
        если lv и lv.map и lv.map.literals не равно None:
            tp = self.get_dict_types (ожидаемый_python_type)
            если tp равно None или tp [0] равно None:
                поднять TypeError (
                    «Несоответствие типов: невозможно преобразовать в словарь Python из словаря Flyte Literal Dictionary, как указано»
                    "словарь не имеет подсказок подтипа или они не совпадают с исходным словарем"
                    "источник.Flytekit в настоящее время не поддерживает неявные преобразования "
                )
            если tp [0]! = str:
                Raise TypeError ("TypeMismatch. Целевой словарь не принимает ключ 'str'")
            py_map = {}
            для k, v в lv.map.literals.items ():
                py_map [k] = TypeEngine.to_python_value (ctx, v, tp [1])
            вернуть py_map

        # для пустого дженерика мы должны явно проверить, что lv.scalar.generic не равно None as empty dict
        # оценивается как ложь
        если lv и lv.scalar и lv.scalar.generic не None:
            вернуть _json.loads (_json_format.MessageToJson (lv.scalar.generic))
        поднять TypeError (f "Невозможно преобразовать из {lv} в {ожидаемый_python_type}")

    def guess_python_type (self, literal_type: LiteralType) -> Тип [T]:
        если literal_type.map_value_type:
            mt = TypeEngine.guess_python_type (literal_type.map_value_type)
            return typing.Dict [str, mt]
        Raise ValueError (f "Преобразователь словаря не может изменить {literal_type}")


класс TextIOTransformer (TypeTransformer [typing.TextIO]):
    "" "
    Обработчик для TextIO
    "" "

    def __init __ (сам):
        super () .__ init __ (name = "TextIO", t = typing.TextIO)

    def _blob_type (сам) -> _core_types.
        вернуть _core_types.BlobType (
            format = mimetypes.types_map [". txt"],
            размерность = _core_types.BlobType.BlobDimensionality.SINGLE,
        )

    def get_literal_type (self, t: typing.TextIO) -> LiteralType:
        вернуть _type_models.LiteralType (
            blob = self._blob_type (),
        )

    def to_literal (
        self, ctx: FlyteContext, python_val: typing.TextIO, python_type: Type [typing.TextIO], ожидается: LiteralType
    ) -> Буквальный:
        поднять NotImplementedError («Реализовать дескриптор для TextIO»)

    def to_python_value (
        self, ctx: FlyteContext, lv: Literal, expected_python_type: Type [typing.TextIO]
    ) -> typing.TextIO:
        # TODO переименовать в get_auto_local_path ()
        local_path = ctx.file_access.get_random_local_path ()
        ctx.file_access.get_data (lv.scalar.blob.uri, local_path, is_multipart = False)
        # TODO, вероятно, фреймворк должен закрыть () это
        вернуть open (local_path, "r")


класс BinaryIOTransformer (TypeTransformer [typing.BinaryIO]):
    "" "
    Обработчик для BinaryIO
    "" "

    def __init __ (сам):
        super () .__ init __ (name = "BinaryIO", t = typing.BinaryIO)

    def _blob_type (сам) -> _core_types.
        вернуть _core_types.BlobType (
            format = mimetypes.types_map [". bin"],
            размерность = _core_types.BlobType.BlobDimensionality.SINGLE,
        )

    def get_literal_type (self, t: Type [typing.BinaryIO]) -> LiteralType:
        вернуть _type_models.LiteralType (
            blob = self._blob_type (),
        )

    def to_literal (
        self, ctx: FlyteContext, python_val: typing.BinaryIO, python_type: Type [typing.BinaryIO], ожидается: LiteralType
    ) -> Буквальный:
        поднять NotImplementedError («Реализовать дескриптор для TextIO»)

    def to_python_value (
        self, ctx: FlyteContext, lv: Literal, expected_python_type: Type [typing.BinaryIO]
    ) -> typing.BinaryIO:
        local_path = ctx.file_access.get_random_local_path ()
        ctx.file_access.get_data (lv.scalar.blob.uri, local_path, is_multipart = False)
        # TODO, фреймворк, скорее всего, должен закрыть это
        вернуть open (local_path, "rb")


класс PathLikeTransformer (TypeTransformer [os.PathLike]):
    "" "
    Обработчик для os.PathLike
    "" "

    def __init __ (сам):
        super () .__ init __ (name = "os.PathLike", t = os.PathLike)

    def _blob_type (сам) -> _core_types.
        вернуть _core_types.BlobType (
            format = mimetypes.types_map [". bin"],
            размерность = _core_types.BlobType.BlobDimensionality.SINGLE,
        )

    def get_literal_type (self, t: Type [os.PathLike]) -> LiteralType:
        вернуть _type_models.LiteralType (
            blob = self._blob_type (),
        )

    def to_literal (
        self, ctx: FlyteContext, python_val: os.PathLike, python_type: Type [os.PathLike], ожидается: LiteralType
    ) -> Буквальный:
        # TODO мы могли угадать mimetype и разрешить изменение формата во время выполнения. таким образом, несуществующий формат
        # можно было бы заменить на формат предположения?

        rpath = ctx.file_access.get_random_remote_path ()

        # Для удаленных значений скажем https://raw.github.com/demo_data.csv, мы не будем загружать в магазин Flyte (S3 / GCS)
        # и просто верните литерал с uri, равным заданному пути
        если ctx.file_access.is_remote (python_val):
            return Literal (scalar = Scalar (blob = Blob (metadata = BlobMetadata (expected.blob), uri = python_val)))

        # Для локальных файлов мы загрузим для пользователя.
        ctx.file_access.put_data (python_val, rpath, is_multipart = False)
        return Literal (scalar = Scalar (blob = Blob (metadata = BlobMetadata (ожидается.blob), uri = rpath)))

    def to_python_value (self, ctx: FlyteContext, lv: Literal, expected_python_type: Type [os.PathLike]) -> os.PathLike:
        # TODO переименовать в get_auto_local_path ()
        local_destination_path = ctx.file_access.get_random_local_path ()
        uri = lv.scalar.blob.uri
        # Если uri - это просто локальный путь, например / tmp / file_name, мы просто возвращаем
        если не ctx.file_access.is_remote (uri):
            вернуть ури

        # Поскольку для строк невозможна отложенная загрузка, всегда загружайте сразу.ctx.file_access.get_data (lv.scalar.blob.uri, local_destination_path, is_multipart = False)
        вернуть local_destination_path


класс EnumTransformer (TypeTransformer [enum.Enum]):
    "" "
    Включает преобразование типа python enum.Enum в LiteralType.EnumType
    "" "

    def __init __ (сам):
        super () .__ init __ (name = "DefaultEnumTransformer", t = enum.Enum)

    def get_literal_type (self, t: Type [T]) -> LiteralType:
        values ​​= [v.value for v in t]
        если не isinstance (значения [0], str):
            Raise AssertionError ("Поддерживаются только EnumTypes со значением строки")
        вернуть LiteralType (enum_type = _core_types.EnumType (значения = значения))

    def to_literal (self, ctx: FlyteContext, python_val: T, python_type: Type [T], ожидалось: LiteralType) -> Literal:
        return Literal (скаляр = скаляр (примитив = примитив (string_value = python_val.value)))

    def to_python_value (self, ctx: FlyteContext, lv: Literal, expected_python_type: Type [T]) -> T:
        вернуть ожидаемый_python_type (lv.scalar.primitive.string_value)


def _check_and_covert_float (lv: Literal) -> float:
    если lv.scalar.primitive.float_value не равно None:
        вернуть ур.scalar.primitive.float_value
    elif lv.scalar.primitive.integer не равно None:
        return float (lv.scalar.primitive.integer)
    поднять RuntimeError (f "Невозможно преобразовать литерал {lv} в число с плавающей точкой")


def _register_default_type_transformers ():
    TypeEngine.register (
        SimpleTransformer (
            "int",
            int,
            _primitives.Integer.to_flyte_literal_type (),
            лямбда x: литерал (скаляр = скаляр (примитив = примитив (целое число = x))),
            лямбда x: x.scalar.primitive.целое число
        )
    )

    TypeEngine.register (
        SimpleTransformer (
            "плавать",
            плавать,
            _primitives.Float.to_flyte_literal_type (),
            лямбда x: литерал (скаляр = скаляр (примитив = примитив (float_value = x))),
            _check_and_covert_float,
        )
    )

    TypeEngine.register (
        SimpleTransformer (
            "булево",
            булево
            _primitives.Boolean.to_flyte_literal_type (),
            лямбда x: литерал (скаляр = скаляр (примитив = примитив (логический = х))),
            лямбда x: x.scalar.primitive.boolean,
        )
    )

    TypeEngine.register (
        SimpleTransformer (
            "ул",
            ул,
            _primitives.String.to_flyte_literal_type (),
            лямбда x: литерал (скаляр = скаляр (примитив = примитив (значение_строки = x))),
            лямбда x: x.scalar.primitive.string_value,
        )
    )

    TypeEngine.register (
        SimpleTransformer (
            "дата и время",
            _datetime.datetime,
            _primitives.Datetime.to_flyte_literal_type (),
            лямбда x: литерал (скаляр = скаляр (примитив = примитив (datetime = x))),
            лямбда x: x.scalar.primitive.datetime,
        )
    )

    TypeEngine.register (
        SimpleTransformer (
            "timedelta",
            _datetime.timedelta,
            _primitives.Timedelta.to_flyte_literal_type (),
            лямбда x: литерал (скаляр = скаляр (примитив = примитив (продолжительность = x))),
            лямбда x: x.scalar.primitive.duration,
        )
    )

    TypeEngine.register (
        SimpleTransformer (
            "никто",
            Никто,
            _type_models.LiteralType (простой = _type_models.SimpleType.NONE),
            лямбда x: нет,
            лямбда x: нет,
        )
    )
    TypeEngine.register (ListTransformer ())
    TypeEngine.register (DictTransformer ())
    TypeEngine.register (TextIOTransformer ())
    TypeEngine.register (PathLikeTransformer ())
    TypeEngine.register (BinaryIOTransformer ())
    TypeEngine.register (EnumTransformer ())

    # внутренний тип. Также не поддерживаются типы Tuples. Даже если вы можете заглянуть внутрь них, система шрифтов Флайта
    # в настоящее время их не поддерживает.# Смущающее примечание: здесь присутствует typing.NamedTuple, хотя сами функции задач могут их возвращать. Мы просто имеем в виду
    # что возвращаемая сигнатура задачи может быть NamedTuple, которая содержит внутри другой NamedTuple.
    # Также не совсем верно, что Flyte IDL не поддерживает кортежи.		

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *