Трансформаторы, машины постоянного тока, выпрямители

Трансформаторы, машины постоянного тока, выпрямители Трансформаторы. Аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения, но той же частоты, называется трансформатором. Он представляет собой сердечник из мягкой ста-ди, на котором намотаны две обмотки. Обмотка, к которой подводится напряжение, называется первичной, а обмотка, к которой подключаются потребители, — вторичной. Переменный ток, проходя по первичной обмотке, создает переменный магнитный поток, который во вторичной обмотке наводит ЭДС. Между числом витков и напряжениями обмоток существует следующая зависимость: во окольно раз число витков первичной обмотки больше (или меньше) числа витков вторичной обмотки, во столько же раз напряжение первичной обмотки больше (или меньше) напряжения вторичной обмотки. Число, показывающее эту зависимость, называется коэффициентом трансформации. Трансформаторы, применяемые для понижения напряжения, называются понижающими. Коэффициент трансформации у них больше единицы Трансформаторы, с помощью которых напряжение повышается, называются повышающими. Коэффициент трансформации у них меньше единицы. Рис. 7. Соединение звездой 1 — нулевая точка генератора; 2 — линейный провод; 3 — нулевой провод; 4 — нулевая точка потребителя Режим, при котором вторичная обмотка трансформатора разомкнута, а на зажимы первичной обмотки подано переменное напряжение, называется холостым ходом или холостой работой трансформатора. Небольшой ток, потребляемый первичной обмоткой трансформатора при холостом ходе, называется током холостого хода. Величина его обычно составляет 3,5—10%’ тока номинальной нагрузки трансформатора- Машины постоянного тока. Генератор постоянного тока — это электрическая машина, преобразующая механическую энергию вращающего ее первичного двигателя в электрическую энергию постоянного тока, которую машина отдает потребителям. Генератор постоянного тока работает по принципу электромагнитной индукции. Поэтому основными его частями являются якорь с расположенной на нем обмоткой и электромагниты, создающие магнитное поле. Якорь имеет форму цилиндра и набирается из отдельных штампованных листов электротехнической стали. На валу якоря укрепляется коллектор, состоящий из отдельных медных пластин, припаянных к определенным местам обмотки якоря. Коллектор служит для выпрямления тока и отвода его при помощи неподвижных щеток во внешнюю сеть. Электромагниты генератора постоянного тока состоят из стальных полюсных сердечников, на которые надеваются катушки из медной изолированной проволоки. Внешняя цепь соединяется с цепью якоря машины при помощи щеток, укрепленных в щеткодержателях. При вращении якоря обмотка его пересекает магнитные линии полюсов, и в проводниках обмотки индуктируется ЭДС. В зависимости от способа создания магнитного поля генераторы постоянного тока делятся на несколько групп: с постоянными магнитами (магнитоэлектрические), с независимыми возбуждением и с самовозбуждением. Генераторы с постоянными магнитами состоят из •одного или нескольких постоянных магнитов, в поле которых вращается якорь с обмоткой. В промышленности такие генераторы не применяются из-за небольшой вырабатываемой мощности. Обмотка полюсов генератора с независимым возбуждением питается от постороннего источника постоянного напряжения. У генератора с самовозбуждением обмотка возбуждения полюсов получает питание со щеток якоря самой машины. Генераторы с самовозбуждением в зависимости от способа соединения обмоток возбуждения полюсов и якоря делятся на три вида: с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. Машина постоянного тока станет работать, как электрический двигатель, если ее подключить к источнику напряжения. В этом случае такая машина будет превращать электрическую энергию в механическую. Устройство электрических двигателей такое же, как у генераторов. Принцип их работы основан на взаимодействии тока, протекающего в обмотке якоря, и магнитного поля, создаваемого полюсами электромагнитов. Для преобразования переменного тока в постоянный и обратно применяют также вращающиеся преобразователи трех видов: двигатель-генераторы, одноякорные и каскадные преобразователи. Двигатель-генератор состоит из двух отдельных машин — двигателя и генератора, сидящих на одном валу и соединенных муфтой. Для преобразования переменного тока в постоянный используют асинхронный или синхронный двигатель и генератор постоянного тока с независимым возбуждением или’ самовозбуждением. Одноякорный преобразователь — это генератор постоянного тока, у которого кроме коллектора имеются контактные кольца. Переменный ток преобразуется в постоянный в одном якоре. В случае преобразования трехфазного тока обмотка якоря с одной стороны машины соединена с коллектором. Три точки обмотай якоря, расположенные под углом 120°, присоединены к трем контактным кольцам, укрепленным на валу с другой стороны -машины. Для преобразования однофазного переменного тока в постоянный применяют преобразователи, у которых на валу кроме коллектора укреплены два контактных кольца, присоединенных к двум диаметрально противоположным точкам обмотки якоря. Каскадный преобразователь состоит из асинхронного двигателя и одноякорного преобразователя. Обе машины установлены на одном валу. Цепь ротора асинхронного двигателя соединяется последовательно с якорем преобразователя. В сварочной технике используют твердые выпрямители. Они состоят из трех слоев. Первым слоем служит металл с большим числом свободных электронов. Второй, так называемый запирающей или изоляционный слои, не имеет свободных электронов. Третий слой — полупроводник с небольшим числом свободных электронов. iipn наличии на крайних слоях разности потенциалов в запирающем слое возникает сильное электрическое поле, которое способствует вырыванию свободных электронов из прилегающих к нему слоев. Если металлу с большим числом свободных электронов сообщить отрицательный заряд, а металлу с небольшим числом сво-оодных электронов — положительный, то из первого металла будет вырвано значительное число электронов и в цепи станет проходить электрический ток от второго металла к первому. При обратной полярности число электронов, вырванных из второго металла, будет невелико и гака в цепи практически не будет. Читать далее: Сварочные флюсы Сварочные электроды Общие сведения о сварке арматуры Противопожарные мероприятия при сварке Безопасность труда при сварке технологических трубопроводов Безопасность труда при сварке строительных металлических и железобетонных конструкций Защита от поражения электрическим током при сварке Техника безопасности и производственная санитария при сварке Управление качеством сварки Статистический метод контроля

Маневровый тепловоз ТЭМ7 | Трансформаторы

Трансформаторы предназначены для питания автоматического регулирования электрической передачи переменным напряжением и измерения постоянного тока и напряжения в цепи тяговых электрических двигателей.

Трансформаторы распределительные ТР-21УЗ и ТР-26УЗ (рис. 116, а) состоят из сердечника 1, изготовленного из электротехнической стали, и обмоток, расположенных на нем. Концы обмоток припаяны к выводам, собранным на изоляционной панели 3. Сердечник, обмотки и панель залиты компаундом на основе эпоксидной смолы. Слой эпоксидной смолы на торце, противоположном панели выводов, служит привалоч-ной поверхностью для крепления трансформатора на тепловозе. Крепление осуществляется болтом, проходящим через центральное отверстие сердечника. Принципиальные электрические схемы и маркировка зажимов трансформаторов приведены на рис. 116, б и в.

Основные технические данные распределительных трансформаторов приведены в табл. 8.

Трансформатор постоянного напряжения ТПН-61УХЛЗ (рис. 117, а) состоит из двух тороидальных сердечников, намотанных из ленты высококачественного магнитного сплава, на каждом из которых намотана рабочая обмотка. Рабочие обмотки соединены между собой встречно. Управляющая обмотка охватывает оба сердечника. Сердечники с обмотками и выводами залиты эпоксидным компаундом, скрепляющим его в монолитный неразъемный блок. Литая обололка образует установочную поверхность для крепления трансформатора на тепловозе, которое осуществляется через центральное отверстие с посцепки. Отклонение головки сцепки пропорционально поперечному смещению и повороту двухосной тележки относительно главной рамы тепловоза при проходе им кривых участков пути. Пружины маятниковой подвески сцепки имеют предварительную затяжку.

Таблица 8

мощью болта. Трансформатор устанавливается на металлической планке и фиксируется за счет паза на установочной поверхности.

Работа трансформатора постоянного напряжения основана на изменении индуктивного сопротивления его рабочих обмоток под влиянием подмагничивания сердечника обмоткой управления. Выходным параметром трансформатора является вторичный ток, величина которого пропорциональна величине измеряемого напряжения. При увеличении напряжения тягового генератора степень насыщения сердечников увеличивается, индуктивное сопротивление рабочих обмоток уменьшается и ток в рабочих обмотках увеличивается, так как ток рабочей обмотки пропорционален напряжению тягового генератора.

Принципиальная электрическая схема и маркировка зажимов трансформатора приведены на рис. 117, б.

Основные технические данные и параметры трансформатора

Рис. 118. Трансформатор постоянного тока ТПТ-24УЗ: а-устройство; 1- угольник; 2-сердечник с обмотками; 3-контактный зажим; б-принципиальная электрическая схема и маркировка зажимов трансформатора ТПТ-24УЗ

Трансформатор постоянного тока ТПТ-24УЗ (рис. 118, а) состоит из двух тороидальных сердечников 2, намотанных из ленты высококачественного магнитного сплава, на каждом из которых намотана рабочая обмотка. Рабочие обмотки соединены между собой встречно-последовательно, а управляющей обмоткой служат силовые провода (кабели), пропущенные через центральное отверстие (окно) трансформатора. Для снижения влияния помех, создаваемых посторонними сильноточными кабелями и стальными массами, на измерение трансформатором постоянного тока рабочая обмотка выполнена из четырех секций, которые соединены параллельно. Сердечник трансформатора с обмотками, зажимами концов обмоток и шпильками, установленными в его нижней части, залиты компаундом, скрепляющим его в монолитный неразъемный блок. К шпилькам прикреплены съемные угольники 1, при помощи которых трансформаторы устанавливаются и крепятся на тепловозе.

Принцип работ трансформатора постоянного тока такой же, как и трансформатора постоянного напряжения. Подмагиичивание сердечника осуществляется током, протекающим в кабелях, проходящих через окно трансформатора. При увеличении тока в тяговых двигателях степень насыщения сердечников увеличивается, индуктивное сопротивление рабочей обмотки уменьшается и ток в рабочей цепи трансформатора изменяется пропорционально суммарному току тяговых двигателей.

Рис. 119. Трансформатор тока ТТ-ЗОУЗ: а-устройство; 1- катушка; 2-кожух; 3-панель изоляционная; 4-угольник; 5-шпилька; 6- сердечник; 7-планка; б-принципиальная электрическая схема

Принципиальная электрическая схема и маркировка зажимов трансформатора приведены на рис. 118, б.

Основные технические данные и параметры трансформатора

Максимальный ток (измеряемый), А 2700 Напряжение питания рабочей цепи, В ПО Частота питания рабочей цепи, Гц 200 Сопротивление цепи нагрузки, Ом 25 Минимальный измеряемый ток, А 750 Ток рабочей цепи (минимальный), А 0,468 ±0,012 Ток рабочей цепн (максимальный), А 1,69 ±0,042 Первичный ток (номинальный), А 2000

Трансформатор тока ТТ-ЗОУЗ (рис. 119, а) предназначен для коррекции тока в цепи возбуждения тягового генератора с целью улучшения динамических характеристик. Трансформатор состоит из Ш-образ-ного сердечника 6, набранного из электротехнической стали, и катушки 1 с первичной и вторичной обмотками. Защита контактных зажимов осуществляется кожухом 2. Крепление трансформатора на тепловозе производится с помощью угольников 4. Принципиальная электрическая схема трансформатора приведена на рис. 119, б.

Основные технические данные трансформатора

Номинальный первичный ток (эффективный), А 165 Номинальный вторичный ток (эффективный), А 13 Частица питания, Гц 220 Сопротивление нагрузки (активное), Ом 4,5 Погрешность коэффициента трансформации, %, в диапазоне токов от 60 до 210 А ±3

Полупроводниковые и электронные устройства | Маневровый тепловоз ТЭМ7 | Кузов и рама тепловоза

Принцип действия трансформатора | ООО «НОМЭК»

Электромагнитная схема однофазного двухобмоточного трансформатора состоит из двух обмоток (рис. 2.1), разме­щенных на замкнутом магнитопроводе, который выполнен из ферромагнитного материала. Применение ферромагнитного магнитопровода позволяет усилить электромагнитную связь между обмотками, т. е. уменьшить магнитное сопротивление контура, по которому проходит магнитный поток машины. Первичную обмотку 1 подключают к источнику переменного тока — электрической сети с напряжением u₁. Ко вторичной обмотке 2 присоединяют сопротивление нагрузки Z_H.

Обмотку более высокого напряжения называют обмоткой высшего напряжения (ВН), а низкого напряжения — обмоткой низшего напряжения (НН). Начала и концы обмотки ВН обозначают буквами А и X; обмотки НН — буквами а и х.

При подключении к сети в первичной обмотке возникает переменный ток i₁ , который создает переменный магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуцирует в обеих обмотках переменные ЭДС — е₁ и е₂, пропорциональные, согласно закону Максвелла, числам витков w₁ и w₂ соответствующей обмотки и скорости изменения потока dФ/dt.

Рис. 2.1 — Элетромагнитная система однофазного трансформатора: 1,2 — первичная и вторичная обмотки; 3 — магнитопровод

Таким образом, мгновенные значения ЭДС, индуцированные в каждой обмотке,

е₁ = — w₁ dФ/dt;      е2= -w₂dФ/dt.

Следовательно, отношение мгновенных и действующих ЭДС в обмотках определяется выражением

E1/E2= e1/e2= w1/w2.

(2.1)

Если пренебречь падениями напряжения в обмотках тран­сформатора, которые обычно не превышают 3 — 5% от номи­нальных значений напряжений U₁ и U₂, и считать E₁≈U _l и Е₂≈U₂, то получим

U1/U2≈w1/w2.

(2.2)

Следовательно, подбирая соответствующим образом числа витков обмоток, при заданном напряжении U₁ можно получить желаемое напряжение U₂. Если необходимо повысить вторичное напряжение, то число витков w₂ берут больше числа w₁; такой трансформатор называют повышающим. Если требуется уменьшить напряжение U₂, то число витков w₂ берут мень­шим w₁; такой трансформатор называют понижающим,

Отношение ЭДС Е_ВН обмотки высшего напряжения к ЭДС Е_НН обмотки низшего напряжения (или отношение их чисел витков) называют коэффициентом трансформации

k= ЕВН/ЕНН = wВН/wНН

(2.3)

Коэффициент k всегда больше единицы.

В системах передачи и распределения энергии в ряде слу­чаев применяют трехобмоточные трансформаторы, а в устрой­ствах радиоэлектроники и автоматики — многообмоточные трансформаторы. В таких трансформаторах на магнитопроводе размещают три или большее число изолированных друг от друга обмоток, что дает возможность при питании одной из обмоток получать два или большее число различных напряжений (U₂, U₃, U₄ и т.д.) для электроснабжения двух или большего числа групп потребителей. В трехобмоточных силовых трансформаторах различают обмотки высшего, низшего и среднего (СН) напряжений.

В трансформаторе преобразуются только напряжения и токи. Мощность же остается приблизительно постоянной (она несколько уменьшается из-за внутренних потерь энергии в трансформаторе). Следовательно,

I1/I2≈ U2/U1≈ w2/w1.

(2.4)

При увеличении вторичного напряжения трансформатора в k раз по сравнению с первичным, ток i₂ во вторичной обмотке соответственно уменьшается в k раз.

Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Если первичную обмотку трансформатора под­ключить к источнику постоянного тока, то в его магнито-проводе образуется магнитный поток, постоянный во времени по величине и направлению. Поэтому в первичной и вторичной обмотках в установившемся режиме не индуцируются ЭДС, а следовательно, не передается электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Такой режим опасен для трансформатора, так как из-за отсутствия ЭДС E₁ первич­ной обмотке ток I₁ =U₁R₁ весьма большой.

Важным свойством трансформатора, используемым в устройствах автоматики и радиоэлектроники, является способность его преобразовывать нагрузочное сопротивление. Если к источнику переменного тока подключить сопротивление R через трансформатор с коэффициентом трансформации к, то для цепи источника

R’ = P1/I12≈ P2/I12≈ I22R/I12≈ k2R

(2.5)

где Р₁— мощность, потребляемая трансформатором от источ­ника переменного тока, Вт;
Р₂ = I₂²R≈ P₁ — мощность, по­требляемая сопротивлением R от трансформатора.
Таким образом, трансформатор изменяет значение сопро­тивления R в k² раз. Это свойство широко используют при разработке различных электрических схем для согласования сопротивлений нагрузки с внутренним сопротивлением источ­ников электрической энергии.

T201DCH-LP: трансформатор постоянного тока Seneca. КИП-Сервис: промышленная автоматика

Технические характеристики
Диапазон	0…50 А AC, 0…25 А AC, -50…50 А DC, -25…25 А DC	0…100 А AC, 0…50 А AC, -100…100 А DC, -50…50 А DC	0…300 А AC, 0…150 А AC, -300…300 А DC, -150…150 А DC
Режим измерения	TrueRMS AC/DC или биполярный DC
Частота изм. тока	до 1 кГц
Напряжение питания	9…28 В (питание от токовой петли)
Выходной сигнал	4…20 мА
Перегрузочная способность	300 А (продолжительная), 2000 А (импульс)	500 А (продолжительная), 2000 А (импульс)
Уровень выходного сигнала при перегрузке	21 мА
Напряжение изоляции	3 кВ (AC) к оголенному проводнику
Основная погрешность измерений >2% шкалы	диапазон 50 А: 0,5% (AC), 1% (DC) диапазон 25 А: 1% (AC), 2% (DC)	диапазон 100 А: 0,5% (AC), 1% (DC) диапазон 50 А: 1% (AC), 2% (DC)	диапазон 300 А: 0,5% (AC), 1% (DC) диапазон 150 А: 1% (AC), 2% (DC)
Основная погрешность измерений <=2% шкалы	диапазон 50 А: 1% (AC), 2% (DC) диапазон 25 А: 2% (AC), 4% (DC)	диапазон 100 А: 1% (AC), 2% (DC) диапазон 50 А: 2% (AC), 4% (DC)	диапазон 300 А: 1% (AC), 2% (DC) диапазон 150 А: 2% (AC), 4% (DC)
Температурная погрешность	0,02% / °С относительно 23 °С
Время фильтрации	500 мс (без фильтра) 1000 мс (с фильтром)	800 мс (без фильтра) 2000 мс (с фильтром)
Подключение
Токовая петля/питание	съемный клеммник 2,5 мм2
Измерение	кабель продевается через сквозное отверстие Ø12,5 мм	кабель продевается через сквозное отверстие Ø20,8 мм
Монтаж	крепление на DIN-рейку
Корпус
Материал	пластик РА6 ,цвет черный
Степень защиты	IP20
Размеры	41×44×26 мм	95×68×26 мм
Вес	47 г	120 г
Окружающая среда
Рабочая температура	-20…+70 °С
Температура хранения	-40…+85 °С
Относительная влажность	10…90% (без конденсации)
Высота над уровнем моря	до 2000 м

Трансформаторы постоянного тока

(DCT) — основной принцип работы. Магнитный датчик …

Контекст 1

… метод «нулевого потока», который основан на цепи отрицательной обратной связи, которая включает в себя магнитную цепь, как показано на (Рис.3), первичный проводник ток IP которого необходимо измерить, вставляют через отверстие в тороидальном сердечнике или сердечнике любого аналогичного типа (рис. 3). …

Context 2

… метод «нулевого потока», который основан на цепи отрицательной обратной связи, которая включает в себя магнитную цепь, как показано на (Рис.3), первичный проводник, ток IP которого необходимо измерить, вставляют через отверстие в тороидальном сердечнике или сердечнике любого аналогичного типа (рис. 3). Компенсационный ток IS проходит через вторичную катушку, поэтому он нейтрализует магнитный поток, создаваемый в сердечнике измеряемым током. Этот метод имеет преимущество в том, что компенсирует эффекты нелинейности данного магнитного материала, создаваемые рабочим магнитным потоком, и поддерживает его на очень низком уровне. …

Контекст 3

…. частью для всех DCT является компенсационный усилитель (CA) вместе с вторичной обмоткой NS и шунтирующим резистором RS. Напряжение, эквивалентное магнитной индукции B, усиливается компенсационным усилителем CA, который генерирует ток через вторичную обмотку IS. Этот ток используется для компенсации магнитного потока в сердечнике (рис. 3). Если количество витков во вторичной обмотке равно NS, вторичный ток будет …

Контекст 4

… в следующем анализе считается, что IP и IS являются положительными токами с опорными направлениями, как обозначено в ( Инжир.3), так что все обсуждения относятся к DC …

Context 5

… Принципиальная схема для всех DCT концентраторов с зазором показана на (Рис. 3). Независимо от типа датчика потока, общим компонентом для всех DCT является CA, а также вторичная обмотка NS и шунтирующий резистор RS. Потребляемая мощность DCT D P состоит из резервной части 0 P, связанной с током ожидания 0 C I, и переменной части V P, связанной с …

Контекст 6

… первый преобразователь (IT) (рис. 5a) основан на линейном СА, тогда как второй (SWT) основан на полумостовом СА класса D (рис. 5b). Все остальные схемы одинаковы для обоих преобразователей, топология представлена ​​на рис. 3. Мы предполагаем, что источники питания имеют ± VDD и генерируются однонаправленными источниками. Первичный ток — IP, а компенсационный ток — IS. …

Инверторный трансформатор

: основы конструкции и принцип работы

Инверторные трансформаторы — это силовые трансформаторы с питанием от напряжения.Их часто называют электронными трансформаторами из-за их применения в маломасштабном преобразовании энергии. Эти инверторные трансформаторы используются там, где есть источник постоянного тока, но для силового устройства требуется вход переменного тока. Инвертор выполняет преобразование постоянного тока в переменный, и, кроме того, трансформатор можно использовать в качестве силового трансформатора для повышающих или понижающих приложений, поэтому они считаются исполнителями особого типа. Благодаря возможностям преобразования мощности и повышения-понижения эти трансформаторы с питанием от напряжения стали популярными для нескольких промышленных приложений.Однако, чтобы использовать его, нужно понимать, какие параметры конструкции и принципы работы применять в подходящем приложении. В этом посте обсуждаются эти моменты.

Краткое введение в инверторный трансформатор

Инвертор сочетает в себе концепцию инверторного трансформатора и силового трансформатора. Инвертор переключает ток с постоянного (DC) на переменный (AC), используя полевые МОП-транзисторы на основе полупроводников для переключения первичного напряжения.В зависимости от коэффициента трансформации трансформаторы могут повышать или понижать напряжение от первичной обмотки ко вторичной обмотке. Как правило, эти инверторные трансформаторы подходят для входов напряжения 110 или 220 В. Хотя их можно использовать для преобразования постоянного напряжения в переменное, их можно также использовать в приложениях при умеренных нагрузках.

Поскольку эти инверторные трансформаторы часто изготавливаются по индивидуальному заказу, конкретная конструкция не всегда очевидна. Однако общая конструкция, основные компоненты и общий принцип работы инверторного трансформатора остаются неизменными для всех конструкций.

Основные компоненты инверторного трансформатора

Ниже приведены основные компоненты инверторного трансформатора.

• Трансформатор
• MOSFET
• Выпрямители
• Диоды
• Автоматические выключатели
• Операционные усилители

Конструкция инверторного трансформатора

Следующие принципы помогут вам понять конструкцию инверторного трансформатора:

• В первую очередь, инверторный узел состоит из интегральной схемы, которая действует как генератор.В некоторых схемах интегральная схема питается от накопленной энергии конденсатора.
• Металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET) интегрированы с генератором для переключения тока с постоянного на переменный без изменения частоты тока. МОП-транзисторы представляют собой электронные транзисторные переключатели типа ВКЛ / ВЫКЛ, которые запускают переключатель постоянного тока в переменный.
• Кроме того, МОП-транзисторы могут быть подключены параллельно трансформатору с центральным отводом. Переменный ток проходит от полевых МОП-транзисторов к первичной обмотке трансформатора, которая в дальнейшем может быть повышена или понижена в соответствии с требованиями силовых устройств.

Хотя это общая конструкция, некоторые дополнительные компоненты, такие как диоды, автоматические выключатели, выпрямители, также могут быть интегрированы в инвертор. Автоматические выключатели могут быть добавлены для мгновенного отключения, если этого требует индивидуальная конструкция. Диоды часто используются для индикации, мониторинга и управления процессом.

Принцип работы инверторного трансформатора

Принцип работы инверторного трансформатора довольно прост, поскольку он сочетает в себе функции инвертора и трансформатора.Следующие действия происходят во время работы инверторного трансформатора.

• Инвертор принимает входной сигнал от источника питания постоянного тока или батареи, если он хранит энергию. Серия полевых МОП-транзисторов в сборке инвертора действует как переключатель для преобразования тока из постоянного в переменный.
• Поскольку полевые МОП-транзисторы часто подключаются параллельно центральной ленте, переменный ток достигает первичной обмотки трансформатора. Трансформатор имеет магнитопровод, на который намотаны первичная и вторичная обмотки.Из-за электромагнитного эффекта мощность передается от первичной обмотки ко вторичной. Напряжение может быть повышенным или пониженным.
• Переменный ток вторичной обмотки трансформатора может подавать питание на нагрузку.

Общие области применения инверторных трансформаторов

После обсуждения инверторных трансформаторов, их конструкции и принципа работы, давайте обсудим, где их можно использовать.

• Центры передачи энергии ветряных мельниц
• Электронные панели управления
• Системы управления лифтом
• Фотоэлектрические сети
• Панели солнечных батарей

Список областей применения инверторных трансформаторов обширен; однако качество инверторного трансформатора также очень важно.Следовательно, вы должны поставлять свой инверторный трансформатор от надежного производителя, такого как Custom Coils. Компания является одним из ведущих производителей трансформаторов по индивидуальному заказу.

Инверторный трансформатор

: основы конструкции и принцип работы были в последний раз изменены: 9 марта 2021 года, gt stepp

О gt stepp

GT Stepp — инженер-электрик с более чем 20-летним опытом работы, специалист в области исследований, оценки, испытаний и поддержка различных технологий.Посвящен успеху; с сильными аналитическими, организационными и техническими навыками. В настоящее время работает менеджером по продажам и операциям в Custom Coils, разрабатывая стратегии продаж и маркетинга, которые увеличивают продажи, чтобы сделать Custom Coils более узнаваемыми и уважаемыми на рынке.

Трансформатор тока с компенсацией постоянного тока

Датчики

(Базель). 2016 Янв; 16 (1): 114.

Павел Рипка

¹ Электротехнический факультет Чешского технического университета, Technicka 2, 166 27 Praha 6, Чешская Республика; zc.tuvc.lef@relxard

Карел Дракслер

¹ Электротехнический факультет Чешского технического университета, Technicka 2, 166 27 Praha 6, Чешская Республика; zc.tuvc.lef@relxard

Рената Стыбликова

² Чешский метрологический институт, V Botanice 4, 150 72 Praha 5, Чешская Республика; zc.imc@avokilbytsr

Андреас Хюттен, академический редактор

¹ Электротехнический факультет Чешского технического университета, Technicka 2, 166 27 Praha 6, Чешская Республика; zc.tuvc.lef@relxard ² Чешский метрологический институт, V Botanice 4, 150 72 Praha 5, Чешская Республика; zc.imc@avokilbytsr

^† Эта статья является расширенной версией нашей статьи, опубликованной в разделе «Трансформатор тока с компенсацией постоянного тока». In Proceedings of the 2014 IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC) Proceedings, Монтевидео, Уругвай, 12–15 мая 2014 г.

Получено 15 ноября 2015 г .; Принято 12 января 2016 г.

Авторские права © 2016, авторы; лицензиат MDPI, Базель, Швейцария.Эта статья цитировалась в других статьях в PMC.

Реферат

Измерительные трансформаторы тока (ТТ) измеряют переменный ток. Постоянная составляющая измеряемого тока может вызвать насыщение трансформатора и привести к серьезной ошибке. Мы используем детектор магнитного поля и цифровую компенсацию обратной связи потока постоянного тока, чтобы уменьшить общую ошибку до 0,15%. Эта концепция может использоваться не только для высокопроизводительных трансформаторов тока с нанокристаллическим сердечником, но также работает для недорогих трансформаторов тока с сердечником из FeSi. Описанный здесь метод позволяет одновременно измерять составляющую постоянного тока.

Ключевые слова: трансформатор тока , датчик тока, допуск по постоянному току

1. Введение

Измерительные трансформаторы тока (ТТ) могут сильно зависеть от постоянной составляющей измеряемого тока [1,2,3]. Это стало серьезной проблемой, поскольку в электросети очень распространены токи постоянного тока. Исторически они были созданы геомагнитными бурями. Однако в последнее десятилетие их все чаще создают бестрансформаторные силовые инверторы, которые стали стандартом на солнечных и ветровых электростанциях [4].Составляющая постоянного тока этих инверторов обычно компенсируется контуром обратной связи, управляемым датчиком постоянного тока. Большинство этих датчиков представляют собой устройства на эффекте Холла, которые имеют большой дрейф температуры и времени, что приводит к отказу компенсации постоянного тока. Существенная составляющая постоянного тока также вызвана выпрямителями на полпути, которые используются обманом потребителей для снижения их счетов за электроэнергию. В этом случае составляющая постоянного тока составляет 60% от I (50 Гц).

Биполярное насыщение трансформаторов тока может быть обнаружено численно [5], а информация о первичном токе может быть восстановлена ​​с помощью различных программных методов [6,7] и аппаратных средств [8,9].Лишь небольшое число авторов применили аналогичные методы для случая униполярного насыщения [10].

В этой статье мы обсуждаем существующие методы увеличения сопротивления постоянного тока трансформаторов тока и представляем метод подавления намагничивания постоянного тока с помощью аппаратной обратной связи.

Допуск по постоянному току — это хорошо известная проблема в бытовых счетчиках электроэнергии, которая может быть нарушена при половинном выпрямлении на стороне потребителя. ТТ, устойчивые к постоянному току, используют две технологии:

1. Составной сердечник трансформатора, состоящий из сердечника с высокой магнитной проницаемостью и сердечника с высокой степенью насыщения.В [11] было показано, что эти сердечники могут выйти из строя, если коэффициент мощности значительно ниже 1. Этот эффект может быть частично компенсирован только численной коррекцией фазовой задержки [12].

2. Сердечники с высоким насыщением, полученные отжигом под напряжением нанокристаллических лент. Отжиг под напряжением может проводиться на намотанных сердечниках [13] или непрерывно на ленте перед намоткой [14], несмотря на хрупкость нанокристаллических материалов. Отжиг под напряжением вносит анизотропию с легкой осью, перпендикулярной длине ленты.Это снижает коэрцитивную силу и проницаемость, делает характеристики намагничивания линейными и увеличивает поле насыщения. Из-за низкой проницаемости эти керны имеют большую фазовую ошибку порядка 5 °. Однако из-за большой линейности сердечников проницаемость постоянна, и поэтому фазовая ошибка постоянна в широком диапазоне измеряемых токов. Постоянную фазовую ошибку можно легко компенсировать с точностью до 0,05 °.

Однако упомянутые здесь методы не используются для создания больших трансформаторов тока.Влияние составляющей постоянного тока на точность больших трансформаторов тока обычно не документируется производителями, и по этой теме опубликовано лишь небольшое количество статей.

Мы показали эффективный способ измерения токов постоянного тока в электросети с помощью защиты трансформаторов тока, которые уже установлены во всей сети [15]. В некоторых случаях это предпочтительное решение с учетом затрат и трудностей, связанных с установкой новых магнитных или оптических датчиков постоянного тока на высоковольтных линиях и распределительных станциях [16,17,18].Недавно мы также показали, что, используя трансформатор возбуждения с низким сопротивлением и ручную компенсацию, можно сохранить точность измерения переменного тока этих трансформаторов тока на 0,1% [19]. Однако цель компенсации составляющей постоянного тока с обратной связью сталкивается с проблемами стабильности. Основные проблемы здесь:

1. Большая нелинейность и гистерезис ТТ при наличии постоянного тока.

2. Измеренные частоты и частоты тока возбуждения находятся в непосредственной близости, поэтому их трудно разделить с помощью аналогового фильтра — фильтр должен быть крутым, что сдвигает фазу и ставит под угрозу стабильность.

В этой статье мы показываем, что автоматическая компенсация потока постоянного тока возможна с использованием контура цифровой обратной связи. Мы также показываем, что ТТ с компенсацией постоянного тока может быть изготовлен с одной обмоткой и без трансформатора возбуждения. Поэтому конструкция нашего устройства проще, чем двухъядерное решение, описанное в [20,21].

Измерения в этой статье выполнены на двух трансформаторах тока:

1. Широко используемый измерительный трансформатор тока с сердечником из ориентированной кремнистой стали — эти измерения уже были описаны в [22].

2. CT с нанокристаллической сердцевиной с низкой остаточной остаточной остаточной остаточной магнитной индукцией.

Во-первых, мы проверяем допуск по постоянному току обоих трансформаторов и то, как они работают в феррозащитном режиме. На основе этого тестирования мы выбираем один из них для окончательного устройства.

2. Измеряемые трансформаторы

Обычный трансформатор тока CT1 типа CLA 2.2 (MT Брно, Чехия) имеет коэффициент тока 500 A / 5 A и номинальную выходную нагрузку 5 VA, что соответствует номинальной нагрузке 0 .2 Ом. Для этой нагрузки погрешность составляет менее 0,1% от 5% до 120% номинального первичного тока (FS) 500 А [15]. В наших измерениях мы нагружаем этот ТТ чувствительным резистором 0,1 Ом, чтобы компенсировать дополнительные импедансы в измерительной цепи. Этот ТТ представляет собой класс устройств с низкой ценой и средней производительностью. Главный недостаток — высокая остаточная намагниченность, которая приводит к фатальной ошибке после намагничивания ТТ постоянным током [3,23].

Второй трансформатор CT2 с сердечником из нанокристаллического материала типичен для высокопроизводительных устройств.Сердечник 140/100 × 20 мм производства NPAY имеет высокую проницаемость, низкую коэрцитивную силу и низкую остаточную намагниченность. Благодаря этому он может легко восстанавливаться после намагничивания постоянного тока даже при низком измеряемом переменном токе. Этот трансформатор имеет коэффициент тока 500 A / 1 A и номинальную выходную нагрузку 1 ВА, что соответствует номинальной нагрузке 1 Ом. Более низкая выходная нагрузка этого трансформатора соответствует тенденции устройств для использования в качестве электронных счетчиков мощности и энергии.

3. Допуск по постоянному току для стандартного CT

Чтобы сравнить оба измеренных трансформатора, мы сначала измерили влияние постоянного тока на их точность.Точность была проверена путем сравнения ТТ с токовым компаратором Tettex 4764 (Tettex Instruments, Haefely Test AG, Базель, Швейцария) с использованием дифференциального метода. Измерение погрешности производилось цифровым синхронизирующим усилителем SRS 830 (Stanford Research Systems, Inc., Саннивейл, Калифорния, США). Точность этого метода была подтверждена независимыми измерениями с использованием испытательного комплекта автоматического трансформатора Tettex 2767 (Tettex Instruments, Haefely Test AG, Базель, Швейцария). Постоянный ток моделировался внешней 15-витковой обмоткой.Чтобы предотвратить нагрузку на трансформатор из-за малого импеданса источника постоянного тока, источник постоянного тока был развязан по переменному току с помощью дросселя с большой индуктивностью.

Результаты этого измерения отображаются для CT1 и для CT2. Влияние большого постоянного тока разрушительно: постоянный ток 50 А в CT1 может вызвать ошибку от 10% до 40% в измерении тока и мощности. Ошибка амплитуды для данного I _DC уменьшается с увеличением измеряемого переменного тока. Это вызвано уменьшением относительной асимметрии процесса намагничивания.Для переменного тока около 100 А погрешность достигает минимума, а для больших значений переменного тока снова увеличивается. Вероятно, это связано с ограничениями мощности нашего усилителя.

Ошибка отношения ε _I и ошибка фазы δ _I трансформатора тока CT1 500 A / 5 A как функция паразитного постоянного тока I _1DC . Измеряемый переменный ток I _1AC является параметром.

Ошибка соотношения ε _I и фазовая ошибка δ _I трансформатора тока 500 A / 1 A CT2 для нулевого постоянного тока и I _DC = 5 A в зависимости от измеренного тока I ₁ .

Влияние угловой погрешности на погрешность измерения мощности зависит от коэффициента мощности cos φ измеряемой нагрузки. Для резистивной нагрузки активная мощность равна полной мощности S, и влияние δ невелико. Для малых cos φ измеренная активная мощность P = S cos (φ + δ) очень чувствительна к фазовой ошибке δ.

Ошибка CT2 одинакова как по амплитуде, так и по фазе. В этом аспекте более дорогой нанокристаллический материал не дает никаких преимуществ перед сердечником из SiFe.

4. Режим магнитного клапана для обнаружения постоянного тока (измерения в разомкнутом контуре)

Компонент потока постоянного тока в сердечнике ТТ может быть обнаружен дополнительным датчиком, вставленным в воздушный зазор сердечника, например пластиной Холла или магнитострикционным элементом [24]. Основным недостатком воздушного зазора является то, что он искажает симметрию магнитной цепи, что приводит к зависимости от положения проводника тока в кольце датчика и увеличению утечки внешних магнитных полей в чувствительный сердечник, что вызывает чувствительность к внешним воздействиям. электрические токи [25].Поэтому мы используем сердечник без воздушного зазора, и мы регистрируем поток, используя эффект феррозонды [26,27]. Кривая нелинейного намагничивания ТТ смещается потоком постоянного тока, создаваемым измеренным постоянным током, и она больше не является симметричной. В нашем случае трансформатор тока возбуждается током f _exc = 370 Гц I _exc , подаваемым во вторичную обмотку усилителем мощности Kepco BOP 50–8 M. Усилитель мощности имеет очень малый выходной импеданс (R _{на выходе} = 50 мОм), что создает синусоидальный поток B.Несимметричная характеристика намагничивания вызывает даже гармонические составляющие в напряженности магнитного поля H внутри сердечника трансформатора тока. Поскольку H пропорционально I, мы обнаруживаем составляющую второй гармоники f _exc в токе возбуждения I _exc с помощью цифрового синхронизирующего усилителя 1 SR 830, который измеряет падение напряжения на нагрузке 0,1 Ом. Формы сигналов I _exc для нескольких значений I _DC показаны на. Без составляющей постоянного тока I _exc близок к синусоиде, но сердечник находится в начале насыщения (верхняя кривая).Такая малая амплитуда возбуждения необычна для магнитного клапана, который обычно требует глубокого насыщения сердечника датчика. В нашем случае для экономии энергии использовался малый ток возбуждения. Даже небольшая составляющая постоянного тока в первичной обмотке вызывает асимметричное намагничивание сердечника. Поскольку источник возбуждения имеет низкий импеданс, напряжение по-прежнему должно быть синусоидальным, и во вторичном токе появляется асимметрия. Измеряемый параметр — составляющая тока второй гармоники. Большие значения вторичного постоянного тока приводят к видимой асимметрии, вызванной униполярным насыщением.Форма тока аналогична форме короткозамкнутого (токового выхода) феррозондового датчика магнитного поля [28], но теоретическое описание характеристик датчика тока должно быть изменено, чтобы соответствовать количественным экспериментальным результатам.

I _exc для нескольких значений I _DC ; масштаб по вертикали — 1 А / дел. Измерено на CT2.

Следует отметить, что усилитель мощности генерирует напряжение возбуждения и должен одновременно поглощать вторичный ток частотой 50 Гц без перегрузки.В существующих компараторах тока эти две функции выполняются с использованием отдельных обмоток возбуждения и считывания. В нашем устройстве мы используем только одну обмотку, что создает много проблем с оборудованием, но позволяет нам использовать стандартные трансформаторы, которые уже установлены в сети.

показывает характеристики передачи постоянного тока, измеренные на CT2: зависимость составляющей второй гармоники во вторичном токе как функция составляющей постоянного тока в первичном токе, измеренной в разомкнутом контуре.В первых экспериментах использовались раздельные обмотки возбуждения и считывания. Мы использовали возбуждение синусоидальным током и детектирование второй гармоники в наведенном напряжении. При возбуждении током мы наблюдали большое влияние импеданса первичной обмотки на чувствительность по постоянному току. Здесь мы представляем результаты, полученные для возбуждения синусоидального напряжения и обнаружения второй гармоники в измеряемом токе. График подтверждает, что стабилизация напряжения возбуждения синусоидальной волны является эффективной стратегией уменьшения зависимости чувствительности от полного сопротивления сети, которое в реальных условиях изменяется во времени.R ₁ = 5 Ом — реалистичное минимальное значение полного сопротивления сети.

Напряжение второй гармоники В ₂ как функция постоянного тока I _DC для R ₁ = 0 (пунктирная линия) и R ₁ = 5 Ом (сплошная линия).

Ток возбуждения, подаваемый во вторичную обмотку, преобразуется в первичную цепь. Это нежелательно, но вводимый переменный ток в первичной обмотке I _inj быстро падает с увеличением полного сопротивления первичной обмотки: с 6,5 А для R ₁ = 0 до 100 мА для R ₁ = 5 Ом.

5. Принцип и конструкция ТТ с компенсацией постоянного тока

В этой статье мы представляем трансформатор постоянного / переменного тока с компенсацией обратной связи на основе ТТ1, чтобы продемонстрировать потенциал нашего решения для улучшения характеристик недорогая КТ. Структура нашего устройства показана на. Измеряемый ток I ₁ протекает через одновитковую первичную обмотку. Этот ток имеет постоянную составляющую, вызывающую постоянный магнитный поток в сердечнике. Мы измеряем этот поток постоянного тока, используя принцип магнитной заслонки, с помощью синхронизирующего усилителя 1, как описано в предыдущем разделе.CT возбуждается усилителем мощности Kepco BOP 50-8M (KEPCO, INC. Флашинг, Нью-Йорк, США). Этот усилитель мощности связан по постоянному току, а также служит для компенсации постоянной составляющей магнитного потока.

Трансформатор тока с компенсацией постоянного тока.

Аналоговый выход синхронизированного усилителя 1 подается обратно через усилитель мощности для компенсации потока постоянного тока за счет постоянного тока компенсации во вторичной обмотке ТТ. Цифровая природа синхронизирующего усилителя 1 позволяет независимо настраивать усиление, частотную характеристику и фазовую задержку в контуре обратной связи.Это помогает достичь стабильной работы даже при очень нелинейных характеристиках.

6. Реакция на постоянный ток

Зависимость тока компенсации обратной связи от измеренного постоянного тока I _1DC показана на рис. Характеристика довольно линейна, но чувствительность значительно падает для измеряемых токов переменного тока более 100 А. Мы определили, что этот эффект сильно зависит от импеданса в первичной цепи. В стандартной испытательной установке полное сопротивление при 370 Гц в первичной цепи проверяемого ТТ составляет всего 9 мОм.Этот импеданс был рассчитан как отношение первичного напряжения 0,408 В / 370 Гц и первичного тока 43,9 А / 370 Гц). В этом случае ТТ практически работает в режиме трансформатора тока и в обратном направлении, так что ток возбуждения, подаваемый во вторичную обмотку, преобразуется в очень большой ток (обычно от 50 до 100 А) в первичной цепи. Результирующий поток возбуждения очень мал, а чувствительность по постоянному току сильно зависит от рабочей точки, задаваемой измеренным переменным током.После увеличения первичного импеданса ТТ больше не работает в режиме трансформатора тока для тока возбуждения, ток возбуждения, подаваемый в первичную цепь, падает ниже 1 А, и результирующий поток возбуждения намного выше. Трансформатор периодически насыщается током возбуждения даже при отсутствии измеренного переменного тока. В этом случае ТТ работает в собственном феррозондовом режиме. Это делает реакцию на постоянный ток более стабильной и менее зависимой от величины переменного тока.

Замкнутый контур на постоянный ток I _1DC; Измеряемый переменный ток I _1AC является параметром. Проверено на низкое сопротивление в первичной цепи. Единицы измерения для обеих осей — ампер-витки (магнитное напряжение).

К счастью, реальная сеть имеет импеданс от 0,2 до 40 Ом, что делает эту проблему менее серьезной.

Импеданс сети переменного тока должен был быть смоделирован для переменного тока 500 А, что было выше пределов нашего экспериментального оборудования.Мы импровизировали это, используя силовой индуктор («дроссель»), образованный вторичной обмоткой трансформатора на 60 кВт производства Agea Kull (Дерендинген, Швейцария) (с открытой первичной обмоткой). Импеданс этой катушки индуктивности при частоте возбуждения 370 Гц составлял 0,08 Ом, что было достаточно высоким, чтобы уменьшить утечку возбуждения в первичный контур до 5 А. Результирующие характеристики показаны на рис. В настоящее время мы можем стабилизировать цепь обратной связи только для переменного тока до 200 А.

Реакция с обратной связью на постоянный ток для высокого импеданса в первичной цепи. Параметр — это измеренный переменный ток I ₁ .

7. Прецизионный ток по переменному току

ТТ с компенсацией по постоянному току был испытан с использованием схемы, показанной на рис. Для простоты наш ТТ с компенсацией постоянного тока показан только в виде упрощенной схемы. Влияние составляющей постоянного тока моделируется вспомогательной 15-витковой обмоткой, питаемой от источника постоянного тока. Последовательная катушка индуктивности используется для предотвращения короткого замыкания сигнала переменного тока этой цепью постоянного тока.Измеряемый переменный ток протекает через одновитковую первичную обмотку этого ТТ, а также через компаратор тока. Компаратор тока является эталоном коэффициента текущей ликвидности с точностью 10 ⁻⁷ [29]. В то время как синхронный усилитель 1 является частью электроники ТТ, синхронизирующий усилитель 2 служит для измерения разницы между вторичными токами тестируемого ТТ и компаратора тока. В то время как опорное значение синхронизации 1 выводится из сигнала возбуждения, а фаза настраивается на максимальную чувствительность, опорное значение синхронизации 2 выводится из источника тока 50 Гц, а опорная фаза регулируется при измерении полной напряжение на нагрузке компаратора.Наша установка вычитает два одинаковых напряжения на нагрузочных резисторах тестируемого ТТ и компаратора тока. Таким образом, АЦП цифрового синхронного усилителя измеряет только текущую ошибку, а не текущее значение. Это дает гораздо лучшую точность, чем когда оба тока измеряются отдельно и вычитается только цифровое значение, как было реализовано в [30]. Можно также использовать аналогичную установку с одним нагрузочным резистором.

Измерительная установка для проверки точности ТТ с компенсацией постоянного тока с использованием синхронизирующего усилителя.

Измеренные погрешности показаны в. При экстремальных значениях постоянных токов в сочетании с высокими переменными токами трансформатор работал в нелинейном режиме, а контур обратной связи находился на границе устойчивости. На это указывает резко возрастающая погрешность, как показано на кривых для 50 А и 100 А переменного тока. Для 200 А переменного тока цепь обратной связи может быть стабилизирована только для постоянного тока ниже 90 А.

Амплитудные и фазовые ошибки трансформатора тока с компенсацией постоянного тока в зависимости от первичного постоянного тока.

8. Выводы

В этой статье мы впервые показали, что автоматическая компенсация постоянного тока в трансформаторе тока возможна с использованием контура цифровой обратной связи. Мы смогли использовать один и тот же усилитель мощности со связью по постоянному току для компенсации обратной связи и для возбуждения. ТТ с компенсацией постоянного тока может быть изготовлен с одной обмоткой и без трансформатора возбуждения. Этот принцип также работает для высококачественного трансформатора тока с нанокристаллическим сердечником. Однако мы продемонстрировали, что недорогой ТТ с сердечником из FeSi также может успешно использоваться для этого устройства.В крайнем случае мы уменьшили погрешность амплитуды ТТ за счет компенсации постоянного тока с 60% до 0,15%. Даже при полномасштабном измерении переменного тока амплитуда паразитного постоянного тока может быть указана с достаточной точностью без необходимости установки новых датчиков.

Предлагаемый метод позволяет повысить точность счетчиков энергии и одновременно контролировать постоянный ток в целях защиты. Мы проверили возможность использования нашего метода в лабораторных испытаниях с использованием дорогих и крупных инструментов, таких как синхронный усилитель и усилитель мощности.Для промышленного применения эти инструменты следует заменять схемами, изготовленными на заказ, чтобы снизить стоимость, размер и энергопотребление.

Благодарности

Работа частично поддержана грантом Чешского научного фонда P102-12-2177.

Вклад авторов

Все авторы проводили эксперименты и анализ данных. Павел Рипка написал статью с отзывами Карела Дракслера и Ренаты Стыбликовой.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

1. Каппенман Дж. Г., Альбертсон В. Д., Мохан Н. Характеристики трансформатора тока и реле в присутствии геомагнитно-индуцированных токов. IEEE Trans. Power Appar. Syst. 1961; 100: 1078–1088. [Google Scholar] 2. Бахингер Ф., Хакл А., Гамбергер П., Лейкермозер А., Лебер Г., Пассат Х., Штёссл М. Постоянный ток в трансформаторах: эффекты и компенсация. Электротех. Сообщить. 2013 г. DOI: 10.1007 / s00502-012-0114-0. [CrossRef] [Google Scholar] 3. Дракслер К., Стыбликова Р. Влияние намагничивания на погрешности измерительных трансформаторов.J. Electr. Англ. 2010; 61: 50–53. [Google Scholar] 4. Бутикки Г., Лоренцани Э., Франческини Г. Стратегия компенсации постоянного тока смещения в бестрансформаторных преобразователях мощности, подключенных к сети. IEEE Trans. Power Deliv. 2011; 26: 2743–2751. DOI: 10.1109 / TPWRD.2011.2167160. [CrossRef] [Google Scholar] 5. Schettino B.M., Duque C.A., Silveira P.M., Ribeiro P.F., Cerqueira A.S. Новый метод определения насыщения трансформатора тока в присутствии шума. IEEE Trans. Power Deliv. 2014; 29: 1760–1767. DOI: 10.1109 / TPWRD.2013.2294079. [CrossRef] [Google Scholar] 6. Хорашади-Заде Х., Санае-Пасанд М. Коррекция вторичного тока насыщенных трансформаторов тока с использованием ИНС. IEEE Trans. Power Deliv. 2006; 21: 73–79. DOI: 10.1109 / TPWRD.2005.858799. [CrossRef] [Google Scholar] 7. Ребизант В., Беймерт Д. Обнаружение насыщения трансформатора тока с помощью генетически оптимизированных нейронных сетей. IEEE Trans. Power Deliv. 2007. 22: 820–827. DOI: 10.1109 / TPWRD.2007.893363. [CrossRef] [Google Scholar] 8. Даварпанах М., Санаи-Пасанд М., Иревани Р. Подавление насыщения трансформатора тока — Часть I: Основные концепции и конструкция. IEEE Trans. Power Deliv. 2013; 28: 1928–1935. DOI: 10.1109 / TPWRD.2013.2253496. [CrossRef] [Google Scholar] 9. Даварпанах М., Санае-Пасанд М., Иревани Р. Подход по подавлению насыщения трансформатора тока — Часть II: Оценка рабочих характеристик. IEEE Trans. Power Deliv. 2013; 28: 1936–1943. DOI: 10.1109 / TPWRD.2013.2253497. [CrossRef] [Google Scholar] 10. Кан Ю.К., Лим У.Дж., Кан С.Х., Кроссли П.A. Компенсация искажения вторичного тока, вызванного насыщением и остаточной намагниченностью трансформатора тока. IEEE Trans. Power Deliv. 2004; 19: 1642–1649. DOI: 10.1109 / TPWRD.2004.835266. [CrossRef] [Google Scholar] 11. Млейнек П., Кашпар П. Слабые места датчиков тока в счетчиках статической энергии. J. Electr. Англ. 2010; 61: 17–20. [Google Scholar] 12. Макнил Н., Даймонд Х., Меллор П. Недорогой электронный датчик тока высокой точности для измерения мощности в электросети. IEEE Trans. Power Deliv. 2011; 26: 2309–2317. DOI: 10.1109 / TPWRD.2011.2159998. [CrossRef] [Google Scholar] 13. Günther W. Процесс отжига под напряжением, подходящий для производства сердечников из нанокристаллических лент с низкой проницаемостью. J. Mag. Mag. Матер. 2005; 290–291: 1483–1486. DOI: 10.1016 / j.jmmm.2004.11.555. [CrossRef] [Google Scholar] 14. Варга Л.К. Материалы высокочастотных индукторов. J. Electron. Матер. 2014; 43: 117–120. DOI: 10.1007 / s11664-013-2787-5. [CrossRef] [Google Scholar] 15. Рипка П., Дракслер К., Стыбликова Р. Измерение постоянного тока в электрической сети с помощью трансформатора тока.IEEE Trans. Mag. 2013; 49: 73–76. DOI: 10.1109 / TMAG.2012.2216862. [CrossRef] [Google Scholar] 16. Оуян Ю., Хэ Дж., Ху Дж., Ван С.Х. Датчик тока, основанный на эффекте гигантского магнитосопротивления: проектирование и потенциальные приложения для интеллектуальных сетей. Датчики. 2012; 1211: 15520–15541. DOI: 10,3390 / s121115520. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 17. Млейнек П., Вопаленски М., Рипка П. Устройство для измерения тока AMR. Приводы Sens. A Phys. 2008; 141: 649–653. DOI: 10.1016 / j.sna.2007.10.016. [CrossRef] [Google Scholar] 18.Зубиа Дж., Касадо Л., Алдабалдетреку Г., Монтеро А., Зубиа Э., Дурана Г. Дизайн и разработка недорогого оптического датчика тока. Датчики. 2013; 1310: 13584–13595. DOI: 10,3390 / s131013584. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 19. Рипка П., Дракслер К., Стыбликова Р. Трансформатор постоянного / переменного тока с одной обмоткой. IEEE Trans. Magn. 2014; 50: 1–4. DOI: 10.1109 / TMAG.2013.2285878. [CrossRef] [Google Scholar] 20. Веласко-Кесада Г., Роман-Лумбрерас М., Конеса-Рока А., Херес Ф. Разработка феррозондового преобразователя с низким энергопотреблением для сильноточных измерений.IEEE Sen. J. 2010; 11: 280–287. DOI: 10.1109 / JSEN.2010.2054831. [CrossRef] [Google Scholar] 21. Ян Х., Чжан Б., Ван Ю. Оптимизация двухъядерной феррозондовой технологии с обратной связью в прецизионных датчиках тока. J. App. Phys. 2012; 111: 07E722. DOI: 10,1063 / 1,3677200. [CrossRef] [Google Scholar] 22. Рипка П., Дракслер К., Стыбликова Р. Трансформатор тока с компенсацией постоянного тока; Материалы конференции IM2TC 2014; Миннеаполис, Миннесота, США. 6–9 мая 2014 г. [Google Scholar] 23. Бауэр Дж., Рипка П., Дракслер К., Стыбликова Р.Размагничивание трансформаторов тока с использованием нагрузки ШИМ. IEEE Trans. Magn. 2015; 51: 1–4. DOI: 10.1109 / TMAG.2014.2356574. [CrossRef] [Google Scholar] 24. Schrittwieser L., Mauerer M., Bortis D., Ortiz G., Kolar J.W. Новый принцип измерения потока в датчике постоянного и переменного тока. IEEE Trans. Ind.2015; 51: 4100–4110. DOI: 10.1109 / TIA.2015.2434875. [CrossRef] [Google Scholar] 26. Калуца ​​Ф., Грюгер А., Грюгер Х. Новые и будущие применения феррозондовых датчиков. Приводы Sens. A Phys.2006; 106: 48–51. DOI: 10.1016 / S0924-4247 (03) 00131-6. [CrossRef] [Google Scholar] 27. Рипка П., Кубик Дж., Даффи М., Херли У. Г., О’Рейли С. Датчик тока в технологии печатных плат. IEEE Sens. J. 2005; 5: 433–438. DOI: 10.1109 / JSEN.2005.845187. [CrossRef] [Google Scholar] 28. Примдал Ф., Рипка П., Петерсен Дж. Р., Нильсен О. В. Параметры чувствительности короткозамкнутого магнитного клапана. Измер. Sci. Technol. 1991; 2: 1039–1045. DOI: 10.1088 / 0957-0233 / 2/11/007. [CrossRef] [Google Scholar] 29. Мур У.Дж.М., Миляник П.N. Текущий компаратор. Питер Перегринус; Лондон, Великобритания: 1988. [Google Scholar] Понижающий трансформатор

— принцип работы, уравнения, типы, преимущества и недостатки

Понижающий трансформатор

снижает напряжение и, следовательно, используется почти во всех бытовых электроприборах. Наша сегодняшняя электроника сильно зависит от этого. В этом посте мы постараемся разобраться, что это такое, принцип его работы, уравнение, типы, преимущества и недостатки.

Что такое понижающий трансформатор

Понижающий трансформатор — это устройство, которое преобразует высокое первичное напряжение в низкое вторичное напряжение.В понижающем трансформаторе первичная обмотка катушки имеет больше витков, чем вторичная обмотка. На рисунке 1 ниже показано изображение обмотки типичного понижающего трансформатора.

Рис. 1. Изображение обмоток понижающего трансформатора

Принцип работы понижающего трансформатора

Трансформатор работает по принципу «закона Фарадея об электромагнитной индукции». Взаимная индукция между обмотками отвечает за передачу сигнала в трансформаторе.

Закон Фарадея гласит, что «когда магнитный поток, связывающий цепь, изменяется, в цепи индуцируется электродвижущая сила, пропорциональная скорости изменения магнитной связи».

ЭДС (электродвижущая сила), индуцированная между двумя обмотками, определяется количеством витков в первичной и вторичной обмотках соответственно. Это отношение называется Передаточное число .

Возможность снижения напряжения понижающих трансформаторов зависит от соотношения витков первичной и вторичной обмоток.Поскольку количество обмоток во вторичной обмотке меньше по сравнению с количеством обмоток в первичной обмотке, количество магнитной связи со вторичной обмоткой трансформатора также будет меньше по сравнению с первичной обмоткой.

Соответственно, наведенная ЭДС во вторичной обмотке будет меньше. Вследствие этого напряжение на вторичной обмотке снижается по сравнению с первичной обмоткой.

Уравнение понижающего трансформатора

Формула, используемая для расчета понижающего трансформатора:

, где

• Ns = количество витков во вторичной обмотке
• Np = количество витков первичной обмотки
• Vs = напряжение вторичной обмотки
• Vp = напряжение первичной обмотки

Число витков вторичной обмотки всегда должно быть меньше числа витков первичной обмотки трансформатора i.e Np > Ns для работы трансформатора как «понижающего трансформатора».

Поскольку количество витков во вторичной обмотке будет меньше, общая наведенная ЭДС будет и, следовательно, выходное напряжение во вторичной обмотке также будет меньше входного напряжения первичной обмотки.

Давайте разберемся, рассмотрев ситуацию с понижающим трансформатором, в котором количество витков вторичной обмотки [Ns] равно 250, число витков первичной обмотки [Np] составляет 5000, а входное напряжение [Vp] составляет 240. Затем напряжение на вторичной обмотке [Vs] можно рассчитать по формуле:

Купить перестроив уравнение, получим:

Следовательно, напряжение на вторичной обмотке трансформатора составляет 12 В, что меньше, чем на первичной обмотке.Таким образом, трансформатор называется понижающим трансформатором.

Типы понижающих трансформаторов

Понижающие трансформаторы можно разделить на три категории на основе ответвлений во вторичной обмотке. Это:

• Однофазный понижающий трансформатор
• Центральный понижающий трансформатор
• Многоканальный понижающий трансформатор

Однофазный понижающий трансформатор

Используется для понижения номинальных значений тока и входного напряжения, дает низкий уровень выходное напряжение и ток.

Ex: 12 В перем. Тока.

Рис. 2 — Символ и физический вид однофазного понижающего трансформатора

Понижающий понижающий трансформатор с центральным ответвлением

Этот тип понижающих трансформаторов будет иметь одну первичную обмотку и центральное разделение вторичной обмотки. по которому он дает выходное напряжение с центральной пинтой.

Пример: 12в-0-12в.

Рис. 3 — Символ и физический вид понижающего трансформатора с центральным отводом

Многоканальный понижающий трансформатор

Этот тип понижающих трансформаторов имеет несколько ответвлений во вторичной обмотке.Множественные отводы используются для получения желаемого переменного выхода с вторичными обмотками.

Пример: 0-12 В, 0-18 В.

Рис. 4 — Символ и физический вид многозадачного понижающего трансформатора

Применения понижающего трансформатора

Различные применения понижающего трансформатора включают:

• В основных адаптерах и зарядных устройствах для сотовых телефонов, стереосистемы и проигрыватели компакт-дисков
• Для понижения уровня напряжения в линии передачи
• В сварочных аппаратах путем снижения напряжения и увеличения тока.
• В телевизорах, стабилизаторах напряжения, инверторах и т. Д.

Преимущества понижающего трансформатора

Преимущества понижающего трансформатора следующие:

• Полезно для понижения напряжения, что упрощает и удешевляет передачу энергии
• КПД более 99%
• Обеспечивает различные требования к напряжению
• Низкая стоимость
• Высокая надежность
• Высокая надежность

Недостатки понижающего трансформатора

Недостатки понижающего трансформатора следующие:

• Требуется количество отказов при техническом обслуживании, которые могут повредить трансформатор
• Неустойчивость в расходах на сырье
• Устранение неисправности требует больше времени

Роль понижающего трансформатора в передаче напряжения

Рис.5 — Цепь распределения напряжения с использованием трансформатора

На электростанциях электричество переменного тока генерируется при почти низком пиковом напряжении около 440 В. Обычный конечный пользователь использует напряжение от 220 В до 240 В для дома и бизнеса. Сгенерированное выходное напряжение электростанции передается на повышающий трансформатор, который увеличивает его пиковое напряжение с нескольких сотен вольт до нескольких киловольт.

Выход повышающего трансформатора подается на линию передачи высокого напряжения, которая транспортирует мощность / электричество на большие расстояния.Это сделано для уменьшения падения напряжения. Как только эта мощность достигает точки потребления / конечной подстанции, с помощью понижающего трансформатора она снижается до желаемого значения, то есть 220-240 В.

  Также читают:
  Однопереходный транзистор (UJT) - конструкция, работа, кривая характеристик и применение
Технология сотовой связи для телефонов 5G - рабочая архитектура, характеристики, преимущества и недостатки 

Что такое трансформатор? Принцип работы и основы

Определение:

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, используемое для преобразования электрической энергии переменного тока с одного уровня напряжения на другой уровень напряжения путем увеличения или уменьшения значения тока с постоянной частотой.

Детали трансформатора:

Основные части трансформатора следующие:

• Первичная обмотка
• Вторичная обмотка
• Сердечник трансформатора

Обмотки трансформатора:

Обмотки трансформатора обычно состоят из нескольких витков медной (реже алюминиевой) катушки, намотанной на общий магнитный сердечник. Витки обмоток изолированы друг от друга.

Первичная обмотка:

Обмотка, подключенная к источнику переменного тока, называется первичной обмоткой трансформатора.

Вторичная обмотка:

Обмотка, к которой подключена электрическая нагрузка и отводится выходная энергия, называется вторичной обмоткой трансформатора.

Сердечник трансформатора:

Металлическая часть, изготовленная из стали. Сердечник трансформатора состоит из очень тонких стальных пластин для уменьшения потерь на вихревые токи↗. Материал сердечника трансформатора (железо или феррит) имеет высокую проницаемость и обеспечивает легкий поток потока от первичной обмотки к вторичной.Он действует как обычная магнитная цепь. На схеме ниже показаны основные части трансформатора.

Принцип работы трансформатора:

Принцип работы трансформатора основан на законе Фарадея электромагнитной индукции. Этот закон гласит, что скорость изменения магнитного потока, проходящего через катушку или проводник, прямо пропорциональна наведенной ЭДС в этой катушке или проводнике. В случае трансформаторов ЭДС, наведенная во вторичных обмотках трансформаторов, соответствует закону Фарадея.Мы можем записать уравнение ЭДС в трансформаторах из закона Фарадея:

Здесь

= Напряжение, приложенное к первичной обмотке.

= количество витков первичной обмотки.

= скорость изменения магнитного потока внутри сердечника.

Точно так же уравнение для ЭДС, индуцированной во вторичной катушке, будет

.

.

Где

= Напряжение, индуцированное на вторичной катушке.

= Нет.вторичных витков.

= скорость изменения магнитного потока внутри сердечника.

Пояснение:

Трансформатор состоит из двух обмоток (первичной и вторичной), намотанных на общий сердечник из магнитного железа. Когда мы прикладываем переменное напряжение к первичной обмотке трансформатора, это вызывает протекание тока (Ip) в первичных обмотках трансформатора. Поскольку токопроводящая катушка (проводник) создает вокруг себя магнитное поле, переменный ток в первичной катушке создает переменный магнитный поток.Этот магнитный поток связан с сердечником трансформатора . Поток, производимый внутри сердечника, будет иметь скорость, аналогичную приложенному напряжению.

Переменный магнитный поток в сердечнике также связан с вторичной обмоткой трансформатора и индуцирует напряжение во вторичных обмотках трансформатора (поскольку изменение магнитного потока вызывает в катушке ЭДС) в соответствии с законом Фарадея для электромагнитной индукции. Более того, если нагрузка подключена ко вторичной обмотке, ток начинает течь во вторичных обмотках трансформатора.Это основной принцип работы трансформаторов .

Следует отметить, что величина напряжения (ЭДС), индуцированного во вторичных обмотках трансформатора, зависит от скорости изменения магнитного потока, которая, в свою очередь, зависит от коэффициента передачи.

Передаточное число:

Коэффициент трансформации трансформатора — это отношение вторичного напряжения к первичному напряжению, равное отношению числа витков вторичной обмотки (Ns) к числу витков первичной обмотки (Np).Следовательно, первичная и вторичная ЭДС (Ep и Es) будут пропорциональны Np и Ns соответственно. Следовательно, окончательное соотношение можно записать как:

Здесь,

= Вторичное напряжение.

= Первичное напряжение.

= количество витков вторичной обмотки.

= количество витков первичной обмотки.

Анализируя приведенное выше соотношение, мы можем сказать, что если какое-то напряжение подается на первичную обмотку, мы получаем другое напряжение на вторичных обмотках трансформаторов в зависимости от соотношения витков.Это основная цель трансформатора, то есть повышать (увеличивать) и понижать (уменьшать) напряжение переменного тока. Трансформаторы, повышающие или понижающие уровни напряжения, известны как повышающие и понижающие трансформаторы соответственно.

Повышающий трансформатор:

Трансформатор, повышающий уровень напряжения, известен как повышающий трансформатор. В этом случае индуцируемое напряжение на вторичной катушке больше, чем приложенное первичное напряжение. Более того, количество витков вторичной обмотки больше, чем количество витков первичной обмотки в повышающих трансформаторах.

Понижающий трансформатор:

Трансформатор, понижающий уровень напряжения, известен как понижающий трансформатор. В этом случае количество витков вторичной обмотки меньше числа витков первичной обмотки. Следовательно, индуцированное напряжение на вторичной катушке меньше приложенного напряжения.

Теперь давайте рассмотрим пример для лучшего понимания повышения и понижения напряжения в трансформаторах. Предположим, что мы подаем переменное напряжение = 120 В на первичную обмотку трансформатора.

Также пусть

Количество витков первичной обмотки = 40

Число поворотов во вторичном звене = 100.

Рассчитать напряжение, индуцированное на вторичной стороне?

Решение:

Мы можем рассчитать наведенное вторичное напряжение по формуле отношения витков.

Коэффициент поворотов (TR) =

Формулу выше можно записать как:

Так как мы хотим рассчитать наведенное напряжение на вторичной стороне.

Итак, имеем,

Ставя значения, получаем

В приведенном выше результате наведенная ЭДС во вторичной обмотке трансформатора больше, чем приложенное переменное напряжение, составляющее 120 вольт.Причина проста: количество витков вторичной обмотки больше, чем количество витков первичной обмотки (100> 40). Следовательно, во вторичной обмотке индуцируется повышающее напряжение.

Аналогично, если мы изменим только количество вторичных витков вышеуказанных данных и примем

Число витков вторичной обмотки = 20

Число витков первичной обмотки = 40

Напряжение переменного тока = 120 вольт .

Напряжение на вторичной обмотке?

Решение:

Используя ту же формулу выше, мы имеем

Ставя значения, получаем

В этом случае наведенная ЭДС на вторичной стороне трансформатора меньше, чем приложенное первичное напряжение переменного тока (60 <120).Следовательно, мы имеем понижающее напряжение из-за меньшего количества витков вторичной обмотки.

Заключение:

Трансформатор в основном представляет собой устройство с магнитной связью. Первичная и вторичная стороны трансформатора физически не соединены, и передача энергии происходит только через магнитный домен (сердечник ) . Количество витков первичной и вторичной обмоток, намотанных на стальной сердечник, имеет большое значение. По сути, количество витков является определяющим фактором, в соответствии с которым напряжение повышается или понижается трансформатором.

Вот и все. Надеюсь, это поможет вам.

Похожие сообщения:

Типы изоляторов, используемых в линиях электропередачи ↗

Разница между силовым и распределительным трансформатором ↗

Что такое коэффициент мощности↗

Можно ли использовать трансформатор для повышения постоянного напряжения? — MVOrganizing

Можно ли использовать трансформатор для повышения постоянного напряжения?

Когда источник постоянного напряжения подается на первичную обмотку трансформатора, ток в первичной обмотке остается постоянным.Следовательно, нет никакого изменения магнитного потока, связанного с вторичной обмоткой. Следовательно, напряжение на вторичной катушке равно нулю. Таким образом, трансформатор не может повышать постоянное напряжение.

Что не может быть усилено в трансформаторе?

Когда источник постоянного напряжения подается на первичную обмотку трансформатора, ток в первичной обмотке остается постоянным. Следовательно, напряжение на вторичной катушке равно нулю. Таким образом, трансформатор не может повышать постоянное напряжение.

Можно ли использовать трансформатор для повышения или понижения постоянного напряжения?

Решение.Принцип работы трансформатора — взаимная индукция. Магнитный поток, связанный с первичной обмоткой трансформатора, должен измениться, чтобы вызвать наведенную ЭДС во вторичной обмотке. Трансформаторы не могут работать от постоянного напряжения.

Что произойдет, если на обмотку трансформатора подать напряжение постоянного тока?

Когда напряжение постоянного тока подается на первичную обмотку трансформатора, из-за низкого сопротивления обмотка действует как короткое замыкание на клеммах источника постоянного тока, что приводит к протеканию сильного тока через обмотку, что приводит к перегреву обмотка.

Почему трансформаторы не используются в питании постоянного тока?

Постоянный ток (DC) не имеет изменяющегося во времени поля, потому что ток постоянен, а также отсутствует относительное движение между катушкой и сердечником (магнитной цепью) трансформатора. Трансформатор не передает мощность от первичной к вторичной. Таким образом, питание постоянного тока для трансформатора не используется.

Что случилось с подачей постоянного тока на трансформатор?

Источник постоянного постоянного тока, подключенный к первичной обмотке трансформатора, будет иметь нулевую ЭДС.В результате первичная обмотка трансформатора будет вести себя как короткое замыкание, и через первичную обмотку будет протекать сильный ток, который, в свою очередь, сожжет обмотки.

Как увеличить напряжение постоянного тока?

Чтобы увеличить напряжение постоянного тока в цепи, мы последовательно помещаем отдельные напряжения постоянного тока в цепь. Здесь вы можете видеть 3 источника постоянного напряжения, размещенных последовательно, поскольку отрицательная сторона каждого источника соединяется с положительной стороной другого источника.

Принцип работы трансформатора

| Убытки | Эффективность

Трансформаторы

используются сегодня почти в каждой электрической системе для повышения, понижения или изоляции одного уровня напряжения от другого.Широкое использование трансформаторов началось после того, что в области электричества известно как «Война токов».

Томас Эдисон считал, что система распределения электроэнергии в США должна быть постоянным током с генераторами постоянного тока, доставляющими мощность по системе распределения постоянного тока на нагрузки постоянного тока.

Джордж Вестингауз полагал, что распределительная система переменного тока будет намного лучше, потому что переменный ток можно распределять на большие расстояния с помощью повышающих и понижающих трансформаторов.

Система Westinghouse генераторов переменного тока и трансформаторов переменного тока оказалась лучшей и теперь является стандартной системой распределения, используемой во всем мире.

Поскольку трансформаторы так важны в электрической системе, изучение их принципа действия и использования важно при проектировании, установке или поиске и устранении неисправностей в электрической системе.

Определение трансформатора

Трансформатор — это электрическое устройство, которое использует электромагнетизм для изменения напряжения с одного уровня на другой или для изоляции одного напряжения от другого.

Трансформаторы

используются в электрических распределительных системах для безопасного и эффективного увеличения или уменьшения напряжения и тока. Например, , трансформаторы используются для повышения генерируемого напряжения до высокого уровня для передачи по стране, а затем для снижения его до низкого уровня для использования электрическими нагрузками. См. Рисунок 1.

Трансформаторы

позволяют энергетическим компаниям распределять большие объемы электроэнергии по разумной цене. Большие трансформаторы используются для распределения электроэнергии по городским улицам, а также в крупных производственных или коммерческих зданиях.

Крупные трансформаторы обычно обслуживаются энергетической компанией или рабочими, специально обученными эксплуатации и техническому обслуживанию высоковольтных трансформаторов.

Техники часто работают с небольшими трансформаторами управления. Управляющие трансформаторы изолируют силовую цепь от цепи управления, обеспечивая дополнительную безопасность для оператора цепи.

Трансформаторы

также используются в источниках питания большинства электронного оборудования для повышения или понижения напряжения в линии электропередачи для обеспечения необходимого рабочего напряжения для оборудования.

Трансформатор имеет первичную обмотку и вторичную обмотку, намотанные на железный сердечник. См. Рисунок 2. Первичная обмотка — это катушка трансформатора, который потребляет энергию от источника. Вторичная обмотка — это катушка трансформатора, который подает энергию преобразованного или измененного напряжения на нагрузку.

Рис. 1. Трансформаторы используются для повышения напряжения до высокого уровня для передачи по стране, а затем для понижения его до низкого уровня для использования электрическими нагрузками.

Рис. 2. Трансформатор имеет первичную обмотку и вторичную обмотку, намотанные на железный сердечник.

Принцип работы трансформатора

Трансформатор передает энергию переменного тока от одной цепи к другой. Передача энергии осуществляется магнитным путем через железный сердечник . Когда через провод пропускается переменный ток, вокруг провода создается магнитное поле . Магнитное поле нарастает и разрушается каждые полупериод, потому что по проводу проходит переменный ток. См. Рисунок 3.

Рис. 3. В трансформаторе магнитные силовые линии, создаваемые одной катушкой, индуцируют напряжение во второй катушке.

Первичная обмотка трансформатора создает магнитное поле для железного сердечника. Вторичная катушка подает на нагрузку индуцированное напряжение, пропорциональное количеству витков проводника, разрезанного магнитным полем сердечника.

Трансформатор представляет собой повышающий или понижающий трансформатор в зависимости от соотношения между числом витков проводника на первичной и вторичной сторонах трансформатора. См. Рисунок 4.

Рисунок 4.Напряжение и ток изменяются от первичной до вторичной обмотки в повышающих и понижающих трансформаторах.

Коэффициент витков — это отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки трансформатора.

Если на вторичной обмотке вдвое больше витков, на вторичной обмотке индуцируется удвоенное напряжение. Соотношение первичной и вторичной обмоток составляет 1: 2, что делает трансформатор повышающим трансформатором.

Однако, если только половина витков на вторичной обмотке, только половина напряжения индуцируется на вторичной обмотке.В этом случае отношение первичной обмотки к вторичной составляет 2: 1, что делает трансформатор понижающим трансформатором .

В повышающем трансформаторе соотношение 1: 2 удваивает напряжение. Это может показаться усилением или умножением напряжения без каких-либо жертв. Однако мощность, передаваемая в трансформаторе, одинакова как на первичной, так и на вторичной обмотке, за исключением небольших потерь внутри трансформатора.

Поскольку мощность равна напряжению, умноженному на ток (P = E × I), и мощность всегда одинакова с обеих сторон трансформатора, напряжение не может измениться без изменения тока.

Например, , когда напряжение понижается с 240 В до 120 В в соотношении 2: 1, ток увеличивается с 1 А до 2 А, сохраняя одинаковую мощность на каждой стороне трансформатора.

В отличие от , когда напряжение повышается со 120 В до 240 В в соотношении 1: 2, ток уменьшается с 2 А до 1 А для поддержания баланса мощности. Другими словами, напряжение и ток могут изменяться по определенным причинам, но мощность остается постоянной.

Одним из преимуществ увеличения напряжения и уменьшения тока является то, что мощность может передаваться через провод меньшего сечения, что снижает стоимость линий электропередачи.По этой причине генерируемые напряжения очень сильно повышаются для распределения на большие расстояния, а затем понижаются, чтобы удовлетворить потребности потребителей.

Хотя и напряжение, и ток могут повышаться или понижаться, термины «повышение» и «понижение» при использовании с трансформаторами всегда применимы к напряжению.

Потери трансформатора

Хотя трансформаторы очень эффективны, они не идеальны. Не вся энергия, передаваемая источником первичной стороне, передается во вторичный контур нагрузки.Большая часть потерянной энергии теряется в трансформаторе в виде тепла.

Три типа потерь в трансформаторе с железным сердечником — это резистивные, вихретоковые и гистерезисные потери.

Все эти потери приводят к нагреву типичного трансформатора с железным сердечником при работе с полной нагрузкой. Трансформатор может быть слишком горячим, чтобы дотронуться до него во время нормальной работы, но при этом не должно быть запаха горящей изоляции или лака, а также следов обесцвечивания или дыма. Любой из них указывает технику, что трансформатор перегружен или неисправен.

Резистивные потери возникают из-за сопротивления обмотки катушки. Когда ток проходит через обмотку, она нагревается и теряет энергию, которая могла быть передана вторичной обмотке.

Поскольку железо является хорошим проводником электричества, переменное магнитное поле, которое индуцирует напряжение во вторичной обмотке трансформатора, также вызывает небольшие напряжения в железном сердечнике трансформатора. Эти небольшие напряжения создают вихревые токи, которые, в свою очередь, выделяют тепло. Это тепло также представляет собой потерю, поскольку не выполняет полезной работы.

Вихревые токи минимизируются за счет изготовления сердечника из тонких листов (пластин), изолированных друг от друга, или за счет использования сердечников из порошкового железа вместо твердых блоков железа.

Изоляция между слоями многослойного сердечника прерывает пути тока внутри сердечника и снижает вихревые токи. Этот же метод используется для уменьшения вихревых токов в соленоидах.

Каждый раз, когда сила намагничивания, создаваемая первичной обмоткой трансформатора, изменяется, атомы сердечника перестраиваются в направлении силы.Энергия, необходимая для перестройки атомов железа, должна поступать от входной мощности и не передаваться во вторичную цепь нагрузки. Перестройка атомов железа не следует мгновенно за силой намагничивания, а вместо этого немного отстает от нее. Это запаздывающее действие называется гистерезисом .

Степень гистерезиса — это мера количества энергии, необходимой для перестройки атомов железа в ядре; энергия, потерянная для этого, называется гистерезисной потерей.

Гистерезис приводит к нагреву стального сердечника. Из-за этого и других сходств с механическим трением гистерезис иногда называют магнитным трением. Потери на гистерезис минимизируются за счет использования в сердечнике высококремнистой стали и других сплавов.

КПД трансформатора

В идеальном трансформаторе энергия передается из первичной цепи во вторичную, и потери мощности отсутствуют. Однако у всех трансформаторов есть потери мощности.Большинство трансформаторов работают с небольшими потерями мощности (обычно от 0,5% до 8%). Чем меньше потери мощности, тем эффективнее трансформатор.

КПД трансформатора выражается в процентах. Для расчета КПД трансформатора применяется следующая формула:

\ [Эффективность = \ frac {{{P} _ {s}}} {{{P} _ {p}}} \ times 100 \]

Где

Eff = КПД (в%)

P _S = мощность вторичной цепи (Вт)

P _P = мощность первичного контура (в Вт)

Например, каков КПД трансформатора, который использует 1200 Вт первичной мощности для выдачи 1110 Вт вторичной мощности?

\ [Эффективность = \ frac {{{P} _ {S}}} {{{P} _ {P}}} \ times 100 = \ frac {1110} {1200} \ times 100 = 92.