Высокочастотные трансформаторы тока | Экран для высокочастотного трансформатора

Высокочастотные трансформаторы тока применяется с целью передачи измерительных сведений в предохранительные установки, а также устройства управления. За счет этого гарантируется защита ключей от перезагрузки по току. В качестве последних выступают транзисторы.

Такие трансформаторы функционируют на высоких частотах, показатель способен достигать 1 МГц. Они в обязательном порядке должны гарантировать корректную и оперативную транспортировку импульсов во вторичную цепь, что изолируется от первичной на полное функционирующее напряжение.

Основные виды и характеристики

Данная разработка относится к электрометрии, а именно, к индуктивному нагреванию. Она эффективно используется для контроля и корректировки режима нагрева. Известны следующие типы трансформаторов:

• Галетные с магнитопроводом замкнутого типа. Чтобы корректировать коэффициент трансформации необходимо переключить витки обмоток.
• Для высокочастотного нагрева с сердечником незамкнутого типа (ферритовым). Главный минус применения такого агрегата заключается в незначительном диапазоне эксплуатации при высокочастотном нагреве с незначительным изменением индуктивных нагрузок в результате неожиданного уменьшения КПД в условиях функционирования корректировки показателей с более значительным диапазоном.
• Высокочастотный, что идет с первичной обмоткой, сделанную как спиральная катушка. А вторичная идет одновитковой. Последняя характеризуется наличием вспомогательных выводов, необходимых при подсоединении.

Такие установки представляется возможность приобрести на сайте «МИРСО МАРИЯ» по выгодной цене.

Экраны ВЧ трансформаторов

Экран для высокочастотного трансформатора изготавливают из стального материала и как правило делаю его в несколько слоев. Таким образом он предстает в виде кожуха.

Экран трансформатора качественно и надежно защищает от емкостных, а также индуктивных наводок. Тем не менее, экранирование проводов способно привести к ряду сложностей. Это связано с увеличением паразитной емкости монтажа, которые способствуют фазовым сдвигам, а также в ослаблениям.

В соответствии с изложенным, рекомендуется первоначально произвести оценку наводки, после чего произвести экранирование только самых небезопасных проводников.

Также требуется в обязательном порядке гарантировать безопасное, качественное заземление.

Трансформаторы напряжения

Высокочастотные трансформаторы напряжения 2-х и 3-ообмоточные используются с целью измерения мощности, энергии, а также применяются для:

• питания цепей автоматики;
• предохранения линий электрических передач от замыканий на землю;
• сигнализации.

Такие установки различают по:

• количеству фаз;
• числу обмоток;
• способу охлаждения;
• принципу установки;
• классу точности.

Приобретение высокочастотных трансформаторов тока и напряжения возможно на выгодных для клиента условиях на сайте производства.

Страничка эмбеддера » Трансформатор тока

Иногда нужно узнать – какой ток течет в электрической цепи. Если ток небольшой, для этого можно использовать простой резистор. Если-же ток достигает неприличных величин (к примеру, как в трансформаторах Тесла), приходится искать другие методы измерения. Один из таких методов – использование трансформатора тока.

 

Что это такое?

Трансформатор тока, для краткости будем называть его ТТ, используется повсеместно. К примеру, в электросчетчиках и на подстанциях. Мы-же будем рассматривать то, как его можно использовать для измерения тока в импульсных источниках питания – сварочных аппаратах, трансформаторах Тесла итп. Стоит сразу обратить внимание, что с помощью ТТ можно измерять только переменный ток, но никак не постоянный!

Итак, ТТ позволяет нам измерять очень большой ток. Чем-же ТТ отличается от обычного трансформатора? А вот ничем! Название придумали из-за области применения и характерной конструкции – катушка на тороидальном сердечнике, через которую пропущен провод.

ТТ преобразует проходящий через него ток в пропорциональное напряжение. К примеру, если через трансформатор проходит 100А, то он выдает 1В, а если проходит 200А, то на выходе мы получим 2В.

 

Основные соотношения

Проделав нехитрые математические выкладки, можно убедиться, что для токов в обмотках ТТ с очень большим коэффициентом трансформации по напряжению и  с короткозамкнутой вторичной обмоткой действует такой закон для тока в обмотках:

Для того, чтобы преобразовать ток в напряжение, используют обычный резистор. Типичная схема включения ТТ:

Напряжение, падающее на резисторе R, согласно закону Ома, равно E=IR. Таким образом, зависимость выходного напряжения ТТ от тока определяется простым выражением:

К примеру, рассмотрим трансформатор Тесла, где через ТТ течет ток в 500А. Если у нас 1 виток в первичной обмотке ( да, просто пропущенный через кольцо провод считается за один виток), а во вторичной обмотке — 1000 витков, то ток во вторичной обмотке окажется равным 0.5А. Если мы возьмем сопротивление R1 = 2ом, то при полном токе на нем будет падать 1вольт.

Просто? Еще-бы!

 

Применения

Раз мы уже знаем, что такое токовый трансформатор, давайте подумаем куда его можно всунуть. Кроме того, что можно измерять большие токи, можно еще строить автогенераторы с обратной связью по току. Практически все DRSSTC являются именно такими. Можно также организовывать защиту от превышения тока, без такой защиты большинство импульсных блоков питания являются ”живыми мертвецами”.

 

Запаздывание по фазе

Для автогенераторного применения важна еще одна характеристика ТТ – задержка сигнала.

Запаздывание сигнала может произойти из-за таких факторов

• Индукция рассеяния ТТ вместе с выходным резистором образует ФНЧ.

• Межвитковая емкость в ТТ может стать причиной сдвига фазы.

Для анализа обоих этих ситуация, я набросал простую модель в SWCad’е.

Для предыдущего примера с трансформатором Тесла, возьмем сердечник R25.3 из материала N87 фирмы Epcos. В качестве паразитной емкости, возьмем 1нФ. Не спрашивайте, откуда такая емкость. Мне она кажется значительно большей, чем может возникнуть в любой реальной ситуации. Модель выглядит так:

Результаты симуляции при к. связи = 1

К. связи = 0.5

 

Как видно, отличаются только амплитуды. Сигнала. Никакого запаздывания нет в обоих случаях. Такое поведение сохраняется вплоть до очень высоких частот и до очень маленьких коэффициентов связи. Таким образом, можно сделать вывод, что фаза сигнала практически не зависит от паразитных параметров.

 

Каскадирование токовых трансформаторов

Люди всегда были ленивыми. Некоторым лениво встать из-за компа, а некоторым – мотать тысячи витков в ТТ. Поэтому придумали соединять трансформаторы последовательно. Решение спорное, и поэтому попробуем его проанализировать при помощи того-же симулятора. Включим последовательно два трансформатора на том-же сердечнике с обмоткой по 33 витка на каждом. Замечу, что паразитная емкость в каждом из трансформаторов сильно уменьшилась, что не удивительно.

Результаты симуляции очень похожи на одиночный трансформатор. Никакого запаздывания нет. Только амплитуда становится немного менее предсказуемая – она определяется произведением коэффициентов связи в обоих трансформаторах.

Вывод – в подавляющем большинстве случаев можно применять несколько ТТ, включенных последовательно.

 

Прямоугольный выходной сигнал

Часто необходимо получить прямоугольный выходной сигнал из синусоиды, выдаваемой ТТ. Конечно, это можно сделать с помощью компаратора, однако быстродействующие компараторы дороги и требуют особых навыков от разработчика. Проще собрать следующую, уже почти ставшую стандартом, схему:

 

 

Для чего такие сложности? Стабилитроны – очень медленные устройства. Для повышения быстродействия ограничителя, к ним добавлены диоды Шоттки. Когда напряжение меняет полярность – диоды Шоттки быстро закрываются и не дают стабилитронам испортить сигнал. Такой ограничитель выдает сигнал +-5 вольт. Замечу, что сигнал нужно обязательно ограничивать симметрично, иначе произойдет сдвиг фазы.

Далее идет диодная “вилка” которая защищает вход последующей микросхемы от пробоя отрицательным напряжением.

Диодную вилку нельзя поставить сразу после ТТ, потому, как выбросы из силовой части преобразователя попадут в чувствительные цепи управляющей электроники.

 

Конструкция

Заметьте, что ТТ работает как источник тока, и чем больше витков вы намотаете, тем ближе ТТ будет к идеальному источнику тока и тем точнее будут показания. Также, чем больше витков, тем меньше ток течет через резистор, а значит, уменьшается рассеиваемая на нем мощность. Именно предельная мощность на резисторе обычно является определяющим факторов для количества витков в любительских конструкциях.

Для того, чтобы сделать коэффициент трансформации побольше, первичную обмотку обычно делают всего из одного витка, а во вторичной мотают порядка тысяч.

Проблема насыщения сердечника очень редко проявляется в токовых трансформаторах. Что такое насыщение и как с ним бороться, можно прочитать в статье о GDT.

Чем больше проницаемость сердечника, тем больше к. связи и точнее показания, однако больше становится и паразитная индуктивность, добавляемая в измеряемые цепи. Это часто нежелательно. На практике, в качестве сердечника для ТТ может использоваться практически любой феррит, работающий на необходимой частоте. Для низкочастотных применений используют обычное трансформаторное железо.

В качестве проволоки для вторичной обмотки стоит выбирать проволоку с наибольшим возможным сечением – так уменьшается погрешность измерения.

 

Промышленные ТТ

Естественно, промышленность выпускает громаднейший ассортимент токовых трансформаторов. Они хорошо настроены и могут быть использованы для точных измерений.  Естественно, есть проблемы с доставабельностью в неэпических количествах. К примеру, в киеве, несколько ТТ я видел в магазине “радиомаг”

http://www.rcscomponents.kiev.ua/modules.php?name=Asers_Shop&s_op=viewproduct&cid=236

 

Еще почитать

К моему удивлению, материалов по ТТ очень мало. Но википедия, все-же, знает, что это такое.

http://ru.wikipedia.org/wiki/Трансформатор_тока

Привенение ТТ в электросчетчиках. Там-же описывается немного теории.

http://www.eltranstech.ru/aspect.php

электрический высокочастотный трансформатор — патент РФ 2337423

Рисунки к патенту РФ 2337423

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции электрических высокочастотных трансформаторов для устройств передачи электрической энергии.

Известен трансформатор напряжения — электромагнитный статический преобразователь электрической энергии, содержащий первичную и вторичную обмотки. Мощность из одной обмотки в другую передается электромагнитным полем. Для усиления связи обмотки располагают на ферромагнитном сердечнике — магнитопроводе. В трансформаторах имеет место высокий коэффициент электромагнитной связи С=0,93-0,999.

где M — взаимная индуктивность между первичной и вторичной обмоткой,

L₁, L ₂ — индуктивности первичной и вторичной обмоток.

Для создания магнитного поля в трансформаторе используется реактивная мощность, которая затрачивается на создание поля взаимной индукции и полей рассеяния первичной и вторичной обмоток. Часть активной мощности расходуется на потери в меди в первичной и вторичной обмотке (Копылов И.П. Электрические машины. М.: Логос, 2002 г., стр.131-239).

Недостатком известного устройства является симметрия напряжения на выводах вторичной обмотки, что не позволяет использовать электрический трансформатор для передачи электрической энергии по однопроводниковой линии.

Известно устройство для преобразования и передачи электрической энергии по однопроводной линии на большое расстояние, разработанное Н.Тесла в 1897 году. Согласно изобретению Н.Тесла устройство состоит из двух трансформаторов, один для повышения, а другой для уменьшения потенциала тока, указанные трансформаторы имеют вывод обмотки с проводом большой длины, соединенный с линией, и другой вывод этой обмотки, примыкающий к обмотке из провода более короткой длины, соединен электрически с ней и с землей.

Известен электрический трансформатор, который имеет первичную обмотку, соединенную с электрическим генератором повышенной частоты. Первичная обмотка намотана на вторичную высоковольтную обмотку, длина провода которой значительно больше длины первичной обмотки и приблизительно равна четверти длины волны электромагнитного поля в линии. В этом случае потенциал одного внутреннего вывода высоковольтной обмотки равен нулю, а потенциал другого наружного вывода будет максимальный. Внутренний конец высоковольтной вторичной обмотки соединен с линией передачи электрической энергии, а наружный конец вторичной обмотки и прилегающий вывод первичной обмотки в целях электробезопасности соединен с землей (Н.Тесла Электрический трансформатор. Пат. США №593138 от 02.11.1897 г.).

Недостатком известного устройства являются потери мощности на высокой частоте из-за потерь на сопротивлении высоковольтной обмотки.

Известен высоковольтный высокочастотный трансформатор, содержащий однослойную спиральную катушку, которая выполнена однослойной с электрической длиной, равной четверти длины волны, и подключена к генератору и нагрузке несимметрично (Пат. РФ 2033651 от 22.04.1988 г.).

Недостатком известного устройства является использование для получения резонансных колебаний собственной емкости спиральной обмотки.

Задачей изобретения является повышение эффективности преобразования и передачи электрической энергии. Технический результат заключается в снижении потерь на сопротивлении обмоток трансформатора при работе на повышенной частоте и увеличении добротности высоковольтной обмотки.

Указанный результат достигается тем, что в электрическом высокочастотном трансформаторе, содержащем низковольтную и высоковольтную обмотку, выполненные в виде спиральной катушки с длиной высоковольтной обмотки, равной четверти длины волны тока и напряжения, спиральная обмотка состоит из нескольких последовательно соединенных секций изолированного проводника, площадь сечения которого различна для каждой секции и уменьшается по мере удаления секции от начала спиральной обмотки согласно уравнению:

где cos_i — нормированное значение тока i-й секции; где I_i — ток в i-й секции, I ₀ — ток в начале первой секции; S_i — сечение проводника в i-й секции; а начало спиральной обмотки соединено с концом низковольтной обмотки и через емкость — с одним из выводов высокочастотного генератора.

В варианте исполнения электрического высокочатотного трансформатора в качестве нормированного тока I-ой секции используют среднее значение тока в секции и соответствующее среднему току сечение проводника в секции.

В другом варианте конструкции электрического высокочастотного трансформатора в качестве нормированного тока i-й секции используют максимальное значение тока в этой секции и соответствующее максимальному току максимальное сечение проводника секции.

Сущность изобретения иллюстрируется на фиг.1, 2. На фиг.1 представлена электрическая схема устройства и на фиг.2 показано распределение тока в секциях высоковольтной обмотки высокочастотного трансформатора.

Согласно фиг.1 высокочастотный генератор 1 через емкости 2 подключен к низковольтной обмотке 3 высокочастотного трансформатора 4. Высоковольтная обмотка 5 выполнена в виде спиральной катушки с длиной проводника, равной длины волны тока и напряжения.

где С — скорость электромагнитной волны.

При частоте генератора f₀=25 кГц:

Высоковольтная обмотка 5 состоит из секций С ₁, С₂, C₃, C₄ с разным сечением проводника.

На фиг.2 показано распределение волны тока в четвертьволновой линии спиральной высоковольтной обмотки 5. Средняя плотность тока j

i в каждой секции С _i равна:

где I_i=I₀ cos_I — средний ток в i-й секции,

I₀ — ток в начале первой секции,

S_i — сечение проводника в i-й секции. Считая плотность тока j_i=A постоянной вдоль проводника высоковольтной обмотки, получим уравнение:

где A=const, постоянная величина.

Так как I₀ — фиксированная величина тока для данного трансформатора и режима передачи электроэнергии, разделим обе части равенства на I₀, получим уравнение (I):

где В — новая постоянная величина, а cos_I — нормированное значение тока в i-й секции спиральной обмотки.

На фиг.2 высоковольтная спиральная обмотка четвертьволновой линии длиной 3000 м при частоте 25 кГц содержит три секции по 1000 м каждая. Принимая средние значения нормированных токов для секции С₁, ₁=15° cos₁=0,996; для секции С ₂₂=45° cos ₂=0,707; для секции C ₃₃=75° cos ₃=0,26.

Для выполнения условия (1) одинаковой плотности токов во всех секциях обмотки 5 получаем соотношения для сечений проводника в секциях:

S ₁=0,966B, где B — const;

S₂ =0,707B;

S₃=0,26B;

Выбирая для третьей секции сечение проводника S ₃=1 мм², получим S ₂=2,72 мм², S₃ =3,71 мм².

В варианте исполнения в качестве I_i берут максимальный ток в i-й секции. Тогда для первой секции I₁=I ₀, cos 1=1.

Пример выполнения высокочастотного трансформатора.

Число витков в низковольтной обмотке 3 W₁ =25.

Число витков в высоковольтной спиральной обмотке 5 W₂=1244 витков, число слоев — 21, общая длина обмотки 5 l_в=2474,019 м. Обмотка имеет 3 секции. Первая секция выполнена из провода ПВЗ-10 длиной 355,63 м, сечением 10 мм²; вторая секция из провода ПЗ-6 сечением 6 мм², длиной 409,61 м и третья секция из провода ПВВ-1 сечением 1 мм ², длиной 2100,524 м. Сопротивление обмотки 5 на частоте f₀=1 кГц, R=450 кОм, индуктивность L=0,93 Гн, емкость обмотки 26,82 нФ, добротность Q₁ =129.

При выполнении высоковольтной обмотки 5 только из провода ПВВ-1 сечением 1 мм² длиной 2100,524 м добротность снизилась в 3,28 раза и составила Q ₂=39,3.

Таким образом, по сравнению с известным трансформатором, у которого высоковольтная обмотка выполнена из проводника минимального сечения, одинакового по всей длине высоковольтной обмотки, выполнение высоковольтной спиральной катушки из нескольких секций, в которых сечение проводника уменьшается в соответствии с соотношением (1), снижает потери на сопротивлении обмоток, увеличивает добротность и эффективность преобразования электромагнитной энергии в высокочастотном трансформаторе.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Электрический высокочастотный трансформатор, содержащий низковольтную обмотку, подключенную через емкость к высокочастотному генератору и высоковольтную обмотку, выполненную в виде спиральной катушки с длиной обмотки, равной четверти длины волны тока и напряжения, отличающийся тем, что спиральная обмотка состоит из нескольких секций изолированного проводника, площадь сечения которого различна для каждой секции и уменьшается по мере удаления секции от начала спиральной обмотки согласно уравнению

где cos_i — нормированное значение тока i-й секции;

где I_i — ток в i-й секции, I₀ — ток в начале первой секции; S _i — сечение проводника в i-й секции;

а начало спиральной обмотки соединено с концом низковольтной обмотки и через емкость — с одним из выводов высокочастотного генератора.

2. Электрический высокочастотный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве нормированного тока i-й секции используют среднее значение тока в секции и соответствующее среднему значению тока сечение проводника в секции.

3. Электрический высокочастотный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве нормированного тока i-й секции используют максимальное значение тока в этой секции и соответствующее максимальному току максимальное сечение проводника секции.

Трансформатор. Виды трансформаторов.

Назначение трансформатора и его виды. Обозначение на схеме

Трансформатор – один из самых распространённых электротехнических устройств, как в бытовой технике, так и в силовой электронике.

Назначение трансформатора заключается в преобразовании электрического тока одной величины в другую, большую, или меньшую.

В отношении трансформаторов стоит помнить одно простое правило: постоянный ток они не преобразуют! Основное их назначение — это преобразование переменного, импульсного и пульсирующего тока. Если подвести к трансформатору постоянный ток, то получится лишь раскалённый кусок провода…

На принципиальных схемах трансформатор изображают в виде двух или более катушек, между которыми проводят линию. Вот так.

Катушка под номером Ⅰ символизирует первичную обмотку. К ней подводится напряжение, которое необходимо преобразовать: понизить или повысить — смотря что требуется. Со вторичных обмоток (Ⅱ и Ⅲ) уже снимается пониженное или повышенное напряжение. Как видите, вторичных обмоток может быть несколько.

Вертикальная линия между первичной и вторичной обмоткой символизирует магнитный сердечник или по-другому, магнитопровод.

Максимальный коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора чрезвычайно высок и в некоторых случаях может быть более 90%. Благодаря малым потерям при преобразовании энергии трансформатор и получил такое широкое применение в электронике.

Основные функции трансформатора, которые более востребованы в бытовой электронике две, это:

• Понижение переменного напряжения электрической сети 110/127/220В до уровня в несколько десятков или единиц вольт (5 – 48 и более вольт). Связано это с тем, что большинство электронных приборов состоит из полупроводниковых компонентов – транзисторов, микросхем, процессоров, которые прекрасно работают при достаточно низком напряжении питания. Поэтому необходимо понижать напряжение до низких значений. Диапазон напряжения питания такой электроники как магнитолы, музыкальные центры, DVD – плееры, как правило, лежит в пределах 5 – 30 вольт. По этой причине понижающие трансформаторы заняли достойное место в бытовой электронике.

• Гальваническая развязка электрической сети 220В от питающих цепей электроприборов. Понизить напряжение во многих случаях можно и без использования трансформаторов. Но к этому прибегают достаточно редко. Что самое главное при пользовании электроприбором? Конечно, безопасность!

  Гальваническая развязка от электросети снижает риск поражения электрическим током за счёт того, что первичная и вторичная обмотки изолированы друг от друга. При электрическом пробое фазовое напряжение сети не попадёт на вторичную обмотку, а, следовательно, и на весь электроприбор.

  Стоит отметить, что, например, автотрансформатор гальванически связан с сетью, так как его первичная и вторичная обмотки соединены между собой конструктивно. Этот момент необходимо учитывать при настройке, отладке и ремонте электронного оборудования, дабы обезопасить себя от поражения электрическим током.

Конструктивно трансформатор состоит из двух и более обмоток – первичной, та, что подключается к сети, и вторичной, которая подключается к нагрузке (электроприбору). Обмотки представляют собой катушки медного или алюминиевого провода в лаковой изоляции. Обе катушки плотно наматываются на изоляционный каркас, который закрепляют на магнитопровод – сердечник. Магнитопровод изготавливают из магнитного материала. Для низкочастотных трансформаторов материалом магнитопровода служит пермаллой, трансформаторная сталь. Для более высокочастотных – феррит.

Магнитопровод низкочастотных трансформаторов состоит из набора Ш, П или Г-образных пластин. Наверняка вы уже видели такие у пунктов приёма цветного металлолома . Магнитопровод из феррита, как правило, цельнотелый, монолитный. Вот так выглядит ферритовый магнитопровод от трансформатора гальванической развязки (ТГР) сварочного инвертора.

У высокочастотных маломощных трансформаторов роль сердечника может выполнять воздушная среда. Дело в том, что с ростом частоты преобразования габариты магнитопровода резко уменьшаются.

Если сравнить трансформатор лампового телевизора с тем, который установлен в современном полупроводниковом, то разница будет ощутима. Трансформатор лампового телевизора весит пару – тройку килограммов, в то время как высокочастотный трансформатор современного телевизора несколько десятков, либо сотен граммов. Выигрыш в габаритах и весе очевиден.

Уменьшение веса и габаритов трансформаторов достигается за счёт применения высокочастотных импульсных преобразователей, где трансформатор работает на частоте в 20 – 40 кГц, а не 50-60 герц, как в случае с обычным низкочастотным трансформатором. Увеличение рабочей частоты позволяет уменьшить размеры магнитопровода (сердечника), а также существенно снизить затраты на обмоточный провод, так как количество витков в обмотках высокочастотных трансформаторов невелико.

По конструктивному исполнению трансформаторы делят на несколько видов: стержневые, броневые и тороидальные (они же кольцевые). Стержневой вариант выглядит вот так.

Броневой же имеет боковые стержни без обмоток. Такая конструкция защищает от повреждений медные обмотки, но и затрудняет их охлаждение в процессе работы. Броневые трансформаторы наиболее распространены в электронике.

Наилучшими параметрами обладают тороидальные, или по-другому, кольцевые трансформаторы.

Их конструкция способствует хорошему охлаждению, а магнитный поток наиболее эффективно распределён вокруг обмоток, что уменьшает магнитный поток рассеяния и увеличивает КПД. Из-за магнитного потока рассеяния возникают потери, что снижает эффективность трансформатора. Наибольший поток рассеяния у броневых трансформаторов.

Мощность трансформатора зависит от размеров сердечника и рабочей частоты преобразования. Во многих случаях мощность низкочастотного трансформатора (работающего на частоте 50-60 Гц) можно определить не прибегая к сложным расчётам. Об этом я уже рассказывал.

Иногда на практике требуется определить выводы первичной и вторичной обмоток. Вот несколько советов, которые помогут разобраться, как это сделать.

Первичная обмотка понижающего трансформатора всегда будет намотана более тонким проводом, чем вторичная. Связано это с тем, что при понижении напряжения возможно увеличение тока во вторичной обмотке, следовательно, нужен провод большего сечения.

В случае повышающего трансформатора вторичная обмотка наматывается более тонким проводом, чем первичная, так как максимальный ток вторичной обмотки будет меньше тока первичной.

В этой взаимосвязи и заключается преобразование: увеличиваем напряжение – уменьшается ток, уменьшаем напряжение – увеличивается ток.

Развитие силовой электроники привело к появлению, так называемых, электронных трансформаторов. Сам по себе электронный трансформатор не является электротехнической деталью — это законченное электронное устройство, которое выполняет функцию преобразования переменного напряжения.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

высокочастотный трансформатор | Расчет высокочастотного трансформатора

В качестве эффективной и высокомощной преобразовательной техники в системах электропитания и построения генераторов широко применяется высокочастотный трансформатор. Его конструкция включает две чередующиеся первичные и вторичные обмотки, формирующие отделения, расположенные в торцевой части первичек.

Особенности устройства

Все секционные обмотки изготавливают, соблюдая оптимальное соотношение длины и диаметра намотки. Подобное строение трансформатора дает возможность просто и с минимальными затратами времени заменить секции в процессе ремонта. Если в установке силового оборудования предусмотрен воздушный зазор, удается без особых усилий настроить выравнивание выходного напряжения.

Трансформаторы, преобразовывающие напряжение с высокой частотой переменного тока, состоят из:

• сердечника;
• первички;
• вторичной обмотки.

Высокий коэффициент полезного обусловлен наличием магнитопровода, имеющего форму полукруга. При данной конфигурации для любой электрической цепи будет характерно снижение рассеивания магнитного поля, показателя удельных потерь. С подобными задачами превосходно справляется современный высокочастотный трансформатор с небольшими размерами и легким весом.

Устройство легко монтируется, не занимая много полезного пространства.

Высокочастотный трансформатор с дисковой обмоткой

Преобразователь высоких частот, оснащенный дисковой обмоткой, используется с целью индукционного нагрева.

Первичка дисковая состоит из двух частей. А вторичная обмотка содержит чередующиеся листовые витки, имеющие изоляционное покрытие. Оно защищает элементы намотки от нежелательных контактов между собой.

На обеих обмотках имеются специальные отверстия, куда частично или полностью вставлен магнитный провод. Все секции первички локализуют над наружными поверхностями листов вторичной обмотки. Связи между витками имеют последовательный кондуктивный характер.

Выполнение конструкции и поверхностей сердечника реализуется с учетом необходимости передвижения вдоль оси обмоток или снабжения катушкой с электромагнитной индукцией.

Данные расчета

Расчет высокочастотного трансформатора осуществляется с использованием множества входных данных:

• амплитуда индукции;
• частота преобразования;
• сопротивление канала;
• напряжение насыщения;
• питание плотность тока и др.

Вычисления производятся для того, чтобы узнать оптимальную габаритную и потребляемую мощность, индуктивности и число витков первичной и вторичной обмотки.

Приобрести высокочастотный трансформатор

Целесообразно подобрать оптимальное устройство для стабилизации напряжения с переменной частотой вам помогут в нашем магазине. Высокочастотный трансформатор, купить который на сайте компании «МИРСО МАРИЯ» можно по довольно низкой цене, обеспечит существенную экономию электроэнергии и безопасность работы каждого прибора в электрической сети.

Высокочастотный трансформатор — ток — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Высокочастотный трансформатор — ток

Cтраница 1

Применяемые высокочастотные трансформаторы тока также могут либо встраиваться в измеритель ( р ис.  [1]

Приводятся различные конструкции термопреобразователей, высокочастотных трансформаторов тока и термоприборов в целом, дана область их применения. Рассмотрены основные расчетные соотношения элементов схемы термоприбора и дается анализ погрешностей, вносимых этими элементами как при работе термоприбора на промышленной частоте, так и при работе на высоких частотах.  [2]

Добавочное устройство типа П23, состоящее из высокочастотного трансформатора тока и вакуумного термопреобразователя, оформлено в металлическом корпусе, служащем электромагнитным экраном, устраняющим влияние внешних полей.  [3]

Поэтому для токов большой силы обязательны специальные приборы с нагреваемой лентой и многожильными соединительными проводами, или специальные высокочастотные трансформаторы тока.  [4]

Расширение пределов измерения по току до 1 а осуществляется применением термопреобразователей на различные значения номинального тока, для измерения тока свыше 1 а широкое распространение получили высокочастотные трансформаторы тока. Расширение пределов измерения у термовольтметров осуществляется безреактивными добавочными сопротивлениями ( например, твердоугольными или бороуглеродистыми прецизионными типа БЛП), подключенными последовательно с нагревателем термопреобразователя.  [5]

В каждом из генераторных блоков ГБ располагаются четыре эк-ситрона инверторного моста с блоками собственных нужд, смещения и сеточными импульсными трансформаторами, обратные диоды, элементы коммутирующего контура ( катушки, разделительные и коммутирующие конденсаторы), высокочастотные контакторы для ступенчатого изменения монщости генератора, высокочастотный трансформатор тока, элементы электромеханической блокировки.  [7]

Расширение пределов измерения по току до 1 а осуществляется применением термопреобразователей на различные токи при использовании одного и того же милливольтметра. При измерении больших токов для расширения пределов измерения термоамперметров применяют специальные высокочастотные трансформаторы тока.  [8]

В машинном зале установлены пять преобразователей частоты 1 — 5Г типа ВГО-500 / 2500 ( 700 в, 680 а, 2 500 гц) и преобразователь 6Г типа ВГО-250 / 2500 ( 700 в, 340 а, 2500 гц), работающие параллельно на сборные шины. КВ-1225; а фидерах генераторов установлены также; разъединители 4Р — 9Р типа РВО-10 / 1000; разрядники / — 6РЗ и аппаратура измерения и защиты: высокочастотные трансформаторы тока 9 — 14ТТ типа ТКЧ-2-3, высокочастотные трансформаторы типа НОСВ-1-6ТН, измерительные приборы в. Схема включения генератора на сборные шины, так же как и схема включения приводного двигателя, предусматривает отключение генератора и двигателя от шин при снижении давления или отсутствии охлаждающей воды в радиаторах преобразовательного агрегата ( реле давления воды РД и 1РД типа СПОС-6), а также дверную блокировку дверей в. Схемы включения генераторов и схемы включения их двигателей связаны блок-контактами выключателей нагрузки ВН-1 так, что включение соответствующего генератора на общие шины возможно только после включения его приводного двигателя.  [9]

Характерной особенностью новых универсальных приборов является увеличение количества измеряемых величин и пределов измерения. Различными путями, в том числе применением растяжек, уменьшается потребление мощности, повышаются частотные пределы приборов. Пределы измерения высокочастотных приборов с германиевыми выпрямителями расширяются при помощи высокочастотных трансформаторов тока с ферритовыми сердечниками и емкостных делителей напряжения.  [10]

Наиболее чувствительными к сигналам ЧР являются электрические датчики, подключенные к высоковольтной шине контролируемого оборудования через конденсатор связи. Однако конденсатор связи имеет большие габариты и вес и практически не может использоваться при полевых работах. Поэтому электрические датчики обычно подключаются к ПИНам или измерительным выводам высоковольтных вводов ( емкость которых используется как конденсатор связи) или к высокочастотным трансформаторам тока, надетым на провода заземления элементов высоковольтного оборудования, имеющих емкостную связь с высоковольтной шиной.  [11]

Страницы:      1

Электрический высокочастотный трансформатор

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим высокочастотным трансформаторам для устройств передачи электрической энергии. Технический результат заключается в снижении потерь на сопротивлении обмоток трансформатора при работе на повышенной частоте и увеличении добротности высоковольтной обмотки. Электрический высокочастотный трансформатор содержит низковольтную и высоковольтную обмотку, выполненные в виде спиральной катушки с длиной высоковольтной обмотки, равной четверти длины волны тока и напряжения. Спиральная обмотка состоит из нескольких последовательно соединенных секций изолированного проводника, площадь сечения которого различна для каждой секции и уменьшается по мере удаления секции от начала спиральной обмотки согласно уравнению:

где cosϕ_i — нормированное значение тока i-й секции равно I_i/I₀, где I_i — ток в i-й секции, I₀ — ток в начале первой секции; S_i — сечение проводника в i-й секции, 0≤ϕ_i≤π/2. Начало спиральной обмотки соединено с концом низковольтной обмотки и через емкость — с одним из выводов высокочастотного генератора. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции электрических высокочастотных трансформаторов для устройств передачи электрической энергии.

Известен трансформатор напряжения — электромагнитный статический преобразователь электрической энергии, содержащий первичную и вторичную обмотки. Мощность из одной обмотки в другую передается электромагнитным полем. Для усиления связи обмотки располагают на ферромагнитном сердечнике — магнитопроводе. В трансформаторах имеет место высокий коэффициент электромагнитной связи С=0,93-0,999.

где M — взаимная индуктивность между первичной и вторичной обмоткой,

L₁, L₂ — индуктивности первичной и вторичной обмоток.

Для создания магнитного поля в трансформаторе используется реактивная мощность, которая затрачивается на создание поля взаимной индукции и полей рассеяния первичной и вторичной обмоток. Часть активной мощности расходуется на потери в меди в первичной и вторичной обмотке (Копылов И.П. Электрические машины. М.: Логос, 2002 г., стр.131-239).

Недостатком известного устройства является симметрия напряжения на выводах вторичной обмотки, что не позволяет использовать электрический трансформатор для передачи электрической энергии по однопроводниковой линии.

Известно устройство для преобразования и передачи электрической энергии по однопроводной линии на большое расстояние, разработанное Н.Тесла в 1897 году. Согласно изобретению Н.Тесла устройство состоит из двух трансформаторов, один для повышения, а другой для уменьшения потенциала тока, указанные трансформаторы имеют вывод обмотки с проводом большой длины, соединенный с линией, и другой вывод этой обмотки, примыкающий к обмотке из провода более короткой длины, соединен электрически с ней и с землей.

Известен электрический трансформатор, который имеет первичную обмотку, соединенную с электрическим генератором повышенной частоты. Первичная обмотка намотана на вторичную высоковольтную обмотку, длина провода которой значительно больше длины первичной обмотки и приблизительно равна четверти длины волны электромагнитного поля в линии. В этом случае потенциал одного внутреннего вывода высоковольтной обмотки равен нулю, а потенциал другого наружного вывода будет максимальный. Внутренний конец высоковольтной вторичной обмотки соединен с линией передачи электрической энергии, а наружный конец вторичной обмотки и прилегающий вывод первичной обмотки в целях электробезопасности соединен с землей (Н.Тесла Электрический трансформатор. Пат. США №593138 от 02.11.1897 г.).

Недостатком известного устройства являются потери мощности на высокой частоте из-за потерь на сопротивлении высоковольтной обмотки.

Известен высоковольтный высокочастотный трансформатор, содержащий однослойную спиральную катушку, которая выполнена однослойной с электрической длиной, равной четверти длины волны, и подключена к генератору и нагрузке несимметрично (Пат. РФ 2033651 от 22.04.1988 г.).

Недостатком известного устройства является использование для получения резонансных колебаний собственной емкости спиральной обмотки.

Задачей изобретения является повышение эффективности преобразования и передачи электрической энергии. Технический результат заключается в снижении потерь на сопротивлении обмоток трансформатора при работе на повышенной частоте и увеличении добротности высоковольтной обмотки.

Указанный результат достигается тем, что в электрическом высокочастотном трансформаторе, содержащем низковольтную и высоковольтную обмотку, выполненные в виде спиральной катушки с длиной высоковольтной обмотки, равной четверти длины волны тока и напряжения, спиральная обмотка состоит из нескольких последовательно соединенных секций изолированного проводника, площадь сечения которого различна для каждой секции и уменьшается по мере удаления секции от начала спиральной обмотки согласно уравнению:

где cosϕ_i — нормированное значение тока i-й секции; где I_i — ток в i-й секции, I₀ — ток в начале первой секции; S_i — сечение проводника в i-й секции; а начало спиральной обмотки соединено с концом низковольтной обмотки и через емкость — с одним из выводов высокочастотного генератора.

В варианте исполнения электрического высокочатотного трансформатора в качестве нормированного тока I-ой секции используют среднее значение тока в секции и соответствующее среднему току сечение проводника в секции.

В другом варианте конструкции электрического высокочастотного трансформатора в качестве нормированного тока i-й секции используют максимальное значение тока в этой секции и соответствующее максимальному току максимальное сечение проводника секции.

Сущность изобретения иллюстрируется на фиг.1, 2. На фиг.1 представлена электрическая схема устройства и на фиг.2 показано распределение тока в секциях высоковольтной обмотки высокочастотного трансформатора.

Согласно фиг.1 высокочастотный генератор 1 через емкости 2 подключен к низковольтной обмотке 3 высокочастотного трансформатора 4. Высоковольтная обмотка 5 выполнена в виде спиральной катушки с длиной проводника, равной длины волны тока и напряжения.

где С — скорость электромагнитной волны.

При частоте генератора f₀=25 кГц:

Высоковольтная обмотка 5 состоит из секций С₁, С₂, C₃, C₄ с разным сечением проводника.

На фиг.2 показано распределение волны тока в четвертьволновой линии спиральной высоковольтной обмотки 5. Средняя плотность тока j_i в каждой секции С_i равна:

где I_i=I₀cosϕ_I — средний ток в i-й секции,

I₀ — ток в начале первой секции,

S_i — сечение проводника в i-й секции. Считая плотность тока j_i=A постоянной вдоль проводника высоковольтной обмотки, получим уравнение:

где A=const, постоянная величина.

Так как I₀ — фиксированная величина тока для данного трансформатора и режима передачи электроэнергии, разделим обе части равенства на I₀, получим уравнение (I):

где В — новая постоянная величина, а cosϕ_I — нормированное значение тока в i-й секции спиральной обмотки.

На фиг.2 высоковольтная спиральная обмотка четвертьволновой линии длиной 3000 м при частоте 25 кГц содержит три секции по 1000 м каждая. Принимая средние значения нормированных токов для секции С₁, ϕ₁=15° cosϕ₁=0,996; для секции С₂ ϕ₂=45° cos ϕ₂=0,707; для секции C₃ ϕ₃=75° cos ϕ₃=0,26.

Для выполнения условия (1) одинаковой плотности токов во всех секциях обмотки 5 получаем соотношения для сечений проводника в секциях:

S₁=0,966B, где B — const;

S₂=0,707B;

S₃=0,26B;

Выбирая для третьей секции сечение проводника S₃=1 мм², получим S₂=2,72 мм², S₃=3,71 мм².

В варианте исполнения в качестве I_i берут максимальный ток в i-й секции. Тогда для первой секции I₁=I₀, cos ϕ1=1.

Пример выполнения высокочастотного трансформатора.

Число витков в низковольтной обмотке 3 W₁=25.

Число витков в высоковольтной спиральной обмотке 5 W₂=1244 витков, число слоев — 21, общая длина обмотки 5 l_в=2474,019 м. Обмотка имеет 3 секции. Первая секция выполнена из провода ПВЗ-10 длиной 355,63 м, сечением 10 мм²; вторая секция из провода ПЗ-6 сечением 6 мм², длиной 409,61 м и третья секция из провода ПВВ-1 сечением 1 мм², длиной 2100,524 м. Сопротивление обмотки 5 на частоте f₀=1 кГц, R=450 кОм, индуктивность L=0,93 Гн, емкость обмотки 26,82 нФ, добротность Q₁=129.

При выполнении высоковольтной обмотки 5 только из провода ПВВ-1 сечением 1 мм² длиной 2100,524 м добротность снизилась в 3,28 раза и составила Q₂=39,3.

Таким образом, по сравнению с известным трансформатором, у которого высоковольтная обмотка выполнена из проводника минимального сечения, одинакового по всей длине высоковольтной обмотки, выполнение высоковольтной спиральной катушки из нескольких секций, в которых сечение проводника уменьшается в соответствии с соотношением (1), снижает потери на сопротивлении обмоток, увеличивает добротность и эффективность преобразования электромагнитной энергии в высокочастотном трансформаторе.

1. Электрический высокочастотный трансформатор, содержащий низковольтную обмотку, подключенную через емкость к высокочастотному генератору и высоковольтную обмотку, выполненную в виде спиральной катушки с длиной обмотки, равной четверти длины волны тока и напряжения, отличающийся тем, что спиральная обмотка состоит из нескольких секций изолированного проводника, площадь сечения которого различна для каждой секции и уменьшается по мере удаления секции от начала спиральной обмотки согласно уравнению

где cosϕ_i — нормированное значение тока i-й секции;

где I_i — ток в i-й секции, I₀ — ток в начале первой секции; S_i — сечение проводника в i-й секции;

а начало спиральной обмотки соединено с концом низковольтной обмотки и через емкость — с одним из выводов высокочастотного генератора.

2. Электрический высокочастотный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве нормированного тока i-й секции используют среднее значение тока в секции и соответствующее среднему значению тока сечение проводника в секции.

3. Электрический высокочастотный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве нормированного тока i-й секции используют максимальное значение тока в этой секции и соответствующее максимальному току максимальное сечение проводника секции.