Активное сопротивление трансформатора: Реактивное сопротивление трансформатора: формулы расчета — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Реактивное сопротивление трансформатора: формулы расчета

Мы привыкли считать, что все магнитные потоки в трансформаторе пронизывают обе обмотки и магнитопровод. Если бы существовал идеальный трансформатор, то это действительно так бы и происходило. К сожалению, в реальности часть магнитного потока преодолевает изоляционное пространство, выходит за пределы обмоток и замыкается в них (см. рис. 1). В результате возникает реактивное сопротивление трансформатора. Такое явление ещё называют рассеиванием магнитных потоков.

Рис. 1. Схема, иллюстрирующая рассеивание магнитных потоков

В катушках существуют и другие сопротивления, являющиеся причинами потерь мощности. Таковыми являются: внутреннее сопротивление материалов обмоток, и рассеивания, вызванные индуктивными сопротивлениями. Совокупность рассеиваний магнитных потоков называют внутренним сопротивлением или импедансом трансформатора.

Потери реактивных мощностей

Вспомним, как работает идеальный двухобмоточный трансформатор (см.

рис. 2). Когда первичная обмотка окажется под переменным напряжением (например, от электрической сети), возникнет магнитный поток, который пронизывает вторичную катушку индуктивности. Под действием магнитных полей происходит возбуждение вторичных обмоток, в витках которых возникает ЭДС. При подключении активной мощности к прибору во вторичной цепи начинает протекать переменный ток с частотой входного тока.

Рис. 2. Устройство трансформатора

В идеальном трансформаторе образуется прямо пропорциональная связь между напряжениями в обмотках. Их соотношение определяется соотношением числа витков каждой из катушек. Если U₁ и U₂ – напряжения в первой и второй обмотке соответственно, а w

1 и w₂ – количество витков обмоток, то справедлива формула: U₁/ U₂ = w₁/ w₂.

Другими словами: напряжение в рабочей обмотке во столько раз больше (меньше), во сколько раз количество мотков второй катушки увеличено (уменьшено) по отношению к числу витков, образующих первичную обмотку.

Величину w₁/ w₂ = k принято называть коэффициентом трансформации. Заметим, что формула, приведённая выше, применима также для автотрансформаторов.

В реальном трансформаторе часть энергии теряется из-за рассеяния магнитных потоков (см. рис. 1). Зоны, где происходит концентрация потоков рассеяния обозначены пунктирными линиями. На рисунке видно, что индуктивность рассеяния охватывает магнитопровод и выходит за пределы обмоток.

Наличие реактивных сопротивлений в совокупности с активным сопротивлением обмоток приводят к нагреванию конструкции. То есть, при расчётах КПД необходимо учитывать импеданс трансформатора.

Обозначим активное сопротивление обмоток символами R₁ и R₂ соответственно, а реактивное – буквами X₁ и X₂. Тогда импеданс первичной обмотки можно записать в виде: Z₁= R₁+jX₁. Для рабочей катушки соответственно будем иметь:

Z₂= R₂+jX₂, где j – коэффициент, зависящий от типа сердечника.

Реактивное сопротивление можно представить в виде разницы индукционного и ёмкостного показателя: X = R_L – R_C. Учитывая, что R_L = ωL, а R_C = 1/ωC, где ω – частота тока, получаем формулу для вычисления реактивного сопротивления: X = ωL – 1/ωC.

Не прибегая к цепочке преобразований, приведём готовую формулу для расчёта полного сопротивления, то есть, для определения импеданса трансформатора:

Суммарное сопротивление трансформатора необходимо знать для определения его КПД. Величины потерь в основном зависят от материала обмоток и конструктивных особенностей трансформаторного железа. Вихревые потоки в монолитных стальных сердечниках значительно больше, чем многосекционных конструкциях магнитопроводов. Поэтому на практике сердечники изготавливаются из тонких пластин трансформаторной стали. С целью повышения удельного сопротивления материала, в железо добавляют кремний, а сами пластины покрывают изоляционным лаком.

Для определения параметров трансформаторов важно найти активное и реактивное сопротивление, провести расчёты потерь холостого хода. Приведённая выше формула не практична для вычисления импеданса по причине сложности измерений величин индукционного и ёмкостного сопротивлений. Поэтому на практике пользуются другими методами для расчёта, основанными на особенностях режимов работы силовых трансформаторов.

Режимы работы

Двухобмоточный трансформатор способен работать в одном из трёх режимов:

вхолостую;
в режиме нагрузки;
в состоянии короткого замыкания.

Для проведения расчётов режимов электрических цепей проводимости заменяют нагрузкой, величина которой равна потерям при работе в режиме холостого хода. Вычисления параметров схемы замещения проводят опытным путём, переводя трансформатор в один из возможных режимов: холостого хода, либо в состояние короткого замыкания. Таким способом можно определить:

уровень потерь активной мощности при работе на холостом ходу;
величины потерь активной мощности в короткозамкнутом приборе;
напряжение короткого замыкания;
силу тока холостого хода;
активное и реактивное сопротивление в короткозамкнутом трансформаторе.

Параметры режима холостого хода

Для перехода в работу на холостом ходу необходимо убрать отсутствует нагрузку на вторичной обмотке, то есть – разомкнуть электрическую цепь. В разомкнутой катушке напряжение отсутствует. Главной составляющей тока в первичной цепи является ток, возникающий на реактивных сопротивлениях. С помощью измерительных приборов довольно просто найти основные параметры переменного тока намагничивания, используя которые можно вычислить потери мощности, умножив силу тока на подаваемое напряжение.

Схема измерений на холостом ходу показана на рисунке 3. На схеме показаны точки для подключения измерительных приборов.

Рис. 3. Схема режима холостого хода

Формула, применяемая для расчётов параметров реактивной проводимости, выглядит так: В_т = I_х%*S_ном / 100* U_{в ном}² Умножитель 100 в знаменателе применён потому, что величина тока холостого хода I_хобычно выражается в процентах.

Режим короткого замыкания

Для перевода трансформатора на работу в режиме короткого замыкания закорачивают обмотку низшего напряжения. На вторую катушку подают такое напряжение, при котором в каждой обмотке циркулирует номинальный ток. Поскольку подаваемое напряжение существенно ниже номинальных напряжений, то потери активной мощности в проводимости настолько малы, что ими можно пренебречь.

Таким образом, у нас остаются активные мощности в трансформаторе, которые расходуются на нагрев обмоток: ΔP_k = 3* I_1ном * R_т. Выразив ток I_{1 ном} через напряжение U_ка и сопротивление R

т, умножив выражение на 100, получим формулу для вычисления падения напряжения в зонах активного сопротивления (в процентах):

Активное сопротивление двухобмоточного силового трансформатора вычисляем по формуле:

Подставив значение R_т в предыдущую формулу, получим:

Вывод: в короткозамкнутом трансформаторе падение напряжения в зоне активного сопротивления (выраженная в %) прямо пропорционально размеру потерь активной мощности.

Формула для вычисления падения напряжения в зонах реактивных сопротивлений имеет вид:

Отсюда находим:

Величины реактивных сопротивлений в современных трансформаторах гораздо меньше активного. Поэтому можно считать что падение напряжения в зоне реактивного сопротивления

U_{к р} ≈ U_к, поэтому для практических расчётов можно пользоваться формулой: X_T = U_k*U_{в ном}²/ 100*S_ном

Рассуждения, приведённые выше, справедливы также для многообмоточных, в том числе и для трёхфазных трансформаторов. Однако вычисления проводятся по каждой обмотке в отдельности, а задача сводится к решению систем уравнений.

Знание коэффициентов мощности, сопротивления рассеивания и других параметров магнитных цепей позволяет делать расчёты для определения величин номинальных нагрузок. Это, в свою очередь, обеспечивает работу трансформатора в промежутке номинальных мощностей.

Список использованной литературы

Сивухин Д. В. «Общий курс физики» 1975
Н.А. Костин, О.Г.Шейкина «Теоретические основы электротехники» 2007
Нейман Л.Р., Демирчян К.С. «Теоретические основы электротехники» 1981
Бартош А.И. «Электрика для любознательных» 2019

Сопротивление элементов схемы замещения в сети 0,4 кВ

Содержание

Для того чтобы рассчитать токи КЗ в сети до 1000 В, следует первоначально составить схему замещения, которая состоит из всех сопротивлений цепи КЗ. Активные и индуктивные сопротивления всех элементов схемы замещения выражают в миллиомах (мОм).

Как определять сопротивления отдельных элементов схемы замещения, об этом вы и узнаете в этой статье.

Активные и индуктивные сопротивления питающей энергосистемы рассчитывают на стороне ВН понижающего трансформатора и приводят к стороне НН по формуле 2-6 [Л3. с. 28].

На практике можно не учитывать активное сопротивление энергосистемы, а значение индуктивного сопротивления приравнивать как к полному сопротивлению энергосистемы (на точность расчетов это никак не скажется). В этом случае значение (в Омах) индуктивное (полное) сопротивление энергосистемы определяется по формуле 2-7 [Л3. с. 28].

После того как определили индуктивное сопротивление системы по формуле 2-7 [Л3. с. 28], данное сопротивление нужно привести к стороне НН по формуле 2-6 [Л3. с. 28].

Индуктивное сопротивление системы, также можно определить по формулам представленных в ГОСТ 28249-93:

Как мы видим формула 1 из ГОСТ 28249-93 соответствует формулам 2-6, 2-7 из [Л3. с. 28].

Пример

Определить сопротивление энергосистемы, учитывая, что ток КЗ со стороны энергосистемы на зажимах ВН трансформатора 6/0,4 кВ составляет в максимальном режиме – 19 кА, в минимальном – 13 кА.

Решение

Определяем индуктивное сопротивление энергосистемы по формулам 2-6, 2-7.

Сопротивление энергосистемы в максимальном режиме, приведенное к напряжению 0,4 кВ:

Сопротивление энергосистемы в минимальном режиме, приведенное к напряжению 0,4 кВ:

Значения (в мОм) полного (zт), активного (rт) и индуктивного (хт) сопротивления понижающего трансформатора приведенных к стороне НН определяются по формулам: 2-8, 2-9, 2-10 [Л3. с. 28].

На большинстве трансформаторов 10(6)/0,4 кВ имеется возможность регулирования напряжения путем переключения без возбуждения (ПБВ) при отключенном от сети трансформаторе как со стороны высшего так и низшего напряжения. Напряжение регулируется со стороны высшего напряжения на величину ±2х2,5% от номинального значения.

Для трансформаторов с пределом регулирования ПБВ ±2х2,5%, полное сопротивление будет изменятся в пределах:

Значения индуктивного и активного сопротивления трансформатора по ГОСТ 28249-93 определяются по формулам:

Как видно, формулы из ГОСТ 28249-93 совпадают с формулами приведенными в [Л3. с. 28].

Для упрощения расчета активного и индуктивного сопротивления тр-ра, можно использовать таблицу 2-4 [Л3. с. 29] для схем соединения обмоток трансформатора Y/Yo и ∆/Yo. Причем для схем соединения обмоток трансформатора ∆/Yo, значения активного (r0) и индуктивного (х0) сопротивления нулевой последовательности равны значениям активного и индуктивного сопротивления прямой последовательности: r0 = rт и х0 = хт.

Пример

Определить сопротивление трансформатора ТМ 50/6 со схемой соединения обмоток ∆/Yо.

Решение

По справочным данным определяем технические данные трансформатора: Sном. = 50 кВА, Uном.ВН = 6,3 кВ, Uном.НН = 0,4 кВ, Uкз = 4%, ∆Ркз=1,1 кВт.

Определяем полное сопротивление трансформатора для стороны 0,4 кВ по формуле 2-8:

Определяем активное сопротивление трансформатора для стороны 0,4 кВ по формуле 2-9:

Определяем индуктивное сопротивление трансформатора для стороны 0,4 кВ по формуле 2-10:

Значения активного и индуктивного сопротивления кабелей определяются по формуле 2-11 [Л3. с. 29].

Сопротивление шин и шинопроводов длиной 5м и меньше, можно не рассчитывать, так как они не влияют на значение токов КЗ.

Значения активного и индуктивного сопротивления шин и шинопроводов определяется аналогично кабелям.

Зная расстояние между прямоугольными шинами, можно приближенно определить индуктивное сопротивление (мОм/м) по формуле 2-12 [Л3. с. 29].

Пример

Определить активное и индуктивное сопротивление алюминиевых шин сечением 60х8 мм2 от трансформатора ТМ-630/6 до распределительного щита 0,4 кВ, общая длина проложенных от трансформатора до РП-0,4 кВ составляет 10 м. В данном примере определим сопротивление шин, когда шины находятся как в горизонтальном положении, так и в вертикальном.

Решение

4.1 Определим активное и индуктивное сопротивление шин при горизонтальном расположении.

По таблице 2.6 определяем погонное активное сопротивление r_уд. = 0,074 мОм/м, индуктивное сопротивление определяем по формуле 2-12 [Л3. с. 29].

где: расстояние между шинами первой и второй фазы а₁₂ = 200 мм, между второй и третью а₂₃ = 200 мм, между первой и третью а₁₃ = 200 + 60 + 200 = 460 мм, а среднегеометрическое расстояние:

Сопротивление шин от тр-ра до РП-0,4 кВ:

4.2 Определим активное и индуктивное сопротивление шин при вертикальном расположении

При вертикальном расположении шин, активное сопротивление не изменяется, а индуктивное сопротивление составляет:

где: расстояние между шинами первой и второй фазы а₁₂ = 200 мм, между второй и третью а₂₃ = 200 мм, между первой и третью а₁₃ = 200 + 8 + 200 = 408 мм, а среднегеометрическое расстояние:

Сопротивление шин от тр-ра до РП-0,4 кВ:

Активное и индуктивное сопротивления линий определяется по той же формуле 2-11 [Л3. с. 29], что и кабели.

Значение индуктивного сопротивления для проводов из цветных металлов можно приближенно принимать равным 0,3 мОм/м, активного по табл. 2.8.

Для стальных проводов активное и индуктивное сопротивление определяется исходя из конструкции провода и значения протекающего по нему тока. Зависимость эта сложная и математическому расчету не поддается, из-за большого количества переменных (сечение провода, температура окружающего воздуха, которая постоянно меняется в течении года, времени суток; нагревом провода током КЗ), которые влияют на значение сопротивление стальных проводов.

Поэтому учесть все эти зависимости практически не возможно и на практике активное сопротивление условно принимают при температуре 20°С и определяют по кривым зависимости стальных проводов от проходящего по ним токам, представленных в приложениях П23-П27 [Л4. с. 80-82].

Активное и индуктивное сопротивление для проводов самонесущих изолированных (СИП) определяют по таблицам Б.1, Б.2 [Л5. с. 23-26].

Номинальные параметры реактора уже заданы в обозначении самого реактора типа РТТ и РТСТ. Например у реактора типа РТТ-0,38-100-0,15:

0,38 – номинальное напряжение 380 В;
100 – номинальный ток 100 А;
0,15 – индуктивное сопротивление при частоте 50 Гц равно 150 мОм.

Активное сопротивление для исполнения У3 (алюминиевая обмотка) — 17 мОм, для исполнения Т3 (медная обмотка) – 16 мОм.

Значения активных и индуктивных сопротивлений трансформаторов тока принимаются по приложению 5 таблица 20 ГОСТ 28249-93. Активным и индуктивным сопротивлением одновитковых трансформаторов (на токи более 500 А) при расчетах токов КЗ можно пренебречь.

Согласно [Л3. с. 32] для упрощения расчетов, сопротивления трансформаторов тока не учитывают ввиду почти незаметного влияния на токи КЗ.

Приближенные значения сопротивлений разъемных контактов коммутационных аппаратов напряжением до 1 кВ определяются по приложению 4 таблица 19 ГОСТ 28249-93. При приближенном учете сопротивление коммутационных аппаратов принимают — 1 мОм.

Значения сопротивления контактных соединений кабелей и шинопроводов определяют по приложению 4 таблицы 17,18 ГОСТ 28249-93. Для упрощения расчетов, данными сопротивлениями можно пренебречь. При приближенном учете сопротивлений контактов принимают: • rк = 0,1 мОм — для контактных соединений кабелей;
• rк = 0,01 мОм — для шинопроводов.

1. Рекомендации по расчету сопротивления цепи «фаза-нуль». Главэлектромонтаж. 1986 г.
2. ГОСТ 28249-93 – Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.
3. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сети 0,4 кВ. Учебное пособие. 2008 г.
4. Голубев М.Л. Расчет токов короткого замыкания в электросетях 0,4 — 35 кВ. 2-e изд. 1980 г.
5. ТУ 16-705.500-2006. Провода самонесущие изолированные и защищенные для воздушных линий электропередач.

Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.

Активное сопротивление — трансформатор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Активное сопротивление — трансформатор

Cтраница 1

Активное сопротивление трансформатора обычно точнее всего определяется после его изготовления. [1]

Активное сопротивление трансформаторов принимаем равным 4 % от их индуктивного сопротивления. В конечном счете при полной поперечной компенсации схема приводится к виду, представленному на фиг. [2]

Активные сопротивления трансформаторов и автотрансформаторов высокого напряжения большой мощности очень малы по сравнению с индуктивными. [3]

Активные сопротивления трансформаторов и автотрансформаторов высокого напряжения большой мощности очень малы по сравнению с индуктивными. Поэтому в практических расчетах сетей с крупными трансформаторами и автотрансформаторами можно активными сопротивлениями и потерями мощности в них пренебречь, не внеся в результаты существенной погрешности. [4]

Активные сопротивления трансформаторов или реакторов приняты равными нулю. [5]

Активное сопротивление трансформатора весьма мало. Если при этом принять, что индуктивное сопротивление рассеяния трансформатора приближенно изменяется пропорционально квадрату числа витков его обмоток ( что довольно близко к действительности), то заданное значение ик %, следует считать от напряжения холостого хода того ответвления регулируемой обмотки, которое установлено у трансформатора. [6]

Активное сопротивление трансформатора, отнесенное к базисной мощности. [8]

Активное сопротивление трансформатора обычно точнее всего определяется после его изготовления. [9]

Междуобмоточные активные сопротивления трансформатора определяются по соответствующим потерям к. [10]

Активное сопротивление трансформатора напряжения, изменяющееся в зависимости от его параметров в пределах 3 — 15 кОм, уменьшает постоянную времени разряда и позволяет, как показали результаты измерений, практически полностью снять напряжение с участка линии 500 кВ длиной 250 — 300 км в течение 0 05 с. На линии длиной до 500 км необходима установка двух комплектов трансформаторов напряжения, которые должны размещаться по концам участка. В этом случае коммутационные перенапряжения при ТАПВ будут ограничены по величине до уровня, регистрируемого при включении линии. [11]

Активным сопротивлением трансформатора пренебречь, вентили идеальные. [12]

Определить активное сопротивление трансформатора при холостом ходе, коротком замыкании и нагрузке, если известно, что ток холостого хода / х2 5 А, ток короткого замыкания / 26 А, ток нагруженного трансформатора / j24 А. [13]

Определение активных сопротивлений трансформаторов с расщепленными обмотками производится аналогично определению сопротивлений для трехоб-моточных трансформаторов. [14]

Но поскольку активное сопротивление трансформаторов сравнительно невелико, обычно принимают гт. [15]

Страницы: 1 2 3 4

Двухобмоточный трансформатор | Режимщик

Двухобмоточные трансформаторы

Двухобмоточные трансформаторы характеризуются сопротивлением короткого замыкания

и проводимостью шунта намагничивания схема замещения — Г-образная (рисунок 1) с идеальным трансформатором ИТ, не имеющим сопротивления и характеризующимся только коэффициентами трансформации:

Рисунок 1 Г- Образная схема замещения 2 обмоточного трансформатора с идеальным трансформатором ИТ

В программах расчета установившегося режима коэффициент трансформации может определяться, например, как соотношение напряжений 2-го и 1-го узлов данной связи, то есть может быть определен по формуле приведенной выше так и обратным соотношением, в зависимости от того, какой из узлов задан в качестве начала ветви, а какой — в качестве конца ветви (в RastrWin такой принцип расчета коэффициента трансформации).
Для трансформаторов, имеющих регулирование напряжения, в частности регулирование напряжения под нагрузкой, коэффициент трансформации должен соответствовать реальному положению переключателя отпайки: для i-й отпайки трансформатора.

В такой схеме замещения сопротивление Zт не зависит от k, хотя в действительности такая зависимость имеется.
Активное сопротивление обмоток двухобмоточного трансформатора определяют по известным потерям мощности в обмотках трансформатора, которые в практических расчетах обычно принимают равными потерям короткого замыкания при номинальном токе трансформатора. Выражение для активного сопротивления трансформатора следующее:где: Pk — потери короткого замыкания на трансформаторе, кВт,
Uном — номинальное напряжение соответствующей обмотки трансформатора, кВ,
Sном — номинальная мощность трансформатора. МВА.
Полное сопротивление обмоток трансформатора: где: uk — напряжение короткого замыкания трансформатора, выраженное в процентах его от номинального напряжения,
Uном — номинальное напряжение соответствующей обмотки трансформатора, кВ,
Sном — номинальная мощность трансформатора, МВА.
Отсюда можно определить индуктивное сопротивление рассеяния обмоток трансформатора: Для мощных трансформаторов (мощностью выше 1000 кВА), имеющих очень небольшое активное сопротивление, по сравнению с индуктивным), обычно индуктивное сопротивление определяется приближенно Xт=Zт.
Для мощных трансформаторов можно также считать Yт=0, так как потери холостого хода пренебрежительно малы. При необходимости эти потери могут быть учтены: где: Pх — потери холостого хода (потери в стали), кВт,
Sном — номинальная мощность трансформатора, МВА,
iх — ток холостого хода, %,
Iном, Uном — номинальные ток и напряжение трансформатора, А, кВ,

Таки образом, при моделировании двухобмоточного трансформатора для расчета установившегося режима обычно вводятся четыре параметра: Rт, Xт, Gт и Bт, рассчитываемые по паспортным данным трансформаторов по вышеприведенным формулам.

В различных программах расчета режима есть свои особенности ввода данных по трансформаторам. После определения расчетных параметров трансформаторов вашей сети k,Rт, Xт, Gт, Bт необходимо ввести их в расчетную схему согласно инструкции, приложенной к используемой программе. Особо следует обратить внимание на коэффициент трансформации, и на то, к какому узлу приводится сопротивление трансформатора и параметры его шунта намагничивания.

Поэтому расчетные параметры трансформаторов необходимо вводить в расчетную схему k, Rт, Xт, Gт, Bт согласно инструкции, приложенной к используемой программе, если инструкция не содержит указаний по этому поводу, можно сделать локальный расчет режима для одного трансформатора, и проследить, чтобы он был близок к оценочным параметрам данного трансформатора. Так, рассчитанные программой потери холостого хода должны быть близки (а при номинальном напряжении — совпадать) с Pхх в паспортных данных или в данных справочника r и x трансформатора должно быть близко к рассчитанным в справочнике для трансформатора данного типа r и x, для этой цели можно использовать справочную литературу.

Реактивное сопротивление трансформатора. Импеданс трансформатора

Когда на трансформатор подается нагрузка, в его обмотках возникают магнитные потоки. Большая часть из них проходит через обе обмотки. Но есть малая часть потоков, которые замыкаются только на одной из обмоток. Последняя часть рассеивается. Этот поток называется реактивным потоком рассеяния.

Наглядно это явление видно на рисунке:

Что такое сопротивление трансформатора?

Обмотки трансформаторов изготавливаются из проводящего материала – меди либо алюминия. Оба металла неплохо проводят электрический ток. Но идеальных проводников просто не существует. Поэтому в обеих обмотках есть определенное сопротивление. Из него и складывается сопротивление трансформатора.

Импеданс трансформатора

Мы выяснили, что в катушках трансформатора есть сопротивление и реактивное сопротивление. Совокупность внутреннего сопротивления и сопротивления рассеивания – это и есть импеданс трансформатора.

Магнитный поток рассеяния в трансформаторах

Если бы существовал идеальный трансформатор, то все магнитные потоки проходили бы через обе обмотки и сердечник. Но на деле такого просто не бывает. Часть магнитного потока выходит из обмотки, проходит через изоляцию и замыкается в этой же обмотке. Это явление называют реактивным сопротивлением рассеяния обмоток. Оно же является реактивным сопротивлением рассеяния всего трансформатора. Иначе его еще называют рассеянием магнитного потока.

Как рассчитать импеданс трансформатора?

Формулы для расчета импеданса трансформатора для обеих обмоток имеют вид:

Z1 = R1 + jX1 и

Z2 = R2 + jX2,

где R1 и R2 – это сопротивление первичной и вторичной обмотки, X1 и X2 – сопротивление рассеяния обмоток, а Z1 и Z2 – это импеданс обмоток.

Как рассчитать напряжение трансформатора с учетом импеданса обмоток?

Из-за сопротивления рассеяния в обмотках возникают перепады напряжения. Если мы подаем на первичную обмотку ток напряжением V1, то из-за сопротивления рассеяния в ней возникает составляющая I1X1 как самоиндукция. X1 здесь – это реактивное сопротивление рассеяния. Теперь, если учтем падение напряжения из-за сопротивления на первичной обмотке, то уравнение напряжения трансформатора примет вид:

V1 = E1 + I1(R1 + jX1) ⇒ V1 = E1 + I1R1 + jI1X1.

Так же с учетом вторичного реактивного напряжения на вторичной обмотке покажем уравнение напряжения:

V2 = E2 – I2(R2 + jX2) ⇒ V2 = E2 – I2R2 − jI2X2.

Как видите, магнитный поток рассеяния влияет на общее сопротивление трансформатора. Из-за реактивного сопротивления в первичной и вторичной обмотке трансформатора возникают скачки напряжения. Это особенно важно учитывать в электрических сетях, где несколько трансформаторов работают параллельно.

Реактивное сопротивление: на что влияет?

Практически в каждом трансформаторе есть разнообразные магнитные потоки. Они не могут быть связанны с двумя катушками. Небольшая часть потока может быть связанна только с одной катушкой, но никак не с двумя. Эта часть магнитного потока называется потоком рассеивания. Именно из-за этого потока в трансформаторе может возникнуть реактивное сопротивление рассеяния.

Если рассеяние будет связанно с сопротивлением, тогда его можно будет назвать импедансом. Из-за него могут возникать определенные перепады, которые возникнут на обеих обмотках трансформатора. Если вам будет интересно, тогда вы можете прочесть про резервную релейную защиту.

Реактивное сопротивление трансформатора

На сегодняшний день первичная и вторичная обмотка трансформатора выполняются из меди. Медь считается достаточно хорошим проводником электрического тока. На практике практически нереально найти супер-проводник. Именно поэтому обмотки могут иметь определенное сопротивление. Это внутреннее сопротивление, которое будет возникать в первичной и вторичной обмотке можно называть сопротивлением трансформатора.

Импеданс трансформатора

Обе катушки, которые располагаются в трансформаторе называются реактивным сопротивлением рассеивания. Это сопротивление в совокупности можно назвать, как импеданс трансформатора. Теперь если R₁ и R₂, и X₁ и X₂ будут являться сопротивлением рассеяния в первичной и вторичной обмотке, тогда Z₁ и Z₂ можно считать импедансом трансформатора.

Импеданс трансформатор будет играть жизненно важную роль во время параллельной работы. При необходимости вы можете прочесть про сухие трансформаторы.

Магнитный поток рассеяния

В идеальном трансформаторе практически все магнитные потоки должны будут быть связанны не только с первичной, но и вторичной обмоткой. В действительности добиться этого результата будет просто нереально. Если максимальный поток будет связан с обеими обмотками, тогда вы все равно сможете встретить небольшое количество потока, который будет проходить не через одну, а через две обмотки.

Именно этот поток можно назвать потоком рассеяния, который будет проходить через часть межобмоточной изоляции. Перепады напряжения в обмотках можно считать импедансом трансформатора. Импеданс – это специальное сочетание сопротивления и реактивного сопротивления рассеяния трансформатора. Если вы желаете приложить напряжение в первичной обмотке, тогда может возникнуть компонент I₁X₁. Это будет происходить из-за сопротивления рассеяния. Если учесть падение напряжения, которое возникает из на падения напряжения в катушке, тогда уравнение напряжения будет выглядеть следующим образом:

V₁ = E₁ + I₁(R₁ + jX₁) ⇒ V₁ = E₁ + I₁R₁ + jI₁X₁

Для вторичного реактивного сопротивления рассеяния можно использовать второе уравнение:

V₂ = E₂ – I₂(R₂ + jX₂) ⇒ V₂ = E₂ – I₂R₂ − jI₂X₂

На рисунке выше вы сможете увидеть первичную и вторичную обмотку. Как видите, они не соприкасаются между собой. Такое расположение может привести к большому потоку рассеивания. Этот процесс может возникнуть из-за того, что между обмотками присутствует пространство. Если вы расположите первичную и вторичную обмотку концентрически, тогда эту проблему можно легко решить.

Если вы решите посмотреть видео, тогда вы сможете увидеть, что у трансформатора могут возникать определенные потери мощности. Надеемся, что эта статья помогла разобраться вам с реактивным сопротивлением трансформатора.

Читайте также: разделительный трансформатор.

Определяем активное и индуктивное сопротивление трансформатора — Мегаобучалка

(1)

где — мощность потерь короткого замыкания, кВт;

— базовое напряжение, В;

— мощность трансформатора, Ква

Сопротивление токовой катушки автоматического выключателя на цех

— активное сопротивление токовой катушки;

— реактивное сопротивление токовой катушки;

— переходное сопротивление контактов.

Сопротивление шин до щита 0,4 (кВ)

(1)

где — активное сопротивление шины;

— реактивное сопротивление шины;

— длина шин от трансформатора до щита 0,4(кВ).

Определяем сопротивление магистрального шинопровода

(1)

где — активное сопротивление на фазу;

-реактивное сопротивление на фазу;

— длина магистрального шинопровода

Сопротивление токовой катушки автоматического выключателя на ШР1

— активное сопротивление токовой катушки;

— реактивное сопротивление токовой катушки;

— переходное сопротивление контактов

Определяем сопротивление распределительного шинопровода

(1)

где — активное сопротивление на фазу;

-реактивное сопротивление на фазу;

— длина распределительного шинопровода

Определяем результирующее сопротивление

(1)

где — активное сопротивление трансформатора, мОм;

— активное сопротивление токовой катушки, мОм;

— переходное сопротивление контактов, мОм;

— сопротивление шины до щита 0,4 (кВ), мОм;

— активное сопротивление магистрального шинопровода, мОм;

— активное сопротивление распределительного шинопровода, мОм;

— реактивное сопротивление трансформатора, мОм;

— реактивное сопротивление токовой катушки, мОм;

— реактивное сопротивление шины до щита 0,4 (кВ), мОм;

— реактивное сопротивление магистрального шинопровода, мОм;

— реактивное сопротивление распределительного шинопровода, мОм.

Определяем ток КЗ от источника:

(1)

Определяем ударный ток системы:

(1)

где — ударный коэффициент, определяется по графику

следовательно выбираем

Определяем апериодическую составляющую:

(1)

где — ток первого двигателя, кА

— мощность первого двигателя, кВт;

— номинальное напряжение первого двигателя, В;

— коэффициент мощности первого двигателя;

— КПД первого двигателя.

Определяем ударный ток от электродвигателей:

(1)

Определяем токи КЗ в точке короткого замыкания:

(1)

где — ток КЗ от источника;

— апериодическая составляющая;

— ударный ток системы;

— ударный ток от электродвигателей.

Заключение

В данном курсовом проекте по дисциплине Электрическое снабжение отрасли на тему «Расчет электрической сети электромонтажного цеха» сделан и обоснован выбор типов двигателей по условию технологического задания. Выписаны их паспортные данные, произведено определение расчетных нагрузок исходя из мощности и числа механизмов с учетом Ки и Км. Так же осуществлен выбор проводников и шинопроводов.

Произведен выбор компенсирующего устройства, рассчитаны потери напряжения. Произведен расчет мощности силового трансформатора, а так же трансформатора тока для всего цеха и компенсирующего устройства.

Выполнена графическая часть курсового проекта.

Мною были приобретены навыки со справочной и нормативно-технической литературой.

Список литературы

1 Л.Л Коновалов Л.Д Рожкова «Электроснобжение промышленых предприятий и установок» Москва энергоатомиздат 1989г.

2 В.П Шеховцов «Расчет и проиктирование схем электроснобжения.Методическое пособие для курсового проектирования.» Москва ФОРУМ-ИНФРА-М 2005г.

3 Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. М. Высшая школа, 1990 г.

Как использовать омметр для проверки трансформатора переменного тока

Трансформаторы — это электрические устройства, используемые для передачи электроэнергии между двумя или более цепями. Обычно используемые для понижения напряжения электроэнергии, вырабатываемой на электростанциях, до токов низкого напряжения, способных питать бытовые приборы, освещение и аналогичные системы, трансформаторы используют электромагнитную индукцию и имеют решающее значение для распределения и потребления энергии. Если ваш трансформатор неисправен, вы можете легко проверить его работу с помощью омметра.

TL; DR (слишком длинный; не читал)

Сопротивление трансформатора переменного тока (AC) поддерживается проводами, намотанными вокруг его сердечника. Трансформаторы испытывают потерю мощности из-за сопротивления нагрузки, которое вы можете проверить с помощью омметра, прикоснувшись красным и черным контактами к противоположным концам проводки трансформатора. Просто будьте определенным , чтобы отключить трансформатор от цепи перед тестированием, чтобы избежать риска серьезной травмы. Если показания омметра значительно отличаются от сопротивления, указанного в паспорте трансформатора, его следует немедленно снять и заменить.

Омметры и трансформаторы

Омметры используются для проверки электрического сопротивления (иногда называемого импедансом) в устройстве или цепи, измеряемого в омах. В случае трансформатора, который использует переменный ток (AC) для увеличения или уменьшения напряжения электрической энергии, проходящей через него, это сопротивление удерживается внутри спиральных проводов, намотанных вокруг его сердечника.

Подготовка к тесту

Однако для проверки трансформатора вам понадобится , чтобы отключить его от цепи, прежде чем делать что-либо еще.Это предотвратит неточные показания и обеспечит вашу собственную безопасность. Установите омметр на крайнюю нижнюю шкалу и, сняв пластиковые оболочки с проводов, соедините его выводы вместе, чтобы убедиться, что он готов к тестированию. Если показание равно нулю, можно продолжить. Если он не равен нулю, отрегулируйте ручку переменной так, чтобы омметр показывал ноль, прежде чем продолжить.

Простое тестирование

Чтобы проверить трансформатор, просто прикоснитесь красным и черным контактами омметра к противоположным концам проводки трансформатора.Прочтите дисплей и сравните сопротивление на вашем омметре с сопротивлением, указанным в паспорте трансформатора. Иногда это указывается на корпусе трансформатора. Если есть существенная разница между показаниями и указанным сопротивлением, вполне вероятно, что трансформатор неисправен и его следует как можно скорее снять и заменить. Проверьте три раза, прежде чем делать выводы, так как ваш омметр может быть неточным.

Препятствия при измерении сопротивления обмотки силового трансформатора

Сопротивление обмотки постоянного тока — это простая концепция, основанная на фундаментальном применении закона Ома.Это мощный инструмент для определения непрерывности цепей обмоток силовых трансформаторов, в частности соединений и контактов переключателя ответвлений. Однако выполнение испытания сопротивления обмотки постоянному току связано с рядом технических трудностей, которые необходимо преодолеть:

Намагничивающая индуктивность силового трансформатора должна быть удалена путем насыщения стального сердечника.
Для достижения насыщения необходимо подавать или вводить постоянное напряжение или постоянный ток соответственно.
Величина сигналов постоянного тока напрямую влияет на время насыщения.Для ускорения и повышения эффективности процесса насыщения можно применять различные методы, такие как помощь при намотке.

В этой статье описывается несколько препятствий, связанных с выполнением испытаний сопротивления обмоток постоянного тока, предлагаются методы насыщения и размагничивания, а также представлены соображения безопасности, а также практические примеры.

Проверка сопротивления обмотки постоянному току обычно используется в полевых условиях для проверки и оценки непрерывности токоведущего пути между выводами обмотки силового трансформатора.Тест ищет изменения в целостности цепи или реальных потерь в этой цепи, на что обычно указывают высокие или нестабильные измерения сопротивления. Испытание сопротивления обмотки постоянному току может выявить и диагностировать такие проблемы, как неплотное соединение выводов, обрыв жилы обмотки или плохая целостность контактов в переключателях ответвлений.

В дополнение к обмотке, несколько дополнительных компонентов являются частью токоведущей части трансформатора:

Втулки и втулочные соединения
Тяга
Штифты с протяжкой
Контактные площадки
РПН (LTC и DETC)
Барьерные доски
Селекторные переключатели
Дивертерные переключатели
Реверсивные переключатели
Обмотки
Нити
Кроссоверы
Отводы

Измерения
Цель состоит в том, чтобы изолировать и измерить сопротивление обмотки только определенной фазы и обмотки.Однако в зависимости от конфигурации обмотки — треугольник (разомкнутый или замкнутый), звезда, авто или зигзаг — и того факта, что измерение сопротивления обмотки может выполняться только между выводами, результаты измерения могут быть комбинацией обмоток, а не конкретной обмоткой. . Измерения конфигурации обмотки треугольником часто вызывают путаницу, поскольку отдельная обмотка не может быть изолирована какой-либо парой клемм. В определенных приложениях, таких как третичные или стабилизирующие обмотки, открытое или закрытое состояние обмотки треугольником создает дополнительную путаницу.
Схема измерения сопротивления обмотки включает три компонента: источник постоянного тока (V или I), вольтметр и измеритель тока. Одновременное измерение напряжения и тока определяет сопротивление по закону Ома. Каким бы простым ни выглядело измерение обмотки постоянного тока, следует учитывать несколько факторов.
Диапазоны измерений
Понимание ожидаемых значений сопротивления важно для настройки и выполнения измерения сопротивления обмотки постоянного тока. Самые современные приборы для измерения сопротивления обмоток могут измерять очень низкие значения сопротивления в диапазоне от микроом (мкОм) до заметно более высоких значений сопротивления в диапазоне килоом (кОм).Типичное сопротивление обмотки трансформатора обычно составляет от нескольких миллиОм (мОм) до нескольких Ом (Ом).
Чтобы определить ожидаемые результаты, просмотрите предыдущие результаты или обратитесь к отчету заводских испытаний. Это позволяет выбрать оптимальные диапазоны на испытательном приборе. Всегда лучше работать с измерителями, близкими к полному диапазону, по возможности, выше 70 процентов. В случае приборов с автоматическим выбором диапазона всегда проверяйте, не возникло ли состояние перегрузки; это может сильно повлиять на точность считывания.
Типы статических и динамических измерений
Могут применяться два различных типа измерения сопротивления обмоток постоянного тока: статическое (стандартное) и динамическое (расширенное):
Статический. Это стандартное испытание проводится для измерения фактического значения сопротивления обмотки трансформатора и связанных последовательных компонентов. Статическое измерение дает одно зависящее от температуры значение в Ом.
Динамический. Динамическое измерение обычно применяется к трансформаторам с переключением отводов нагрузки (LTC).Измерение динамического сопротивления обмотки отслеживает изменение сопротивления в процессе работы LTC. Зная, что LTC следует концепции включения до отключения, любые необычные изменения, такие как потеря непрерывности, могут указывать на преждевременный износ или неисправность LTC, особенно контактов переключателя.
Соединения по Кельвину
Четырехпроводной метод Кельвина — наиболее эффективный способ измерения очень низких значений сопротивления. Этот метод исключает сопротивление проводов измерительной цепи и любое контактное сопротивление в точках подключения проводов.Четырехпроводная концепция Кельвина заключается в раздельной подаче проводов напряжения и тока (рис. 1).
Рисунок 1: Четырехпроводной метод Кельвина
Точки подключения P1 и P2 измеряют ток и подачу тока; точки P3 и P4 изолируют измерение напряжения на испытуемом образце. Еще одно тонкое применение четырехпроводного метода Кельвина — это размещение выводов измерения напряжения (P3 и P4) внутри токоподводов (P1 и P2). Это гарантирует, что любые нежелательные падения напряжения останутся за пределами предполагаемого измерения сопротивления.
Насыщенность
Состояние насыщения сердечника трансформатора значительно усложняет выполнение простейшего теста для пользователей. Понимание влияния сердечника трансформатора на измерение сопротивления обмотки постоянного тока, а также того, почему насыщение сердечника является необходимым условием для этого испытания, является сложной задачей. Чтобы получить желаемое измерение сопротивления обмотки постоянному току, резистивный компонент обмотки должен быть изолирован. Магнитная цепь трансформатора должна быть насыщена. Насыщение происходит, когда все магнитные домены успешно выровнены в одном направлении.
Использование закона Фарадея показывает, что процесс насыщения зависит от напряжения, приложенного к клеммам трансформатора.
Интуиция часто заставляет нас думать, что это актуально. Однако более высокие токи вызывают большие падения напряжения. С точки зрения приложения важно понимать соотношение вольт-ампер (V-A), чтобы можно было максимизировать напряжение.
Обмотка трансформатора представляет собой простую цепь резистор-индуктор (RL).Индуктивный компонент (L) состоит из реактивного сопротивления рассеяния обмотки и реактивного сопротивления намагничивания сердечника. Эти индуктивные компоненты должны быть минимизированы за счет насыщения. На рисунке 2 показаны основные компоненты RL.
Рисунок 2: Базовое сопротивление трансформатора модели
Эти индуктивности работают вместе с сопротивлением обмотки постоянного тока, создавая непростую постоянную времени. Эта постоянная времени может составлять секунды или минуты.
Рекомендуемые методы
Использование эффективных методов и передовой практики улучшает процесс насыщения.Если обычные методы ввода тока недостаточны и эффективны, дополнительные передовые методы могут помочь в насыщении. Время до насыщения можно сократить, приложив больше тока, перенаправив ток в Yn (первичную) или yn (вторичную) обмотки, или используя комбинацию обмоток высокого и низкого напряжения.
Подайте максимально возможное напряжение на клеммах, не превышая рекомендуемых пределов номинальных характеристик обмотки. Чтобы повысить производительность насыщения, важно максимально увеличить напряжение на клеммах.Однако есть некоторые ограничения. Ток через обмотку не должен превышать 15 процентов номинального тока. Ограничение тока сводит к минимуму вероятность перегрева, который может вызвать изменение сопротивления или термическую нестабильность.
Сохраняйте направление магнитных доменов между испытаниями. Обратите внимание на полярность клемм. Это может быть неоптимальным при проверке обмотки.
Используйте обмотки высокого и низкого напряжения одновременно, чтобы способствовать насыщению; они должны быть одной фазы и направления.
Безопасность
Строго соблюдайте все местные правила и процедуры безопасности.
Будьте осторожны при подаче питания постоянного тока на объекты с высокой индуктивностью; это может привести к высокому напряжению.
Пока в измерительной цепи течет энергия, никогда не подключайте и не отключайте тестовые объекты и / или кабели.
Всегда меняйте местами провода на выводах проходных изоляторов, а не на испытательном оборудовании.
Используйте отдельные зажимы для подключения тока и напряжения на обеих сторонах объекта испытаний, чтобы избежать опасностей в случае падения одного зажима во время испытания.
Намагничивание
В процессе насыщения сердечник трансформатора остается в намагниченном состоянии. Для большинства трансформаторов это считается безвредным; однако намагниченные трансформаторы при подаче напряжения создают более высокие пусковые токи. В случае сомнений проконсультируйтесь с производителем.
Одним из побочных эффектов насыщения сердечника является то, что оно может влиять на другие диагностические тесты, особенно на токи возбуждения и анализ частотной характеристики качания (SFRA). Время от времени также страдает TTR.Измеряйте сопротивление обмотки постоянного тока в последнюю очередь, чтобы не испортить результаты испытаний. В то же время тесты возбуждающим током и тесты SFRA могут использоваться для подтверждения и подтверждения наличия или отсутствия намагниченности. На рисунке 3 показано, как намагничивание может повлиять на токи возбуждения. В этом примере ожидаемая модель из двух одинаковых максимумов и одного минимума слегка искажена. Как проиллюстрировано в этом случае, на фазу А наибольшее влияние оказывает магнетизм.
Рисунок 3: Фазовые диаграммы возбуждающего тока до и после намагничивания
Иногда может потребоваться размагничивание трансформатора.Можно использовать два метода:
Подайте понижающее напряжение переменного тока. Этот метод применяется нечасто из-за стоимости, размера и сложности такого оборудования для использования в полевых условиях. Этот метод подтянет кривую намагничивания (рисунок 4) к нулю (плотность магнитного потока B и напряженность магнитного поля H пренебрежимо малы).
Рисунок 4: Кривая BH
Подайте питание постоянного тока на обмотки трансформатора и несколько раз измените полярность подключенного источника, одновременно уменьшая напряжение, ток и время приложения, пока сердечник не размагнитится.Опять же, основное внимание уделяется тому, чтобы свести кривую BH к нулю.
Анализ результатов
В качестве диагностического инструмента измерение сопротивления обмотки фокусируется на тепловых и механических режимах отказа.
Режимы отказа, определяемые сопротивлением обмотки
Испытание сопротивления обмотки очень полезно для определения:
Неисправный DETC или LTC (контакты)
Плохое соединение
Короткое замыкание витков
Обрыв цепи и повороты
Такие проблемы могут привести к значительному нагреву во время нормальной работы.Просмотрите результаты DGA, чтобы убедиться, что существует условие нагрева.
Рекомендуемые пределы
Результаты проверки сопротивления обмотки интерпретируются на основе сравнения измерений отдельных фаз (звезда) или измерений на клеммах (треугольник). Ожидается, что измерения будут в пределах 2 процентов друг от друга. Однако для работающих устройств или измерений с низким сопротивлением в МОм согласие с точностью до 5 процентов обычно считается удовлетворительным. Также могут быть сделаны сравнения с исходными заводскими результатами или результатами предыдущих испытаний.
Температурная коррекция
При сравнении данных с разных дат испытаний результаты должны быть нормализованы к общей эталонной температуре. Формула преобразования температуры:
где:
Rs = Сопротивление при заданной температуре (Ts)
Rm = измеренное сопротивление
Ts = Желаемая эталонная температура (° C)
Tm = Температура, при которой было измерено сопротивление
(° C)
Тк = 234.5 ° C (медь)
Tk = 225 ° C (алюминий)
Определить целостность насыщения
Для получения достоверных результатов измерения сопротивления обмотки должно произойти насыщение сердечника. Поведение измерения обычно непостоянно в зависимости от конструкции и конфигурации трансформатора. Обмотки треугольником и предупредительные автотрансформаторы в цепи LTC — два примера препятствий, которые могут повлиять на процесс насыщения. Даже через несколько минут насыщенность может казаться полной, но затем снова изменится.На сложных устройствах важно задокументировать параметры испытаний, включая приблизительное время насыщения, если устройство уже тестировалось ранее. Опыт часто является лучшим вариантом определения насыщенности.
После завершения тестирования анализ можно улучшить, построив график данных, что во многих случаях более полезно, чем просмотр данных в табличной форме. На рисунке 5 показаны данные сопротивления обмотки LTC, который демонстрирует неполное насыщение. В обоих примерах ранние измерения выше ожидаемых.При просмотре данных на графике становится ясно, что насыщения керна не произошло, и несколько измерений в начале теста следует признать недействительными.
Рисунок 5: Сопротивление обмотки (мОм) — неполное насыщение
Практический пример № 1: Перегретые выводы устройства РПН
В данном примере измерения сопротивления обмотки дали значительно более высокие значения в положениях 14R и 4L LTC для фазы B (рисунок 6). Ожидается, что нормальные измерения будут в диапазоне 25–30 мОм.Измерения 14R и 4L явно превышают рекомендуемый предел в 2 процента.
Рисунок 6: Измерение сопротивления обмотки на LTC
На первый взгляд кажется необычным, что отдельные позиции LTC дают сомнительные результаты, но просмотр информации на паспортной табличке LTC (Таблица 1) показывает, что позиции 14R и 4L LTC имеют общий вывод отвода (№ 7).
Таблица 1: Паспортная табличка LTC
Дальнейшее исследование показало явный перегрев соединения № 7 (Рисунок 7).
Рисунок 7: Соединение № 7 Перегрев
Пример № 2: Плохой контакт с LTC
Измерения сопротивления обмотки проводились на трансформаторе с РПН с резисторным LTC.Все нечетные позиции провалились. Фаза X3-X0 показала стабильно более высокие, чем ожидалось, измерения сопротивления (Рисунок 8).
Рисунок 8: Измерение сопротивления обмотки с неправильными нечетными позициями на фазе C
Если измерения в шаблоне стабильно терпят неудачу, необходимо исследовать общие компоненты. Этот образец указывает на то, что проблема, скорее всего, связана с главными контактами дивертерного переключателя или соответствующими проводами. На рисунке 9 показана одна сторона дивертерного переключателя.
Рисунок 9: Дивертерный переключатель
Заключение
Проверка сопротивления обмотки постоянному току — это диагностический инструмент, ориентированный на тепловые и механические режимы отказа.Тест может выявить и диагностировать проблемы в переключателях ответвлений, такие как ослабленные соединения выводов, обрыв жилы обмотки и плохая целостность контактов. Насыщение сердечника трансформатора является предпосылкой для получения достоверных результатов измерения сопротивления обмотки, и понимание влияния сердечника трансформатора на измерения является сложной задачей. Опыт лучше всего дает пользователю возможность успешно определить полное насыщение магнитной цепи трансформатора и правильно интерпретировать результаты.
Список литературы
IEEE Std.62-1995, «Руководство по диагностическим испытаниям электрооборудования в полевых условиях — Часть 1: Масляные силовые трансформаторы, регуляторы и реакторы».
П. Гилл, Техническое обслуживание и испытания электроэнергетического оборудования, второе издание , CRC Press, 2009.
К. Л. Свитсер, «Важность передовых методов диагностики для повышения доступности силовых трансформаторов и вспомогательных компонентов в эпоху интеллектуальных сетей». Летние встречи IEEE Power Engineering Society, Детройт, США, 22-26 июля 2011 г.
Чарльз Свитсер присоединился к компании OMICRON electronics Corp.США в 2009 году и в настоящее время является менеджером по техническим услугам в Северной Америке. До прихода в OMICRON он работал в сфере диагностики и консультирования электрических устройств. Он опубликовал несколько технических статей для IEEE и других отраслевых форумов. Как член IEEE Power & Energy Society (PES) в течение 18 лет, он активно участвует в Комитете по трансформаторам IEEE и в настоящее время является председателем рабочей группы FRA PC57.149. Он также является членом нескольких других рабочих групп и подкомитетов.Дополнительные интересы включают оценку состояния силовых аппаратов и частичных разрядов. Чарльз получил степень бакалавра и магистра в области электротехники в Университете штата Мэн.
Графоаналитический метод определения импеданса электрических трансформаторов
В данной статье представлен графоаналитический метод определения электрического импеданса альтернативных источников энергии, особенно малых силовых трансформаторов и трансформаторов тока в электрических сетях. В отличие от традиционных испытаний на короткое замыкание и холостой ход, согласно предлагаемой методике, в данной статье параметры трансформатора определяются по-новому, основанным на измерении напряжений и токов на активной и реактивной нагрузке (индуктивной или емкостной).Эффективность предложенной модели проверена с помощью адаптированного моделирования в программном пакете MATLAB Simulink. Моделирование проводилось для трех типов трансформаторов ABB со 100% нагрузкой. Результаты моделирования получены для силовых трансформаторов:,,. Если мы сравним значения результатов измерений, которые содержатся в брошюре для трансформаторов ABB, и значения, полученные с помощью моделирования, мы получим разные допуски. Для результатов реактивного сопротивления отклонения для всех трех испытанных трансформаторов составляют до 20%.Для результатов допуски по активному сопротивлению для всех трех испытанных трансформаторов составляют до 5%. Этот метод может использоваться не только для определения параметров активных и индуктивных источников питания переменного тока, но также для определения и анализа зависимости электрических источников с высокими частотами.
1. Введение
Помимо классических методов, одним из возможных методов получения значений и параметров трансформатора является графоаналитический метод, основанный на построении фазовых диаграмм для различных типов нагрузок трансформатора.
Трехфазный двухобмоточный трансформатор (Рисунок 1 (a)) имеет катушки высокого / низкого напряжения в соединении (или) [1]. В катушках высоковольтных трансформаторов с соединением по схеме треугольник или звезда фазные напряжения имеют синусоидальную форму и ту же форму напряжения, что и сеть, от которой питается трансформатор. В симметричном режиме анализ трехфазных трансформаторов сводится к анализу схем эквивалентных однофазных трансформаторов. Эквивалентная однофазная диаграмма дает представление о трехфазной системе только в том случае, если система во всех трех фазах имеет равные импедансы, через одни и те же модули протекают, поскольку одни и те же модули напряжения действуют на полное сопротивление.Однофазный трансформатор с двумя обмотками соответствует уравнениям, в которых вторичные значения приведены к первичной стороне (Рисунок 1 (f)) [1]:
Вторичные значения электрической цепи должны быть выражены таким образом, чтобы первичное напряжение относилось к первичный ток. Вначале ток должен быть определен относительно ems и параметров цепи: Заменяя предыдущие зависимости в уравнение напряжения, получаем следующее: Из соотношения (4) ясно, что эквивалентная схема трансформатора, где первичный ток проходит, должен иметь эквивалентное сопротивление.Этот импеданс представлен в схеме и описан на рисунке 1, где показано последовательное соединение с параллельной комбинацией и параметры трансформаторов, которые включены с потерями, классическим-традиционным способом измерены в эксперименте на холостом ходу (нет. -нагрузка) и при испытании на короткое замыкание. Для трансформаторов малой мощности из-за трудностей измерения активных потерь этот метод практически не применим.
В статье представлены классический метод (раздел 2) и предлагаемый аналитический метод (раздел 3).Модель, предложенная в этой статье, проверена моделированием в программном пакете MATLAB Simulink (раздел 4). В адаптированной имитационной модели для трех различных трансформаторов АББ малой мощности получены табличные и графические результаты (Раздел 5).
2. Измерение импеданса трансформатора
2.1. Тест на короткое замыкание
Уравнения трансформатора, когда он не нагружен (рисунок 1 (b)), для определенного первичного импеданса, могут быть сформулированы на основе общей системы [1, 2]. Если импеданс нагрузки равен great (), значение вторичного тока равно нулю: Средние значения фазных токов и значения среднего напряжения получаются трехфазным трансформатором в токе холостого хода: На основе значений исследователь может определить коэффициент мощности холостого хода.Размеры трансформатора, которые можно определить из экспериментов на холостом ходу при номинальном напряжении, следующие.
Передаточное число трансформатора, которое представляет собой соотношение вторичного и первичного номинальных напряжений на холостом ходу, выглядит следующим образом: ток холостого хода, ток холостого хода и его относительное значение как часть номинального первичного тока в о.е. системы, являются следующими: Взаимное сопротивление, определяемое, когда, является следующим: Его активная составляющая получается как, а реактивная составляющая-реактивное сопротивление получается как
2.2. Потери на холостом ходу
При напряжении равном номинальному практически не отличаются от потерь в магнитопроводе (сердечнике), так как потери в меди капсюля в этих условиях малы, так как ток имеет низкое значение. . Характеристика намагничивания любой магнитной цепи из ферромагнитного материала содержит информацию о полезной степени насыщения магнитного потока [3, 4]. В статье магнит имеет значение остаточного потока, поскольку отсутствует нагрузка (при условии, что она преимущественно не изменяется) [5, 6].Однако при номинальном напряжении потери в сердечнике примерно такие же, как потери на холостом ходу, то есть общие потери на холостом ходу:,. Опасные переходные токи трансформатора могут возникнуть, если короткое замыкание на вторичной стороне произошло при номинальном напряжении [7].
2.3. Проверка на короткое замыкание
Вторичная сторона трансформатора короткозамкнута (рис. 1 (c)) [2], и тогда значение импеданса нагрузки () и вторичного напряжения также равны нулю (в трехфазном трансформаторе , все вторичные концы закорочены для получения сбалансированного короткого замыкания).Уравнения для трансформатора для эксперимента по короткому замыканию получены из общей системы применения этой системы уравнений на эквивалентной схеме на рисунке 1 (g) [1, 2] для схемы короткого замыкания, которая может быть определена по первичной и вторичной обмоткам. ток, ток намагничивания и общее короткое замыкание ЭМС. Один из них — это импеданс, его активное сопротивление и реактивное сопротивление трансформатора: сопротивление трансформатора короткозамкнутой вторичной обмотки уменьшается на стороне питающей сети.
Соответствующая фазовая диаграмма показана на рисунках 1 (c), 1 (d) и 1 (e) [2]. Как видно из этой схемы, напряжение короткого замыкания — это гипотенуза треугольника, а катетеры — это активное напряжение и реактивное напряжение. Треугольник угла напряжения (или импеданса, называемого углом короткого замыкания), который графически отображает [8, 9] условия короткого замыкания, указан как справочный для треугольника короткого замыкания и равен. Регулируя, мы получим более простые выражения для тока намагничивания и ems короткого замыкания:
Возможная эквивалентная схема и схема короткого замыкания представлены на рисунке 1 (c).Как и в случае с экспериментами на холостом ходу, нет необходимости иметь какую-либо конкретную активную нагрузку или источник более высокого напряжения [10]. Если частота имеет номинальное значение, считываются те же значения, что и в эксперименте с холостым ходом, первичный ток и мощность, потребляемая трансформатором.
Путем считывания значений, и, которые вводятся в диаграмму как функции фазного напряжения, получается диаграмма, которая используется для графического определения, и по отношению к значениям первичного тока.
Коэффициент мощности определяется по значениям и как.
Испытание на короткое замыкание дает следующие значения трансформатора по отношению к номинальным значениям тока. Полное сопротивление короткого замыкания и его активная и реактивная составляющие из выражения следующие: Активная составляющая — это сумма сопротивлений двух катушек. Во время испытания на короткое замыкание следует указать, при какой температуре выполняется измерение, где температура установлена на уровне около 75 ° C, где. Реактивная составляющая,, вычисляется из суммы индуктивного рассеяния, независимых токов, протекающих через соответствующие катушки [11].По тем же причинам это независимая величина в соответствии с проверяемыми токами [12]. Импеданс и коэффициент мощности при коротком замыкании устанавливаются для температуры 75 ° C:
2.4. Потери при испытании на короткое замыкание
Если номинальные токи протекают через катушки, практически нет разницы в величине потерь в меди на первичной и вторичной стороне: где потери в меди в несколько раз превышают потери в сердечнике трансформатора при коротком замыкании,.
Напряжение короткого замыкания определяется как напряжение, которое должно приводить к одиночной катушке, когда во второй короткозамкнутой обмотке протекает номинальный ток, который соответствует номинальному напряжению катушек при температуре 75 ° C. Если напряжение было подано на первичную обмотку, напряжение короткого замыкания выражается в абсолютных единицах.
Активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания определяются следующим выражением:
3. Предлагаемый метод измерения
Для определения двух параметров источников импеданса (в данном случае трансформаторов сопротивления и индуктивного реактивного сопротивления) это Достаточно изучить только два режима нагрузки.Графоаналитическим методом, анализируя векторные диаграммы двух различных пассивных нагрузок, активной и реактивной (емкостной / индуктивной), можно получить реалистичные результаты. Следует подчеркнуть, что применение индуктивных нагрузок при измерениях не рекомендуется, поскольку индуктивные нагрузки имеют заметную и активную составляющую сопротивления, которую нельзя просто определить (22). Активная составляющая индуктивной нагрузки также влияет на фазовое положение. Поэтому лучше проводить процедуру с емкостной нагрузкой, при которой влияние составляющих активного сопротивления в несколько раз меньше.Из векторных диаграмм, соответствующих схемам измерений (активные, рисунки 2 (а) и 2 (б), и реактивные емкостные / индуктивные нагрузки, рисунки 2 (в) и 2 (г) [7]), можно записать уравнение для общего случая: где, -эмы трансформаторов работают на холостом ходу (измеряются или моделируются на вторичной стороне трансформатора при отсутствии нагрузки). Решение (1) и (2) следующее: вводя замены,
Получается следующее: (1) Имеется &:; рассмотреть (2) Есть &:; Чтобы определить значение в обеих комбинациях & и &, сначала замените значение реактивного сопротивления на (26): Equitation имеет одинаковую форму для обеих комбинаций, поэтому его можно записать с параметрами: (явное отношение) или (неявное отношение) .
Получено квадратное уравнение основного типа:. После замены значений коэффициенты имеют следующие значения: Верховая езда второго разряда (квадратичная) с номинальной формой или (после деления на ()):,,.
Количество реальных решений зависит от знака дискриминанта, если одно имеет следующее: (i),, имеет 2 решения (2 действительных корня). (Ii),, имеет 1 решение (2 одинаковых корня),. (iii) « имеет 2 решения (2 комплексных корня).
Решая квадратичную верховую езду, мы получаем следующее.
(1) Метод: один имеет
(2) Метод: примените формулу
И для формы, корневая характеристика — Активное электрическое сопротивление источников электричества обусловлено физической природой реального значения больше нуля, поэтому характеристические корни квадратных уравнений должны быть; . Это возможно, если, имеет два решения (два реальных корня или два одинаковых корня) и если Дополнительным условием является то, что корневое значение должно быть, где значение может оставаться действительным значением и потому что оно не может быть мнимым значением:.Как бы то ни было, это условие зависит от отношения значений: если значения являются значениями количества корня, равными нулю и существует одно решение для, значение, которое в принципе означает, что значение; это, . Это возможно, если или с предварительным условием.
4. Результаты моделирования
В данном случае графоаналитический метод проверки метода моделирования [14], который заменяет метод измерения, сухой силовой трансформатор ABB связи, мощность 1; 2; и 3.15 МВА, и выбраны тесты с тремя измерениями для активной, емкостной и индуктивной нагрузок (адаптирована программа psb3phasesignalseq (Рисунок 3)) [14].

Данные о трехфазных трансформаторах ABB, полученные экспериментальным путем в лаборатории, взяты из [13] и показаны в таблице 1 со следующими значениями:
155006 9038
Мощность Потери холостого хода Потери нагрузки (75 ° C) (Ом) (Ом) (Ом)
(кВА) (кВ) (%) (Ш) (Ш)
T1ABB 1000 10/0.4 6% 2000 8800
T2ABB 2000 10 / 0,4 6% 3500
15500 15500 10 / 0,4 6% 5200 22600
Номинальная мощность, номинальное напряжение, номинальное напряжение, номинальное напряжение, номинальное напряжение, напряжение подключенное напряжение или напряжение холостого хода на высшем первичном напряжении HV (кВ), и и нижнем вторичном LV (кВ), и, значение полного сопротивления (%), потери холостого хода и потери нагруженного трансформатора при номинальный ток и ток при номинальной нагрузке.
Моделирование в программе MATLAB (Simulink-Power System, psb3phasesignalseq) трансформаторов ABB получено из 100% нагрузки на, и с [MVA].
Вторичные токи указаны на диаграммах, и вторичные напряжения при различных нагрузочных испытаниях с активной, реактивной емкостной (или индуктивной) нагрузкой.
Полученные изменения электрических величин показаны на рисунках 4, 5 и 6.
Диаграммы (для изменений размера гармоник применяется соотношение между максимальным и эффективным значениями) токов и напряжений для комбинированного испытания с активным и емкостным нагрузки, а также Таблица 2, в которую вошли все важные значения из диаграмм и соответствующие значения, необходимы для расчета активного сопротивления и реактивного сопротивления трансформатора.Из таблиц 1 и 2 можно увидеть отклонение между результатами измерения значения, которые указаны в руководстве ABB, и результатами, полученными с помощью моделирования, и они отличаются от 20% для результатов реактивного сопротивления и до 5%. для результатов активного сопротивления для всех трех испытанных трансформаторов.
2961 9038
Параметры ,
,
,
32382
9038 106537 106537
3231 3231 3232
104393.Шестой 122500 122500
2200 4400 7000

9038
0,148 0,0919
1,35–10 ⁻³
Применяются диаграммы (для гармонических величин изменения значений тока и максимального значения) Испытания с активной и индуктивной нагрузкой для всех трех трансформаторов показаны в статье, но из-за объема и значительных значений диаграмм активного и реактивного сопротивления трансформатора таблица не отображается.
5. Выводы
Графоаналитический метод может использоваться не только для определения активных и индуктивных параметров источника переменного тока, но также для определения и анализа влияния электрических источников с высокими частотами или в переходных процессах. Следует подчеркнуть, что параметры трансформатора или источника лучше определять из измерений или имитационных испытаний в сочетании с нагрузками, близкими к номинальной нагрузке, где ошибки минимизированы. Большие отклонения в измеренных или имитируемых значениях возникают при расчете реактивного сопротивления, что естественно, потому что реактивные нагрузки обычно сочетаются со значительным присутствием активного компонента (меньшее значение с емкостными и более высокое значение с индуктивными нагрузками).
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.
Общие сведения об испытаниях сопротивления изоляции от Cole-Parmer
Опубликовано с разрешения компании AEMC Instruments.

Зачем нужна программа испытаний изоляции?
Настоятельно рекомендуется регулярная программа проверки сопротивления изоляции, чтобы предотвратить поражение электрическим током, обеспечить безопасность персонала и сократить или исключить время простоя.Это помогает обнаружить ухудшение изоляции, чтобы запланировать ремонтные работы, такие как: чистка пылесосом, очистка паром, сушка и перемотка. Это также полезно при оценке качества ремонта перед вводом оборудования в эксплуатацию.
Что вызывает нарушение изоляции?
К наиболее частым причинам нарушения изоляции относятся: чрезмерное нагревание или холод, влажность, грязь, коррозионные пары, масло, вибрация, старение и зазубрины проводки. Какие тесты используются для обнаружения ухудшения изоляции? Для оценки качества изоляции проводятся многочисленные ремонтные испытания.Обсуждаемые здесь три испытания используются в основном для проверки изоляции двигателя, генератора и трансформатора.
Какое оборудование необходимо для проведения испытаний сопротивления изоляции?
Мегомметр с функцией проверки по времени
Индикатор температуры
Измеритель влажности (не требуется, если температура оборудования выше точки росы)
Испытательные токи в изоляции
Полный ток в корпусе изоляции равен сумма трех компонентов
Емкостный ток заряда
Ток поглощения
Ток утечки или проводимости
Показания сопротивления изоляции
Показания зависят от времени
3
в начале , емкость — это то, что вы видите сначала
в течение или около одной минуты, поглощение
через 10 минут, показание — это в основном ток утечки
Эти изменяющиеся показания лучше всего видны с помощью аналоговых гистограмм на цифровых инструментах или движения стрелки на аналоговых инструментах.
Тест точечного считывания
Метод
Для этого теста мегомметр подключается к изоляции обмоток испытываемой машины. Испытательное напряжение прикладывают в течение фиксированного периода времени, обычно 60 секунд, и снимают показания. Тест точечного считывания следует проводить только тогда, когда температура обмотки выше точки росы1. Оператор должен записать температуру обмотки, чтобы можно было скорректировать показания до базовой температуры 20 ° C.
Продолжительность теста
Для получения сопоставимых результатов тесты должны иметь одинаковую продолжительность. Обычно показания снимаются через 60 секунд.
Интерпретация результатов
Для правильной интерпретации тестов выборочного чтения требуется доступ к записям результатов предыдущих тестов выборочного чтения. Для получения окончательных результатов используйте только результаты испытаний, проведенных при одном и том же испытательном напряжении в течение того же времени и при одинаковых условиях температуры и влажности.Эти показания используются для построения кривой изменения сопротивления изоляции. Кривая, показывающая тенденцию к снижению, обычно указывает на потерю сопротивления изоляции из-за неблагоприятных условий, таких как влажность, накопление пыли и т. Д. Очень резкое падение указывает на нарушение изоляции. См. Рис. 1.
Пример изменения сопротивления изоляции в течение многих лет:
Для A эффект старения и накопления пыли проявляется в уменьшении значений.
На B резкое падение указывает на нарушение изоляции.
На C , значение сопротивления изоляции после перемотки двигателя.
(1) Температура точки росы — это температура, при которой пары влаги в воздухе конденсируются в виде жидкости.
Метод испытания на сопротивление времени
Этот метод практически не зависит от температуры и часто может дать вам окончательную информацию без учета прошлых испытаний. Он основан на поглощающем эффекте хорошей изоляции по сравнению с влажной или загрязненной изоляцией.Просто снимите последовательные измерения в определенное время и обратите внимание на разницу в показаниях (см. Кривые на рисунке 2). Испытания этим методом иногда называют испытаниями на абсорбцию.
Хорошая изоляция показывает постоянное увеличение сопротивления (см. Кривую D) в течение определенного периода времени (порядка 5–10 минут). Это вызвано абсорбцией; Хорошая изоляция показывает этот эффект заряда в течение периода времени, намного большего, чем время, необходимое для зарядки емкости изоляции.
Если изоляция содержит влагу или загрязнения, эффект поглощения маскируется высоким током утечки, который остается на довольно постоянном значении, поддерживая низкое значение сопротивления (R = E / I) (см. Кривую E).
Испытания на сопротивление времени имеют ценность, потому что они не зависят от размера оборудования. Увеличение сопротивления чистой и сухой изоляции происходит одинаково, независимо от того, большой или маленький двигатель. Вы можете сравнить несколько двигателей и установить стандарты для новых, независимо от их номинальной мощности.
На рисунке 2 показано, как будет выглядеть 60-секундный тест для хорошей и плохой изоляции. Когда изоляция в хорошем состоянии, 60-секундное показание выше 30-секундного.
Еще одним преимуществом этого теста с двумя показаниями является то, что он дает более четкое изображение, даже когда «точечное считывание» показывает, что изоляция выглядит нормально.
Испытания на сопротивление времени на больших вращающихся электрических машинах — особенно при высоком рабочем напряжении — требуют высоких диапазонов сопротивления изоляции и очень постоянного испытательного напряжения. Этой потребности служит сверхмощный мегомметр. Точно так же такой прибор лучше приспособлен для кабелей, вводов, трансформаторов и распределительных устройств более тяжелых размеров.
Методы испытаний — испытания на долговечность Коэффициент диэлектрической абсорбции (DAR)
Отношение 60 секунд / 30 секунд
меньше 1 = не удалось
От 1,0 до 1,25 = ОК
От 1,4 до 1,6 = отлично
Примечание: Это не часто используемый тест.
Тест ступенчатого напряжения
Метод
В этом тесте оператор применяет два или более тестовых напряжения ступенчато. Рекомендуемое соотношение для ступеней испытательного напряжения — от 1 до 5.На каждом этапе следует прикладывать испытательное напряжение в течение одного и того же периода времени, обычно 60 секунд. Приложение повышенного напряжения создает электрические напряжения на трещинах внутренней изоляции. Это может выявить старение и физические повреждения даже в относительно сухой и чистой изоляции, которые не были бы заметны при более низких напряжениях.
Продолжительность теста
Серия «шагов», каждый шаг длится 60 секунд.
Интерпретация результатов
Сравните показания, снятые при разных уровнях напряжения, ища любое чрезмерное снижение значений сопротивления изоляции на более высоких уровнях напряжения.Тщательно сухая, чистая и без физических повреждений изоляция должна обеспечивать примерно одинаковые значения сопротивления, несмотря на изменения уровней испытательного напряжения. Если значения сопротивления существенно снижаются при испытании на более высоких уровнях напряжения, это должно служить предупреждением о том, что качество изоляции может ухудшиться из-за грязи, влаги, растрескивания, старения и т. Д.

Стандарт IEEE 43-2000 приводит следующие минимальные значения. для индекса поляризации вращающихся машин переменного и постоянного тока:
Класс A: 1.5 Класс B: 2,0 Класс C: 2,0

Кривая поглощения при испытании двигателя мощностью 350 л.с.: Кривая D указывает на хорошую изоляцию с отличным индексом поляризации 5. Кривая E указывает на потенциальную проблему . Индекс поляризации всего 140/95, или 1,47.
(2) IEEE Std. 43-2000, «Рекомендуемая практика для испытания сопротивления изоляции вращающегося оборудования». Доступно в Институте инженеров по электротехнике и электронике, Inc., 345 E. 47th St., New York, NY 10017.

До и после ремонта:
Кривая F показывает тенденцию к снижению значений сопротивления изоляции по мере увеличения испытательного напряжения. Это указывает на потенциальную проблему с изоляцией. Кривая G показывает то же оборудование после ремонта.
Использование защитного терминала
Защитный терминал полезен при измерении очень высоких значений сопротивления.
Какое испытательное напряжение мне следует использовать?
Есть две точки зрения относительно напряжения, при котором проверяется изоляция.Первый применяется к новому оборудованию или кабелю и может использовать испытательные напряжения переменного или постоянного тока.
Когда используется напряжение переменного тока, практическое правило — удвоить напряжение на паспортной табличке 1000. Когда используется постоянное напряжение (наиболее распространенное на мегомметрах, производимых сегодня), практическое правило — просто удвоить напряжение на паспортной табличке, за исключением случаев, когда используются более высокие напряжения. См. Таблицу ниже для предлагаемых значений.
Номинальные параметры оборудования / кабеля
от 24 до 50 В
от 50 до 100 В
от 100 до 240 В
от 440 до 550 В
2400 В
4100 В
Испытательное напряжение постоянного тока
50 до 100 В постоянного тока
от 100 до 250 В постоянного тока
250 до 500 В постоянного тока 1000 В постоянного тока
от 1000 до 2500 В постоянного тока
от 1000 до 5000 В постоянного тока
Всегда рекомендуется обращаться к производителю оригинального оборудования, чтобы получить рекомендации по правильному напряжению для использования при тестировании оборудования.
Преимущества испытаний на постоянном токе
Меньший размер и вес испытательного оборудования
Неразрушающий
Можно собрать исторические данные
Испытания трансформатора
Трансформаторы испытываются при номинальном напряжении или выше убедитесь, что нет чрезмерных путей утечки на землю или между обмотками. Они проводятся с полностью отключенным трансформатором от линии и нагрузки. Однако основание корпуса снимать не следует.
Однофазный трансформатор
Следующие 5 тестов и соответствующие электрические схемы полностью протестируют однофазный трансформатор. Подождите не менее 1 минуты для каждого теста или пока показания не стабилизируются.
Обмотка высокого напряжения к обмотке низкого напряжения и земле
Обмотка низкого напряжения к обмотке высокого напряжения и земле
Обмотка высокого напряжения к обмотке низкого напряжения
Обмотка высокого напряжения к земле
Обмотка низкого напряжения к земле
Три- Фазовый трансформатор Следующие 5 тестов и соответствующие электрические схемы позволят полностью протестировать трехфазный трансформатор.
Обмотка высокого напряжения к обмотке низкого напряжения и заземлению
Обмотка высокого напряжения к земле с обмоткой низкого напряжения для защиты
Обмотка высокого напряжения к обмотке низкого напряжения
Обмотка низкого напряжения к обмотке низкого напряжения и обмотка высокого напряжения для защиты
Высокое напряжение от обмотки к обмотке низкого напряжения
Тестирование кабеля
Трансформаторы испытывают при номинальном напряжении или выше него, чтобы убедиться в отсутствии чрезмерных путей утечки на землю или между обмотками.Они проводятся с полностью отключенным трансформатором от линии и нагрузки. Однако основание корпуса снимать не следует.
Однопроводниковый
Подключите, как показано на схеме
Проводник к клемме (-) и оболочка к земле ()
Многожильный
Однопроводной
Один проводник ко всем
Один проводник на землю
Один провод к другим минус заземление

Тестирование двигателя и генератора
Перед выполнением вышеуказанного испытания поднимите щетки ротора, заземлите клемму стартера и раму и заземлите вал двигателя.Разрядите обмотку возбуждения заземлением. Затем отсоедините обмотку возбуждения от земли и подключите ее к клемме (-) линии на мегомметре. Подключите клемму заземления () к земле. На схеме показано подключение для проверки сопротивления изоляции поля. Обмотка статора также может быть измерена аналогичным образом.
Патент США на лето с активным сопротивлением для гибридного трансформатора Патент (Патент №7327995, выданный 5 февраля 2008 г.)
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
Это приложение является подразделением U.Заявка на патент S. Сер. № 10 / 786,010, поданная 26 февраля 2004 г., которая является продолжением заявки на патент США сер. № 09/629 092, поданной 31 июля 2000 г., теперь в патенте США. № 6,775,529. Раскрытие вышеуказанных заявок включено сюда в качестве ссылки.
Уровень техники
1. Область изобретения
Настоящее изобретение в целом относится к передаче и приему электрических сигналов через каналы связи, такие как гигабитный канал.В частности, настоящее изобретение относится к компенсатору передачи, который удаляет сигналы передачи из сигналов приема в таких каналах связи.
2. Уровень техники
Гигабитный канал — это канал связи с общей пропускной способностью данных один гигабит в секунду. Гигабитный канал обычно включает в себя четыре (4) неэкранированных витых пары (далее «UTP») кабелей (например, кабели категории 5) для достижения этой скорости передачи данных. Стандарт IEEE 802.3ab, включенный сюда посредством ссылки, определяет параметры физического уровня для канала 1000BASE-T (например,г., гигабитный канал).
Специалистам в данной области техники будет понятно, что UTP становится линией передачи при передаче высокочастотных сигналов. Линия передачи может быть смоделирована как сеть катушек индуктивности, конденсаторов и резисторов, как показано на фиг. 1. Со ссылкой на фиг. 1, G обычно равен нулю, а R (T) является сложным из-за скин-эффекта. R (T) можно определить как:
R (ω) = k _R (1 + j ) √ {квадратный корень из (ω)} (1)
, где k _R — функция диаметра проводника, проницаемости и проводимости.Характеристический импеданс линии определяется как:
Z0 = R⁡ (ω) + jω⁢⁢LG + jω⁢⁢C, (2)
и на высоких частотах Z ₀ становится приблизительно √ {квадратным корнем более (L / C)} или приблизительно 100 Ом в типичной конфигурации. При правильном завершении UTP длиной d имеет передаточную функцию H, которая является функцией длины (d) и частоты (ω):
H ( d, ω ) = e ^{dγ (ω)}, (3)
, где
γω = √ {квадратный корень из (( R (ω) + jωL ) ( G + jωC ))} {квадратный корень из (( R (ω) + jωL ) ( G + jωC ))}, (4)
и замена уравнений 1 и 4 в уравнение 3 и упрощение, приблизительно дает:
H⁡ (d, ω) ≈ {d⁡ [kR2 ⁢Ω⁢⁢LC + j⁡ (ω⁢L⁢⁢C + kR2⁢ω⁢⁢LC)]}.(5)
Уравнение 5 показывает, что затухание и задержка зависят от длины кабеля d.
Путь передачи для UTP обычно включает витую пару кабелей, которые подключены к трансформаторам как на ближнем, так и на дальнем конце, как показано на фиг. 2. Приемопередатчик на каждом конце пути передачи передает и принимает через одну и ту же витую пару. Кабель обычно включает в себя два патч-корда общей длиной менее 10 м и основную секцию длиной 100 м или даже больше. Передатчики, показанные на фиг.2 моделируются как источники тока. Источник тока на ближнем конце выдает ток I _tx. Напряжение передачи на ближнем конце (например, I _tx R _tx) обнаруживается и измеряется на резисторе R _tx. Сигнал приема V _rcv (например, сигнал, передаваемый от приемопередатчика на дальнем конце) также обнаруживается и измеряется на резисторе R _tx. Следовательно, V _tx включает в себя как сигналы передачи (I _tx R _tx), так и сигналы приема (V _rcv).Соответственно, сигнал V _rcv (например, сигнал от приемопередатчика B), принятый на приемопередатчике A, можно получить, взяв разницу между напряжением передачи и измеренным напряжением V _tx следующим образом:
iV _rcv = V _tx −I _tx R _tx. (6)
Традиционные решения для удаления сигналов передачи из сигналов приема часто используют каскады суммирования известных преобразователей («Gm») или другие методы, основанные на токе.Следует понимать, что эти способы часто вносят искажение сигнала в принимаемый сигнал. Кроме того, у некоторых трансформаторов ограниченный динамический диапазон сигнала. Соответственно, обычные методы часто не подходят для приложений, требующих восстановления сигнала. Кроме того, известные схемы суммирования, такие как взвешенные сумматоры, использующие операционные усилители, до сих пор не модифицировались для приспособления к сложностям, связанным с подавлением сигналов передачи или регулированием дрейфа базовой линии (описано ниже).Известное взвешенное лето обсуждается в главе 2 «Microelectronic Circuits, Third Edition» A. S. Sedra и K. C. Smith, 1991, включенной в настоящий документ посредством ссылки.
Специалистам в данной области техники будет понятно, что принимаемый сигнал V _rcv обычно содержит дополнительные компоненты, например, из-за дрейфа базовой линии, эхо-сигналов и перекрестных помех.
Дрейф базовой линии предпочтительно корректируется при передаче и приеме сигналов по линиям передачи. Удаление составляющих постоянного тока из принимаемого сигнала с помощью трансформаторной связи может вызвать дрейф базовой линии.Как будет понятно специалистам в данной области техники, дрейф базовой линии представляет собой отклонение от начального потенциала постоянного тока сигнала.
«Эхо» обычно представляют собой остаточный сигнал передачи, вызванный отражениями, которые появляются в принимаемом сигнале. Эхо может вызвать чрезмерные помехи в зависимости от размера отражения.
Емкостная связь между каналами, как показано на фиг. 3, вызывает перекрестные помехи. Четыре канала TX 1 –TX 4 показаны на фиг. 3.Емкостная связь между TX 1 и каждым из TX 2 , TX 3 и TX 4 моделируется конденсаторами C _1-2, C _1-3, C _1-4, соответственно. Емкостная связь образует фильтр верхних частот между каналами, поэтому перекрестные помехи содержат в основном высокочастотные компоненты. Как будет понятно специалистам в данной области техники, обычно необходимо учитывать только перекрестные помехи на ближнем конце (NEXT), поскольку перекрестные помехи обычно небольшие, а линия передачи обеспечивает дополнительное ослабление перекрестных помех на дальнем конце (FEXT).
Соответственно, существует множество проблем отношения сигнал-шум, которые необходимо решить в данной области техники. Следовательно, необходим эффективный компенсатор передачи для удаления передаваемого сигнала из принимаемого сигнала без внесения избыточного искажения сигнала. Электрическая схема также необходима для вычитания сигнала передачи из сигнала приема. Также необходима электрическая цепь для исправления дрейфа базовой линии.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к компенсатору передаваемого сигнала для использования в гибридном трансформаторе.Такой гибрид включает в себя узел для передачи и приема сигналов. В настоящем изобретении активный резистивный сумматор можно использовать для отмены сигнала передачи из сигнала приема.
В соответствии с изобретением предусмотрена электрическая цепь в канале связи. Электрическая схема включает в себя активный резистивный сумматор, имеющий: (i) вход для составного сигнала, составной сигнал, включающий компонент сигнала передачи и компонент сигнала приема, (ii) вход для сигнала передачи реплики, и (iii) вход выход для сигнала приема, который включает составной сигнал за вычетом сигнала реплики.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставляется компенсатор сигнала передачи в канале связи. Канал включает в себя первый приемопередатчик для передачи и приема сигналов и передатчик реплики для генерации входного сигнала передачи реплики. Составной сигнал на заднем конце включает в себя сигнал передачи первого приемопередатчика и принятый сигнал второго приемопередатчика. Компенсатор передачи включает в себя: (i) операционный усилитель, имеющий положительный входной терминал, отрицательный входной терминал и выходной терминал; (ii) элемент обратной связи, связанный с отрицательной входной клеммой и выходной клеммой; (iii) первый входной резистор, связанный с отрицательной входной клеммой и входом измеренного сигнала; (iv) второй входной резистор, сообщающийся с отрицательной входной клеммой и входом реплики сигнала; и (v) заранее определенный источник напряжения, связанный с положительным выводом операционного усилителя.Сигнал приема — это выходной сигнал на выходе операционного усилителя.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предоставляется система связи, включающая в себя первый канал передачи с первым концом и вторым концом. Первый конец подключается к первому трансформатору, а второй конец подключается ко второму трансформатору. Первый приемопередатчик передает и принимает сигналы через первый трансформатор, а второй приемопередатчик передает и принимает сигналы через второй трансформатор.На ближнем конце подается первый сигнал. Первый сигнал включает в себя компонент сигнала передачи первого приемопередатчика и компонент сигнала приема второго приемопередатчика. Система связи включает в себя: (i) передатчик реплики, который генерирует реплику компонента сигнала передачи первого приемопередатчика; (ii) фильтр для фильтрации сигнала-реплики; (iii) активный резистивный сумматор, принимающий первый сигнал, и отфильтрованный дублирующий сигнал в качестве входных данных для уменьшения составляющей сигнала передачи на выходе активного резистивного сумматора.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предоставляется способ коррекции дрейфа базовой линии в принимаемом сигнале в канале связи, имеющем ближний и дальний конец. Канал включает в себя первый приемопередатчик на ближнем конце и второй приемопередатчик на дальнем конце, каждый для передачи и приема сигналов. Способ включает в себя следующие этапы: (i) обеспечение составного сигнала, при этом составной сигнал включает в себя сигнал передачи первого приемопередатчика и сигнал приема второго приемопередатчика; (ii) создание копии сигнала передачи; (iii) вычитание сигнала-реплики из составного сигнала посредством активного резистивного сумматора; и (iv) обеспечение тока коррекции базовой линии в активном резистивном сумматоре.
Эти и другие цели, особенности и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из следующего описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Подробности настоящего изобретения будут более понятны из подробного описания предпочтительных вариантов осуществления в сочетании со следующими фигурами.
РИС. 1 — принципиальная схема, иллюстрирующая модель линии передачи.
РИС. 2 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую путь передачи по витой паре кабелей, при этом кабели подсоединены к трансформаторам на каждом конце.
РИС. 3 — схема, иллюстрирующая переход между каналами в гигабитном канале.
РИС. 4 — блок-схема, иллюстрирующая обзор системы канала связи.
РИС. 5 — принципиальная схема передатчика.
РИС. 6 — график, иллюстрирующий сигнал передачи.
РИС.7 — график, иллюстрирующий составной сигнал с эхом.
РИС. 8 — принципиальная схема передатчика-реплики.
РИС. 9 — график, иллюстрирующий сигнал приема.
РИС. 10 — блок-схема, иллюстрирующая фильтр нижних частот.
РИС. 11 — принципиальная схема, иллюстрирующая активный резистивный сумматор.
РИС. 12 — принципиальная схема, иллюстрирующая схему обнаружения ошибок.
РИС. 13 — принципиальная схема, иллюстрирующая фильтр нижних частот.
РИС. 14 — принципиальная схема, иллюстрирующая обычный источник тока, управляемый напряжением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ НАСТОЯЩИХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Предпочтительные варианты осуществления будут описаны в отношении гигабитного канала, который используется, например, в сети Ethernet; и к электрическим схемам, связанным с разделением сигналов передачи и приема в таком гигабитном канале. Предпочтительные варианты осуществления также будут описаны в отношении коррекции дрейфа базовой линии в таком гигабитном канале.Однако, как будет понятно специалистам в данной области техники, настоящее изобретение также применимо к другим каналам передачи и, например, к другим электрическим схемам, имеющим приложения, требующие подавления сигналов передачи.
РИС. 4 — блок-схема, иллюстрирующая основные компоненты для одного из четырех каналов в предпочтительной конфигурации гигабитного канала для использования в сети Ethernet. Как показано на фиг. 4 вертикальная пунктирная линия разделяет компоненты аналоговой и цифровой обработки.Аналоговые компоненты предпочтительно включают в себя передатчик («XMTR») 1 , реплику передатчика («Replica XMTR») 2 , компенсатор передачи 3 , модуль коррекции базовой линии 4 , фильтр нижних частот («LPF») 5 , аналого-цифровой преобразователь («АЦП») 6 и контур фазовой автоподстройки частоты («ФАПЧ») 7 . В настоящем изобретении можно использовать известную систему ФАПЧ.
Компоненты цифровой обработки предпочтительно включают в себя кодировщик передатчика 10 , модуль эхо-сигнала 11 , компенсаторы NEXT 12 — 14 для помощи в удалении эха, модуль синхронизации 15 , эквалайзер FIR (Finite Impulse Response) 16 и DFE (Decision Feedback Equalizer) 17 для выравнивания принимаемого сигнала и модуль Витерби 18 .Компоненты цифровой обработки также включают в себя модули коррекции базовой линии 19 и 20 для коррекции остаточного дрейфа базовой линии. Также показаны модуль 21 восстановления синхронизации, детектор 22 коррекции ошибок (более подробно описанный ниже) и суммирующее соединение 23 . Отдельные цифровые компоненты, обозначенные блоками на фиг. 3, все хорошо известны в области коммуникаций, и их конкретная конструкция и работа не критичны для работы или наилучшего режима для осуществления настоящего изобретения.
Аналоговые компоненты «внешнего интерфейса», показанные на фиг. 4 теперь будет описано более подробно. Аналоговые компоненты внешнего интерфейса предпочтительно проектируются и конструируются с помощью специализированных интегральных схем. Однако, как будет понятно специалистам в данной области техники, схемы согласно изобретению и соответствующая конфигурация также могут быть реализованы с использованием дискретных компонентов.
Как показано на фиг. 5, передатчик 1 предпочтительно включает в себя источник тока I _tx, который генерирует сигнал передачи через резистор R _tx.Подходящее значение для резистора R _tx может быть выбрано, например, в соответствии с полным сопротивлением линии. В одном предпочтительном варианте осуществления центральный отвод резистора установлен на 2,5 В, поэтому передатчик 1 эффективно видит дифференциальный импеданс 25 Ом. Предпочтительные рабочие характеристики передатчика 1 более подробно описаны в Таблице 1 ниже.
Импульсный сигнал передачи может быть сгенерирован из единичного прямоугольного импульса шириной 1T, отфильтрованного однополюсным фильтром нижних частот (не показан) с частотой среза между 85 МГц и 125 МГц.Управление скоростью нарастания может также использоваться для ограничения времени нарастания и спада и, таким образом, уменьшения высокочастотных компонентов передаваемого сигнала. Конечно, любой передаваемый сигнал предпочтительно вписывается в шаблон передачи, предусмотренный стандартом IEEE 802.3ab. Идеальный импульс передачи показан на фиг. 6.
Измеренное напряжение V _tx на R _tx (фиг. 5) показано на фиг. 7. Измеренный сигнал V _tx содержит помехи, вызванные отражениями от линий (например, эхом).Отражения вызваны неоднородностью импеданса из-за несоответствия импеданса между разными кабелями. Например, большой импульс отражения при 60 нс, как показано на фиг. 7 соответствует отражению от неоднородности импеданса на адаптере, соединяющем 5-метровый патч-корд с 100-метровым кабелем. Величина эхо-сигналов может быть значительной по сравнению с величиной принимаемого сигнала на большой длине линии, и, следовательно, подавление эха, обеспечиваемое компенсаторами NEXT 12 — 14 , показанными на фиг.4, используется.
Сигнал приема V _rcv (например, сигнал, полученный от приемопередатчика на дальнем конце) также измеряется на резисторе R _tx, как показано на фиг. 5. Соответственно, сигнал передачи на ближнем конце (I _tx R _tx) предпочтительно отменяется или уменьшается из составного сигнала V _tx, чтобы эффективно восстановить принятый сигнал на дальнем конце V _rcv. Этот тип активной отмены может быть выполнен с помощью реплики сигнала передачи V _txr.Соответственно, предоставляется реплика передатчика 2 (будет описана ниже) для генерации сигнала V _txr, который вычитается из измеренного сигнала V _tx, таким образом, эффективно уменьшая передаваемый сигнал (I _tx R _TX).
Приемный сигнал x (t), передаваемый с амплитудно-импульсной модуляцией («PAM»), определяется как:
x⁡ (t) = ∑n = 1∞⁢⁢an⁢p⁡ (tn⁢⁢T), ( 7)
, где _n — символы передачи, а p (t) — импульс канала, полученный путем свертки импульса передачи импульса с характеристикой канала, определяемой уравнением 5.Приемный сигнал для кабеля длиной 100 м сильно ослабляется линией передачи, а ширина импульса рассредоточена, как показано на фиг. 9. 100-метровый UTP задерживает сигнал примерно на 550 нс. При выравнивании сигнала предпочтительно используется усиление высоких частот через FIR 16 для удаления межсимвольных помех предшественников («ISI») и для вставки перехода через нуль для восстановления синхронизации 21 . DFE 17 используется для удаления посткурсора ISI.
Удлиненный хвост принимаемого сигнала является результатом трансформаторной связи (например,g., фильтр верхних частот) с постоянной времени (например, L / R) обычно порядка микросекунд. Поскольку принимаемый сигнал содержит небольшую или не содержит средней энергии постоянного тока, отрицательный хвост имеет такое же количество энергии, что и положительный импульс. В связи с этим интеграл площадей сигнала равен нулю. В типичном примере хвост может длиться более 10 мкс с величиной не более 0,5 мВ. Длинный хвост заставляет любое смещение постоянного тока возвращаться к нулю, что может привести к дрейфу базовой линии. Понятно, что это время отклика слишком велико, чтобы его можно было практически исключить цифровым эквалайзером, но отклик достаточно медленный, чтобы его можно было подавить, например, с помощью медленного интегратора.Компенсатор 4 фазового дрейфа базовой линии предпочтительно является решением, направленным на минимизацию ошибки, определяемой разницей между выровненным значением и его срезанным значением, как обсуждается ниже.
Как показано на фиг. 8 реплика передатчика 2 включает в себя источник тока I _txr. I _txr подключен к напряжению V через резисторы R, как показано на фиг. 8. В предпочтительном варианте R составляет 100 Ом, а V составляет около 2,5 вольт. Сигнал реплики V _txr предпочтительно фильтруется через известный фильтр нижних частот для получения сигнала реплики нижних частот («V _txrl»), как показано на фиг.10. Сигнал реплики V _txr также можно инвертировать известным способом для получения -V _txr. Предпочтительные рабочие характеристики передатчика 1 и реплики передатчика 2 показаны в Таблице 1.
ТАБЛИЦА 1 Технические характеристики передатчика и его копии Параметры Характеристики Ток передачи +/- 40 мА Уровень передачи уровней тока передачи (Текущее число) не включая 0) Количество единиц до 8 (с последовательной задержкой) Профиль передачи [1 1 2 2 1 1], с задержкой ~ 1 нс Реплика Передача [1 1 3 3], с задержкой ~ 1 нс Профиль R _tx 100 Ом
Компенсатор сигнала передачи 4 показан на фиг.11. Компенсатор передачи 4 удаляет сигнал передачи (I _tx R _tx) из измеренного (или обнаруженного) передаваемого сигнала V _tx. В частности, компенсатор передачи включает в себя активный резистивный сумматор, который обеспечивает большой входной динамический диапазон и стабильные характеристики линейности, удаляя (например, уменьшая или подавляя) нежелательную составляющую сигнала передачи.
Как показано на фиг. 11, активный сумматор включает в себя операционный усилитель («операционный усилитель») с инвертирующей обратной связью.Операционный усилитель предпочтительно строится с использованием интегральных схем известным способом. Summer принимает в качестве входных сигналов V _txrl, V _tx, −V _txr, I _cms и I _bl. I _bl — это базовый ток управления дрейфом фазы, а I _cms — синфазный ток сдвига, каждый из которых дополнительно обсуждается ниже.
Специалистам в данной области техники будет понятно, что трансформатор обычно имеет высокочастотные характеристики. Соответственно, сигнал реплики -V _txr объединяется (например,g., вычтенный через активное сопротивление сумматора) с сигналом реплики нижних частот V _txrl для получения сигнала реплики верхних частот. В качестве альтернативной конфигурации V _txr может быть отфильтрован через известный фильтр верхних частот перед каскадом компенсатора передачи 3 .
Возвращаясь к РИС. 11, сигнал приема V _rcv определяется из следующих соотношений.
Пусть:
Vi = напряжение на плюсовой клемме операционного усилителя;
V ₁ = V _txrl;
V ₂ = V _tx;
−V ₃ = −V _txr;
i ₄ = I _cms; и
i ₅ = I _bl.
Тогда:
(i) ⁢ ⁢i1 + i2-i3-i4-i5 = i0; и (i⁢⁢i) ⁢ V1-V⁢⁢iR1 = i1; V2-V⁢⁢iR1 = i2; V⁢⁢i — ⁢V3R1 = i3; V⁢⁢iV⁢⁢r⁢⁢c⁢⁢v⁢RF = i0.⇒⁢V1-V⁢⁢iR1 + V2-V⁢⁢iR1-V⁢⁢i- V3R1-i4-i5 = V⁢⁢iV⁢⁢r⁢⁢c⁢⁢v⁢RF⇒⁢V1 + V2-V3-3⁢⁢V⁢⁢iR1-i4-i5 = V⁢⁢iV⁢⁢r⁢⁢ c⁢⁢v⁢RF⇒⁢RFR1⁢ (V1 + V2-V3⁢3⁢⁢V⁢⁢i) -i4 · RF-i5 · RF = V⁢⁢iV⁢⁢r⁢⁢c⁢⁢v⇒⁢RFR1 ⁢ (V1 + V2-V3-3⁢⁢v⁢⁢i) -RF⁢i4-RF⁢i5-V⁢⁢i = -V⁢⁢r⁢⁢c⁢⁢v⁢⁢Vr⁢⁢c⁢⁢ v = Vi-RFR1⁢ (V1 + V2-V3-3⁢⁢V⁢⁢i) + RF⁡ (i4 + i5) (8)
Подстановка входных сигналов для их заполнителей дает определение для V _rcv, следующим образом:
Vr⁢⁢c⁢⁢v = V⁢⁢i-RFR1⁢ (V⁢⁢t⁢⁢x⁢⁢r⁢⁢l + V⁢⁢t⁢⁢xV⁢⁢t⁢⁢x⁢⁢ r-3⁢⁢V⁢⁢i) + RF⁡ (I⁢⁢c⁢⁢m⁢⁢s + I⁢⁢b⁢⁢l).(9)
Коэффициент усиления предпочтительно устанавливается от 0,75 до 1 (например, _R / R ₁ равно 0,75 до 1). Для анализа слабого сигнала Vi можно установить равным нулю (0). Кроме того, как будет понятно специалистам в данной области техники, в полностью дифференциальной схеме Vi фактически выпадает из уравнений, поскольку V _rcv = V _rcv ⁽⁺⁾ -V _rcv ^(-). Как обсуждалось, V _txrl и -V _txr объединяются в течение активного сумматора, чтобы обеспечить сигнал реплики верхних частот («V _txrh»).Сигнал приема V _rcv затем может быть восстановлен, как показано уравнением 9.
Предпочтительные характеристики компенсатора передачи подробно описаны в таблице 2 ниже.
ТАБЛИЦА 2 Технические характеристики компенсатора передачи Параметры Технические характеристики Входной динамический +/- 2,5 В (дифференциал) для передаваемого сигнала Диапазон Выходной динамический +/- 1 В (разн.) Диапазон Входной импеданс Высокий, ~ 10 к. Выходное сопротивление Низкая частота постоянного тока среза .85 — в зависимости от характеристик LPF 5 и ADC6 (ФИГ.4) мощность 25 мВт, включая ФНЧ 5 (фиг. 4) R _f 8,5 кОм; или 7,5 кОм для повышенного затухания Vi2,0 В R ₁ 10 кОм
Схема известного режима тока, например, источник тока, управляемый напряжением (VCCS), как показано на фиг. 14, с обратной связью предпочтительно задает летнее входное напряжение токового режима (В _см). Конечно, с настоящим изобретением могут быть использованы другие известные схемы режима тока. Эта схема с токовым режимом сдвигает синфазный сигнал как для сигналов передачи, так и для сигналов передачи реплик.Входной сигнал операционного усилителя (V _aip, V _ain) сравнивается с желаемым синфазным напряжением на выходе операционного усилителя (V _d):
V _d = ( V _aip −V _см) + ( V _ain −V _см). (10)
Тогда ток синфазного сдвига можно определить по формуле:
I _cms = V _d g _m + I ₀, (11)
где g _m — крутизна, а I _o — ток смещения.Подходящую крутизну и ток смещения можно выбрать, установив V _см = I _см R _F = V _d g _м R _F + I ₀ R _F, чтобы гарантировать правильное синфазное напряжение, видимое на входах операционного усилителя. Таким образом, ток сдвига синфазного режима I _cms может регулироваться для снижения синфазного напряжения операционного усилителя по мере необходимости.
Базовый ток дрейфа I _bl также «суммируется» активным резистивным сумматором, как показано на фиг.11, чтобы исправить отклонение базовой линии. Примерно девяносто процентов (90%) всей коррекции базовой линии системы может быть получено в течение активного лета. Оставшаяся невязка базовой линии может быть скорректирована цифровым способом, например, с помощью эквалайзера. Следует понимать, что фиг. 11 топология позволяет источникам тока (I _bl и I _cms) иметь фиксированное выходное напряжение, таким образом, минимизируя отклонение тока из-за конечного выходного сопротивления.
Модуль 4 коррекции дрейфа базовой линии предпочтительно корректирует дрейф базовой линии с использованием метода, ориентированного на принятие решения, такого как дискретный интегратор._k), как показано на ФИГ. 12. Как будет понятно специалистам в данной области техники, ожидаемое значение ошибки (например, E [e _k]) в идеале устанавливается на ноль. Нагнетательный насос предпочтительно перекачивать вверх или вниз в зависимости от значения ошибки. Например, положительная ошибка означает, что в зарядовый насос следует ввести отрицательное значение. В случае отрицательной ошибки в зарядный насос следует ввести положительное значение. Зарядный насос предпочтительно имеет по меньшей мере две настройки тока для регулирования I _bl.Конечно, для получения более точного управления коррекцией базовой линии можно использовать зарядный насос со многими текущими настройками.
Предпочтительные технические характеристики коррекции дрейфа базовой линии более подробно описаны в Таблице 3 ниже.
ТАБЛИЦА 3 Спецификация коррекции базового дрейфа Параметры Характеристики Выход динамический +/- 100 мкА (разн.), (+/- 1 В / R ₁, R ₁ = 10 кОм) Диапазон Выходной импеданс 2 мВ / Коэффициент интеграции T, 4 мВ / ТБ ширина> 100 МГц
Фильтр нижних частот второго порядка, как показано на фиг.13, каскадируется после лета, чтобы предпочтительно сгладить частотную характеристику примерно до 31,25 МГц (<1 дБ). Для фильтра нижних частот желательно минимальное общее затухание 20 дБ на частоте 125 МГц. В системе с дискретизацией некоторое сглаживание за пределами частоты Найквиста (или избыточная полоса пропускания) допустимо, но минимальное сглаживание разрешено на частоте дискретизации. Передаваемые данные предпочтительно ограничены полосой частот до скорости Найквиста.
Предпочтительные рабочие характеристики фильтра нижних частот 5 подробно описаны в Таблице 4 ниже.
ТАБЛИЦА 4 Технические характеристики ФНЧ Параметры Технические характеристики Входной динамический +/- 1 В (разн.) Диапазон Выходной динамический +/- 1 В (разн.) Диапазон Входной импеданс Высокий, ~ 10 к. Выходное сопротивление Низкая частота отсечки 50–60 2 МГц. порядка) ~ 1 Входной импеданс Высокий, ~ 10 к. Выходной импеданс Низкий, коэффициент усиления <100 DC 1
В качестве альтернативы используется фильтр нижних частот Саллена и Ки третьего порядка, описанный в одновременно рассматриваемой заявке того же изобретателя. , озаглавленный «ЦЕПЬ КАЛИБРОВКИ», поданная одновременно с этим и включенная в настоящее описание посредством ссылки, может использоваться в качестве фильтра 5 .Аналогичным образом, описанная в нем схема калибровки также может использоваться для калибровки фильтра 5 нижних частот.
Аналого-цифровые преобразователи хорошо известны в данной области техники. Очевидно, что разрешение АЦП 6 часто определяется требованиями системы к цифровой обработке. В предпочтительном варианте детектор Витерби 18 требует эффективного 7-битного разрешения. Остаточный дрейф базовой линии, эхо-сигналы и перекрестные помехи увеличивают динамический диапазон примерно на 200–300 мВ, что увеличивает необходимое разрешение.Уменьшение динамического диапазона из-за вносимых потерь для кабеля длиной 100 м составляет примерно 40%. Соответственно, предпочтительнее 8-битное разрешение.
Предпочтительные рабочие характеристики АЦП подробно описаны в Таблице 5 ниже.
ТАБЛИЦА 5 Технические характеристики АЦП Параметры Характеристики Разрешение Минимум 8 бит Частота дискретизации 125 MS / s Выходной сигнал Низкий, ~ 200–400 Ом Импеданс
Таким образом, был описан компенсатор передатчика с активным резистивным сумматором.Такой активный резистивный сумматор до сих пор не был разработан для таких приложений, как подавление сигналов в гигабитных каналах. Здесь также описана коррекция блуждания базовой линии через такое активное резистивное лето.
Хотя настоящее изобретение было описано в отношении того, что в настоящее время считается предпочтительными вариантами осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Напротив, изобретение охватывает различные модификации и эквивалентные устройства, входящие в сущность и объем прилагаемой формулы изобретения.Объем нижеследующей формулы изобретения должен соответствовать самой широкой интерпретации, чтобы охватить все такие модификации и эквивалентные структуры и функции.
Например, хотя были описаны предпочтительные конфигурации схем и значения компонентов, будет понятно, что модификации могут быть выполнены без отклонения от структур по изобретению. Например, значения для резисторов обратной связи и входных резисторов R _f и R ₁ могут быть изменены для получения большего или меньшего усиления.Кроме того, активный резистивный сумматор может быть сконструирован для суммирования, например, только измеренного сигнала V _tx и сигнала реплики V _txr (или высокочастотной версии реплики). Кроме того, хотя канал связи был описан применительно к витой паре кабелей, изобретение также может быть реализовано на практике с другими каналами связи, такими как оптические и беспроводные каналы. Более того, это изобретение не должно ограничиваться гигабитными скоростями передачи и может применяться на практике при любой скорости передачи, требующей характеристик обработки сигналов изобретения.Конечно, эти и другие подобные модификации охватываются настоящим изобретением.
Электроника | Бесплатный полнотекстовый | Один трансформатор для метода активной уравновешивания литий-ионных батарей с в два раза меньшим количеством вторичных обмоток, чем ячеек
1. Введение Литий-ионные батареи
широко используются из-за их низкой скорости саморазряда, большого количества циклов, меньшего веса , отсутствие эффектов памяти и высокая плотность энергии [1,2,3,4,5]. Следовательно, они имеют много преимуществ и применяются во многих приложениях, таких как электромобили (EV), гибридные электромобили (HEV), электрические скутеры (ES), электрические велосипеды и источники бесперебойного питания (UPS) [6,7, 8].Приложения могут использовать сотни литий-ионных ячеек для модулей, соединяя их последовательно или параллельно для применения в системах высокого напряжения и большой емкости, таких как электромобили и устройства хранения энергии [9]. У них не может быть одинаковых характеристик, поскольку они используют химическую энергию [10,11]. Однако производственные допуски приводят к вариациям емкости и внутреннего сопротивления батареи от ячейки к ячейке [12]. Проблемы, связанные с изменением емкости и сопротивления, усугубляются старением различных клеток.Этот дисбаланс приводит к снижению потенциала накопления заряда и сокращению срока службы аккумуляторной батареи. При повторяющихся циклах зарядки и разрядки каждый элемент батареи показывает дисбаланс напряжений. Неуравновешенность напряжений является основным фактором снижения производительности и надежности аккумуляторной батареи из-за уменьшения полезной емкости из-за низкого напряжения аккумуляторной батареи и риска взрыва из-за перезарядки. Таким образом, эквалайзеры батарей необходимы, чтобы гарантировать, что все элементы в последовательно соединенной цепочке батарей полностью заряжены или разряжены.За последние несколько лет было предложено много аккумуляторных эквалайзеров [13,14,15,16,17,18,19,20,21,22]. Эти приложения делятся на методы пассивной балансировки и методы активной балансировки.
Метод пассивной балансировки подключает резисторы и переключатели к каждому элементу батареи и рассеивает энергию с помощью резисторов. Они работают на основе удаления избыточной энергии из более высоких ячеек, путем обхода тока более высоких ячеек, пока все ячейки не будут на одном уровне напряжения. С другой стороны, метод активной балансировки используется для решения проблемы потерь энергии.Он выравнивает элементы батареи, передавая заряд от более высоких ячеек к более низким. Активная балансировка делится на две категории, такие как тип зарядного устройства и тип многообмоточного трансформатора.
В первом типе энергия накапливается в конденсаторе или катушке индуктивности через переключатель для передачи зарядов в другую ячейку [15,23]. Преимущество конденсаторного типа в том, что конфигурация схемы проста, но, с другой стороны, недостатком этого метода является длительное время выравнивания. Метод балансировки индукторов имеет преимущество быстрого времени выравнивания [13,20], но передача энергии возможна только между соседними ячейками.Следовательно, скорость балансировки ниже по сравнению с методом балансировки трансформатора. Во втором типе многообмоточный трансформатор имеет то преимущество, что возможна прямая передача энергии между несмежными элементами батареи [8,9,17,21,24,25,26,27,28,29,30,31, 32,33,34,35,36]. Топология трансформатора с несколькими обмотками имеет магнитный сердечник с первичной и вторичной обмотками для каждой ячейки. Преимущество этого метода можно выразить как простоту, легкость управления и низкую стоимость. На рисунке 1 представлена схема традиционного метода балансировки многообмоточного трансформатора.Для этого метода требуется одна вторичная обмотка и один переключатель на ячейку, поэтому количество вторичных обмоток и переключателей в два раза больше по сравнению с показанной предлагаемой схемой. Это означает больше затрат, более сложные схемы и меньшую эффективность.
В данной статье предлагается схема прямой балансировки с использованием многообмоточного трансформатора. Энергия передается от всего блока к элементам низкого напряжения. Основное преимущество этой статьи заключается в том, что количество вторичных обмоток сокращено в два раза за счет использования преобразователя с двойным прямым преобразованием.В результате получается экономичная, более эффективная и менее сложная схема. Кроме того, уменьшается количество переключателей, что упрощает управление и снижает потери.
3. Принцип работы
На рисунке 3 схематично представлена реализация схемы балансировки. Предположим, что полевые МОП-транзисторы Q3 и Q4 являются проводящими, поэтому первичная обмотка получает положительное напряжение. Через выпрямительный диод Шоттки D2 и сглаживающий конденсатор C7 элемент 1 получает постоянное напряжение той же полярности, что и первичное напряжение.Однако элемент 2 не получит напряжения на своих выводах, поскольку диод D3 имеет обратное смещение.
Когда полевые МОП-транзисторы Q1 и Q2 являются проводящими, первичная обмотка получает отрицательное напряжение, а ячейка 2 получает напряжение противоположной полярности. Полевые МОП-транзисторы с Q1 по Q4 образуют мостовой преобразователь, подающий сигнал на первичную обмотку.
Они управляются автоколебательной интегральной схемой (ИС) полномостового драйвера. Эта ИС получает свой VCC от напряжения аккумуляторной батареи через резистор R6.Это происходит только тогда, когда полевой МОП-транзистор Q5 проводит с достаточно высоким напряжением затвор-исток (Vgs). Это достигается за счет наличия резистора R7. Стробирующий сигнал для полевого МОП-транзистора Q5 исходит от оптопары U2. Есть «выбор банка» для уменьшения количества одновременных сигналов. При получении сигнала выбора банка оптопара U2 позволяет току коллектор-эмиттер течь и подтягивать затвор полевого МОП-транзистора Q5, тем самым обеспечивая VCC драйвера.
Поскольку нежелательно отключать балансировку при кратковременном отсутствии сигнала выбора банка (мультиплексирование), C5 задерживает вентиль Q5 в течение ограниченного времени, достаточного для простоя выбора банка.Когда батарея критически разбалансирована или может протекать импульсный ток, самовосстанавливающийся предохранитель S1 с полимерным положительным температурным коэффициентом (PPTC) в форме PPTC срабатывает, и первичный ток ограничивается «самовосстанавливающимся предохранителем» и светодиодом. драйвер / регулятор постоянного тока. Когда падение напряжения на PPTC слишком велико, драйвер полного моста переходит в режим блокировки пониженного напряжения (обычно VCCuv− = 9 В).
Индикация дисбаланса (слишком низкий уровень ячейки) через мониторинг оптопары.Когда возникает значительный дисбаланс, драйвер светодиода подает ток на оптопару U1, достаточный для уведомления микроконтроллера о возникновении дисбаланса. После этого пакет можно было бы отсоединить от нагрузки, чтобы предотвратить дальнейшее разбалансирование. Когда аккумулятор снова зарядится, он может восстановиться и использоваться снова. Конденсаторы от C7 до C14 служат двойной цели.
Это сглаживающие конденсаторы, так как индуктивность проводки и цепи должна частично компенсироваться этими конденсаторами, таким образом уменьшая индуктивное падение и оптимизируя увеличение уравновешивающего тока при дисбалансе напряжения.Индуктивность проводки действует аналогично повышенной утечке через трансформатор. Диод D1 предназначен для уменьшения возможного циркулирующего тока. Выбор этого дополнительного падения напряжения следует из предложенного коэффициента передачи обмоток трансформатора.
Чтобы оценить ток балансировки, рассмотрите следующую конфигурацию. В принципе, вторичный балансировочный ток зависит от дисбаланса напряжений и индуктивности рассеяния трансформатора в соответствии со следующим соотношением.
балансировка (t) = 1 / n × [(∑i = 18Vbi) −VD1] −VSchottky − Vb′Lσ2 × t
(1)
где 0≤t
n = соотношение витков первичной и вторичной обмоток
ibalancing = ток рассматриваемой несбалансированной ячейки
Vbi = напряжение ячейки i
Vb ′ = напряжение рассматриваемой несбалансированной ячейки
VD1 = Падение напряжения на диоде D1.
VSchottky = падение напряжения на диоде Шоттки
Lσ2 = утечка трансформатора относительно вторичной обмотки.
тонна = время нарастания тока балансировки.
Средний ток балансировки получается с учетом времени обратного хода или времени восстановления индуктивности рассеяния. Драйвер имеет внутреннюю мертвую выдержку (DT), которая поясняется в следующем разделе. Как таковой где T = период входного сигнала. Тогда средний ток балансировки определяется как
Балансировка, средняя = балансировка (тонна) 2 × (T / 2 − DT + toff) T
(3)
Чтобы получить время обратного хода или время восстановления индуктивности рассеяния, необходимо знать восстанавливающееся напряжение в течение мертвого времени.
Voff = — (Vb ′ + VSchottky)
(4)
Время восстановления зависит от скорости уменьшения тока и пикового тока.
toff = Lσ2 × балансировка (тонна) / Voff
(5)
При проверке концепции ток балансировки измеряется в зависимости от дисбаланса.
4. Практическая реализация
В этом разделе выполняется реализация предложенной схемы и представлены результаты. Один из важнейших компонентов — трансформатор.Коэффициент намотки определяется исходя из напряжения аккумуляторной батареи в соответствии со следующими соображениями. Предположим, что все элементы находятся под номинальным напряжением, равным 3,2 В. Это приводит к общему напряжению аккумуляторной батареи Vpack, nom = 25,6 В. Из-за ограниченного прямого падения напряжения диодов Шоттки, представленного на рисунке 4, соотношение первичной и вторичной обмоток , n, может быть выбрано как (7.5). Пиковое напряжение на вторичной обмотке при номинальном напряжении аккумуляторной батареи без учета падений напряжения на первичной стороне и индуктивности рассеяния может быть выражено как
Vвторичный, pk = Vpack, nomn = 3.413V
(6)
Это дает прямое падение напряжения Шоттки на 0,213 В. Следовательно, согласно рисунку 4, циркулирующий ток может течь, но только при повышенных температурах. Это может привести к некоторым положительным отзывам в течение некоторого времени. Ячейка с самым низким напряжением имеет самый большой ток и будет иметь самый горячий диод. При полном напряжении зарядного элемента 3,65 В и, следовательно, напряжении батареи 29,2 В, прямое падение напряжения по Шоттки составляет 0,243 В, что может привести к более значительному циркулирующему току.Для уменьшения циркулирующего тока добавлено дополнительное падение напряжения в виде диода D1 на рисунке 3. Предположим, что падение напряжения на диоде 0,6 В, поэтому пиковое напряжение на вторичной обмотке можно записать как
Vвторичный, pk = (Vpack − Vdiode) n
(7)
Точный эффект можно настроить, выбрав другой тип диода или несколько диодов. При этом циркулирующий ток отсутствует как при полном напряжении заряда, так и при номинальном напряжении. Только при повышенных температурах появляется небольшой циркулирующий ток.В приведенной выше упрощенной аргументации для коэффициента передачи обмотки трансформатора все падения напряжения на первичной стороне, кроме падения на диодах, и все потери не учитывались. Вместо того, чтобы пытаться моделировать их, они будут оценены в разделе экспериментальных результатов путем экспериментальной проверки.
При выборе полномостового драйвера необходимо учитывать возможное насыщение сердечника трансформатора. В сбалансированной батарее нет риска насыщения, поскольку пиковая плотность потока остается значительно ниже 0.3 T. В случае несбалансированной ячейки существует дисбаланс потока между положительным и отрицательным полупериодами с коэффициентом заполнения 50% (δ). Несбалансированная ячейка потребует заряда и, следовательно, тока для уравновешивания, в то время как другая ячейка не потребует этого уравновешивающего заряда.
Предположим, что положительный полупериод является циклом балансировки. Во время этого положительного полупериода происходит падение напряжения и, следовательно, падение магнитного потока из-за окружающих компонентов схемы. Последующий отрицательный полупериод не будет иметь этого падения потока и через определенное время может привести к насыщению сердечника.Таким образом, требуется сброс сердечника трансформатора. Решение этой проблемы было найдено в ИС автоколебательного полномостового драйвера с внутренним мертвым временем (DT) 1 мкс. В зависимости от степени дисбаланса и соответствующего уравновешивающего тока сердечник может размагнититься в течение этого мертвого времени.
В качестве аргумента в пользу этого выбора, упрощенная оценка требуемого времени восстановления дается посредством примера расчета, выполненного по L-схеме, эквивалентной трансформатору, показанной на рисунке 5, на основе измеренных и расчетных значений.Обратите внимание, что это грубая оценка, просто чтобы дать порядок величины. Индуктивности измерялись на рабочей частоте. Поскольку индуктивность рассеяния (5,8 мкГн) на первичной стороне мала по сравнению с индуктивностью намагничивания (377 мкГн), а первичная обмотка намотана близко к сердечнику, допускается использование упрощенной L-схемы. В симметричной Т-образной схеме первичные и вторичные утечки должны быть соответствующим образом отнесены к каждой обмотке. Требуемые значения представлены в таблице 1.Индуктивность рассеяния (Lσ1) представляет собой сумму общей утечки трансформатора, относящейся к первичной обмотке (Λσ1 + Λ′σ2), и индуктивности макета печатной платы (PCB). Индуктивность макета печатной платы измеряется с помощью измерителя LCR путем вычитания индуктивности рассеяния, измеренной на первичной обмотке, из индуктивности, измеренной с помощью закороченного диода Шоттки и выходного конденсатора. R1 — это консервативная оценка первичного сопротивления, расположенного слева от индуктивности намагничивания в L-схеме.Сопротивление постоянному току оценивается следующим образом:
R = MLT × 15 × ρCu / A = 28,12 мОм
(8)
MLT = средняя длина витка
ρ = удельное сопротивление меди (25 ∘C)
A = площадь поперечного сечения провода
Однако существует также скин-эффект, который необходимо учитывать для Сопротивление переменному току. Глубину скин-слоя можно выразить как
δ = 2 × ρ (2 × ∏ × f × μr × μ0) = 0,25 мм
(9)
Поскольку существует также эффект близости и постоянная составляющая, предполагается консервативная оценка в 100 мОм.Также R2 был получен по той же причине. RDSon — это полное сопротивление в открытом состоянии сток-исток двух переключаемых полевых МОП-транзисторов. Это значение было получено из техпаспорта с учетом температуры 120 ∘C и составило 400 мОм. Для справки рассматривается серьезный дисбаланс с пиковым первичным током 2 А (Ipeak).
Это составляет пиковый ток балансировки 15 А, что соответствует критически несбалансированной батарее. В действительности, этот ток очень маловероятен из-за ограничивающего влияния PPTC и дисбаланса, который должен был бы присутствовать.Кроме того, если это произойдет, PPTC защищает. В доказательстве концепции представлена реалистичная кривая балансировки.
В этом наихудшем случае ниже приведен упрощенный расчет для оценки требуемого мертвого времени, предусмотренного в драйвере. Поле утечки магнитопровода, соответствующее Ipeak 2 А, без учета тока намагничивания можно выразить как
Ψσ1 = Ipeak × Lσ1 = 12,8 мкВс
(10)
При входном напряжении (Vin) 25 В и в соответствии с предыдущими аргументами относительно тока балансировки это дает несимметричный элемент около 2 В.Требуемое время обратного хода для этой связи потока утечки составляет
Δtflyback = Ψσ1Voff × n = 0,525 мкс
(11)
Падение постоянного напряжения на выходе по сравнению с ситуацией без нагрузки, соответствующее этой утечке, составляет
ΔVL = Ψσ1 [(T / 2 − DT × n)] = 0,264 В
(12)
Падение резистивного напряжения первичной обмотки оценивается следующим образом:
ΔVR = (R1 + RDSon) × Ipeak / 2 = 0,5 В
(13)
Фактор 2 возникает из упрощения линейно возрастающего тока с пиковым значением 2 А (обычно ожидается экспоненциальное поведение с τ = L / R).Чтобы получить падение напряжения за полупериод, это пиковое падение можно уменьшить вдвое. Время восстановления, необходимое для этого, чтобы получить Vs-баланс, составляет
ΔtR = ΔVR × (T / 2-DT) Voff × n = 0,13 мкс
(14)
Согласно предыдущей аргументации, ток намагничивания имеет время 0,34 мкс, чтобы достичь нуля за мертвое время 1 мкс. Исходя из этой элементарной оценки, мертвое время в 1 мкс кажется достаточным.
5. Моделирование
Чтобы проверить предыдущие предположения, сначала была построена упрощенная модель, включающая трансформатор, с использованием симулятора аналого-цифровых схем Cadence PSpice.Моделируются две ячейки, причем источник моделируется двумя инверсными (ШИМ) источниками для управления мертвым временем. На рисунке 6 установленное мертвое время составляло 500 нс, чтобы увидеть, возникает ли дисбаланс формы сигнала, что указывает на возможность насыщения. Получены следующие осциллограммы: первичный ток выделен красным цветом, вторичный ток — синим, а первичное напряжение — зеленым. Это в случае крайнего дисбаланса: никакой текущий дисбаланс не сохраняется в разные периоды. Резистивное падение присутствует в отрицательном полупериоде.На рисунке 6 можно увидеть первичный ток, который включает ток намагничивания. Даже с мертвым временем 500 нс первичный ток имеет достаточно времени для сброса. Внутреннего мертвого времени драйвера в 1 мс должно хватить. Использование многослойных керамических конденсаторов на выходе необходимо из-за плохого частотно-зависимого поведения электролитических конденсаторов, которые становятся высокоомными на используемых частотах. Многослойные керамические конденсаторы лучше в этом отношении, хотя и демонстрируют уменьшенную емкость при смещении приложенного постоянного напряжения (52 мФ при смещении 3 В постоянного тока для конденсатора 100 мкФ).Они обладают очень низким ESL (эквивалентной последовательной индуктивностью) и ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением) и малой утечкой, что благоприятно сказывается на эффективности схемы. В следующем разделе важность компоновки печатной платы для балансировки схемы будет количественно определена посредством измерений.
Для подтверждения предложенной схемы представлены результаты моделирования предложенной схемы с помощью программного обеспечения MATLAB. Переключатели представляют собой N-канальные полевые МОП-транзисторы с корпусными диодами, и они запускаются с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ), создаваемой генератором импульсов с синхронным шаблоном.Частота коммутации 67 кГц при скважности 45%. Батареи моделируются конденсаторами емкостью 50 мФ.
Чтобы применить дисбаланс ячеек, рассматривался аккумуляторный блок с различным напряжением ячеек. Напряжения ячеек варьируются от 3,1 В до 3,6 В, чтобы обеспечить значительную разницу напряжений. На рисунке 7 представлены результаты моделирования балансировки ячеек предлагаемой схемы балансировки трансформатора. На Рисунке 7 видно, что все ячейки выравниваются и сходятся в конце периода балансировки.Следовательно, предлагаемая методика выравнивания может уравновесить все напряжения соседних ячеек цепочки батарей до одного и того же уровня напряжения. Разница напряжений нижнего элемента и верхнего элемента составляет 16,12%. Во время первого испытания элементы батареи не были подключены к нагрузке. Формы сигналов первичного и вторичного напряжения трансформатора в установившемся состоянии показаны на рисунке 8. Можно заметить, что все вторичные напряжения находятся на одном уровне, что означает, что все элементы сбалансированы. . Трансформатор имеет 4 вторичные обмотки (S1 – S4) на 8 ячеек.Видно, что среднее напряжение равно нулю. Чтобы проверить схему с нагрузкой, резистор 60 Ом подключается ко всей аккумуляторной батарее, что дает ток 0,5 А, и результаты моделирования показаны на рисунке 9. Это можно увидеть на На рисунке видно, что все ячейки уравновешены, а общий заряд батареи увеличился за счет рассеивания через резистор. Можно заметить, что схема устойчива к нагрузке.
6. Экспериментальные результаты
Для оценки свойств предложенной схемы была сконструирована испытательная установка на печатной плате с двумя слоями.Чтобы гарантировать, что наведенные напряжения в каждой из вторичных обмоток будут равными, а трансформатор правильно намотан, индуктивность намагничивания измеряется для первичной обмотки и каждой вторичной обмотки. Если все сделано правильно, соотношение обоих должно быть n2. В таблице 2 представлен коэффициент индуктивности намагничивания для каждой из вторичных обмоток. Фотография экспериментальной установки предлагаемой схемы балансировки трансформатора представлена на рисунке 10. В предыдущих разделах были проведены некоторые расчеты для оценки количества мертвых время, которое потребуется, чтобы избежать насыщения.Однако падение напряжения, полученное в этих расчетах, не является точным. Таким образом, измеряется характеристика напряжения ячейки в зависимости от тока балансировки. Поскольку намеренно разбалансировать элементы аккумуляторной батареи перед использованием нежелательно, испытание проводится путем подачи на схему напряжения 25,6 В с использованием источника постоянного тока. Дисбаланс моделируется подключением различных нагрузок к клеммам схемы в виде резисторов. Результат показан на рисунке 11. Можно заметить, что при небольшом дисбалансе ток балансировки ограничен.Ячейка с напряжением 3,15 В и общим напряжением блока 25,6 В обеспечивает балансирующий ток 0,32 мА для этой ячейки за положительный полупериод. Следовательно, существует небольшой риск разбалансировки блока за пределами областей конечного напряжения.
Есть небольшая, но заметная разница в характеристиках между положительной и отрицательной балансировкой полупериода. Поскольку скважность почти симметрична, эта разница, скорее всего, вызвана разницей в импедансе, вызванной асимметрией печатной платы или измерительной установки.Уравновешивающая характеристика может быть определена балансирующей силой тока на дисбаланс напряжений для более высоких токов. Для положительного полупериода это составляет 3,33 A / Vimbalance, для отрицательного полупериода — 2,57 A / Vimbalance.
Чтобы подчеркнуть важность конструкции для характеристики балансировки, эти значения сравниваются с предыдущей конструкцией, где меньше внимания уделялось индуктивности дорожек и проводки. Как описано в предыдущем разделе, индуктивность схемы была измерена для каждой конструкции.На этапе тестирования конструкции первичный ток ограничивается PPTC, чтобы избежать повреждения. На следующих этапах ток срабатывания PPTC может быть выбран более высоким, чтобы обеспечить балансировку при более высоких токах. Поскольку ток срабатывания PPTC составляет 0,2 А, ток балансировки обычно ограничивается 1,5 А (23 ∘C, ttrip = 4 с). В этой конструкции это соответствует дисбалансу около 0,6 В. Чтобы оценить характеристики ограничения тока PPTC, вторичный ток измеряется при дисбалансе, который должен отключать PPTC.Однако уже 10 с позволяют немного поддержать более слабые клетки при разгоне. Результат показан на Рисунке 12. Чтобы защитить переключающие компоненты и диоды Шоттки от перегрузки по току, PPTC следует увеличить при достаточно низком токе отключения по сравнению с максимальными номиналами из-за его тепловой инерции. Сигналы широтно-импульсной модуляции (ШИМ), подаваемые на затвор транзисторов, показаны на рисунке 13. Синий сигнал подается на Q3 и Q4, а красный сигнал подается на Q1 и Q2.Осциллограммы первичного и вторичного напряжения представлены на рисунке 14 с частотой 67,6 кГц и скважностью 50%. Переходное поведение обусловлено различными паразитными емкостями вокруг цепи, заряжающейся при выключении полевых МОП-транзисторов. Когда полевые МОП-транзисторы снова включаются, эти разряды вызывают всплески тока. Как объяснялось ранее, поведение на стороне спада цикла балансировки обеспечивает баланс в вольт-секундах. Обратите внимание, что при этом дисбалансе сопротивление PPTC уже увеличилось, тем самым ограничивая ток балансировки.Для проверки предложенной схемы были испытаны аккумуляторные элементы с разными значениями напряжения. Напряжения ячеек варьируются от 2,7 В до 3,65 В для несбалансированных ячеек. Сначала был исследован процесс разряда ячеек без балансировочного контура. Результаты разряда ячейки представлены на рисунке 15. Как видно из рисунка, напряжения элементов не сходятся и есть значительные различия в напряжениях, поскольку схема балансировки не представлена. Затем исследовали процесс разряда ячеек с уравновешивающей схемой.На рисунке 16 представлены результаты разряда ячеек по предложенной схеме. Видно, что напряжение на ячейке сходится за счет балансировочной схемы. Для проверки предложенной схемы схема была протестирована с напряжениями ячейки от 2,7 В до 3,65 В. Формы напряжения элементов аккумуляторных элементов предлагаемой схемы после балансировки представлены на рисунке 17. На рисунке 18 представлены формы напряжения элементов аккумуляторных элементов предлагаемой схемы в более близком виде.Различия в напряжениях значительны, но в конце они выравниваются. КПД предложенной схемы рассчитывался с применением различных нагрузок на выходе. Нагрузки варьируются от 270 Ом до 12 Ом. Результат зависимости КПД от нагрузки показан на рисунке 19. Из рисунка видно, что при значении нагрузки 12 Ом достигается максимальный КПД. На рисунке 20 представлен КПД предложенной схемы в зависимости от выходных токов. Выходные токи варьируются от 90 мА до 2.27 А. Видно, что при токе 2,27 А достигается максимальный КПД.
Сопротивление обмотки трансформатора — формула и объяснение
Сопротивление обмотки трансформатора
Обмотка трансформатора изготовлена из меди или алюминия, удельное сопротивление меди и алюминия составляет 1,68 x 10-8 Ом-м и 2,65 x 10-8 Ом- м соответственно. Обмотка трансформатора состоит из множества витков, поэтому в метрах используется медь или алюминий. Сопротивление проводника пропорционально длине провода, удельному сопротивлению и обратно пропорционально площади поперечного сечения.Следовательно, первичная и вторичная обмотки трансформатора имеют конечное сопротивление. В идеальном трансформаторе сопротивление обмотки считается нулевым, что является полностью гипотетическим.
Падение напряжения в трансформаторе вызвано падением напряжения на сопротивлении и реактивном сопротивлении трансформатора. В этом разделе мы рассматриваем только расчет сопротивления трансформатора. Сопротивление первичной и вторичной обмоток показано ниже;
Сопротивление обмотки может передаваться с первичной на вторичную или наоборот.Падение напряжения остается неизменным, либо сопротивление первичной обмотки переносится на вторичную сторону, либо сопротивление вторичной стороны переносится на первичную обмотку. Когда сопротивление трансформатора относится к одной стороне трансформатора, расчет сопротивления и реактивного сопротивления трансформатора становится очень простым.
Прежде чем узнать о том, как перенести сопротивление с первичной обмотки на вторичную или наоборот, важно понять коэффициент трансформации напряжения трансформатора.Коэффициент трансформации напряжения трансформатора обозначается буквой «K».
Case1:
Эквивалентное сопротивление трансформатора при переносе вторичного сопротивления на первичную сторону
Пусть R1 и R2 — это сопротивление первичной и первичной обмоток. вторичная обмотка трансформатора. I1 и I2 — это первичный и вторичный ток. R’2 — эквивалентное сопротивление вторичной обмотки относительно первичной.
Когда сопротивление вторичной обмотки отнесено к первичной, параметры производительности трансформатора, такие как регулирование напряжения и потери остаются такими же.Потери в меди во вторичной обмотке при протекании через нее тока I2 выражаются как;
Таким образом, полное сопротивление первичной обмотки составляет;
Case2:
Эквивалентное сопротивление трансформатора, когда сопротивление первичной обмотки передается на вторичную сторону
Пусть R1 и R2 — это сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора. I1 и I2 — это первичный и вторичный ток. R’2 — эквивалентное сопротивление вторичной обмотки, относящейся к первичной.
Когда сопротивление вторичной обмотки относится к первичной обмотке, рабочие параметры трансформатора, такие как регулирование напряжения и потери, остаются прежними. Потери в меди во вторичной обмотке при протекании через нее тока I2 выражаются как;
Таким образом, полное сопротивление вторичной обмотки составляет;
Статьи по теме:
Принцип работы трансформатора, коэффициент трансформации и коэффициент трансформации
Полное сопротивление трансформатора в процентах и его расчет
Реактивность трансформатора
Разница между силовым и распределительным трансформатором
Классы охлаждения трансформатора
Разница между идеальным и практичным трансформатором
повышающий и понижающий трансформаторы?
.

Реактивное сопротивление трансформатора: формулы расчета

Потери реактивных мощностей

Режимы работы

Параметры режима холостого хода

Режим короткого замыкания

Список использованной литературы

Сопротивление элементов схемы замещения в сети 0,4 кВ

Содержание

Активное сопротивление — трансформатор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Активное сопротивление — трансформатор

Двухобмоточный трансформатор | Режимщик

Реактивное сопротивление трансформатора. Импеданс трансформатора

Что такое сопротивление трансформатора?

Реактивное сопротивление: на что влияет?

Реактивное сопротивление трансформатора

Импеданс трансформатора

Магнитный поток рассеяния

Определяем активное и индуктивное сопротивление трансформатора — Мегаобучалка

Как использовать омметр для проверки трансформатора переменного тока

TL; DR (слишком длинный; не читал)

Омметры и трансформаторы

Подготовка к тесту

Простое тестирование

Препятствия при измерении сопротивления обмотки силового трансформатора

Графоаналитический метод определения импеданса электрических трансформаторов

1. Введение

2. Измерение импеданса трансформатора

2.1. Тест на короткое замыкание

2.2. Потери на холостом ходу

2.3. Проверка на короткое замыкание

2.4. Потери при испытании на короткое замыкание

3. Предлагаемый метод измерения

4. Результаты моделирования

5. Выводы

Конфликт интересов

Общие сведения об испытаниях сопротивления изоляции от Cole-Parmer

Тест точечного считывания

Метод испытания на сопротивление времени

Тест ступенчатого напряжения

Использование защитного терминала

Испытания трансформатора

Тестирование кабеля

Тестирование двигателя и генератора

Патент США на лето с активным сопротивлением для гибридного трансформатора Патент (Патент №7327995, выданный 5 февраля 2008 г.)

1. Введение Литий-ионные батареи

3. Принцип работы

4. Практическая реализация

5. Моделирование

6. Экспериментальные результаты

Сопротивление обмотки трансформатора — формула и объяснение

alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики