Трансформаторы напряжения — устройство, принцип работы, расчет и характеристики

Трансформатор — устройство для преобразования величины напряжения переменного тока. Работа трансформатора основывается на законе электромагнитной индукции.

Ток, протекающий по одной из обмоток, вызывает возникновение переменного магнитного поле в сердечнике, а оно наводит ЭДС в остальных обмотках.

Именно наличие переменного магнитного поля создает условия для работы трансформатора. На постоянном токе трансформатор работать не может. В случае подключения трансформатора к источнику постоянного напряжения, переменное магнитное поле не создается, следовательно нет причины для образования ЭДС.

В таком случае ток первичной обмотки определяется только ее омическим сопротивлением.

Трансформатор преобразует напряжение при сохранении частоты и баланса мощностей на входе и выходе с учетом КПД. Также при помощи трансформаторов осуществляется гальваническая развязка по цепям питания.

Большинство электронной аппаратуры требует питания, отличного от напряжения сети. В большинстве случаев это напряжение значительно ниже и может иметь несколько различных значений.

Трансформатор с несколькими вторичными обмотками позволяет выполнить максимально простое преобразование величины напряжения с той оговоркой, что питающее напряжение переменное.

В случае необходимости преобразовывать постоянное напряжение, приходится сначала преобразовывать его в переменное, что требует определенных схемотехнических решений. В таком случае использование трансформаторов оправдано только наличием гальванической развязки между обмотками.

УСТРОЙСТВО ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Основные узлы, которые входят в трансформатор это сердечник и обмотки. Сердечники трансформаторов бывают двух типов — броневые и стержневые. Для работы с низкочастотными напряжениями, в том числе и 50 Гц применяются стержневые магнитопроводы. В свою очередь они подразделяются на:

• Ш-образные;
• П-образные;
• тороидальные.

Для изготовления сердечника используется специальное трансформаторное железо. От качества железа во многом зависят параметры трансформатора, такие как ток холостого хода (ТХХ) и КПД. Сердечник набирается из тонких листов железа, изолированных друг от друга слоем окиси или лака. Это делается для того, чтобы уменьшить потери в сердечнике за счет вихревых токов.

Как Ш-образный, так и П-образный сердечники могут собираться из отдельных пластин, а могут быть использованы уже готовые половинки, сделанные из навитых на специальную оправку сплошных лент железа, поклеенных и разрезанных на две части — витые сердечники. Такие сердечники называются ПЛ.

У каждого из типов свои достоинства и недостатки:

Наборные сердечники.

Наиболее часто используются для сборки магнитопровода произвольного сечения, которое ограничивается только шириной пластин. Следует иметь ввиду, что наилучшие параметры имеют трансформаторы с поперечным сечением сердечника, близким к квадратному.

Недостатки — необходимость в плотном стягивании, повышенное магнитное поле рассеивания трансформатора и низкий коэффициент заполнения окна катушки (реальная площадь металла в сердечнике меньше геометрических размеров из-за неплотного прилегания пластин).

Витые.

Собираются еще проще, поскольку весь сердечник состоит из двух частей для П-образного магнитопровода и четырех для Ш-образного. Характеристики значительно лучше, чем у наборного магнитопровода. Недостатки — соприкасающиеся поверхности должны иметь минимальный зазор во избежание ослабления магнитного поля.

При ударах пластины половинок зачастую отслаиваются и их очень трудно совместить для плотного прилегания. Существует только определенный ряд размеров магнитопроводов.

Тороидальные.

Представляют собой кольцо, свитое из ленты трансформаторного железа Имеют самые лучшие характеристики из всех типов сердечников, минимальный ТХХ и практически полное отсутствие магнитного поля рассеивания.

Основной недостаток — сложность намотки, особенно проводов большого диаметра.

Классический трансформатор имеет одну первичную обмотку и одну или несколько вторичных. Обмотки изолируются друг от друга для исключения вероятности между обмоточного пробоя. Как первичная, так и вторичные обмотки могут иметь отводы.

В Ш-образных трансформаторах все обмотки наматываются на центральном стержне, а в П-образном первичная может размещаться на одном стержне, а вторичная на другом. Гораздо чаще обмотки делятся пополам и наматываются на обеих стержнях. Затем обе половины обмоток соединяются последовательно.

Такая намотка улучшает характеристики трансформатора и сокращает количество провода для обмоток.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Основные характеристики трансформатора:

• входное напряжение;
• значения выходных напряжений;
• мощность;
• напряжение и ток холостого хода.

Отношение напряжений на первичной и вторичной обмотках представляет собой коэффициент трансформации. Он зависит только от соотношения количества витков в обмотках и остается постоянным в любых режимах работы.

Мощность трансформатора зависит от сечения сердечника и диаметра проводов в обмотках (соответственно — допустимого тока). Мощность со стороны первичной обмотки всегда равна сумме мощностей вторичных за вычетом потерь в обмотках и сердечнике.

Напряжение холостого хода — это напряжение на вторичных обмотках без нагрузки. Разница между ним и напряжением под нагрузкой характеризует потери в обмотках за счет сопротивления провода. Таким образом, чем толще проводники в обмотках, тем меньше будут потери и меньше разница в напряжениях.

Величина тока холостого хода зависит, в основном от качества сердечника. В идеальном трансформаторе ток, проходящий через первичную обмотку, создает переменное магнитное поле в сердечнике, которое, в свою очередь, за счет магнитной индукции создает ЭДС противоположного направления.

Индуцированная ЭДС компенсирует подаваемое напряжение и ТХХ равен нулю. В реальных условиях, за счет потерь в сердечнике, величина ЭДС всегда меньше первичного напряжения, в результате чего возникает ТХХ. Для уменьшения тока для изготовления сердечника нужен материал высокого качества, между пластинами должен отсутствовать немагнитный зазор.

Последнему требованию в максимальной степени соответствуют тороидальные сердечники — в них немагнитный зазор отсутствует.

РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Как показывает опыт и практика, точный расчет трансформатора напряжения себя не оправдывает. Точность нужна только при определении количества витков для получения нужного коэффициента трансформации. Диаметр проводов обмоток должен соответствовать или превосходить минимально допустимому по условиям нагрева.

Общая последовательность расчета трансформатора такова:

• определение мощности трансформатора;
• подбор сердечника с сечением максимально близкого к расчетному, но не меньше его;
• определение количества витков катушек, приходящихся на один вольт напряжения;
• расчет количества витков для каждой обмотки;
• расчет сечения проводов обмоток.

Мощность трансформатора определяется суммированием мощностей всех обмоток за исключением первичной. Для каждой из них — это произведение напряжения на максимальный ток потребления. Для расчета сечения сердечника нужна габаритная мощность трансформатора, которая учитывает КПД.

Рассматриваемые трансформаторы имеют КПД от 70% при мощности до 150 Вт и до 90 % при большей мощности. Таким образом, чтобы получит габаритную мощность нужно мощность вторичных обмоток умножить на коэффициент 1.3 — 1.1.

Площадь поперечного сечения можно найти как квадратный корень из габаритной мощности. Имея значение площади можно подобрать из таблиц готовый сердечник. Если планируется разборный, то исходя из размеров имеющихся пластин можно вычислить необходимую толщину набора. Как уже говорилось выше, сечение должно быть близким к квадрату.

Наибольшие затруднения вызывает нахождение числа витков. Для этого нужно сначала рассчитать сколько витков должно приходиться на один вольт напряжения. Это значение будет различаться в зависимости от площади сечения сердечника. Следует иметь ввиду, что при одинаковом сечении у магнитопроводов разных типов это значение также будет различно.

Можно воспользоваться следующей формулой: N = К/S,

где N — количество витков на вольт, S — площадь сечения сердечника в см², K — коэффициент, зависящий от материала и типа сердечника.

Значение коэффициента К:

• для наборных сердечников — 60;
• для типов ПЛ — 50;
• для тороидальных сердечников 40.

Как видим, количество витков у тороидального трансформатора будет минимальным. Умножая число витков на вольт на требуемое напряжение каждой обмотки, получим значение количества витков. Для компенсации потерь напряжения, количество витков вторичных обмоток нужно увеличить на 5%.

У мощных трансформаторов (более 150 Вт) этого делать не нужно.

Сечение проводов также определяется по упрощенной формуле: 0.7√I, где I — ток обмотки.

Провод нужно брать ближайшего к расчетному сечения (можно больше, но не меньше).

В случае сомнений по поводу того, поместится ли провод в обмотке, можно посчитать, сколько витков уложится в один слой и определить количество слоев и их общую толщину для каждой из обмоток. Это справедливо только для Ш-образных и П-образных трансформаторов.

В тороидальных количество витков в каждом последующем случае будет меньше, чем в предыдущем за счет уменьшения внутреннего диаметра.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Параметры трансформатора: характеристика, способы их определения

Трансформатор преобразует подаваемое напряжение в большее или меньшее значение без изменения мощности. Статическое электромагнитное устройство состоит из двух и более обмоток, размещенных на одном магнитопроводе. Подобрать требуемый электромагнитный аппарат не представит затруднений с помощью параметров трансформатора, указываемых в техническом описании на любое изделие.

Мощность

Основным параметром трансформаторов является мощность, обозначаемая буквой S. Она определяет массогабаритные показатели электромагнитного аппарата. От значения мощности зависит тип используемого магнитопровода, количество/диаметр витков в обмотках. Измеряется мощность в единицах В∙А (вольт-ампер). На практике для удобства используются кратные вольт-амперам величины кВА (10³∙ В∙А) и МВА (10⁶∙ В∙А).

Электромагнитная

Представляет собой мощность в   выходной катушке, передаваемой с витков входной электромагнитным способом. Она определяется умножением действующего значения ЭДС на величину тока, протекающего в нагрузке электромагнитного преобразователя: S_эм = E₂∙ I_2.

Полезная

Это произведение действующего напряжения во вторичной обмотке на значение нагрузочного тока. Рассчитывается по формуле: S_{2 =} U_2∙I₂.

Расчетная

Расчётная мощность – произведение величин I₁ и U₁   входной обмотки аппарата S₁ = U₁  I₁. Этот параметр определяет габариты изделия: число витков и сечение проводов.

Габаритная (типовая)

Параметр S _габ определяет реальное сечение сердечника. Так называют полусумму мощностей всех обмоток электромагнитного устройства: S _габ = 0,5∙(S₁+S₂ +S₃+ …).

Основные технические характеристики и способы определения параметров

Основные технические характеристики указываются в техдокументации на изделие. Они определяются расчетным путем или посредством замеров на специальном стенде при определенных режимах работы аппарата.

Первичное напряжение номинального значения

Так называют U_1н, которое требуется подать на входную катушку аппарата, чтобы в режиме холостого хода получить номинальное вторичное напряжение. Параметр U_1н указывается в техпаспорте изделия.

Вторичное номинальное напряжение

Это значение U_2н, которое устанавливается на выводах выходной обмотки при ненагруженном трансформаторе. На вход  прикладывается номинальная величина параметра. Значение параметра зависит от величины U_1н и коэффициента трансформации К_т. При  активно-емкостной нагрузке (φ₂< 0)  U_2н может оказаться больше U_1н.

Номинальный первичный ток

Это ток I_1н, протекающий во входной обмотке, при котором возможна продолжительная работа аппарата. Значение I_1н  указывается в техпаспорте на трансформатор.

Номинальный вторичный ток

Параметр также можно встретить в таблице паспортных данных трансформатора, он протекает по выходной катушке при продолжительной работе аппарата. Обозначается  I_2н.

Коэффициент трансформации

Соотношением номинального входного и выходного напряжений определяется коэффициент трансформации: К = U_1н/U_2н.

Номинальный коэффициент трансформации определяет соответствие количества витков во вторичной  и первичной катушке.

Номинальный коэффициент мощности (cos φ)

Сos φ (косинус фи) определяется отношением активной мощности трансформатора P к полной S: cos φ = P/S. Это величина, показывающая рациональность расходования электроэнергии с учетом реактивных потерь преобразователя.

Коэффициент полезного действия

КПД электромагнитного устройства представляет отношение активной мощности Р₂, отбираемой от аппарата, к подводимой P1: η = P2/P1. Величина КПД тем больше, чем выше cosφ₂ и коэффициент загрузки β= I₂/I_2н.

Характеристики, определяющие поведение электрической машины

Так называют совокупность параметров, определяющих поведение электрической машины при различных режимах работы. Таковыми являются: пусковой момент, режим короткого замыкания и холостого хода.

Напряжение при коротком замыкании

При измерениях значения закорачивают выводы, а на первичную катушку подается напряжение U_к.  Сила тока на ней не превышает номинала (I_к < I_1ном), а U_к составляет 5–12% от номинальной величины.

Напряжение при холостом ходе

Это значение ненагруженного (I₂=0) трансформатора при поданной номинальной величине U₁ на вход аппарата. При разомкнутой  нагрузке вторичная катушка оказывается обмоткой высшего (ВН) напряжения от взаимоиндукциии, а первичная становится обмоткой низшего (НН) значения. Подобное происходит по причине самоиндукции на ней, направленной против приложенного напряжения.

Ток холостого хода

Он относится к параметрам первичной обмотки и измеряется при  номинальном значении I_1н с ненагруженной вторичной катушкой.

Его величина обычно не превышает 5–10% от номинала I_1н.

Пусковой ток

Он протекает через первичную обмотку  аппарата после включения в питающую сеть. Пиковое значение в несколько десятков раз превышает I_1н. Способами борьбы с переходными процессами в электрической машине считаются:

• увеличение количества витков и эффективной площади сечения магнитопровода;
• подключение к питающей сети в момент максимальной амплитуды импульса (φ = π/2).

Испытательное пробойное напряжение рабочей частоты

Этот параметр трансформатора характеризует электрическую прочность изделия – способность выдерживать повышенное напряжение. Величина испытательного напряжения зависит от класса используемой изоляции. Параметр измеряется подачей высокого U _исп рабочей частоты относительно земли на закороченные выводы обмотки ВВ. Выводы ВН закорачиваются и вместе с магнитопроводом (баком с маслом, металлическими деталями) заземляются.

Внешняя характеристика

Рабочий режим силовой машины задается не только U_1н и К_т, но и активно-реактивной нагрузкой электроприемника, подключенного к выводам вторичной обмотки. Изменяющийся ток в  нагрузке (при электропитании U_1н = const), соответственно, меняет и напряжение на выходе трансформатора. Эта зависимость отражается в коэффициенте нагрузки: Кн = I₂/I_2н.

Потери в режиме холостого хода

Потери мощности ненагруженного электромагнитного устройства состоят из потерь в сердечнике из трансформаторного железа. ЭДС расходуется на нагрев магнитопровода, вихревые токи и гистерезис.

Повышает КПД аппарата применение электротехнической стали с высоким удельным сопротивлением и качественная изоляция пластин магнитопровода лаком, жаростойким покрытием. Помимо «потерь в железе», всегда присутствуют «потери в меди», обусловленные омическим сопротивлением витков электромагнитного устройства.

Потери в режиме короткого замыкания

Короткое замыкание трансформатора при эксплуатации создает экстремальный режим, способный вывести из строя аппарат. При этом вторичный ток а, соответственно, первичный увеличиваются в десятки раз по сравнению с I_н. Поэтому в электрической цепи аппарата предусматривают защиту от сверхтока КЗ, которая автоматически размыкает цепь электропитания.

1.Определение параметров трансформатора

1.Из этой формулы найдем амплитудное значение напряжения u_2m = πU_о.

2.действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора определим по формуле

u₂ = πU_о/.

3. ток во вторичной обмотке трансформатора

i₂ = π i₀/ 2.

4.Зная напряжения первичной (u_с = u₁) и вторичной u₂ обмотке трансфор-матора найдем коэффициент трансформации К_т= u₂/u₁, а затем определим ток в первичной обмотке трансформатора

i₁ = К_т i₂.

5.Так как действующие значения напряжения и тока во вторичной обмотке трансформатора u₂, i₂ и в первичной обмотке u₁, i₁ определены (выше), можно найти соответственно мощности в обмотках трансформатора.

Р₁= i₁ u₁; Р₂= i₂ u₂….

6. Типовая (габаритная) мощность будет равна

Р_тип. = 1/2 (Р1 + Р2 + ….) ≥3 Р_0, где Р₀ = U_оi_о.

7. Коэффициент использования трансформатора К_исп.= Р₀/ Р_тип.=1/3.

2.Определение параметров диода

1.Обратное напряжение на диоде определим по формуле

U_обр= u_2m = π u₀.

2.Прямой ток через диод равен среднему значению тока через сопротивле-ние нагрузки

i_vd.пр.= i_о.

3.Коэффициент пульсации выходного напряжения

отношение амплитуды напряжения первой гармоники (u_~1) выпрям-ленного напряжения к среднему значению выпрямленного напряжения (u₀) называется коэффициентом пульсации (к_п).

В начале определяется переменная составляющая напряжения выпрямлено-го напряжения, которая определяется по формуле Фурье

,

а затем находим коэффициент пульсации выпрямленного напряжения на нагрузке

к_п= u_~1/u₀ или К_п=1,57 = π/2.

4.Частота выпрямленного напряжения равна f₀ = f_c.

5.Фазность схемы выпрямителя

m = p× n, где p =1 – число вторичных обмоток трансформатора, а n =1– число импульсов тока за период приложенного напряжения, m = 1х1=1.

Преимущества и недостатки схемы выпрямителя.

1. Преимущество- простота, используется всего один диод.

2. Недостатки:

2.1.Низкая частота выпрямленного напряжения-с этим связан большой коэффициент пульсации выпрямленного напряжения;

2.2.Большое обратное напряжение на диоде U_обр= u_2m = π u₀.

2.3.Происходит подмагничивание сердечника трансформатора.

5.2. Однофазная мостовая схема выпрямителя

Область использования: схема может работать на все виды нагрузок: емкостную, индуктивную, активную и смешанную с выходным напряжением u₀ примерно равным (10-15) – (200–300) вольт. Мощность на выходе выпрямителя (на нагрузке) – можно получить примерно в пределах от 10 до 300 ватт. схема нашла широкое распределение на практике (рис.3).

Принцип действия схемы сводится к следующему. Если к первичной обмотке трансформатора подвести напряжение сети переменного тока u_с= u₁,то на вторичной обмотке будет напряжение u₂. К этой обмотке трансформатора подключена одна диагональ диодного моста VD1-VD4, а вторая диагональ этого моста подключена к потребителю-нагрузке R_Н.

Если полярность напряжения во вторичной обмотке рис.3 (+плюс — минус) без скобок, то открыты диоды VD2, VD3 и ток будет протекать по пути плюс + на вторичной обмотке через диод VD2 — сопротивление нагрузки R_Н – диод VD3 – к минусу и на сопротивлении нагрузки будет создаваться падение напряжения.

При смене полярности напряжения во вторичной обмотке трансформатора (знаки со скобками) ток будет протекать от плюса в скобках через диод VD4 и сопротивление нагрузки (в том же направлении) через диод VD1 и далее к минусу в скобках вторичной обмотки трансформатора.

Таким образом, за период синусоидального напряжения на нагрузке будет две (положительные) полуволны выпрямленного напряжения (см.нижнюю диаграмму на рис.3).

Трансформатор.

1.Напряжение u₀ на нагрузке равно

u₀=2u_2m/π,

где u_2m =u₂ – амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

2.Из этого (1) выражения определим действующее значение напряжения u₂ во вторичной обмотке трансформатора

u₂ = π u₀/ (2).

3.Действующее значение i₂ тока через вторичную обмотку трансформато-

ра вычислим по формуле

i₂ = πi_о/(2).

а Рис.3 б

4.Типовая (габаритная) мощность трансформатора определяется по формуле

Р_тип =1, 23Р₀.

диод.

1.Величину обратного напряжения на диоде можно определить по формуле

u_0бр.= u_2m= (πu₀)/2 =1,57 u_0.

2.Прямой ток через диод найдем из выражения

i_vd.пр = i_о/2.

пульсации напряжения.

на выходе выпрямителя (на нагрузке) u_~1 = (2/3)u₀.

4. Коэффициент пульсации (к_п) выпрямленного напряжения на выходе (на нагрузке): это есть отношение амплитуды напряжения первой гармоники (u_~1) выпрямленного напряжения к среднему значению выпрямленного напряжения (u₀).

Переменная составляющая напряжения выпрямленного напряжения u_~1

к_п= u_~1/u₀ = (2/3)u₀ = 0,67 или (67%).

5.Частота выпрямленного напряжения определяется по формуле

f₀ =2 f_cети.

6.фазность выпрямителя равна (число импульсов выпрямленного напряжения)

m=2.

Эффективность сглаживания пульсаций напряжения на нагрузке при емкостном характере нагрузки обеспечивается при условии, когда mὼсr_Н>(3-4) π. В этом случае сr_Н > (1,5 – 2сек.) (2π /mὼ).

Преимущества схемы выпрямителя (по сравнению с предыдущей схемой выпрямителя).

1. Малое значение коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения.

2. Большее значение частоты выпрямленного напряжения.

3. Меньшее значение обратного напряжения на диоде.

4. Схема может работать без трансформатора.

Недостатки схемы выпрямителя:

1.Используется четыре диода.

2.Большее падение напряжения на диодах.

что такое и как рассчитать?

Трансформаторы представляют собой сложное оборудование, которое предназначено для изменения параметров тока в цепи. Они могут повышать или понижать мощность, напряжение электричества в соответствии с требованиями потребителей.

В оборудовании при работе определяются некоторые потери мощности. Поэтому не вся электроэнергия, которая поступила на первичную обмотку, доходит к потребителю. При этом греется трансформатор (магнитопривод, обмотки и прочие детали). В различных конструкциях этот показатель неодинаков.

Холостой ход трансформатора позволяет определить токовые потери. Эта методика применяется в сочетании с определением напряжения в режиме короткого замыкания трансформатора. Этот процесс называется опытом агрегата. Он выполняется по определенной схеме.

Общее устройство и виды

Чтобы понять, что такое опыт холостого хода различных трансформаторов, необходимо рассмотреть, что собой представляет подобное оборудование.

Основные типы

Трансформаторами называются машины неподвижного типа, которые работают благодаря  электрическому току. Они меняют входное напряжение. Существует несколько видов подобных аппаратов:

1. Силовые.
2. Измерительные.
3. Разделительные.
4. Согласующие.

Чаще всего в энергетическую цепь требуется подключение силового трансформатора. Они могут иметь две или более обмоток. Аппарат может быть однофазный (бытовая сеть) или многофазный (промышленная сеть).

Особенности установок

Отдельно выделяются автотрансформаторы. В них есть только одна совмещенная обмотка. Также бывает сварочный аппарат. Они имеют определенную сферу применения.

В однофазном и многофазном оборудовании может устанавливаться различная номинальная мощность. Она может определяться в диапазоне от 10 до 1000 кВА и более. Маломощные однофазные и многофазные приборы могут быть в диапазоне до 10 кВА. Средние разновидности будут иметь мощность 20 кВА, 250 кВА, 400 кВА, 630 кВА и т. д. Если же этот показатель больше 1000 кВА, это установка высокой мощности.

Методология проведения опыта

Потери холостого хода трансформатора определяются при создании определенного режима. Для этого прекращается снабжение током всех обмоток. Они остаются разомкнутыми. После этого производится снабжение цепей электричеством. Оно определяется только на первом контуре. Аппаратура должна работать под напряжением, которое устанавливается при его производстве производителем.

Через первичный контур силовой, сварочной или прочей установки протекают токи, которые носят название ХХ. Их величина равняется не более 3-9% от заданного производителем показателя. При этом на обмотке вторичного контура электричество отсутствует. На первичном контуре ток производит магнитный поток. Он пересекает витки обеих обмоток. При этом возникает ЭДС самоиндукции на контуре первичном и взаимоиндукции – на обмотке вторичного типа.

Например, напряжение холостого хода сварочного трансформатора небольшой и средней мощности представляет собой ЭДС взаимоиндукции.

Подход к проведению измерений

Замер потерь холостого хода может производиться в двух аспектах. Их называют потерями в стали и меди. Второй показатель говорит о рассеивании тепла в обмотках (они начинают греться). В процессе проведения опыта этот показатель очень мал. Поэтому им пренебрегают.

Данные о потере тока холостого хода трансформатора представляются в виде таблицы. В ней рассчитаны параметры для стали определенных сортов и толщины. Ток холостого хода трансформатора рассматривается в аспекте мощности, которая создается в магнитом потоке и именуется потерей в стали. Она затрачивается на нагрев листов из специального сплава. Они изолируются друг от друга лаковым покрытием. При создании таких магнитоприводов не используется метод сварки.

Суть измерения

Если по какой-то причине нарушается изоляционный слой между пластинами магнитопривода, между ними возрастают вихревые токи. При этом система начинает нагреваться. Лаковый слой постепенно разрушается. Потери при работе установки возрастают, его эксплуатационные характеристики ухудшаются.

В таком случае потери мощности в стали увеличиваются. При проведении расчетов этих характеристик в режиме холостого хода можно выявить возникшие нарушения в работе агрегата. Именно по этой причине производится соответствующий расчет.

Коэффициент трансформации

При определении работы установки применяется такое понятие, как коэффициент трансформации. Его формула представлена далее:

К = Е1/Е2 = W1/W2

Отсюда следует, что напряжение на вторичном контуре будет определяться соотношением количества витков. Чтобы иметь возможность регулировать выходное электричество, в конструкцию установки вмонтирован специальный прибор. Он переключает число витков на первичном контуре. Это анцапфа.

Для проведения опыта на холостом ходу регулятор ставится в среднее положение. При этом измеряется коэффициент.

Однофазные приборы

Для проведения представленного опыта, при использовании понижающего или повышающего бытового агрегата, в расчет берется представленный коэффициент. При этом используют два вольтметра. Первый прибор подключается к первичной обмотке. Соответственно второй вольтметр подсоединяется к вторичному контуру.

Входное сопротивление измерительных приборов должно соответствовать номинальным характеристикам установки. Она может работать в понижающем или повышающем режиме. Поэтому при необходимости провести ремонтные работы, на нем измеряют не только подачу низкого, но и высокого напряжения.

Трехфазные приборы

Для трехфазных агрегатов в ходе проведения опыта исследуются показатели на всех контурах. При этом потребуется применять сразу 6 вольтметров. Можно использовать один прибор, который будет подключаться поочередно ко всем точкам измерения.

Если установленное производителем значение на первичной обмотке превышает 6 кВ, на нее подают ток 380 В. При измерении в высоковольтном режиме нельзя определить показатели с требуемым  классом точности. Поэтому замер производят в режиме низкого напряжения. Это безопасно.

Применение коэффициента

В процессе проведения измерения анцапфу перемещают во все установленные производителем положения. При этом замеряют коэффициент трансформации. Это позволяет определить наличие в витках замыкания.

Если показания по фазам будут иметь разброс при замерах больше, чем 2%, а также их снижение в сравнении с предыдущими данными, это говорит об отклонениях в работе агрегата. В первом случае в системе определяется короткое замыкание, а во втором – нарушение изоляции обмоток. Агрегат не может при этом работать правильно.

Такие факты требуют подтверждения. Например, это может быть измерение сопротивления. Влиять на увеличение разброса показателей коэффициента могут возрастание сопротивления между контактами анцапфы. При частом переключении возникает такая ситуация.

Измерение тока

При опытном измерении тока холостого хода мастер применяет амперметры. Их необходимо подсоединять к первичной обмотке последовательно. Напряжение в контуре должно равняться номинальному значению.

Если проводится исследование работы трехфазного промышленного агрегата, замер выполняет для всех фаз одновременно или последовательно. При этом испытания производятся только для установок от 1000 кВА.

Измерение потерь

Потери в магнитоприводе замеряют исключительно при использовании мощной установки. При этом можно брать для расчетов пониженное напряжение, которое подключено к первичному контуру через ваттметр. Это прямой метод измерения.

При учете показателей вольтметра или амперметра потребуется умножить их мощности друг на друга. Это косвенный метод. При этом результат имеет определенную погрешность. Искажение происходит из-за невозможности учесть при таком расчете коэффициент мощности. Это конус угла, который образуется в векторной схеме между напряжением и током. В режиме холостого хода между ними появляется угол 90º.

Применение ваттметра

Ваттметр позволяет произвести замер с учетом коэффициента мощности. Это дает возможность получить более точный результат. Расчет выполняется по следующей формуле:

Cos φ = P1/U1*L0

Далее необходимо создать на основе полученного результата векторную диаграмму. По каждой фазе учитываются установленные потери. Для этого чаще всего строится таблица. При этом используется схема, которая изначально применялась производителем при создании оборудования.

Полученный результат не подлежит сравнению с нормативами. Показатели сравнивают только с характеристиками предыдущих проверок. Если потери с течением времени только возрастают, это говорит о нарушении изоляции пластин магнитопривода или появлении иных нарушений. Обратить этот процесс невозможно.

Проведение замеров холостого хода позволяет оценить состояние аппаратуры, а также определить потребность в необходимости планового или аварийного ремонта. Поэтому регулярные испытания позволяют правильно спланировать работу установки, предотвратить ее непредвиденное отключение.

Интересное видео: Описание основ работы трансформатора.

вопрос такой! а как мне узнать напряжение и ток вторичных обмоток трансформатора? какая формула?

Так: U2=U1*W2/W1, где U1 и U2 — напряжения, а W1 и W2 — количество витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора. А ток зависит от сопротивления нагрузки. (Ток, это как вода в кране, сильнее откроешь — меньше сопротивление — больше ток, совсем закроешь — сопротивление бесконечно большое, тока нет.) . При сопротивлении нагрузки R, ток J2=U2/R, J1=J2*U2/U1=J2*W2/W1.

физику надо было учить:)

По-моему, Вам уже отвечали недавно на этот вопрос. Кратко повторю: напряжение на выходе трансформатора равно входному напряжению, делённому на коэффициент трансформации и минус процентов 10-15 падения напряжения от потерь. Ток вторичных обмоток полностью определяется сечением провода и условиями охлаждения. Обычно считается, что величина допустимой плотности тока находится в диапазоне 2-3 ампера на квадратный миллиметр сечения провода. Китайцы иногда считают, что и 5 А на квадратный миллиметр достаточно. 😉

На выходе вторичной обмотки устанавливаеш Вольтметр и амперметр, но только до нагрузки и гладиш в них очень внимательно и чётко!

Выходное напряжение — трансформатор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Выходное напряжение — трансформатор

Cтраница 3

Наиболее простым способом регулирования выходного напряжения трансформатора или автотрансформатора является изменение числа витков обмотки, для чего обмотка ( первичная или вторичная) выполняется с несколькими отводами. С помощью переключателя изменяется число витков обмотки и, следовательно, выходное напряжение трансформатора или автотрансформатора.  [31]

Наиболее существенными недостатками трансформаторной связи по сравнению с емкостной являются большие габариты и вес и меньшая надежность; трансформаторы чувствительны к внешним магнитным полям и во избежание увеличения уровня наводок требуют, как правило, тщательной экранировки. Кроме этого, сдвиг фазы выходного напряжения трансформатора относительно входного при жестких требованиях к габаритам и весу оказывается значительным, а его уменьшение до допустимой величины — не всегда возможным.  [32]

Сопротивление разветвления из С и R2, на котором падает напряжение U2; при этом имеет практически чисто емкостный характер. В результате согласно схеме рис. 5.24 выходное напряжение трансформатора находящееся в фазе с U 2, отстает от входного на угол, стремящийся к 180 при / — оо.  [33]

Магнитный усилитель МУ, включенный последовательно с первичной обмоткой трансформатора ТП, за счет изменения индуктивного сопротивления позволяет в достаточно широких пределах регулировать напряжение питания электрофильтра. При отключении питания обмотки управления индуктивное сопротивление МУ максимальное, а выходное напряжение трансформатора ТП — минимальное.  [34]

Рассмотренные в последней главе практические схемы представляют собой в основном довольно простые источники постоянного напряжения, работающие от сети переменного тока и содержащие сетевые трансформаторы. Поэтому при выборе трансформатора для того или иного источника следует ориентироваться на значение выходного напряжения трансформатора, указанного в описании каждого из источников.  [35]

В преобразователях с высоким выходным напряжением ( несколько киловольт ] выходной трансформатор вмеет сложную конструкцию и повышенную массу из-за необходимости усиленной изоляции обмоток. Кроме того, вследствие большого числа витков вторичной обмотки такой трансформатор имеет повышенные значения индуктивности рассеяния и распределенной емкости обмоток, что приводит к искажениям формы кривой выходного напряжения трансформатора ( увеличенная длительность фронта и высокочастотные колебания на переднем фронте), ухудшает режим переключения транзисторов и создает броски потребляемого тока.  [36]

БПЗ, а на три вторых входа этих блоков подано трехфазное напряжение с вторичных обмоток трансформатора TV, обмотки первичной стороны которого подключены к той же сети, что и роторные цепи МА. Поэтому на статорные обмотки первого сельсина 1C с выходов блоков произведения подаются три высокочастотных ( частоты коммутирующего напряжения) напряжения, амплитудные значения которых модулированы ( ограничены) выходными напряжениями трансформатора TV. В итоге токами трех ста-торных обмоток 1C создается результирующая высокочастотная магнитодвижущая сила, ось которой поворачивается в зазоре 1C с частотой сети, питающей трансформатор TV и ротор МА.  [37]

Вращающиеся трансформаторы применяются также для определения ( по значениям напряжений вторичных обмоток) гипотенузы прямоугольного треугольника по заданным его катетам или для определения одного катета по заданным гипотенузе и другому катету. Аналогично находится также значение некоторого вектора по его составляющим и наоборот. Выходные напряжения трансформатора подаются на входные элементы системы автомагического регулирования.  [39]

Электрическая схема установки состоит из следующих элементов. К резцу 4 и заготовке 1 подводится переменный ток от понижающего трансформатора 7, включенного в электроцепь напряжением 220 в с частотой 50 гц. Выходное напряжение трансформатора составляет 2, 4, 6 в. Во избежание искровых разрядов электроцепь включают после врезания резца в металл, а выключают перед окончанием резания.  [40]

Трансформаторы широко используются в источниках электропитания, поскольку они являются простыми и надежными преобразователями электрической энергии. Выходное напряжение трансформатора может быть меньше, больше или равно входному напряжению. Если уровень выходного напряжения меньше входного, то трансформаторы называют понижающими, если больше — повышающими. Трансформатор, у которого входное и выходное напряжения равны, можно назвать изолирующими или разделительным трансформатором, так как в нем входное и выходное напряжения электрически изолированы друг от друга. Основной выходной величиной, характеризующий работу трансформатора, является выходное напряжение.  [41]

Удивительно, но трансформатор сам по себе не может работать на постоянном токе. Выходное напряжение трансформатора — это всегда переменное напряжение, которое должно быть выпрямлено и стабилизировано с тем, чтобы на выходе устройства получить постоянное напряжение.  [42]

В ряде случаев требуется получить другой уровень выходного напряжения, чем обеспечивает тот или другой представленный источник напряжения. Помните, что при увеличении выходного напряжения трансформатора следует использовать компоненты, имеющие большие значения предельно допустимых напряжений. Аналогичное заключение справедливо в отношении к выходному току. Представляется очевидным, что если в схеме установлен резистор с номинальной мощностью 1 Вт, то вполне допустимо использовать вместо него резистор, рассчитанный на 2 Вт, тогда как установка резистора вдвое меньшей мощности недопустима.  [43]

Наиболее простым способом регулирования выходного напряжения трансформатора или автотрансформатора является изменение числа витков обмотки, для чего обмотка ( первичная или вторичная) выполняется с несколькими отводами. С помощью переключателя изменяется число витков обмотки и, следовательно, выходное напряжение трансформатора или автотрансформатора.  [44]

Схема работает следующим образом. При равновесном или, что то же самое, балансном состоянии системы результирующие ампер-витки на первичной стороне трансформатора Т равны нулю, поскольку обе половины ее обтекаются одинаковыми токами t и (, но эти токи направлены навстречу друг другу. Это объясняется тем, что при балансном состоянии схемы сопротивления двух контуров, подключенных к источнику переменного напряжения, одинаковы. Отсутствие намагничивающих ампер-витков приводит к тому, что выходное напряжение трансформатора равно нулю. При разбалансировке, когда сопротивления обмоток датчика отличаются друг от друга из-за различных коэффициентов самоиндукции, сила тока в какой-то из двух половин первичной обмотки больше, чем в другой. Это значит, что появляются разностные ампер-витки. В сердечнике трансформатора возникает переменный магнитный поток и во вторичной обмотке действует тем большая ЭДС, чем значительнее разностные ампер: витки. Поскольку между перемещением штока и выходным электрическим сигналом существует функциональная связь, индуктивные преобразователи широко используют для контроля малых линейных перемещений.  [45]

Страницы:      1    2    3    4