Site Loader

Содержание

Переходный трансформатор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Переходный трансформатор

Cтраница 1

Переходный трансформатор служит ддя согласования модулей сопротивлений аппаратуры и цепей связи.  [1]

Переходные трансформаторы, предназначенные для включения между линией и дуплексным усилителем тональной частоты, поставляются совместно с подобранными балансными трансформаторами, включаемыми в балансные цепи дуплексных усилителей.  [2]

Если конечные переходные трансформаторы входят в комплект оборудования усилителя и учитываются при измерении усиления усилителей, то они не принимаются во внимание при определении усиления усилителей.  [3]

В бесконтактных сельсинах с переходными трансформаторами ( рис. 37.2, б) кольцевые токосъемники заменены кольцевым трансформатором.

 [4]

Питание моста осуществляется от высокочастотного генератора через переходный трансформатор Тр. Напряжение в измерительной диагонали усиливается специальным усилителем У, затем детектируется и подается на измерительный прибор ИП или телефон.  [5]

Из вторичной обмотки последнего ток направляется к переходному трансформатору, питающему выпрямитель. Вследствие этого к электромагнитным контактам подводятся переменный ток значительной величины и выпрямленный ток от выпрямителя. Обмотки намагничивающих контактов, а также шарнирный электромагнит питаются от отдельного селенового выпрямителя. Двигатель насоса для подачи суспензии или распылителя порошка на изделие включается через розетки.  [6]

Связь усилителя мощности с усилителем напряжения осуществляется через переходный трансформатор. Выходная мощность каждого электронного усилителя составляет 1 5 6 — А.  [8]

Импульс тока коллектора транзистора, протекая через первичную обмотку переходного трансформатора 7Т1 ТМС-21, накапливает в ней энергию, которая при подаче отрицательной полуволны управляющего напряжения на базу 7VT1 приводит к возникновению положительного выброса напряжения на вторичной обмотке трансформатора.  [9]

При расчетах должно учитываться затухание, вносимое в разговорные цепи переходными трансформаторами и диференциальными дросселями, устанавливаемыми для наложения телеграфной работы.  [10]

Емкость С2, включенная в схему контура, служит для уравновешивания переходного трансформатора и конденсаторов линейной цепи, блокирующих вызывные токи, а также для уравновешивания емкостной составляющей характеристического сопротивления кабеля при низших разговорных частотах.  [12]

Для записи с приемников подобного вида приходится пользоваться специальными переходными устройствами: переходным трансформатором или, что обычно хуже, разделительными конденсаторами емкостью от 0 5 до 2 0 мкф. Технические данные трансформатора приведены на рисунке.  [13]

Чувствительный вход со сравнительно малым входным сопротивлением предназначен для подключения динамического микрофона без переходного трансформатора.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

конструкция, принцип действия, технические характеристики

Напряжение 220 В небезопасно для человека. Случайное прикосновение к фазному проводу или к корпусу прибора, оказавшемуся под напряжением, может привести к летальному исходу, если человек стоит на земле или заземленной поверхности. Особую опасность представляют сетевой ток во влажных помещениях. Безопасную эксплуатацию оборудования обеспечивает разделительный трансформатор. Он применяется для развязки гальванической связи блока питания с сетевым напряжением, что сводит к нулю вероятность поражения током.

Конструкция и принцип действия

Главное отличие разделительного трансформатора – отсутствие гальванической связи между катушками, которые надежно отделены гальванической изоляцией. Обычно обмотки образующие первичную цепь трансформатора по параметрам идентичны обмоткам во вторичных цепях. В таком случае коэффициент трансформации для данного разделительного трансформатора равен 1. То есть, устройство используется исключительно для гальванической развязки. Пример разделительного аппарата смотрите на рис. 1.

Рис. 1. Разделительный трансформатор

Характерной особенностью трансформаторов этого типа является то, что цепи вторичных обмоток в разделительной трансформации не оборудуются защитным заземлением. С целью обеспечения надежности гальванической развязки применяют дополнительную изоляцию между катушками. В отдельных случаях витки первичных обмоток отделяют защитным экраном от вторичных обмоток или разносят их физически на разные части магнитопровода.

В остальном конструкция и принцип работы не отличается от трансформаторов других типов:

  • на первичную обмотку поступает напряжение от сети;
  • возникающая при этом магнитная индукция распространяется по всему магнитопроводу.
  • ЭДС индукции возбуждает электрический ток в витках вторичной катушки.

Между напряжениями в катушках и токами существует зависимость: величины вторичных напряжений прямо пропорциональны первичным напряжениям, с коэффициентом пропорциональности k=W2/W1, а выходной ток обратно пропорционален току в первичной обмотке.

Благодаря отсутствию гальванической связи между катушками и отделению от цепи заземления первичной обмотки случайное прикасание к любому выводу вторичной катушки не приводит к поражению током. Остерегаться необходимо только одновременного касания разных выводов трансформатора.

Таким образом, при электрическом контакте с токоведущими частями оборудования запитанного от разделительного трансформатора электрическая цепь с землей не образуется, что исключает возможность поражения электротоком. Разделительные трансформаторы обеспечивают также защиту подключенных электроприборов при однофазных замыканиях. Если КЗ произойдет в первичной цепи, то вторичная цепь просто обесточивается. Однако для полной защиты в первичную цепь подключайте УЗО.

Назначение

Автономные силовые обмотки в основном применяются для отделения цепей электротехнических устройств от напряжений, поставляемых электрической сетью. При этом мощность нагрузки составляет от 100 Вт до 60 кВт. Электрические приборы, отделенные от питающей сети, получают дополнительную защиту, они безопаснее в обслуживании.

Разделительные трансформаторы применяются для подключения нагрузки в помещениях с условиями. повышающими уровень опасности поражения электрическим током. Такими сооружениями являются подвалы, ванные комнаты, и другие помещения с повышенной сыростью.

В целях безопасности делают гальваническую развязку оборудования применяемого в медицинских учреждениях. Подключать разделительный трансформатор целесообразно везде, где существуют повышенные требования к безопасности, там, где нет надежной изоляции с землей.

Разновидности

В электротехнике довольно часто используют понижающий трансформатор с гальваническим разделением цепей первичной обмотки и вторичной катушки.

Такого типа разделительный понижающий аппарат позволяет решить две задачи:

  • понизить напряжение до требуемого уровня;
  • обеспечить безопасную эксплуатацию оборудования.

Семейство силовых трансформаторов включает в себя серии однофазных трансформаторов, обладающими различными номинальными мощностями. Промышленные силовые агрегаты обычно бывают внушительных размеров и устанавливаются стационарно в специальных боксах (см. рис. 2).

Рис. 2. Промышленный разделительный трансформатор

Существуют компактные переносные устройства (см. рис. 3).

Применение переносных трансформаторов удобно в тех случаях, когда электрооборудование не может быть установлено стационарно, а используется периодически. Например, при использовании электроинструмента в кабельных колодцах, в подвалах и т.п. При номинальных первичных напряжениях эти устройства стабильно работают. Они хорошо защищены от воздействия влаги и прочих влияний окружающей среды.

Рис. 3. Переносной разделительный агрегат

Во входных сигнальных блоках, а также в других цепях электронного оборудования применяются малогабаритные, высокочастотные импульсные трансформаторы.

По конструкции сердечника сетевой трансформатор чаще всего бывает стержневого типа. Встречаются также тороидальные модели.

Рис. 4. Тороидальный разделительный трансформатор

Технические характеристики

Промышленность поставляет на рынок множество моделей с различными характеристиками. Запомнить их просто невозможно. Да в этом нет необходимости. Большинство характеристик будут интересны только узким специалистам.

Для практических целей достаточно знать основные параметры трансформатора. Обычно эти параметры указаны в паспорте устройства.

При выборе разделительного трансформатора обращайте внимание на следующие основные характеристики:

  • номинальная мощность;
  • частота тока;
  • первичное напряжение;
  • выходное (вторичное) напряжение;
  • условное обозначение схемы соединения обмоток;
  • напряжение в режиме короткого замыкания;
  • тепловые потери при коротком замыкании;
  • ток в режиме холостого хода;
  • тепловые потери при работе в режиме холостого хода;
  • габаритные размеры.

Номинальная мощность должна совпадать или немного превышать мощность нагрузки. Первичное напряжение должно соответствовать параметрам первичной сети, а вторичное – напряжению питания подключаемых электроприборов. При выборе импульсных трансформаторов обращайте внимание на частоту тока.

Характеристики, выделенные курсивом важны, но для их понимания требуются более глубокие познания в сфере электротехники.

Порядок подключения

Однофазное напряжение формируется методом подключения одной из фаз к нулевому проводу через нагрузку. В нашем случае нагрузкой служит первичная обмотка. Поэтому, когда фазный ток попадает на корпус прибора, то при его касании и одновременном контакте с заземленным предметом, через тело оператора проходит электрический ток.

Применение метода гальванической развязки исключает такую возможность, так как вторичная обмотка не заземлена. Поэтому, перед подключением убедитесь, что вы действительно имеете дело с разделительным трансформатором. Для этого тестером проверьте отсутствие соединения вторичной обмотки с корпусом и с витками первичной обмотки.

В том случае, если вторичная обмотка одна, а обе катушки физически разнесены на разные части сердечника, можно обойтись визуальным осмотром. В противном случае проверка обязательна. Заметьте, что между вторичными обмотками (если их несколько) гальваническая связь может существовать, и это нормально.

Пример схемы подключения приведен на рисунке 5. Обратите внимание, что корпус подключенного оборудования в первичную цепь на этой схеме заземлен. Кроме того, того, чтобы усилить защиту применено УЗО. Если вы используете переносной или стационарный разделительный трансформатор то заземлять оборудование во вторичной цепи не нужно.

Рис. 5. Схема подключения

Разница потенциалов между фазой и землей в первичной цепи составляет 220 В, в то время, как в защищенной цепи напряжение между фазой и землей нулевое.

Подключайте нагрузки, мощность которых не превышает номинала трансформатора. Несоблюдение этого правила может привести к перегреву обмоток, что чревато разрушениями изоляции.

Использованная литература

  • Тихомиров П.М. «Расчет трансформаторов» 1976
  • И С. Таев «Основы теории электрических аппаратов» 1987
  • Г. Н. Александрова «Теория электрических аппаратов».   1985
  • Г. Н. Александрова «Теория электрических аппаратов». 1985

Разделительный трансформатор 220В / 220В

Что такое разделительный трансформатор 220В / 220В?

Трансформаторы бывают повышающие и понижающие, например понижающий 220В / 12В. Но существуют  трансформаторы, у которых как на входе, так и на выходе напряжение тока 220 В /220 В. Кажется странным, почему используется аналогичное напряжение при выходе из трансформатора? Дело в том, что, две одинаковые обмотки не соприкасаются друг с другом, вторая обмотка работает автономно.

Принцип работы разделительного трансформатора 220В / 220В

Следует принять во внимание неоспоримый факт: в наш дом «приходят» проводники, которые поставляют электроэнергию для наших потребительских нужд — это приготовление пищи, стирка, свет и тепло. Если случайно коснуться обоих проводников фазы и нуля, через тело человека пойдет опасный потенциал. Известно всем, чем все может закончится.

На вторичной обмотке трансформатора нулевой провод не имеет заземления (смотрите схему). Случайное прикосновение к проводникам или к прибору не приносит вред человеку, т.е. прикосновение безопасно. Но стоит отметить, на вторичной обмотке все же присутствует опасный потенциал, случайное прикосновение к проводнику и одновременно к металлическому стояку холодной воды, может угрожать жизни человека.

разделительный трансформатор

Внимание! Вторичная обмотка разделительного трансформатора должна оставаться изолированной от земли.

Обязательно прочтите подробные статьи про стабилизаторы (как их подключить, схемы УЗО, как выбрать) :

Еще одно преимущество разделительного трансформатора 220В / 220В

Трансформатор сглаживает скачки напряжения и соответственно не допускает преждевременного выхода из строя дорогостоящей аппаратуры. Все электропотребители рекомендуется подключать к сети через разделительный трансформатор.

Где используется разделительный трансформатор 220В / 220В?

Разделительный трансформатор используется в помещениях, которые относятся к категории повышенной опасности — влажные помещения: сауны, ванные комнаты, бассейны, а так же помещения где присутствует большое количество металлических конструкций с нестабильным заземлением.

Нужно ли устанавливать УЗО для разделительного трансформатора 220В / 220В?

На первый взгляд может показаться, что установка УЗО не требуется, но это не так. Из-за повреждения изоляции опасный потенциал может оказаться на корпусе оборудования. Коснувшись оборудования и одновременно предмета, связанного с землей, возникает опасность поражения током. Так что УЗО необходимо установить  для полной безопасности.

Более подробно о том, нужно ли устанавливать УЗО читайте в статье: «Почему нужно устанавливать УЗО?«

Оцените качество статьи:

Изолирующие трансформаторы — Мобильные Электросистемы

Изолирующий трансформатор – это устройство, которое передает энергию от первичной обмотки к вторичной с помощью магнитной индукции. Вторичная обмотка служит источником напряжение для электрической системы переменного тока на катере без прямого соединения с береговой электросистемой.

Разделительный трансформатор одновременно решает две задачи – предотвращает коррозию подводных металлических частей на катере и защищает людей от поражения электрическим током. Об установке трансформатора имеет смысл задумываться, когда на катере кроме бортового зарядного устройства для тяговых аккумуляторов появляется разветвленная сеть переменного тока.

Преимущество передачи энергии таким способом зависит от способа установки трансформатора, но все развязывающие трансформаторы имеют несколько схожих достоинств.

При замыкании на землю и обрыве заземления существует путь для тока к береговому трансформатору. Ток стремится вернуться к своему источнику через воду.

Для чего нужен изолирующий трансформатор

Во-первых, полярность электрической системы устанавливается со стороны вторичной обмотки. Это значит, что полярность на катере не зависит от берегового подключения, и перепутанная на берегу никак не повлияет на полярность на катере.

Следующее преимущество — безопасность. Без трансформатора, замыкание на корпус или неправильно организованная система заземления на катере ведут к тому, что у всего заземленного оборудования одновременно повышается электрический потенциал (напряжение). Если устройства подключены к общей заземляющей шине, то рост напряжения на корпусах не будет проблемой для тех, кто находится на борту — разницы потенциалов между металлическими частями катера не будет.

Случай короткого замыкания на корпус и разрыва заземления от вторичной обмотки трансформатора. Несмотря на то, что электрический потенциал подводных частей вырастет, пути для тока на берег нет. Ток потечет к своему источнику — вторичной обмотке трансформатора катера.

Однако для тока появляется путь к береговому источнику через подводные элементы судна, электрический потенциал которых вырос, и через воду к штырю заземления на берегу. Поэтому для всех находящихся в воде рядом с катером возникает опасность поражения током.

Изолирующий трансформатор ликвидирует для тока путь через воду к береговой электросистеме. Новым источником напряжения становится вторичная обмотка трансформатора на катере и ток, вызванный повреждением изоляции или коротким замыканием, вернется к ней, а не на берег.

Используются два типа развязывающих трансформаторов. В первом случае электрически изолированный металлический экран устанавливается между первичной и вторичной обмотками. Экран выдерживает приложенное между ним и остальными частями напряжение до 4000 Вольт в течении одной минуты. У трансформаторов второго типа экран не обязательно соответствует таким жестким требованиям по напряжению и току.

Кроме разницы между самими устройствами, существует отличие в подключении провода заземления береговой сети. В разделительных трансформаторах первого типа есть разрыв заземления между береговой и лодочной электрическими системами. В поляризационной системе провод заземления от береговой сети соединяется с корпусом трансформатора. Поэтому термин изоляционный, означает также изоляцию берегового заземления от заземления катера.

Схемы подключения

При первом способе установки береговое заземление подключается к изолирующему экрану трансформатора, а один выход его вторичной обмотки, соединяют с корпусом. К точке соединения подключается заземляющая цепь катера и затем оба контакта соединяются с отрицательным проводником.

При коротком замыкании в оборудовании или при пробое изоляции у тока есть путь с наименьшим сопротивлением обратно к трансформатору через заземляющую цепь.

Однако, если корпус трансформатора оказывается под напряжением из-за неисправности в береговой цепи или замыкания первичной обмотки трансформатора, у тока нет безопасного способа вернутся к источнику — береговой электрической системе. Все подводные металлические части окажутся под напряжением, ток потечет через воду и находящиеся в воде люди рискуют получить удар током.

Вероятность поражения током возникнет и у тех, кто находится на борту между заземленным оборудованием и устройствами, не подключёнными к заземлению, но погруженными в воду (изолированный блок или вал двигателя).

Во втором способе разделяющий обмотки экран и проводник берегового заземления подключаются к корпусу трансформатора в точке соединения нейтрали вторичной обмотки и цепи заземления катера. Этот способ безопаснее для людей при возникновении неисправности, но не защищает катер от коррозии, поскольку использует общий заземляющий проводник и для береговой и для бортовой систем.

Чтобы защита заработала дополнительно на провод заземления устанавливают гальванический изолятор.

Переходные процессы в трансформаторе

Переходные процессы в трансформаторе возникают при любом изменении нагрузки или напряжения сети. Во время переходных процессов токи трансформатора могут во много раз превышать их номинальные значения, что может привести к недопустимому возрастанию электромагнитных сил, действующих на обмотки, и температуры обмоток. Анализ переходных процессов в трансформаторе позволяет принимать обоснованные решения при разработке его конструкции и формировании требований к условиям эксплуатации трансформатора и средствам его защиты.

Переходный процесс при включении трансформатора

Рассмотрим переходный процесс при включении однофазного трансформатора в сеть с напряжением . Вторичную обмотку для простоты будем полагать разомкнутой (рис. 47). При этих условиях процессы в трансформаторе описываются уравнением
.                                                    (28)


Связь потока взаимной индукции Ф с током  определяется нелинейной магнитной характеристикой , поэтому уравнение (28) не имеет строгого аналитического решения. Учитывая, что в силовых трансформаторах падение напряжения  незначительно из-за малости активного сопротивления , заменим ток , используя линеаризованную магнитную характеристику
,
где  — статическая индуктивность первичной обмотки, соответствующая среднему значению потока в переходном процессе.
Такая замена позволяет линеаризовать уравнение (28):
.                                                    (29)
Решение данного уравнения записывается в виде суммы двух составляющих потока:

.                                                     (30)
Установившееся значение потока  определяется из (29) при :
.
Свободная составляющая  представляет собой решение однородного дифференциального уравнения:
.
Постоянная интегрирования С определяется из начальных условий: .
Подставляя это условие в (30), получим
.
Отсюда
,
где .
С учетом полученных соотношений решение уравнения (29) можно представить в виде
.
Характер переходного процесса зависит от начальной фазы y напряжения сети в момент включения. При  свободная составляющая имеет наибольшее значение (рис. 48). В этом случае поток Ф через полпериода после включения  имеет максимальное значение , так как свободная составляющая затухает очень медленно из-за малости . Почти удвоенное значение потока приведет к сильному насыщению магнитопровода. При этом ток включения может превысить его установившееся значение в 100 и более раз (рис. 49). Это явление необходимо учитывать при настройке токовой защиты трансформатора.


Переходный процесс при коротком замыкании трансформатора

В условиях эксплуатации короткие замыкания обычно возникают внезапно в результате различного рода аварий в электрических сетях. При этом в трансформаторе происходит переходный процесс, сопровождающийся большими значениями токов в обмотках. Анализ переходного процесса позволяет при внезапном коротком замыкании оценить уровень этих токов в зависимости от различных влияющих факторов.
Ограничимся рассмотрением процесса короткого замыкания однофазного трансформатора, работавшего до этого в режиме холостого хода (рис. 50). Примем допущение, что напряжение сети  не зависит от режима работы трансформатора, а также будем полагать, что магнитопровод трансформатора во время короткого замыкания не насыщен, поскольку поток взаимоиндукции Ф при коротком замыкании снижается почти вдвое из-за сильного размагничивающего действия токов вторичной обмотки (см. п. 5.2). Это допущение позволяет пренебречь током намагничивания и положить в основу расчета тока внезапного короткого замыкания упрощенную схему замещения (рис. 51). Процессы в этой схеме описываются линейным дифференциальным уравнением


.                                      (31)
Решение данного уравнения имеет вид

.                                           (32)
Установившаяся составляющая  представляет собой частное решение уравнения (31):

,
а свободная составляющая  определяется из однородного дифференциального уравнения
.
Для нахождения постоянной интегрирования С зададим начальные условия в момент возникновения короткого замыкания: . Подставляя это условие в (32), получим
.
Отсюда . С учетом полученных соотношений выражение для тока короткого замыкания можно представить в виде
.                  (33)
Выражение (33) показывает, что свободная составляющая тока короткого замыкания имеет максимальное значение при  и . При этих условиях ударное значение тока короткого замыкания  почти в два раза превышает его установившееся значение.


Изменение тока  для случая  показано на рис. 5 Ток короткого замыкания достигает максимального значения  через полпериода после начала аварии,
.
Ток  можно выразить через напряжение короткого замыкания трансформатора,

,
а коэффициент затухания  через его составляющие,
.
Для силовых трансформаторов ; . При этих параметрах максимальный ток короткого замыкания может достигать значений
.
Действие этого тока выражается в увеличении нагрева обмоток и в значительном возрастании электромагнитных сил, действующих на обмотки. В современных энергосистемах применяют быстродействующую релейную защиту, отключающую аварийный участок за . За это время трансформатор не успеет нагреться до предельно допустимой температуры.
Более опасным является действие электромагнитных сил. Происхождение этих сил обусловлено взаимодействием поля рассеяния обмоток трансформатора с током, протекающим по этим обмоткам. Сила, приходящаяся на единицу длины проводника, определяется произведением индукции поля рассеяния на ток:
.
В нормальных режимах эта сила невелика. Например, при токе  и индукции  сила . Такая сила не представляет опасности для проводника. Во время короткого замыкания произведение  возрастает пропорционально квадрату тока, поэтому электромагнитные силы превышают их значения в рабочих режимах в сотни раз. Эти силы пульсируют с частотой 100 Гц, вызывая вибрацию и деформацию обмоток. При механических напряжениях, превышающих , деформации становятся необратимыми и обмотка разрушается.

Выбор трансформаторов 220-110 и 220-100

Если Вы купили прибор за границей и Вам нужно его подключить к нашей сети, сначала выясните, от какого напряжения он работает….

Чтобы понять, нужен ли нам просто переходник для вилки, трансформатор 220-110 или трансформатор 220-100, необходимы некоторые исходные данные. Для начала мы должны узнать номинальное напряжение электроприбора, который собираемся включать. Эту информацию мы можем взять либо с заводской таблички, находящейся на его корпусе, либо из инструкции по эксплуатации. Некоторые электрические аппараты могут иметь переключатель выбора напряжения питания, но это скорее исключение, чем правило. Итак, номинальное напряжение мы узнали. Теперь нам нужно узнать напряжение в сети. Если мы у себя дома, то с этим проблем нет — мы его, конечно, знаем — 220 вольт. В иных случаях нам нужно либо измерить напряжение вольтметром (мультиметром), либо найти человека, который точно знает, какое напряжение в вашей розетке.

 

Когда напряжение в розетке и рабочее напряжение нашего аппарата совпадают, либо незначительно отличаются, то нам трансформатор 220-110 или 220-100 не нужен. Если на приборе написано номинальное напряжение 200-240 вольт, мы можем спокойно его использовать в нашей 220-вольтовой сети. Но если номинал прибора существенно отличается от напряжения в сети, тогда без понижающего трансформатора нам не обойтись. Например, японская техника рассчитана на 100В, а американская на 110-120В, поэтому для японской аппаратуры мы будем использовать трансформатор 220-100, а для американской техники трансформатор 220-110.

 

После того, как мы определились с напряжением, нам нужно подобрать трансформатор по мощности. Мощность электроприбора узнаем там же — на табличке или в паспорте. Мы можем столкнуться с тем, что для прибора будет указано несколько значений мощности. Нас интересует потребляемая мощность или потребляемый ток. Обычно мощность указывается в ваттах или киловаттах (цифры с буковкой «W»), а ток в амперах (цифры с буковкой «А»). Мощность трансформатора указывается в вольт-амперах. Одному ватту не всегда соответствует один вольт-ампер (исключение — нагревательные приборы), поэтому рекомендуется количество ватт умножить на 1.4 — это будет примерная ваша мощность в вольт-амперах. Трансформатор должен быть мощностью не меньше, чем та, которая у вас получилась. Если нам известен потребляемый прибором ток, то умножив его на напряжение, мы сразу получим мощность в вольт-амперах.

 

Ну и последнее — нам нужно определиться, какого типа для подключения, например, американской техники наш преобразователь 220-110 будет: разделительный трансформатор 220-110 или автотрансформатор 220-110. Разделительный трансформатор 220-110 на выходе не имеет нуля или фазы, он более предпочтителен в плане безопасности и помехоустойчивости, так как имеет гальваническую развязку. Но в большинстве случаев будет достаточно более легкого и дешевого автотрансформатора 220-110.

Особенности работы высокочастотного силового трансформатора в схеме последовательного резонансного инвертора

Введение

В настоящее время в системах индукционного нагрева преобразователь частоты (ПЧ), как правило, строится на основе последовательного резонансного инвертора, согласованного с нагрузкой через трансформатор, позволяющий, кроме этого, обеспечить гальваническую развязку и безопасность обслуживающего персонала.

В процессе работы на трансформатор с мостового инвертора поступает прямоугольное напряжение, которое, как правило, характеризуется определенной степенью несимметрии. Такой режим работы приводит к одностороннему замагничиванию трансформатора и может быть аварийным. Несмотря на наличие большого количества публикаций, посвященных этой теме [1–5], вопросы работы трансформатора в схеме резонансного инвертора, процессы симметрирования рабочего цикла петли гистерезиса, учет влияния индуктивности рассеяния рассмотрены в общем случае, не учитывающем специфики резонансного режима.

Решение этих вопросов важно и актуально для силовой электронной аппаратуры, используемой в технологиях индукционного нагрева, и является целью настоящей статьи.

Процесс подмагничивания трансформатора

Типовая структура преобразователя частоты для установки индукционного нагрева, построенная на основе последовательного резонансного инвертора напряжения, нагруженного через согласующий трансформатор TV1 на последовательный резонансный контур, образованный индуктором с нагреваемой деталью, имеющей активно-индуктивное сопротивление (Rн, Lи), и компенсирующим конденсатором С, изображена на рис. 1. В процессе нагрева параметры нагрузки существенно изменяются, что приводит к изменению резонансной частоты колебательного контура, в связи с этим в систему управления преобразователя частоты вводится узел фазовой автоподстройки частоты, непрерывно настраивающий инвертор на резонансную частоту. При этом возможно однократное появление несимметрии при изменении длительности одного из полупериодов питающего напряжения, которая определяется отношением длительности шага подстройки к резонансному периоду.

Рис. 1. Типовая схема преобразователя частоты УИН

Если к согласующему силовому трансформатору TV1 прикладывается симметричное прямоугольное напряжение, его магнитопровод перемагничивается по симметричной частной петле гистерезиса (рис. 2) и магнитная индукция в нем изменяется от значения +Bр до значения –Bр. Однако разброс динамических параметров IGBT-транзисторов, согласующих драйверов и системы фазовой автоподстройки частоты приводит к неодинаковой длительности полупериодов выходного напряжения и, как следствие, к появлению постоянной составляющей напряжения, прикладываемого к трансформатору Uср и подмагничиванию силового трансформатора постоянным током [1], величину которого можно определить соотношением

где

— среднее значение напряжения на первичной обмотке в течение резонансного периода Т, Rоб1 — сопротивление первичной обмотки. Это приводит к смещению центра частной петли гистерезиса по основной кривой намагничивания из точки О в точку О1 (рис. 2), соответствующую напряженности поля Н0 от намагничивающей силы постоянного тока. Н0 определяется согласно закону полного тока

где W — количество витков первичной обмотки; lc — длина силовой магнитной линии трансформатора.

Рис. 2. Смещение частной петли гистерезиса магнитопровода силового трансформатора при наличии подмагничивания постоянным током

Таким образом, ток ILμ индуктивности намагничивания трансформатора Lμ можно условно разделить на переменную составляющую, обеспечивающую перемагничивание магнитопровода, и постоянную составляющую, называемую током подмагничивания I0 и определяемую величиной постоянной составляющей напряжения несимметрии Uср.

Подмагничивание силового трансформатора приводит к перемагничиванию его сердечника по несимметричному циклу (кривая 2), что при достаточном значении тока подмагничивания приводит к насыщению силового трансформатора и неограниченному росту тока первичной обмотки, несмотря на малое значение Вр (рис. 3). В результате этого происходит перегрузка и выход из строя силовых транзисторов инвертора.

Рис. 3. Подмагничивание магнитопровода постоянным током: а) ток первичной обмотки; б) ток намагничивания трансформатора

Известные в настоящее время методы решения проблем подмагничивания силового трансформатора условно можно свести к четырем группам:

  1. Введение обратной связи по потоку рассеяния или току намагничивания силового трансформатора. В этом случае, при увеличении тока подмагничивания, коррекция длительности управляющих импульсов должна производиться в каждом такте управления [4].
  2. Выбор магнитопровода трансформатора с непрямоугольной формой петли намагничивания [3]. При этом следует отметить, что чем больше длина магнитной силовой линии и меньше магнитная проницаемость ферромагнитного материала магнитопровода, тем более силовой трансформатор становится устойчивым к подмагничиванию постоянным током (рис. 2), так как постоянная составляющая индукции (Bo), вызванная током подмагничивания (Io), оказывается значительно меньше диапазона изменения рабочей индукции (Bp).
  3. Введение немагнитного зазора в магнитопровод трансформатора, имеющего мощный размагничивающий эффект, приводящий к сдвигу петли гистерезиса и заметному снижению магнитной проницаемости высокопроницаемых материалов при уменьшении остаточной индукции Br. В связи с этим значительно увеличивается полезный размах индукции [3]. Малые величины зазора фактически не влияют на потери в магнитопроводе, однако оказывают необходимый размагничивающий эффект, исключающий быстрое насыщение магнитопровода при воздействии поля постоянного тока.
  4. Включение разделительного конденсатора в первичную обмотку трансформатора (рис. 5), что приводит к симметрированию положения рабочей петли гистерезиса. В этом случае ток подмагничивания силового трансформатора полностью отсутствует за счет того, что среднее значение тока разделительного конденсатора в установившемся режиме равно нулю.

При сопоставлении данных методов следует отметить следующие особенности их реализации. Первый метод является универсальным, однако на практике он связан со значительными сложностями измерения контролируемых параметров (потока рассеивания и тока подмагничивания). К тому же при значительной несимметрии рост тока через первичную обмотку трансформатора в каждом периоде происходит с большой скоростью, что может привести к ситуации, когда ограничение длительности импульсов не успевает скорректировать несимметрию [4].

Второй метод наиболее простой, но его применение не исключает ток подмагничивания, вследствие чего приходится увеличивать запас рабочей индукции по отношению к индукции насыщения, которая должна включать постоянный уровень Bo, обусловленный током подмагничивания.

Введение немагнитного зазора является эффективным методом борьбы с подмагничиванием магнитопровода и позволяет уменьшить смещение частного цикла петли намагничивания при воздействии значительных несимметрий. Однако в этом случае, как и в предыдущем, полностью устранить ток подмагничивания не удается.

В резонансных схемах наиболее эффективен четвертый метод, который полностью исключает ток подмагничивания трансформатора, благодаря чему удается симметрировать частный цикл петли гистерезиса при воздействии значительных несимметрий и сравнительно малом запасе рабочей индукции.

Моделирование переходного процесса в схеме с немагнитным зазором магнитопровода силового трансформатора

Как уже отмечалось ранее, введение немагнитного зазора в магнитопровод трансформатора уменьшает его эффективную проницаемость [2] и позволяет допускать значительные постоянные составляющие напряжения, воздействующие на первичную обмотку трансформатора, почти всегда работающего в асимметричном режиме.

где μi — начальная проницаемость неразрезанного магнитопровода, lg — общая длина зазора, lc — длина средней линии магнитопровода. Таким образом, изменяя длину зазора, можно получить требуемую эффективную проницаемость магнитопровода определенного размера, в связи с чем, при том же токе подмагничивания вызванная этим током индукция будет гораздо меньше. Это значительно увеличивает полезный размах индукции и повышает устойчивость трансформатора к подмагничиванию.

Аналитический расчет переходного процесса при воздействии несимметрии различных значений на трансформатор с разными значениями μe произвести довольно трудно из-за существенно нелинейного характера выражений, описывающих аппроксимацию петли намагничивания. Поэтому для моделирования переходного процесса работы силового трансформатора в асимметричном режиме был использован программный комплекс Orcad 9.2. Для определения параметров математической PSpice-модели магнитопровода марки 5БДСР с немагнитным зазором 0,9 мм была применена программа PSpiceModelEditor, входящая в состав комплекса. Программа производит экстраполяцию параметров модели по заранее известной форме петли намагничивания. В результате экстраполяции были получены параметры магнитопровода марки 5БДСР, достаточно близкие к реальным.

Параметры математической PSpice-модели магнитопровода 5БДСР:

  • LEVEL = 2 — индекс модели;
  • A = 45037 А/м — параметр формы безгистерезисной кривой намагничивания;
  • AREA = 1,57 см2 — площадь поперечного сечения магнитопровода;
  • C = 1,4905 — постоянная упругого смещения доменных границ;
  • GAP = 0,09 см — ширина воздушного зазора;
  • K = 17371 А/м — постоянная подвижности доменов;
  • MS = 686630 А/м — намагниченность насыщения;
  • PACK = 0,99 — коэффициент заполнения сердечника;
  • PATH = 0,014 м — средняя длина магнитной силовой линии.

Моделирование производилось в условиях непрерывного воздействия несимметричной составляющей напряжения на один из полупериодов переменного напряжения, подаваемого на вход первичной обмотки со следующими параметрами:

  • Uпит = 500 В — амплитуда переменного прямоугольного напряжения;
  • Uср = 50 мВ — величина несимметрии;
  • Lμ = 10 мГн — индуктивность намагничивания трансформатора;
  • Rоб1 = 0,02 Ом — сопротивление первичной обмотки постоянному току;
  • f2 = 10 кГц — резонансная частота колебательного контура, расположенного по вторичной обмотке.

Моделирование воздействия несимметричной составляющей напряжения на силовой трансформатор показало наличие переходного процесса, приводящего к установившейся несимметричной петле намагничивания его магнитопровода (рис. 4в) с постоянной времени, равной

Результаты моделирования приведены на рис. 4 и подтверждают справедливость выражения (1), описывающего величину смещения установившегося частного цикла, и выражения (4), характеризующего динамику переходного процесса.

Рис. 4. а) Переходный процесс индукции трансформатора; б) постоянная составляющая несимметрии Uср; в) установившийся частный цикл петли гистерезиса

Следует отметить, что при введении несимметрии частный цикл петли гистерезиса устанавливается на уровне, определяемом величиной тока подмагничивания. Дальнейший рост тока подмагничивания приводит к смещению частной петли намагничивания и насыщению магнитопровода. Для повышения устойчивости магнитопровода к воздействию тока подмагничивания необходимо увеличение немагнитного зазора магнитопровода, что не всегда возможно из-за возрастания потерь на перемагничивание и значительного роста тока намагничивания трансформатора.

Моделирование переходного процесса в схеме с разделительным конденсатором

Применение разделительного конденсатора в первичной обмотке силового трансформатора (рис. 5) является более эффективным методом борьбы с подмагничиванием, так как позволяет симметрировать положение частного цикла петли намагничивания магнитопровода при воздействии значительно больших несимметрий.

Рис. 5. Электрическая схема замещения силового трансформатора

Ввиду последовательного включения разделительного конденсатора с первичной обмоткой трансформатора постоянная составляющая ее тока отсутствует, то есть ток подмагничивания всегда равен нулю. Однако в этом случае образуется резонансный контур между разделительным конденсатором Ср и индуктивностью намагничивания трансформатора Lμ (рис. 5). При скачке несимметрии и возникает переходный колебательный процесс (рис. 6) на частоте

Рис. 6. Форма тока намагничивания и индукции на периоде колебаний резонансного контура между Ср и Lμ

При возникновении колебаний напряжение на первичной обмотке трансформатора превышает напряжение питания, в результате чего увеличивается рабочая индукция силового трансформатора (рис. 7а). Напряжение на разделительном конденсаторе складывается из двух составляющих (рис. 7б), первая (высокочастотная) обусловлена протеканием приведенного тока колебательного контура, расположенного на вторичной обмотке, а вторая (низкочастотная) обусловлена переходным процессом, образующимся при воздействии Ucp на колебательный контур, расположенный на первичной обмотке. Вторая составляющая определяется произведением тока подмагничивания на величину реактивного сопротивления разделительного конденсатора. Таким образом, с учетом (1)

где Iн* — приведенное значение тока вторичной обмотки, Rн* — приведенное значение сопротивления вторичной обмотки, δ = Rоб1/2Lμ декремент затухания, определяющий длительность переходного процесса Тпп.

Рис. 7. Переходной процесс индукции силового трансформатора при скачке несимметрии с Тпп = 0

Для аналитического описания рабочей индукции магнитопровода необходимо определить напряжение на первичной обмотке трансформатора, которое складывается из напряжения питания и напряжения разделительного конденсатора. Поэтому в выражении для расчета индукции трансформатора также присутствуют две составляющие, обусловленные резонансными контурами, расположенными в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

где Sc — площадь поперечного сечения магнитопровода, δB — величина завышения индукции трансформатора.

Для исключения низкочастотных колебаний, то есть для приведения переходного процесса к апериодическому виду, необходимо, чтобы крутизна фронта возмущения (несимметрии) была больше периода колебаний (Tв = 1/f1). Результаты моделирования, соответствующие данному условию, показаны на рис. 8, отмечено отсутствие перерегулирования рабочей индукции, ее амплитуда не превышает амплитуды в установившемся режиме.

Рис. 8. Переходной процесс индукции силового трансформатора при скачке несимметрии с Тпп = 10 мс а) индукция силового трансформатора; б) величина несимметрии и напряжение на проходной емкости

Индуктивность рассеяния трансформатора

Одним из важных параметров, определяющих качество работы трансформатора, является индуктивность рассеяния его обмоток (Ls). Как известно, магнитный поток трансформатора можно условно разделить на рабочий (основной) поток и поток рассеяния. Первый из этих потоков сцеплен с обеими обмотками, и его путь проходит в основном по магнитопроводу, а второй сцеплен только с одной из обмоток и проходит по воздуху.

Индуктивность рассеяния, как правило, определяется геометрическими размерами и расположением обмоток силового трансформатора. Одним из вариантов расчета Ls является предложенный в [1], согласно которому, Ls, приведенную к виткам, вычисляют по общей формуле

где p — средний периметр витка, g12, g1, g2, — среднегеометрические расстояния сечений обмоток относительно друг друга.

На электрической схеме замещения силового трансформатора индуктивность рассеяния располагается последовательно в первичной и вторичной цепях (рис. 5). При этом если нагрузка представлена высокодобротным колебательным контуром, а индуктивность рассеяния имеет достаточно большую величину, реактивная составляющая напряжения, подаваемого на первичную обмотку трансформатора, может оказаться более активной (рис. 9). В результате происходит завышение рабочей индукции трансформатора на величину δВ.

Рис. 9. Диаграммы работы трансформатора с Ls: а) напряжение на трансформаторе ТХ1 при завышении рабочей индукции; б) рабочая индукция трансформатора

Для получения аналитической интерпретации условия, при котором завышения рабочей индукции не происходит (UpTV<UaTV), необходимо определить составляющие напряжения, передаваемого через трансформатор. Реактивную составляющую напряжения первичной обмотки можно представить так:

Активная составляющая напряжения первичной обмотки будет представлена следующим образом

где Е — напряжение питания.

Учитывая, что при единичном коэффициенте трансформации U = EQ4/π, можно записать условие минимизации рабочей индукции

где Q — добротность колебательного контура, расположенного по вторичной обмотке.

Таким образом, для минимизации рабочей индукции силового трансформатора необходимо и достаточно, чтобы величина индуктивности индуктора Lи была в Q раз больше индуктивности рассеяния первичной обмотки.

Некоторые технологические процессы индукционного нагрева требуют регулирования мощности, передаваемой в нагрузку (нагреваемый объект), что может быть достигнуто путем периодического закорачивания первичной обмотки трансформатора смежными транзисторами инвертора в течение нескольких резонансных периодов. В результате в резонансном контуре возникают свободные затухающие колебания. При этом Ls включается последовательно в резонансный контур. Таким образом, при протекании тока по первичной обмотке, на Ls возникает падение напряжения (рис. 10б), которое приводит к завышению рабочей индукции трансформатора δВ (рис. 10г). Индуктивность рассеяния вторичной обмотки в этом случае можно не учитывать, так как она включена последовательно с индуктивностью индуктора и нагрузки и компенсируется резонансной емкостью, поэтому на завышение габаритной мощности трансформатора не оказывает никакого влияния.

Рис. 10. Диаграммы работы трансформатора с Ls в режиме закорачивания первичной обмотки: а) напряжение первичной обмотки — U10; б) напряжение на Ls1U12; в) ЭДС первичной обмотки — U20; г) индукция согласующего трансформатора

Включение разделительного конденсатора позволяет не только исключить ток подмагничивания трансформатора, но и компенсировать влияние рассеяния первичной обмотки.

При этом величина Ср определяется согласно условию компенсации реактивной составляющей напряжения (ULs1 = U):

При такой компенсации Ls1 превышения рабочей индукции не происходит ни в одном из режимов работы трансформатора. Это повышает технико-эксплуатационные характеристики силового трансформатора и расширяет спектр нагрузок, с которыми может работать преобразователь частоты.

Пусковой режим работы трансформатора на резонансную нагрузку

Пусковой режим должен обеспечивать нормальный переходный процесс и выход рабочей точки петли гистерезиса на симметричный частный цикл в рабочем режиме. Если изначально магнитопровод силового трансформатора был полностью размагничен, при подаче на трансформатор напряжения с частотой резонансного контура центр частного цикла петли намагничивания смещается по основной кривой намагничивания из точки О в точку О1, поэтому рабочая индукция оказывается увеличенной по отношению к своему установившемуся значению в два раза (рис. 11а).

Моделирование переходного процесса при пуске показало, что происходит размагничивание трансформатора (рис. 11б) с постоянной времени τ, определяемой выражением (4). При этом видно, что величина перерегулирования индукции трансформатора достигает удвоенного значения. Для устранения перерегулирования пуск инвертора рекомендуется производить с повышенной частоты, соответственно в два раза превышающей резонансную. По мере размагничивания силового трансформатора частота может быть итерационно приближена к резонансной, при этом величина шага подстройки не должна приводить к превышению рабочей индукции (рис. 11в).

Рис. 11. Переходной процесс при пуске трансформатора: а) первый цикл петли намагничивания; б) процесс размагничивания трансформатора; в) нормальный пуск трансформатора

Заключение

Работа трансформатора в схеме последовательного резонансного инвертора обусловлена рядом особенностей. Прежде всего, это наличие постоянно действующего тока подмагничивания, образующегося из-за несимметрии напряжения, прикладываемого к первичной обмотке трансформатора. Введение немагнитного зазора в магнитопровод трансформатора позволяет существенно повысить устойчивость частного цикла при определенном подмагничивании. При больших несимметриях напряжения инвертора рекомендуется включение разделительного конденсатора в первичную обмотку, что является наиболее универсальным методом, обеспечивающим симметрирование петли намагничивания магнитопровода. Следует отметить, что включение разделительного конденсатора позволяет не только устранить подмагничивание трансформатора, но и компенсировать паразитное влияние индуктивности рассеяния силового трансформатора. Важной особенностью этого метода является образование разделительным конденсатором резонансного контура с индуктивностью намагничивания трансформатора. Поэтому при ступенчатом воздействии на трансформатор напряжения с определенной величиной несимметрии возникают низкочастотные колебания, приводящие к завышению рабочей индукции трансформатора. В статье определено, что для устранения этих колебаний и минимизации рабочей индукции необходимо, чтобы фронт роста несимметрии не превышал постоянную времени колебательного процесса, что является основой для расчета разделительной емкости.

Выявлена зависимость рабочей индукции трансформатора от индуктивности рассеивания его первичной обмотки, показано, что условием завышения индукции трансформатора является превышение реактивной составляющей его напряжения активной.

Литература

  1. Русин Ю. С., Гликман И. Я., Горский А. Н. Электромагнитные элементы радиоэлектронной аппаратуры. Справочник. М.: Радио и связь. 1991.
  2. Ромаш Э. М. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь. 1981.
  3. Гусев Б., Овчинников Д. Мостовой преобразователь с удвоителем тока при подмагничивании сердечника трансформатора // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2005. Вып. 5.
  4. Андреев В. В. Несимметричный режим работы силового трансформатора в транзисторном преобразователе. / Сб. статей под ред. Ю. И. Конева. Электронная техника в автоматике. Вып.2. М.: Советское радио. 1971.

Трансформаторы с технологией защиты от переходных напряжений (TVP)

Средневольтные быстродействующие выключатели представляют собой уникальную и неотложную проблему во всех отраслях промышленности: переходное напряжение. Напряжение от переходных напряжений достаточно велико, чтобы повредить магнитное оборудование в сети, которое включает трансформаторы, двигатели, насосы и измерительное оборудование с повторяющимися переключениями во времени.

Это, в свою очередь, может привести к сбоям и простоям со значительным бременем затрат, включая обширные ремонтные работы.

Трансформатор
с технологией защиты от переходных процессов (TVP) от Hitachi ABB Power Grids обеспечивает полную защиту ваших электрических систем при каждом отдельном переключении. Независимый от сети дизайн делает его наиболее подходящим для вас, независимо от ваших потребностей.

Наши трансформаторы, оснащенные TVP, не только исключают режимы отказа переключения, но и обеспечивают наиболее безопасную форму преобразования распределения. Используя стратегически размещенные варисторы обмотки, TVP полностью исключает риск повреждения из-за внезапных скачков напряжения и последующих затрат на простой и ремонт.

Превосходная надежность с TVP
  • Единственное решение для управления повышением напряжения внутри и снаружи обмоток трансформатора
  • Совместим с большинством распределительных трансформаторов
  • Варисторы обмотки не требуют обслуживания и контроля
  • Дополнительная защита от грозовых импульсов, обеспечиваемая ограничителями перенапряжения
TVP обеспечивает целостную и надежную защиту, которая:

Снижает риск

  • Полностью исключает отказы при работе вакуумного выключателя (VCB)
  • Устраняет финансовый риск незапланированных простоев
  • Защищает другое оборудование, расположенное ниже по потоку, такое как двигатели, трансформаторы тока и напряжения (трансформаторы тока и напряжения)

Экономия времени и затрат

  • Устраняет необходимость в длительных системных исследованиях, проведение которых обычно занимает 6 недель.
  • Избегает дополнительных инвестиций в размере до 50 000 долларов США и более
  • Устраняет время, затрачиваемое на техническое обслуживание

Уменьшает размер

  • Может быть установлен внутри трансформатора, что позволяет сэкономить до 1 метра длины по сравнению с традиционными решениями

Выбирая наши распределительные трансформаторы с TVP, у вас на одну причину меньше, а на одну больше для спокойствия.
Давайте работать вместе, чтобы обеспечить более безопасное и надежное энергоснабжение вашего бизнеса.

Что такое переходные процессы переключения и как их минимизировать

Что такое переходные процессы переключения и почему они возникают?

Переходные процессы переключения возникают в энергосистемах каждый раз, когда происходит резкое изменение цепи. Это явление объясняется сочетанием двух факторов в двигателях: механической энергии, хранящейся во вращающейся машине, и электрической энергии, хранящейся в индуктивной нагрузке.Эти переходные процессы недолговечны и имеют колебательный характер. Однако они чрезвычайно важны, поскольку электрооборудование в этот период подвергается наибольшим нагрузкам. Когда два электрических контакта разделяются, в прерывателе возникает дуга, которая поддерживает ток. Когда ток приближается к следующему переходу через ноль, дуга ослабевает, а затем гаснет. Внезапное прерывание тока вызывает переходные процессы напряжения в индуктивной нагрузке. Очень важно минимизировать уровень тока прерывания, чтобы снизить переходные перенапряжения, которые могут повредить системы изоляции.

При типичной операции переключения, такой как размыкание или замыкание контактора или выключателя, переходные процессы переключения возникают на электрической нагрузке каждый раз, когда происходит резкое изменение цепи или прерывание тока. Индуктивные нагрузки наиболее чувствительны к таким резким изменениям цепи. На рисунке 1 ниже показано, что ток отстает от напряжения в индуктивной нагрузке. Наиболее серьезные переходные перенапряжения наблюдаются до перехода тока через ноль.

Рис. 1. По мере уменьшения тока напряжение на самом деле увеличивается до своего пика.Комбинируя индуцированное переходное напряжение с линейным напряжением системы, этот сценарий представляет самое высокое напряжение в контактном промежутке, что увеличивает вероятность возникновения напряжений в индуктивной нагрузке.

Прерывание тока перед нулевым током вызывает скачки напряжения (известные как переходные процессы переключения), которые могут повредить такие нагрузки, как электродвигатели или трансформаторы сухого типа. Перенапряжения из-за переходных процессов переключения могут привести к ухудшению качества изоляции. Со временем это может привести к пробоям или пробою изоляции.Пробой может привести к срабатыванию защитных устройств и вывести оборудование из строя. В конце концов, пробои изоляции приводят к необратимому повреждению оборудования. Низкие переходные процессы при коммутации вакуумного контактора продлевают срок службы индуктивных нагрузок за счет минимизации тока прерывания, что, в свою очередь, сводит к минимуму переходные процессы при коммутации.

Как минимизировать переходные процессы переключения с помощью вакуумных контакторов? Чтобы свести к минимуму переходные процессы переключения или уменьшить переходные перенапряжения, дуга в вакуумном прерывателе должна поддерживать ток, протекающий к нагрузке, как можно ближе к следующему пересечению тока через ноль во время размыкания контактов.Диэлектрическая прочность между размыкающими контактами также должна увеличиваться до уровня, достаточного для предотвращения повторного пробоя после прерывания тока.

Выбор материала контактов влияет на коммутационные переходные напряжения. На Рисунке 2 ниже сравнивается уровень тока прерывания трех часто используемых контактных материалов в вакуумных прерывателях. Запатентованный контактный материал WCAg в вакуумных контакторах Joslyn Clark является лидером в отрасли с самым низким уровнем тока прерывания, что обеспечивает самый низкий переходный процесс переключения.


Рис. 2. Сравнение уровня тока прерывания для различных материалов контактов, используемых в вакуумных прерывателях.

Преимущества вакуумного контактора перед автоматическими выключателями Стандартная конструкция автоматического выключателя сочетает высокую отключающую способность с нечастым переключением высоких токов, обычно более 600 ампер. Чтобы добиться высокого уровня прерывания, проектировщик должен использовать твердый контактный материал, способный выдерживать чрезвычайно высокие температуры.Как только контакты размыкаются, вакуумный выключатель как можно быстрее прерывает ток. Резкое отключение тока, обычно 3-5 А в современных вакуумных выключателях, вызывает более высокие переходные напряжения, которые могут повредить индуктивные нагрузки. Многие опубликованные литературные источники IEEE обращаются к этой конкретной проблеме с добавлением компонентов подавления перенапряжения или фильтров.

Однако вакуумные прерыватели, предназначенные для использования в вакуумных контакторах, не требуют дополнительных компонентов. Это преимущество дополнительно снижает общую стоимость и сложность системы.Вакуумные контакторы обычно включают переключение нагрузки двигателя менее 600 А с уровнем прерывания 4-6КА и переключаются очень часто. При коммутации двигателей вакуумные контакторы Joslyn Clark всегда являются правильным решением по сравнению с вакуумными выключателями или другими контакторами с присущими им характеристиками сильноточного прерывания. Поскольку многие производители контакторов заявляют о низких уровнях прерывания тока, в их публикациях ничего не говорится о том, что это за уровни. Джослин Кларк всегда публиковала текущий уровень прерывания нашего вакуумного контактора и выражала его как максимум 0.9A по результатам 10 000 эксплуатационных испытаний. Среднее значение прерывания тока на самом деле составляет 0,55 А, что позволяет отрасли создавать самые низкие переходные процессы при переключении и продлевать срок службы дорогостоящих двигателей и трансформаторов.

Джослин Кларк разрабатывает вакуумные контакторы для обеспечения низких переходных процессов при переключении, продления срока службы индуктивных нагрузок, таких как двигатели, трансформаторы и шунтирующие реакторы. Проверенный патентованный контактный материал Джослин Кларк предлагает оптимальное сочетание низких переходных процессов при переключении, сопротивления контактного сварного шва, устойчивости к эрозии, допустимой нагрузки по току и номинального прерывания.

Как защитить трансформаторы среднего напряжения от повреждающих переходных процессов при коммутации

Распределительные устройства и трансформаторы среднего напряжения (СН) играют критически важную роль в сложных электрических распределительных сетях крупных поставщиков услуг или центров обработки данных, расположенных в одном месте. Они являются точкой подключения к электросети, поэтому выбор архитектурного дизайна и оборудования для них может иметь большое влияние на общую стоимость и надежность. Аспект проектирования системы, который иногда упускают из виду, — это смягчение потенциального воздействия переключения вакуумного выключателя (VCB) на трансформаторы среднего напряжения.В правильных — или я должен сказать «неправильных» — условиях размыкание и замыкание VCB может создавать переходные процессы напряжения, которые могут повредить трансформаторы среднего напряжения. Глобальная группа экспертов по распределению электроэнергии из Schneider Electric, о которой я уже писал ранее, недавно опубликовала статью на эту тему. В документе, написанном Тони Парсонсом, доктором философии, старшим инженером по энергетическим системам и техническим консультантом Schneider Electric, представлены общие сведения о природе переходных проблем и описаны факторы, которые могут подвергнуть ваши трансформаторы опасности.Обсуждаются несколько общих решений, а также некоторые плюсы и минусы каждого типа решения. Документ отлично справляется с кратким упрощением сложной темы.

Ключевые факторы риска повреждения

Отказы трансформатора, вызванные резонансом, трудно предсказать для данной установки или для конкретного события переключения. Однако, исходя из опыта, есть несколько факторов, которые могут представлять дополнительный риск, в том числе:

  • Вакуумный выключатель коммутационный
  • Относительно короткие кабели (<~ 100 м) между VCB и первичным трансформатором
  • Коммутация малых токов (уровни намагничивания или тока нагрузки)
  • Коэффициент мощности нагрузки (величина переходных процессов увеличивается с индуктивными нагрузками)

Как защитить от скачков напряжения

Переходные процессы напряжения, часто называемые «скачками напряжения» или «скачками», представляют собой короткие нарушения энергосистемы субцикла, характеризующиеся значительно более высокими, чем обычно, уровнями напряжения.Они могут поступать снаружи (например, удары молнии) или внутри здания (например, запуск больших нагрузок двигателя, переключение VCB). Защита от скачков напряжения обычно обеспечивается за счет обеспечения оборудования с соответствующими номинальными характеристиками изоляции (рейтинг BIL) и за счет применения внешних устройств защиты от перенапряжения (SPD).

УЗИП

помогают рассеивать переходную энергию до того, как она достигнет распределительного или нагрузочного оборудования. Современные ограничители перенапряжения среднего напряжения представляют собой устройства на основе металл-оксидного варистора (MOV), которые проводят импульсную энергию на землю, когда приложенное напряжение превышает определенный уровень.Они могут применяться в распределительных устройствах у служебного входа, при чувствительных нагрузках и / или в других ключевых точках системы распределения электроэнергии.

Почему может потребоваться дополнительная защита

Хотя уровни BIL и ограничители перенапряжения обеспечивают эффективную защиту во многих случаях, существуют некоторые сценарии переключения, которые могут потребовать дополнительной защиты, что приводит к более широкому использованию демпферов R-C для защиты силовых трансформаторов в помещениях центров обработки данных. Демпфер R-C, по сути, представляет собой последовательный резистор и конденсатор, подключенные от каждой фазы к земле, помогает отфильтровывать высокочастотную составляющую из переходных процессов переключения.Это может помочь повысить защиту трансформаторов от переходных процессов переключения.

В статье подробно рассказывается о том, как возникают переходные процессы напряжения при размыкании вакуумных выключателей в результате явления, называемого «прерывание тока» и «повторное зажигание». Далее объясняется, что переходные процессы также могут возникать из-за действия, известного как «предварительный удар», которое может произойти, когда эти выключатели замыкаются. Переходные процессы большой амплитуды могут вызвать повреждение, если пиковое напряжение превышает номинальное значение трансформатора BIL, особенно в первые несколько витков (т.е.е., «концевые витки») обмотки трансформатора. Интересно то, что озабоченность вызывает не только величина переходного процесса, но и его частота. И то, и другое необходимо учитывать при разработке стратегии защиты. Частота переходного процесса также важна, потому что электрические характеристики самого трансформатора сильно отличаются для высоких частот, чем для низких частот мощности 50 или 60 Гц. Одним из сложных аспектов защиты трансформаторов от коммутационных переходных процессов является то, что могут быть случаи, когда переходное напряжение на клеммах трансформатора остается в пределах номинального значения BIL трансформатора.Следовательно, он ниже точки, в которой обычный разрядник для защиты от перенапряжений обеспечит значительную защиту, в то время как внутренние напряжения обмотки могут возрасти до уровней, которые могут вызвать нарушение изоляции. Таким образом, защита силовых трансформаторов должна учитывать переходную частоту, а также величину переходного процесса .

Четыре способа предотвратить переходные процессы переключения и повредить трансформаторы

  1. Наиболее часто используемым решением сегодня является ранее описанный демпфер R-C .Расположенные между VCB и первичными выводами трансформатора демпферы обеспечивают необходимую фильтрацию. Для каждого фидера СН требуется только один демпфер, даже если фидер обслуживает более одного трансформатора. Поскольку напряжение, наблюдаемое на клеммах VCB во время переключения, в основном возникает на стороне нагрузки выключателя, демпферы, установленные на первичной стороне выключателя или на вторичной стороне трансформатора, не эффективны. Обратите внимание, что демпферы добавляют некоторую стоимость, занимают дополнительную площадь и добавляют некоторое количество тепла, которое необходимо учитывать.
  2. Специально разработанные трансформаторы также появились на рынке, которые устойчивы к переходным процессам переключения. Производители заявляют, что амортизаторы больше не нужны, однако пока мало документации, подтверждающей эти утверждения. Тем не менее, это стоит изучить, поскольку технологии совершенствуются и развиваются.
  3. Другое возможное решение — внести рабочих изменений и избежать или уменьшить время переключения при низких нагрузках. Степень, в которой вы сможете это сделать, будет зависеть от выбора оборудования и его расположения.
  4. Наконец, можно использовать более высоких рейтингов BIL и SPD , чтобы минимизировать или снизить риск таких отказов. Использование трансформатора с более высоким рейтингом BIL вместе с обычными разрядниками для защиты от перенапряжений может быть простым и недорогим решением, когда эксплуатационная практика на месте или отсутствие других факторов риска означает, что воздействие потенциально вредных переходных процессов снижается.

Разверните эти стратегии для защиты трансформаторов среднего напряжения в вашем центре обработки данных

Ознакомьтесь с полной статьей Коммутационные переходные процессы и защита от перенапряжения для трансформаторов среднего напряжения в центрах обработки данных , чтобы получить более подробную информацию по этой теме.Если вы хотите обсудить с командой инженеров Schneider Electric, написавшей этот документ, оставьте комментарий ниже.

Ознакомьтесь с другими сообщениями в блогах от команды Data Center Science Center.

переходных процессов во вторичных цепях — журнал соответствия

В выпуске «Информационного бюллетеня по безопасности продукции» за июль-август-сентябрь я обсуждал «рабочее напряжение» и его значение для безопасности оборудования. В это обсуждение было включено обсуждение переходных перенапряжений.

Я сказал, что первичные цепи обычно имеют переходные перенапряжения, но что «вторичные цепи постоянного тока оборудования являются примерами«… схем, которые практически не имеют переходных перенапряжений ». Далее я заявил: «Это ненормальное состояние, когда вторичные цепи постоянного тока имеют переходные перенапряжения».

Один читатель сказал, что такие утверждения верны только для вторичных цепей, отделенных от первичной заземленным металлическим экраном, или для вторичных цепей, у которых один полюс соединен с землей.Затем он сказал, что плавающая вторичная цепь подвержена полным переходным процессам в сети.

В этом выпуске я исследую, как трансформаторы ведут себя при переходных перенапряжениях, как магнитных, так и емкостных. Я также рассмотрю функции выпрямления и емкостного сглаживания при переходном перенапряжении. И я опишу некоторые тесты переходного перенапряжения на 40-ваттном трансформаторе, 20-ваттном нерегулируемом источнике постоянного тока и на двух 50-ваттных импульсных источниках питания.

Давайте сначала рассмотрим, как трансформаторы ведут себя магнитно при переходных перенапряжениях.

Силовые трансформаторы предназначены для преобразования мощности 50 или 60 Гц или обоих. Трансформаторы работают как трансформаторы, когда поток находится в пределах проектных. Поток увеличивается с увеличением входного напряжения. Поток увеличивается с частотой. Если поток увеличивается слишком сильно, сердечник насыщается, и магнитная связь между первичной и вторичной обмотками отсутствует.

Переходные перенапряжения состоят из высоких напряжений и высоких частот.Переходные напряжения часто превышают номинальное входное напряжение трансформатора. Частоты переходного процесса намного превышают номинальную частоту трансформатора, обычно в диапазоне от сотен килогерц до низких мегагерц.

Поскольку ядро ​​оптимизировано для частоты линии электропередачи, оно дает большие потери на более высоких частотах. Фактически, сердечник настолько теряет при наличии переходных частот, что устройство перестает быть трансформатором.

Из-за высоких частот сердечник насыщается при относительно низких переходных напряжениях.(Фактически, на высоких частотах сердечник будет насыщаться при напряжениях, намного меньших, чем номинальное входное напряжение трансформатора.) Когда сердечник насыщается, магнитная связь между первичной обмоткой отсутствует. Без магнитной связи нет связи переходного напряжения со вторичной обмоткой.

Аналогичным образом, из-за высокого напряжения переходного процесса сердечник будет насыщаться. Когда сердечник насыщается, переходное напряжение на вторичную обмотку отсутствует.

Итак, трансформаторы просто не работают как трансформаторы при переходных перенапряжениях.Нет выхода переходного процесса из трансформатора из-за работы устройства как трансформатора.

Далее, давайте рассмотрим влияние емкости между входной и выходной обмотками трансформатора, когда трансформатор подвергается переходным перенапряжениям.

Два проводника, разделенных изолятором, составляют конденсатор. В изолирующем трансформаторе входная и выходная обмотки разделены изолятором и поэтому составляют конденсатор.

Точно так же есть емкость от каждой обмотки до сердечника.Напомним, трансформаторы намотаны изолированным проводом. Каждый виток обмотки полностью изолирован от соседних витков.

В любой конкретной точке между двумя обмотками один виток примыкает к одному или нескольким одиночным виткам другой обмотки. Каждый набор из двух одиночных витков в разных обмотках составляет пластины одной из множества емкостей, которые существуют между двумя обмотками.

Между отдельными витками, составляющими одну пластину конденсатора, находится ряд других витков обмотки.Эти витки представляют собой индуктивности и не влияют на межобмоточную емкость. Итак, распределенные конденсаторы подключаются с помощью катушек индуктивности.

На высоких частотах различные емкости распределяются по каждой отдельной обмотке. Различные инкрементные емкости подключаются посредством витков обмотки. Витки представляют собой индуктивности. Таким образом, распределенные конденсаторы подключаются с помощью индукторов, а также емкости между слоями одной обмотки.

Катушки индуктивности серии

ослабляют высокие частоты. Шунтирующие конденсаторы ослабляют высокие частоты. Последовательные конденсаторы передают высокую частоту соседней обмотке. Это приводит к очень сложной высокочастотной цепи.

Поскольку последовательные конденсаторы между обмотками являются лишь частью сложной высокочастотной цепи, во вторичные обмотки передается очень небольшая энергия переходного перенапряжения. Большая часть энергии рассеивается внутри первичной обмотки или от первичной обмотки к земле.

На высоких частотах, возникающих в условиях переходного перенапряжения, межобмоточная емкость не может быть представлена ​​как единый конденсатор от первичной к вторичной. Точно так же емкость от обмотки до сердечника или земли не может быть представлена ​​как один конденсатор.

Итак, хотя есть емкость от первичной к вторичной, есть также индукторы, последовательно соединенные с этими емкостями, и есть емкости от первичной обмотки к сердечнику и емкости от первичной обмотки к земле, и все они служат для сильного ослабления энергии, передаваемой во вторичные обмотки.

Теперь давайте рассмотрим выпрямление и емкостное сглаживание вторичного выходного напряжения при переходных перенапряжениях.

Действие двухполупериодного выпрямителя таково, что независимо от полярности входного напряжения на выходе присутствует только одна полярность. Это означает, что переходные перенапряжения (превышающие размах сетевого напряжения), независимо от полярности или положения фазы относительно входного переменного напряжения, будут появляться на выходе выпрямителя (при условии, что выпрямительный диод имеет достаточную частотную характеристику для включения во время переходного процесса).

Энергия переходного процесса затем накапливается в сглаживающем конденсаторе и должна повышать напряжение конденсатора в зависимости от значения переходного напряжения, продолжительности его превышения над напряжением на конденсаторе и доступного тока.

Поскольку переходное напряжение ослабляется трансформатором, и поскольку время очень короткое, а ток небольшой из-за индуктивности трансформатора, повышение напряжения на сглаживающем конденсаторе почти незаметно.

То же самое происходит и в автономных цепях выпрямитель-конденсатор импульсных источников питания. Входной фильтр электромагнитных помех ослабляет переходные перенапряжения. Автономный выпрямитель обычно работает медленно и может не включиться во время переходного перенапряжения. Если он все же включается или происходит с опозданием, в конденсатор сбрасывается лишь небольшое количество энергии и изменение напряжения незначительно.

Автономные выпрямители

имеют большую емкость на переходе, но эта емкость очень мала по сравнению с конденсатором большой емкости.В последовательной цепи из двух конденсаторов деление напряжения обратно пропорционально величине емкости. Следовательно, существует небольшая часть переходного перенапряжения на большом конденсаторе (конденсатор большой емкости) и большая часть на малом конденсаторе (выпрямитель).

Первичные и вторичные цепи постоянного тока имеют незначительные переходные перенапряжения из-за переходных перенапряжений в линии электропередачи.

Чтобы подтвердить эти гипотезы, я протестировал 40-ваттный трансформатор, 20-ваттный трансформатор-выпрямитель со сглаживающим конденсатором и два 50-ваттных импульсных источника питания.

Два трансформатора на 60 Гц имели трехфланцевую катушечную конструкцию. В импульсных источниках питания используется усиленная изоляция между первичной и вторичной обмотками.

Я подавал переходные напряжения 1,2 x 50 микросекунд в линию питания для каждого устройства. Я контролировал выход с помощью осциллографа (через изолирующий усилитель, чтобы исключить любые последствия подключения цепи к земле через осциллограф).

Я начал с 500 вольт, фаза-нейтраль, и работал до 2.0 или 2,5 киловольта. Я также применил импульс
линия-земля.

При 1,5 киловольт на входе трансформатора переходный выход составлял около 70 вольт. Переходное выходное напряжение оставалось около 70 вольт, независимо от того, подавался ли импульс между фазой и нейтралью или
фазой на землю, и независимо от того, был ли выход заземленным или плавающим.

При подаче напряжения до 2,5 киловольт как на трансформатор-выпрямитель, так и на импульсные источники питания, на номинальных выходах 30 и 25 вольт не было изменения более чем на 1 вольт в течение не более 2 миллисекунд. , соответственно.


ВЫВОДЫ

Переходные перенапряжения не имеют магнитной связи с выходными обмотками трансформаторов 50-60 Гц.

Переходные перенапряжения связаны емкостной связью от первичной обмотки к другим обмоткам трансформатора. Величина переходного процесса на выходной обмотке является функцией емкости между обмотками, емкостей всех обмоток относительно сердечника и емкостей всех обмоток относительно земли.

Поскольку переходное перенапряжение на выходе трансформатора связано с емкостной связью, а не с магнитной связью, значение переходного напряжения на выходе зависит от конструкции изоляции трансформатора и не зависит от напряжения выходной обмотки.

По крайней мере, для конструкции бобины с тремя фланцами величина переходного процесса на выходной обмотке в значительной степени не зависит от того, заземлена ли выходная обмотка.

Величина переходного процесса с емкостной связью на выходной обмотке трехфланцевого каркасного трансформатора в значительной степени не зависит от того, применяется ли переходный процесс: полюс на полюс или
полюс на землю.

Выпрямление и емкостное сглаживание формы волны переменного тока, содержащей переходное перенапряжение, практически исключает появление переходного процесса в постоянном напряжении.

Для оценки изоляции (зазоров) в первичных и вторичных цепях постоянного тока значение «рабочего напряжения» определяет как зазоры, так и пути утечки, тогда как в первичных цепях переменного тока величина переходного перенапряжения определяет зазоры и значение рабочего напряжения. определяет длину пути утечки.


ПОДТВЕРЖДЕНИЕ

Спасибо Tinny Srinivasen, Western Transformers, Портленд, Орегон, которая предоставила мне технические детали работы трансформатора при наличии переходных перенапряжений.

Спасибо также Дэвену Тестеру, Нику Манвеллу и Кевину Сайрусу, все из Hewlett-Packard, за помощь в тестировании оборудования.

Ричард Нут (Richard Nute) — консультант по безопасности продукции, занимающийся безопасным проектированием, безопасным производством, сертификацией безопасности, стандартами безопасности и судебно-медицинскими расследованиями.

Каковы различные роли изолирующих трансформаторов и устройств защиты от перенапряжения (SPD)?

Часто путают роли устройств защиты от перенапряжения (SPD) и разделительных трансформаторов.Чтобы защитить чувствительную электронику и оборудование от переходных процессов, необходимо учитывать различные факторы.

Независимо от того, возникает ли переходный процесс внешне или внутренне, шум сигнала, переходные процессы синфазного режима, переходные процессы дифференциального режима и повышение потенциала земли могут вызвать проблемы для плохо защищенного оборудования.

В этом посте мы разъясняем применение как изолирующих трансформаторов, так и SPD, а также то, как они выдерживают различные электрические события.

Что такое устройство защиты от перенапряжения?

Устройства защиты от перенапряжения (SPD) — это устройства ограничения нелинейного напряжения .Они устанавливаются поперек линий для защиты (параллельно с оборудованием) и, таким образом, их не нужно рассчитывать на линейный ток.

Как работает SPD

УЗИП обычно находится в состоянии высокого импеданса при номинальном напряжении питания. В переходных условиях переходное напряжение увеличивает линейное напряжение до точки, в которой достигается порог ограничения SPD. Затем SPD быстро переходит в состояние с более низким импедансом, отводя избыточную переходную энергию (ток) на землю, тем самым ограничивая переходное напряжение до безопасного уровня.После отклонения переходного процесса SPD автоматически переходит в состояние высокого импеданса.

Серия

Фильтрующая SPD

SPD с последовательной фильтрацией улучшает стандартные SPD, добавляя фильтр нижних частот и фильтр RFI / EMI. Эта вторичная ступень фильтрации:

  • Снижает быструю скорость нарастания предварительно зафиксированного напряжения.
  • Обеспечивает дополнительное ослабление ограниченного напряжения.
  • Снижает слабый шум сигнала, который может быть ниже напряжения ограничения SPD.

Фильтр перенапряжения представляет собой серию подключенных устройств и должен быть рассчитан на максимальный ток цепи.

Что такое изолирующие трансформаторы? Изолирующие трансформаторы

обычно состоят из двух отдельных обмоток с магнитным экраном между обмотками для снижения шума. Трансформатор пропускает ток полной нагрузки, что означает, что он должен быть подходящего размера.

Как работает изолирующий трансформатор

Вместо использования нелинейных зажимных устройств, трансформатор работает с ослаблением . Затухание обычно указывается в децибелах (дБ) для условий шума слабого сигнала , которые являются незначительными переходными режимами, для которых трансформатор может предложить значительно меньшее затухание.Каждые 20 дБ ослабления соответствуют уменьшению напряжения шума в 10 раз. Следовательно, ослабление 60 дБ означает снижение напряжения шума между входом и выходом на 1000%.

Основным преимуществом изолирующих трансформаторов является изоляция входа-выхода, при которой выходная цепь может быть повторно заземлена и изолирована от входа или других источников шума заземления. Эта изоляция также может быть полезна там, где защита от повышения потенциала земли недоступна с помощью обычных процедур соединения.

Что такое работа трансформатора?

Двухобмоточный изолирующий трансформатор является полезным строительным блоком для систем регулирования мощности. Это не сам по себе стабилизатор мощности, а одно из наиболее эффективных устройств для подавления синфазного шума.

Изолирующие трансформаторы очень мало влияют на ослабление дифференциального шума, особенно на более низких частотах, поскольку они разработаны как «проходные» устройства на мощных частотах.

В сочетании с подходящим заземлением или экраном изолирующие трансформаторы могут представлять собой эффективный барьер для высокочастотного синфазного шума и предотвращать распространение этого шума на оборудование , расположенное ниже по потоку, через источник питания или систему заземления.

Как показано ниже, экранированный изолирующий трансформатор обеспечивает путь для прохождения высокочастотного синфазного шума через емкостную связь к заземленному экрану и обратно по земле. Чтобы экранирование было эффективным, экран, сердечник трансформатора и заземленные проводники должны быть соединены вместе в одной точке, как показано на рисунке.

Экранированный изолирующий трансформатор может быть эффективным против синфазного шума и переходных процессов низкого уровня, но эффективно не обеспечивает ослабления дифференциального модового шума и переходных процессов.

Изолирующие трансформаторы обладают и другими характеристиками стабилизации мощности, например:

  • Подавление трехфазных гармоник.
  • «Улавливание» тройных гармоник в треугольнике трансформатора треугольник-звезда.
  • Обеспечение стабильного заземления через соединение нейтраль-земля на вторичной стороне.

Теперь рассмотрим переходный процесс высокого напряжения и сильного тока, возникающий в линии электропередач в результате прямого и косвенного (индуцированного) воздействия молнии или импульсного перенапряжения.

Если эти переходные процессы являются дифференциальным режимом, то есть они индуцируются на линии относительно нейтрали, то изолирующий трансформатор будет эффективно пропускать эти переходные процессы с небольшим затуханием или без него. Это происходит потому, что изолирующий трансформатор спроектирован так, чтобы «пропускать» частоты мощности в дифференциальном режиме, а частота, составляющая переходный процесс молнии, означает, что большая часть содержания энергии находится в частотных составляющих ниже нескольких десятков килогерц, что хорошо в полосе пропускания большинства изолирующих трансформаторов.

Если, с другой стороны, эти сигналы являются синфазными, то подходящий экранированный изолирующий трансформатор обеспечит эффективную защиту от таких скачков напряжения, , пока пиковое напряжение не превышает номинал изоляции трансформатора . В некоторых случаях амплитуда пикового напряжения, возникающая в результате прямого удара по воздушным и низковольтным линиям электропитания вблизи точки входа на объект, может превышать номинал изоляции разделительного трансформатора 1: 1, что приводит к пробою и потенциальному повреждению оборудования. оборудование, расположенное ниже по потоку.

Пригодность устройств

Наиболее частой причиной проблем с надежностью промышленного оборудования для обеспечения качества электроэнергии обычно являются переходные процессы напряжения в дифференциальном режиме. Электронное оборудование гораздо более восприимчиво к импульсам дифференциального режима, чем синфазного.

Обратите внимание, что, хотя большинство грозовых импульсов являются синфазными в точке соединения, они преобразуются в дифференциальный режим на служебном входе благодаря наличию связи нейтраль-земля.Таким образом, изолирующие трансформаторы неэффективны при подавлении наиболее преобладающего типа переходных процессов.

Более эффективным устройством защиты от переходных процессов для чувствительного оборудования является УЗИП с последовательным фильтром нижних частот, который обеспечивает эффективную защиту от переходных процессов и шума в синфазном и дифференциальном режимах.

Разделительные трансформаторы в сравнении с SPD

В заключение, существует перекрытие в защите, обеспечиваемой изолирующими трансформаторами и SPD в сочетании с фильтрами нижних частот.Тем не менее, из-за общей производительности, размера, веса и стоимости SPD лучше подходит для большинства промышленных приложений защиты . Более компактный и легкий SPD обеспечивает превосходную защиту от переходных процессов в дифференциальном режиме и адекватную защиту от 85% до 90% промышленных шумовых проблем. Это делает его первым недорогим выбором для большинства монтажников в области защиты чувствительного электронного промышленного оборудования, такого как программируемый логический контроллер (ПЛК).

Изолирующие трансформаторы

по-прежнему являются лучшим решением для небольшого количества объектов, имеющих электрически зашумленные земли или где требуется изоляция.Однако, возможно, потребуется добавить SPD-фильтр, чтобы обеспечить эффективную защиту от переходных процессов в дифференциальном режиме.

Подробнее об устройствах и стандартах защиты от перенапряжения

Наша команда экспертов по продуктам и инжиниринга хочет прояснить вопросы, связанные с использованием, установкой и применением SPD. Ознакомьтесь с предыдущими сообщениями о защите от перенапряжения, чтобы узнать больше по теме:

Затем подпишитесь на блог nVent ERICO, чтобы не пропустить ни одного поста в будущем.

Исследование характеристик распределения переходного напряжения обмоток трансформатора

1.Введение

В настоящее время ГИС широко используется в сетях передачи сверхвысокого / сверхвысокого напряжения. При включении или выключении разъединителя в КРУЭ скорость движения подвижных контактов разъединителя относительно мала, что приводит к многократному пробою газового зазора SF6 между разъединителями. Каждый пробой вызывает падение напряжения в разъединителе в течение нескольких наносекунд и образование очень крутой бегущей волны напряжения, которая распространяется по обе стороны от разъединителя и вызывает высокочастотные колебания в КРУЭ и соседних устройствах.Это образование явления очень быстрого переходного перенапряжения. Форма волны VFTO крутая, а амплитуда большая, что может нанести большой вред изоляции обмоток трансформатора и другого оборудования, связанного с ним [1].

Очень быстрое переходное перенапряжение с большой амплитудой и большой крутизной формы волны может нанести большой вред изоляции обмоток трансформаторов и другого подключенного к ней оборудования

С момента открытия явления VFTO в ГИС, вопрос о том, могут ли большие силовые трансформаторы выдерживать воздействие VFTO и как устранить влияние VFTO, был предметом озабоченности энергосистем.

В настоящее время при разработке и производстве трансформатора сверхвысокого напряжения анализ VFTO в основном основан на выводах теоретического анализа в справочных материалах и расчетах с упрощенной моделью трансформатора. Поэтому метод увеличения запаса принят при проектировании конструкций и мерах по изоляции, поскольку отсутствуют необходимые данные для полевых измерений и исследований.

Из-за ограничения скорости вычислений и емкости памяти компьютера предыдущий расчет ограничен количеством единиц для разделения обмоток или может анализировать только обмотки с меньшим количеством витков, а параметры индуктивности и емкости в модели централизованы и постоянны. , без учета частотно-изменяющихся параметров проводника из-за скин-эффекта.Модель относительно проста, а точность расчетов оставляет желать лучшего.

В этой статье модель многопроводной линии передачи (MTL), основанная на представлении обмотки ее отдельными витками, используется для анализа переходной характеристики обмоток трансформатора при очень быстрых переходных перенапряжениях (VFTO). Модель многопроводной линии передачи неравной длины (MTL) принята при рассмотрении фактической конфигурации кольцевой обмотки трансформатора, а метод конечных элементов во временной области используется для расчета распределений напряжения вдоль обмоток трансформатора с помощью векторной аппроксимации и рекурсивной свертки. настроить частотно-зависимые параметры [2].

С момента открытия явления VFTO в ГИС, вопрос о том, могут ли большие силовые трансформаторы выдерживать воздействие VFTO и как устранить воздействие VFTO, был предметом озабоченности энергосистемы

Моделирование трансформатора для исследования переходных процессов

Описание

Моделирование трансформаторов — серьезная проблема для коммунальной отрасли.Объект данной работы заключается в разработке и исследовании динамических моделей керна, пригодных для исследований переходных процессов. Основным Преимущество разработанных здесь основных моделей состоит в том, что в них используется готовый трансформатор. данные испытаний, предоставленные производителем. Для исследований феррорезонанса и пускового тока насыщение сердечника должно быть представлены достаточно хорошо. Прямой подход к созданию нелинейного пикового магнитного потока а вольт-амперная характеристика железного сердечника с учетом потерь в стали: представлен.Алгоритм прост по идее, прост в реализации и может быть полезен для электромагнитные переходные программы. Грубая оценка обрыва цепи трансформатора Емкость также определяется номинальной частотой. Это полезно в ситуациях, когда ток возбуждения трансформатора испытывает сильные емкостные эффекты. Итерационный алгоритм для более правильного представления кривой потокосцепления трансформатор, соединенный по схеме треугольник, подходящий для ситуаций, в которых испытания проводятся с закрытая дельта, развита.Он использует данные испытаний возбуждения прямой последовательности в качестве входных и принимает с учетом удаления тройных гармоник из линейного тока.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *