Принцип работы трансформатора
Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Если на первичную обмотку подать переменное напряжение , то по виткам обмотки потечет переменный ток , который вокруг обмотки и в магнитопроводе создаст переменное магнитное поле. Магнитное поле образует магнитный поток , который проходя по магнитопроводу пересекает витки первичной и вторичной обмоток и индуцирует (наводит) в них переменные ЭДС – и . И если к выводам вторичной обмотки подключить вольтметр, то он покажет наличие выходного напряжения , которое будет приблизительно равно наведенной ЭДС (рис. 3).
Рис. 3 — Работа трансформатора без нагрузки
При подключении к вторичной обмотке нагрузки, например, лампы накаливания, в первичной обмотке возникает ток , образующий в магнитопроводе переменный магнитный поток изменяющийся с той же частотой, что и ток . Под воздействием переменного магнитного потока в цепи вторичной обмотки возникает ток , создающий в свою очередь противодействующий согласно закону Ленца магнитный поток , стремящийся размагнитить порождающий его магнитный поток (рис. 4).
Рис. 4 — Работа трансформатора с нагрузкой
В результате размагничивающего действия потока в магнитопроводе устанавливается магнитный поток равный разности потоков и и являющийся частью потока , т.е.
Результирующий магнитный поток обеспечивает передачу магнитной энергии из первичной обмотки во вторичную и наводит во вторичной обмотке электродвижущую силу , под воздействием которой во вторичной цепи течет ток . Именно благодаря наличию магнитного потока и существует ток , который будет тем больше, чем больше . Но и в то же время чем больше ток , тем больше противодействующий поток и, следовательно, меньше .
Из сказанного следует, что при определенных значениях магнитного потока и сопротивлений вторичной обмотки и нагрузки устанавливаются соответствующие значения ЭДС , тока и потока , обеспечивающие равновесие магнитных потоков в магнитопроводе, выражаемое формулой приведенной выше.
Таким образом, разность потоков и не может быть равна нулю, так как в этом случае отсутствовал бы основной поток , а без него не мог бы существовать поток и ток . Следовательно, магнитный поток , создаваемый первичным током , всегда больше магнитного потока , создаваемого вторичным током .
Величина магнитного потока зависит от создающего его тока и от числа витков обмотки, по которой он проходит.
Напряжение, которое выдает нам трансформатор на вторичной обмотке, зависит от количества витков, которые намотаны на первичной и вторичной обмотке!
где — напряжение на вторичной обмотке — напряжение на первичной обмотке — количество витков первичной обмотки — количество витков вторичной обмотки — сила тока первичной обмотки — сила тока вторичной обмотки
Из этой формулы можно сделать вывод: увеличиваем напряжение – уменьшается ток, уменьшаем
напряжение – увеличивается ток.
Отношение напряжений между первичной и вторичной обмотками называют коэффициент трансформации.
В трансформаторе соблюдается закон сохранения энергии, то есть какая мощность в трансформатор заходит, такая и выходит.
Для переменного тока мощность определяется также, но только вместо постоянного напряжения берется среднеквадратичное напряжение.
Мощность трансформатора зависит от размеров сердечника, рабочей частоты преобразования.
Трансформаторы, которые выдают одинаковые напряжения на выходе и на входе, называют разделительными (развязывающими) (рис. 5).
Рис. 5 — Схематичное изображение разделительного трансформатора
Если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то развиваемое в ней напряжение будет больше напряжения, подаваемого на первичную обмотку, и такой трансформатор называют повышающим (рис. 6). У повышающего трансформатора вторичная обмотка наматывается
более тонким проводом, чем первичная, так как максимальный ток вторичной обмотки будет меньше тока первичной обмотки.
Рис. 6 — Схематичное изображение повышающего трансформатора
Если же вторичная обмотка содержит меньшее число витков, чем первичная, то и напряжение ее будет меньше, чем напряжение подаваемое на первичную обмотку, и такой трансформатор называют понижающим (рис. 7). Первичная обмотка понижающего трансформатора всегда будет намотана более тонким проводом, чем вторичная. Связано это с тем, что при понижении напряжения возможно увеличение тока во вторичной обмотке, следовательно, нужен провод большего сечения.
Рис. 7 — Схематичное изображение понижающего трансформатора
Графические символы в электрике
Графические символы подразделяются на базовые изображения, на обозначения шин и проводов, обозначения линейных схем, символы розеток и другие элементы.
Основные базовые изображения являются обязательными, в них несложно разобраться даже начинающему мастеру, без них не обходится ни один электроприбор. В приборе установлены резисторы, конденсаторы, катушки, диоды, контакты — всем им присвоены обозначения. Отдельные элементы, такие как катушки, имеют маленькие размеры и применяются почти повсюду, что озадачивает новичков. Не лишним будет знать схематичные изображения этих элементов.
Несколько примеров базовых изображений:
- диоды обозначаются треугольником, пересекаемым линией;
- окружность с диаметром 12 мм указывает на транзисторы;
- для обозначения резистора используется прямоугольник (размер 4х10мм);
- катушки изображаются дуговыми линиями в количестве от 2 до 4, все зависит от назначения;
- значок контакта — разомкнутая линия, с отрезком 6 мм на одном конце.
К базовым изображениям относятся функции подвижных и неподвижных контактов, с указанием в схемах.
Изображения проводов, кабелей и шин
Эти изображения состоят из линий: прямых, пунктирных, пересеченных. Они соединяют все элементы в правильной последовательности. Подробней рассмотрим их виды и значение:
Например, прямая линия с точкой на конце обозначает, где заканчивается проводка, а на линии из нескольких проводников будут нанесены засечки. В необходимых случаях над линиями допускается указывать виды тока, порядок прокладки проводки, значение напряжения и другие отметки.
Условное обозначение проводки на электросхемах
Обозначение проводки в трубах и гофрорукаве
Обозначение прокладки шин и шинопроводов
Схематически изображаются провода, которые отличаются назначением и способом прокладки. Все обозначения помогут выбрать подходящий для монтажных работ материал и позволять судить о мощности электросети.
Как изображаются однолинейные схемы?
Однолинейные схемы понадобятся для сборки электрощитов. В их основе — устройство защитного отключения (сокращенно УЗО), контакторы, автоматика, нулевые и земляные шины, и другое оборудование. При работе с такой схемой нужно быть особо внимательным, так как часть символов имеет схожий характер. В пример можно привести катушки реле, для графики которых используется только прямоугольник. Однообразно обозначаются контактор и рубильник, здесь главное заметить один небольшой элемент на стационарном контакте.
При составлении однолинейной схемы важно понимать, что некоторые символы обозначаются несколькими значками: скажем, наличие двух галочек подряд указывает на количество проводов
Обозначения ламп и светильников
Эти символы особенно необходимы, если в доме есть сложные светильные установки. В отличие от остальных обозначений они достаточно просты и легко запоминаются.
К примеру говоря, обычным кружком обозначается светильник с галогеновой лампой или лампочкой накаливания; узкий и длинный прямоугольник указывает на люминисцентную лампу. Специальная символика есть даже для ламповых патронов.
Обозначение светильников на электросхемах
Разобраться в этих знаках полезно всем, кто планирут составить схему по энергообеспечению своего жилья.
Принцип работы трансформатора тока
Принцип работы трансформатора тока основан на принципах электромагнитной индукции, которая действует в электрическом/магнитном поле. Более подробная информация представлена на рисунке:
Он преобразовывает начальное значение векторного тока, проходящего в электрической цепи, во вторичную величину (при этом важно учесть фактор пропорционального равенства между модулем и углом передачи тока)
Первичная обмотка устройства, имеющая некое число витков (W1), пропускает через себя ток (I1). Ток, в свою очередь, преодолевает некоторое сопротивление (Z1).
Рядом с данной катушкой происходит процесс образования магнитного потока (Ф1), регулируемый при помощи перпендикулярно-расположенных магнитных проводов (важное замечание — именно такое расположение может обеспечить минимальную потерю во время преобразования электроэнергии)
После пересечения перпендикулярных витков (W2) обмотки, (Ф1) — магнитный поток формирует силу электрического движения (Е2). Эта сила вызывает возникновение тока (I2) на обмотке (вторичной). А вот I2, который подключен к нагрузке выхода (Zн), преодолевает Z2 — сопротивление, и способствует образование меньшего напряжения на концах электроцепи.
Значение K 1 — коэффициент трансформации — определяется выражением: I1 / I2 (отношение первого вектора ко второму). Величина этого отношения вычисляется в начальных построениях проектирования устройства.
Различия между истинными показателями модели и расчетным результатом объясняется важным аспектом метрологии, которым является вид класса точности устройства.
Важно — на практике ток во вторичной обмотке не является постоянным, именно это определяет значение K1. К примеру, его отношение 10000/50 обозначает следующее: во время прохода электротока по области первичной обмотки единица килоампера области вторичной обмотки приравнивается к величине пятидесяти килоампер.. Таким образом, коэффициент трансформации оказывает прямое влияние на длительность использования трансформатора тока
Не забудем о магнитном потоке (Ф2), который способствует уменьшению величины I2 в магнитном проводе вторичной обмотки
Таким образом, коэффициент трансформации оказывает прямое влияние на длительность использования трансформатора тока. Не забудем о магнитном потоке (Ф2), который способствует уменьшению величины I2 в магнитном проводе вторичной обмотки.
Во время эксплуатации трансформатора тока нельзя забывать про возникновение нежелательных проблем, одной из которых является пораженческая способность пробоя изоляции (из-за высокого потенциала).
Так как магнитный провод трансформатора тока имеет металлический компонент в строении, у него есть отличные свойства проводимости, которые помогают ему соединить между собой первичную и вторичную обмотки.
Говоря о принципах работы трансформатора тока, скажем и о том, что к его главному предназначению следует отнести решение эксплуатационных задач электротехнических систем, ведь наша промышленность готовит огромный ассортимент выпуска электрических установок, которые не всегда обладают 100-процентным коэффициентом полезности.
А трансформатор способен этот КПД увеличить благодаря усовершенствованию схем и конструкций.
Основные схемы подключения трансформатора. Как подключить трансформатор тока?
Что такое трансформатор тока?
Трансформатор тока (ТТ) представляет собой индуктивное устройство, преобразующее напряжение в сети. Его первичная обмотка подключается к источнику электроэнергии, а вторичная замыкается на защитный прибор с малым внутренним сопротивлением.
Ток протекает через первичную обмотку, преодолевая ее сопротивление.
В процессе движения по виткам первичной обмотки возникает магнитный поток, который улавливается магнитопроводом. Витки вторичной обмотки расположены перпендикулярно виткам первичной обмотки.
Под воздействием электродвижущей силы ток во вторичной обмотке преодолевает сопротивление в катушке, в результате чего падает напряжение на зажимах вторичной цепи.
Коэффициент трансформации определяется на стадии проектирования трансформатора, поэтому важно правильно выбрать модель устройства и заказать трансформатор в Бресте в зависимости от назначения и особенностей эксплуатации
Сфера применения трансформаторов
Трансформаторы тока устанавливаются во многих бытовых электроприборах и промышленном электрооборудовании, для работы которых требуется более высокое или низкое напряжение, чем 220 В или 380 В.
Для питания галогенных светильников необходимо напряжение 12 В, то есть почти в 20 раз ниже, чем в сети, и ТТ его понижает до требуемой величины.
Также трансформатор используются для учета электроэнергии. Широко распространены измерительные ТТ, которые подключаются к приборам измерения (вольтметрам, амперметрам и прочим) и осуществляют передачу токов на них.
Выпускаются как компактные модели, которые помещаются в корпус бытовых приборов, так и модели для установки под открытым небом на линиях электросетей.
Основные преимущества изделий
Использование трансформаторов тока дает следующие преимущества:
- Унификация измерительных приборов, градуировка их шкал в соответствии с измеряемым первичным током;
- Повышается уровень безопасности при работе с различными реле и измерительными приборами за счет разделения цепей высшего и низшего напряжения;
- Увеличивается максимальный диапазон напряжений и пределов измерения для различных измерительных приборов;
- Обеспечивается питание токовых обмоток реле защиты и измерительных приборов;
- Надежная изоляция от высокого первичного напряжения.
Параметры для выбора схемы подключения
Подключить самостоятельно трансформатор, предназначенный для бытового использования несложно – достаточно строго следовать схеме подключения. Но для эффективной и безопасной работы электроприборов необходимо правильно подобрать саму схему. При выборе необходимо учитывать:
- Количество фаз в сети – трехфазные модели имеют 4 выхода, а однофазные только 2, поэтому схема подключения трехфазного трансформатора имеет ряд отличий;
- Тип трансформатора тока – повышающий или понижающий;
- Какой параметр тока необходим потребителю – для работы бытовой техники нужен постоянный ток, а в сети – переменный, и для его преобразования требуется подключение вторичной обмотки трансформатора тока через выпрямитель.
Популярные схемы подключения
Если ТТ используется для подключения через них вольтметров, амперметров и других высокочувствительных приборов, измеряющих ток небольшой силы, подключение трансформаторов тока производится по следующей схеме:
Первичная обмотка Л1-Л2 соединяется с линейным проводом, а вторичная обмотка ТТ И1-И2 соединена с токовой обмоткой измерительного прибора. Выводы Л1, И1 соединены перемычкой и подключены к фазному проводу. Третий зажим соединяется с нулевым проводом.
Для трехфазной электросети чаще всего используются три однофазных трансформатора, которые подключаются по схеме:
Если требуется подключение понижающего устройства, следует руководствоваться схемой:
Чаще всего она используется для создания систем освещения. Небольшой размер ТТ дает возможность монтировать их непосредственно в каркасе потолка. Трансформатор располагается между выключателем и светильниками. Светильники подключаются параллельно.
Что важно учитывать при подключении?
Для облегчения монтажа производители наносят на них маркировку: ТАа, ТА1, КА1, что позволяет без ошибок соединить элементы.
При установке трансформатора на трехфазные линии необходимо учитывать, что, если напряжение в сети составляет от 6 до 35 кВ, трансформаторы могут быть установлены только на двух фазах, поскольку в таких сетях отсутствует нулевой провод.
Чтобы заказать трансформаторы тока и другую электротехнику, проконсультироваться по вопросам ее выбора, подключения и эксплуатации, звоните по телефонам: +375 (162) 44-66-60 или +375 (29) 978-35-00.
Графика и символика в схемах однолинейного типа
Главная функция однолинейных схематических изображений заключается в графике отображающей ту или иную систему электроснабжения данного объекта. В ней отображается подключение общего питания и последующая разводка по отдельным точкам. Данный чертеж выполняется в виде одной общей линии, поэтому она и называется однолинейной. То есть, подводка питания к каждому из потребителей наносится на план в виде одинарной линии.
Условное обозначение численности фаз в графическом варианте отображается путем специально нанесенных засечек. Если засечка одна – питание однофазное, а если три – трехфазное.
Помимо одиночных линейных сетей, на схему наносится аппаратура для коммутации и защиты. Первая группа представлена контакторами, магнитными пускателями, разъединителями, а во вторую входят различные типы автоматов, высоковольтных выключателей, УЗО, предохранительных устройств, дифавтоматов и выключателей нагрузки.
Для отображения высоковольтных силовых выключателей на однолинейной схеме применяются небольшие квадраты. Прочая аппаратура защитного и коммутационного назначения наносится на схему в виде значков, отображающих контакты со специфическими разъясняющими надписями, соответствующими конкретно используемому прибору.
Нормальные схемы электрических соединений объектов электроэнергетики
Правила выполнения нормальных схем электрических соединений объектов электроэнергетики, определены двумя стандартами. Это Стандарт Организации ОАО «ФСК ЕЭС» СТО 56947007-25.040.70.101-2011 Раздел 2 и ГОСТ Р 56303-2014.
Несмотря на то, что на данный момент оба стандарта действующие и определяют требования к выполнению одних и тех же типов схем, требования в них, несколько отличаются (вероятно разработчики стандартов не дружат . ).
В данном материале, при составлении примеров графических обозначений элементов схем электрических соединений объектов электроэнергетики, за основу взят ГОСТ Р 56303-2014, так как по дате введения в действие он новее. Если вид графических обозначений, приведенных в примерах стандарта СТО 56947007-25.040.70.101-2011, отличается от аналогичных, приведенных в ГОСТ Р 56303-2014, добавлены соответствующие примечания.
Цветовое исполнение классов напряжения.
| Класс напряжения | ГОСТ Р 56303-2014 | СТО 56947007-25.040.70.101-2011 | ||
| Наименование цвета | Спектр (RGB) | Наименование цвета | Спектр (RGB) | |
| 1150 кВ | сиреневый | 205:138:255 | сиреневый | 205:138:255 |
| 800 кВ | темно синий | 0:0:168 | темно синий | 0:0:200 |
| 750 кВ | темно синий | 0:0:168 | темно синий | 0:0:200 |
| 500 кВ | красный | 213:0:0 | красный | 165:15:10 |
| 400 кВ | оранжевый | 255:100:30 | оранжевый | 240:150:30 |
| 330 кВ | зеленый | 0:170:0 | зеленый | 0:140:0 |
| 220 кВ | желто-зеленый | 181:181:0 | желто-зеленый | 200:200:0 |
| 150 кВ | хаки | 170:150:0 | хаки | 170:150:0 |
| 110 кВ | голубой | 0:153:255 | голубой | 0:180:200 |
| 60 кВ | лиловый | 255:51:204 | — | — |
| 35 кВ | коричневый | 102:51:0 | коричневый | 130:100:50 |
| 20 кВ | ярко-фиолетовый | 160:32:240 | коричневый | 130:100:50 |
| 15 кВ | ярко-фиолетовый | 160:32:240 | — | — |
| 10 кВ | фиолетовый | 102:0:204 | фиолетовый | 100:0:100 |
| 6 кВ | темно-зеленый | 0:102:0 | светло-коричневый | 200:150:100 |
| 3 кВ | темно-зеленый | 0:102:0 | — | — |
| ниже 3 кВ | серый | 127:127:127 | — | — |
| до 1 кВ | — | — | серый | 190:190:190 |
В примерах, использованы условные графические обозначения из библиотеки трафаретов Visio Нормальная схема ПС.
Шаг модульной сетки 2,5 мм.
Толщина линий условных обозначений и линий электрической связи 0,4 мм (По стандарту от 0,2 до 1,0 мм. Рекомендуемая — от 0,3 до 0,4 мм.)
Графическое обозначение трансформаторов.
Каждая обмотка автотрансформатора и трансформатора должна выполняться цветом , соответствующим классу напряжения , на который она выполнена .
Возможность регулирования на оборудовании и символы способов соединения обмоток трансформатора , необходимо отображать стрелкой черного цвета .
Графическое обозначение коммутационных аппаратов.
Выкатная тележка разъединителя.
Положение рабочее, ремонтное и контрольное.
3-х позиционный КА.
Положение включено, отключено и заземлено.
Ремонтное и контрольное положения выкатной тележки.
Аналогично для п. 7-10.
Выкатная тележка выключателя по СТО 56947007-25.040.70.101-2011.
Положение выключателя включено, ремонтное и контрольное положение тележки.
Графическое обозначение устройств компенсации, фильтров.
Услоное обозначение должно выполняться цветом, соответствующим классу напряжения устройства, а символ регулирования, черным.
На примере, реактор токоограничивающий регулируемый.
Графическое обозначение разрядников, ОПН.
| Наименование | Обозначение |
| 1. | Разрядник. |
| 2. | Разрядник трубчатый. |
| 3. | Разрядник шаровой. |
| 4. | Разрядник роговой. |
| 5. | Искровой промежуток. |
| 6. | Разрядник вентильный и магнитовентильный. |
| 7. | Разрядник вентильный. |
| 8. | ОПН — ограничитель напряжения нелинейный. |
Графическое обозначение генераторов, электродвигателей.
| Наименование | Обозначение |
| 1. | Генератор. |
| 2. | Дизельная электростанция. |
| 3. | Двигатель. |
| 4. | Двигатель синхронный. |
| 5. | Двигатель асинхронный. |
Выкатная тележка разъединителя-предохранителя: ремонтное и контрольное положения.
Аналогично для п. 5-7.
Графическое обозначение линий электрической связи, шин, заземления.
ЛЭП — линия электропередач.
Отображается утолщенными линиями (двухкратное или большее увеличение толщины по отношинию к линиям, которыми выполнены УГО и ошиновка).
Линию электрической связи с одним ответвлением допускается изображать без точки.
Ответвления линии электрической связи.
Точка соединения, должна выполняться цветом, соответствующим классу напряжения линий электрической связи.
Линию электрической связи с одним ответвлением допускается изображать без точки.
Выполняться цветом, соответствующим классу напряжения, а точки подключения отводов, белым.
Источник
Тороидальные трансформаторы
Промышленность изготавливает и так называемые тороидальные трансформаторы. Один из таких изображен на фото:
Фотография — тороидальный трансформатор
Преимущества таких трансформаторов по сравнению с трансформаторами обычного исполнения заключаются в более высоком КПД, меньше звуковой дребезг железа при работе, низкие значения полей рассеяния и меньший размер и вес.
Сердечники трансформаторов, в зависимости от конструкции могут быть различными, они набираются из пластин магнитомягкого материала, на рисунке ниже приведены примеры сердечников:
Сердечники трансформаторов — рисунок
AKVФорум по трансформаторам
Форум по обсуждению материала ТРАНСФОРМАТОРЫ
|
|
||
|
|
Классификация трансформаторов по схемным параметрам
Среди множества особенностей трансформаторов можно выделить параметры, характеризующие их применение и назначение в электрической схеме или схему самого трансформатора. Поэтому выделим несколько характеризующих трансформаторы факторы: схемное назначение и схема трансформатора.
1. Классификация трансформаторов по схемному назначению позволяет определить функции, которые он выполняет в конкретной схеме, и соответственно можно выделить три группы:
— силовые трансформаторы предназначены для питания переменным током различные звенья и узлы аппаратуры, поэтому силовые трансформаторы иногда называют трансформаторами питания ТП. Данная группа является наиболее распространённой и составляет до 70 % всех трансформаторов. Они находят широкое применение для питания самых различных нагрузок: электродвигатели, бытовые приборы, различные усилители, выпрямители, осветительные и нагревательные приборы.
Силовой трансформатор ТП-60.
— согласующие трансформаторы служат для согласования входных и выходных сопротивлений различных узлов электронной схемы и находят широкое применение в радиоприёмной, радиопередающей и усилительной технике. Их можно разделить на несколько типов в зависимости от места расположения в схеме: входные, промежуточные и выходные.
Трансформатор согласующий RCF TD507.
— импульсные трансформаторы используют для передачи импульсов напряжения и тока между отдельными участками электрической схемы. Особенностью данных трансформаторов является то, что они позволяют пропускать через себя импульсы различной длительности – от микросекундных до наносекундных. Форма импульса чаще всего прямоугольная, но возможно и любая другая: треугольная, пилообразная, колоколообразная и другие.
Трансформатор импульсный.
2. Кроме схемного назначения трансформаторы классифицируются по схеме трансформатора и позволяет выделить следующие типы:
— однообмоточный трансформатор, называемый автотрансформатором. Он характеризуется тем, что между первичной (входной) и вторичной (выходной) обмотками существует магнитная и электрическая связь. Первичная и вторичная обмотки определяются отводами от общей обмотки.
Обозначение автотрансформатора.
— двухобмоточный трансворматор, в отличие от однообмоточного имеет две электрически не связанных обмотки. Данный тип трансформатора является базовым и ри теоретическом анализе является базовым и электрические параметры первичной обмотки связаны однозначными соотношениями с электрическими парамтерами вторичной обмотки.
Обозначение двухобмоточного трансформатора.
— многообмоточные трансформаторы имеют несколько электрически не связанных вторичных обмоток, число которых доходит до десяти, но чаще всего четыре-пять. В данном типе трансформатора ток первичной обмотки определяется множеством соотношений с током вторичных обмоток. Данный тип трансформатора является наиболее распространённым.
Обозначение многообмоточного трансформатора (две вторичные обмотки).
