Номинальное первичное и вторичное напряжения трансформатора
Номинальным первичным напряжением трансформатора называется такое напряжение, которое, необходимо подвести к его первичной обмотке, чтобы на зажимах разомкнутой вторичной обмотки получить вторичное номинальное напряжение, указанное в паспорте трансформатора.
Номинальным вторичным напряжением называют напряжение, которое устанавливается на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе трансформатора (к зажимам первичной обмотки подведено напряжение, а вторичная обмотка разомкнута) и при подведении к первичной обмотке номинального первичного напряжения.
Напряжение на вторичной обмотке при нагрузке изменяется, так как ток нагрузки создает падение напряжения на активном и индуктивном сопротивлениях обмотки. Это изменение вторичного напряжения зависит не только от величины тока и сопротивлений обмотки, но и от коэффициента мощности нагрузки (рис. 1). Если трансформатор нагружен чисто активной мощностью (рис. 1, а), то напряжение по сравнению с другими вариантами меняется в меньших пределах.
На векторной диаграмме Е2 — ЭДС. во вторичной обмотке трансформатора. Вектор вторичного напряжения будет равен геометрической разности:
где I2 — вектор тока во вторичной обмотке; X тр и R тр — соответственно индуктивное и активное сопротивления вторичной обмотки трансформатора.
При индуктивной нагрузке и при той же самой величине тока напряжение снижается в большей степени (рис. 1,б). Это связано с тем, что вектор I2 х X тр отстающий от тока на 90°, в этом случае более круто повернут навстречу вектору Е2 , чем в предыдущем. При емкостной нагрузке увеличение тока нагрузки вызывает повышение напряжения на обмотке трансформатора (рис. 2, в). В этом случае вектор I2 х X тр по длине равный аналогичному вектору в первых двух случаях и также отстающий от тока на 90°, благодаря емкостному характеру этого тока оказывается повернутым вдоль вектора Е2 , и увеличивает длину U2 по сравнению с Е2 .
Рис. 1. Изменение вторичного напряжения трансформатора U2 в зависимости от коэффициента мощности нагрузки (угла φ): а — при активной нагрузке; б — при индуктивной нагрузке; в — при емкостной нагрузке; Е2 — ЭДС. во вторичной обмотке трансформатора; I2 — ток во вторичной обмотке (ток нагрузки); I0 — намагничивающий ток трансформатора; Ф — магнитный поток в сердечнике трансформатора; Rтр Xтр. — активное и индуктивное сопротивления вторичной обмотки.
В процессе эксплуатации необходимо регулировать величину напряжения на обмотке трансформатора. Это достигается изменением числа витков обмотки высокого напряжения. Меняя число витков этой обмотки, включенных в цепь высокого напряжения, можно менять коэффициент трансформации в пределах от ±5 до ±7,5% номинального значения.
Схема отводов от обмоток с простым переключением представлена на рисунке 2. В соответствии с этими отводами в паспорте указано минимальное высокое напряжение, номинальное и максимальное. Если, например, номинальное вторичное напряжение трансформатора равно 10000 В, то напряжение максимальное 1,05 U н = 10500 В, а напряжение минимальное 0,95 U н = 9500 В.
Для номинального напряжения 6000 В имеем соответственно 6300 и 5700 В. Число витков обмотки высшего напряжения изменяют переключателем, контакты которого находится внутри трансформатора, а рукоятка выведена на его крышку.
Обычно для трансформаторов, которые устанавливаются вблизи понизительной подстанции 35/10 кВ или повышающей 0,4/10 кВ, коэффициент трансформации принимают равным 1 ,05х K н , то есть ставят переключатель отводов в положение +5%. Если потребительская подстанция удалена от районной, в линии электропередачи возникает значительная потеря напряжения, поэтому переключатель ставят в положение -5%. Трансформатор в средней точке линии электропередачи устанавливают на номинальный коэффициент трансформации (рис.3).
Рис. 2. Схема отводов от части витков для измерения коэффициента трансформации на ±5%
Рис. 3. Установка переключателя витков трансформатора в зависимости от удаления потребительской трансформаторной подстанции от питающей районной подстанции.
В настоящее время промышленность освоила выпуск силовых трансформаторов поной шкалы мощностей 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400 кВА и т. д. Для регулирования напряжения новые трансформаторы снабжены устройствами ПБВ пли РПН. ПБВ означает: переключение обмоток без возбуждения, то есть при выключенном трансформаторе.
Отпайки от обмоток позволяют посредством их переключения менять напряжение в пределах от -5 до +5% через каждые 2,5%. РПН означает: регулирование напряжения под нагрузкой (автоматическое). Оно позволяет регулировать напряжение в пределах от—7,5 до+7,5% шестью ступенями, или через каждые 2,5%. Такими устройствами могут обеспечиваться трансформаторы от 63 кВА и выше. Обозначение трансформатора с таким устройством — ТМН, ТСМАН.
Трехфазные трансформаторы ТМ и ТМН для трансформации энергии с 20 и 35 кВ на 0,4 кВ имеют мощности 100, 160, 250, 400 и 630 кВА.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник
Измерение фактической нагрузки вторичной цепи трансформатора напряжения НТМИ-10
Здравствуйте, уважаемые гости и читатели сайта «Заметки электрика».
На одной из обслуживаемых мной подстанций напряжением 10 (кВ) не так давно мы произвели замену всех индукционных счетчиков типа САЗУ-И670М на электронные ПСЧ-4ТМ.05М.01 (вот схема подключения трехфазного счетчика в сеть 10 (кВ).
Причин для замены было несколько. Класс точности 2,0 у САЗУ-И670М не соответствовал современным требованиям к классу точности для расчетных счетчиков (подробнее читайте здесь). Также не сводился баланс между приборами учета вводных и отходящих фидеров.
Как говорится, сделали хорошее дело, но здесь есть существенный нюанс, о котором я расскажу в данной статье.
Дело в том, что потребляемая полная мощность индукционного счетчика САЗУ-И670М в каждой цепи напряжения находится в пределах от 5 (ВА) до 6 (ВА), а у электронного ПСЧ-4ТМ.05М.01 — не более 0,8 (ВА), т.е. меньше практически в 7-8 раз.
Вот партия новых счетчиков ПСЧ-4ТМ.05М.01.
Класс точности у ПСЧ-4ТМ.05М.01 для активной энергии составляет 0,5S, а для реактивной — 1. Напряжение (В): 3х(57,7-115)-(100-200).
Соответственно, что после замены счетчиков мощность нагрузки вторичной обмотки трансформатора напряжения (ТН) значительно уменьшилась. В связи с этим нужно измерить фактическую мощность вторичных цепей ТН и убедиться в том, что она не уменьшилась ниже требуемого уровня. Все бы ничего, но эти счетчики входят в коммерческую систему учета электроэнергии (аналог системы АСТУЭ), а значит малейшая погрешность при учете потребляемой электроэнергии напрямую влияет на дополнительные финансовые затраты для предприятия.
А какой требуемый уровень нагрузки должен быть у ТН? Об этом читайте чуть ниже.
На подстанции, где производилась замена счетчиков имеется 4 секции КРУ-10 (кВ). В качестве примера я покажу замер и расчет фактической мощности нагрузки ТН-4 сек.
Технические данные НТМИ-10 и место его установки
В качестве измерительного трансформатора напряжения применяется трансформатор НТМИ-10. Он является трехфазным трехобмоточным, масляным, с дополнительной обмоткой для контроля изоляции. Более подробно о нем читайте в статье про конструкцию и схему подключения НТМИ-10.
Технические данные НТМИ-10 (кратко):
- коэффициент трансформации основной обмотки 10000/100 (В)
- номинальная мощность 120 (ВА) для класса точности 0,5
- номинальное вторичное напряжение основной обмотки 100 (В)
- группа соединения Yo/Yo-12
НТМИ-10 установлен на выкатном элементе (каретке).
Силовые контакты (разъемы) выкатного элемента.
Вторичные цепи соединяются с релейным отсеком с помощью соединительной гребенки.
В 2011 году (еще до замены счетчиков) к нам приезжала метрологическая служба (у моей электролаборатории нет права проводить поверки измерительных трансформаторов) и проводила поверку этого трансформатора напряжения, где в том числе и измеряла его фактическую нагрузку, а также потери напряжения в цепях от ТН до счетчиков.
Вот скан-копия этого протокола:
Как видно из протокола, то фактическая нагрузка ТН до замены счетчиков была 45 (ВА). Межповерочный интервал составляет 4 года, а значит следующую поверку нужно проводить только в 2015 году.
Но в связи с изменением нагрузки ТН, по рекомендациям Государственной системы обеспечения единства измерений (методика измерений МИ 3195-2009 «Мощность нагрузки трансформаторов напряжения. Методика выполнения измерений без отключения цепей», п.13.3) нужно обязательно проводить его внеочередную поверку, т.е. руководителю предприятия нужно будет оплатить визит метрологов, которые проведут все необходимые замеры и предоставят официальный протокол поверки ТН.
Пока метрологи не приехали, я решил самостоятельно измерить и рассчитать фактическую мощность нагрузки ТН, и сделать собственный вывод о необходимости установки догрузочных резисторов.
Измерения я буду проводить по рекомендациям методики МИ 3195-2009 «Мощность нагрузки трансформаторов напряжения. Методика выполнения измерений без отключения цепей». Для этого мне понадобятся электроизмерительные клещи, прошедшие поверку (в моем случае достаточно калибровки). Относительная погрешность клещей при измерении токов и напряжений должна быть не более 7%.
Я буду использовать электроизмерительные клещи Mustech М266С — по перечисленным выше требованиям они вполне подходят. Для ознакомления представлю Вашему вниманию несколько полезных статей по работе с электроизмерительными приборами:
Как измерить нагрузку ТН
Схема вторичных цепей трансформатора напряжения НТМИ-10.
Небольшие пояснения к схеме:
100 (В)
Тип автомата цепей напряжения
100 (В) — АП-50Б (с блок-контактами, действующими через указательное реле в предупредительную сигнализацию).
На данный момент к основной обмотке ТН подключены 7 электронных счетчиков электрической энергии ПСЧ-4ТМ.05М.01 и два киловольтметра: один через вольтметровый переключатель, а другой — на щите управления. Тип киловольтметров — Э30.
Вольтметровый переключатель собран на 6 положений: АВ, ВС, АС, АО, ВО и СО.
К дополнительной обмотке подключено реле контроля изоляции РН-53/60Д (1 шт.).
Для расчета фактической мощности нагрузки ТН, мне достаточно будет измерить следующие параметры:
- ток в фазе А (Iа)
- ток в фазе В (Ib)
- ток в фазе С (Ic)
- фазное напряжение Uао
- фазное напряжение Ubо
- фазное напряжение Ucо
Измерение я буду проводить при работающем трансформаторе напряжения и без разрыва вторичных цепей.
Вся нагрузка основной обмотки проходит через автомат цепей напряжения
100 (В), поэтому удобнее всего замер фазных токов выполнить на его выводах.
Вот измеренные значения токов по каждой фазе:
Фазные напряжения удобнее всего измерить на вольтметровом переключателе.
Вот измеренные значения фазных напряжений:
Рассчитаем мощность каждой фазы ТН.
Sa = Iа·Uао = 0,07·60,5 = 4,24 (ВА)
Sb = Ib·Ubо = 0,08·58,5 = 4,68 (ВА)
Sс = Iс·Uсо = 0,11·58,9 = 6,48 (ВА)
Вы наверное успели заметить, что измеренные фазные напряжения ТН несколько отличаются от номинального фазного значения 57,7 (В). Это связано с принудительным завышением напряжения на секции. Также на КРУ-4 секции присутствует перекос по напряжению — на него особо не обращайте внимания, т.к. к этой секции подключены двухфазные потребители на стороне 10 (кВ).
В таком случае нужно сделать пересчет потребляемой мощности каждой фазы ТН.
Sa’ = Sa·(Uном/Uао)·(Uном/Uао) = 4,24·(57,7/60,5)·(57,7/60,5)= 3,85 (ВА)
Sb’ = Sb·(Uном/Ubо)·(Uном/Ubо) = 4,68·(57,7/58,5)·(57,7/58,5) = 4,55 (ВА)
Sс’ = Sс·(Uном/Uсо)·(Uном/Uсо)= 6,48·(57,7/58,9)·(57,7/58,9) = 6,21 (ВА)
Рассчитываем фактическую полную мощность нагрузки ТН, которая для трехобмоточного трансформатора напряжения типа НТМИ-10 равна сумме мощностей каждой фазы ТН основной обмотки с учетом мощности нагрузки дополнительной обмотки:
К дополнительной обмотке подключено реле контроля изоляции РН-53/60Д (1 шт.). По паспортным данным его потребляемая мощность при минимальной уставке составляет не более 0,5 (ВА), а при напряжении 100 (В) — 5 (ВА). В расчетах я возьму 0,5 (ВА), т.к. реле не постоянно находится в работе, а только в случае «заземления» фазы на стороне 10 (кВ).
Sтн = Sa’ + Sb’ + Sс’ + Sдоп. = 3,85 + 4,55 + 6,21 + 0,5 = 15,11 (ВА)
Полученную мощность сравниваем с номинальной мощностью ТН. Напомню, что номинальная мощность рассматриваемого трансформатора напряжения НТМИ-10 составляет 120 (ВА). Вот что у меня получилось:
- до замены счетчиков мощность ТН составляла 45 (ВА), что соответствовало 37,5% от номинальной мощности ТН
- после замены счетчиков мощность ТН стала 15,11 (ВА), что соответствует 12,59% от номинальной мощности ТН
Таким образом, после замены индукционных счетчиков электроэнергии САЗУ-И670М на электронные ПСЧ-4ТМ.05М.01 фактическая мощность нагрузки ТН получилась ниже требуемого значения, что приводит к большим погрешностям и к работе ТН не в заданном классе точности. Вот этот самый нюанс и есть, про который я говорил в самом начале статьи.
В методике измерений МИ 3023-2006 «Рекомендации. Нормализация нагрузки вторичных цепей измерительных трансформаторов напряжения», п.3 говорится, что фактическая мощность трансформатора напряжения должна находиться в пределах от 25% до 100% от его номинальной мощности (если иного требования не указано в паспорте на конкретный тип ТН).
В нашем случае для обеспечения заданного класса точности ТН есть два варианта. Первый вариант — это замена действующего ТН на ТН с меньшей номинальной мощностью. Второй вариант — это установка догрузочных резисторов во вторичную цепь ТН. Естественно, что второй вариант более экономичный и более простой, поэтому я склонен именно к нему.
Для увеличения фактической нагрузки в необходимые пределы нужно приобрести и установить догрузочные резисторы. В этой же МИ 3023-2006, п.3, говорится, что их мощность должна быть выбрана таким образом, чтобы фактическая мощность ТН с учетом догрузочных резисторов соответствовала (50±10)% от номинальной мощности ТН.
Как видите, с одной стороны сделали хорошее и доброе дело — заменили старенькие индукционные счетчики на новые электронные, а с другой стороны поимели дополнительные затраты на приобретение догрузочных резисторов, на проект на их установку, на монтажные работы (этот пункт будет осуществлен своими руками) и на внеочередные поверки ТН (до установки резисторов во вторичную цепь и после).
Источник
Важное
значение имеет напряжение на вторичных
выводах трансформаторах, т.к. к этой
обмотке присоединяются осветительные
приборы, технические устройства,
электрические машины.
Если
напряжение на осветительных лампах
мало, они горят тускло, если мало
напряжения питания асинхронного
двигателя, например, на 10% от номинального,
то момент двигателя уменьшаются на 19%
и может стать недостаточным для
технологической машины приводом которого
является этот асинхронный двигатель.
Об
изменении вторичного напряжения
трансформатора судят по его процентному
изменению – процентное изменение
вторичного напряжения.
Определяется
при:
=
;
;
.
Практически
вычислить процентное изменение
вторичного напряжения по проведенной
формуле неудобно из-за значительных
погрешностей, т.к.
и
мало отличаются друг от друга.
Величину
можно получить по заданной нагрузке и
паспортным данным трансформатора при
расчетным путем. Для этого введем
понятие коэффициента нагрузки
трансформатора
тогда
где
фазовый сдвиг тока и напряжение нагрузки.
— активная составляющая напряжения
короткого замыкания.
— реактивная составляющая напряжения
короткого замыкания.
Можно
найти
и
иначе:
мощность, отвечающая номинальным потерям
при опыте короткого замыкания, Вт
номинальная мощность трансформатора,
кВА;
— напряжение короткого замыкания в
процентах.
Зависимость
вторичного напряжения
трансформатора от нагрузки называют
внешней характеристикой. Напомним что
в силовых трансформаторах за номинальное
вторичное напряжение принимают напряжении
на зажимах вторичной обмотки в режиме
Х.Х. и при номинальном первичном
напряжении.
Вид
внешней характеристики (Рис.2.13) зависит
от характера нагрузки трансформатора
().
Внешнюю характеристику можно построить
путем расчета
для разных значений
Рисунок
2.13 Внешняя характеристика трансформатора
2.8 Мощность потерь и к.П.Д. Трансформатора.
Работа
трансформатора сопровождается магнитными
и электрическими потерями.
Уравнение
баланса мощностей в цепи трансформатора
где
активная мощность, поступающая из сети;
–
активная мощность потребителя; –
мощность магнитных потерь в стали;
— мощность электрических потерь в
проводах обмоток.
Магнитные
потери связаны с перемагничиванием
магнитопроводе и возникновением в нем
вихревых токов. При неизменных значения
первичного напряжения и частоты
переменного тока эти потери практически
не зависят от нагрузки трансформатора
и соответствуют мощности измеренной
при опыте холостого хода.
Электрические
потери определяют нагрев обмоток
трансформатора, зависят от токов в них,
т.е. от нагрузки трансформатора, и находят
по данным опыта короткого замыкания,
как
К.п.д.
трансформатора при любой нагрузке можно
найти так:
Отсюда
можно найти значение коэффициента
нагрузки
, при котором к.п.д. максимален. Приравняв
нулю производную
получим:
Мощности
приёмников достигает наибольшего
значения
при таком коэффициенте нагрузки ,
когда магнитные и электрические потери
одинаковы, что отвечает равенству ,
откуда
Учитывая,
что большинство трансформаторов
эксплуатируются при коэффициенте
нагрузки
их рассчитывают так, чтобы отношение
что обеспечивает для трансформаторов
средней и большой мощности наибольший
к.п.д.
и выше, а для трансформаторов малой
мощности .
На (Рис. 2.9) приведена зависимость
от .
Рисунок
2.14 Зависимость к.п.д. трансформатора от
коэффициента нагрузки.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Вторичное напряжение. Большое значение имеет напряжение на вторичных выводах трансформатора, так как к этой обмотке подсоединяются приборы, устройства, машины.
Например, если напряжение на осветительных лампах мало, то они горят тускло; если напряжение питания асинхронных двигателей меньше номинального на 10 %, то вращающий момент двигателя уменьшается на 19 % и такой момент может быть недостаточным для рабочей машины, приводимой в действие электродвигателем; пониженное напряжение какого-либо автоматического выключателя может отрицательно сказаться на его нормальной работе. Поэтому важно уметь найти напряжение питания устройств, подключаемых к вторичной обмотке трансформатора.
Изменение вторичного напряжения. Изменение вторичного напряжения определяют в процентах
. (2.18)
Формулу для определения можно получить из векторной диаграммы рис. 2.14, построенной для упрощенной схемы замещения рис. 2.10. Практически, с допустимой погрешностью, можно считать, что
и
.
Тогда .
Из прямоугольных треугольников и
следует, что в соответствующем масштабе
;
.
Тогда .
Введем понятие коэффициента нагрузки трансформатора . После подстановки двух последних соотношений в (2.18) получим:
или с учетом (2.15) и (2.16)
, (2.19)
где и
— в процентах.
Если значение найдено, то вторичное напряжение
. (2.20)
Значение (при номинальной нагрузке) может быть найдено по каталожным данным, где приводятся значения
.
Из векторной диаграммы рис. 2.14 видно, что напряжение короткого замыкания есть отклонение напряжения от его номинального значения при номинальном токе.
Внешняя характеристика трансформатора. Она представляет собой зависимость между вторичным напряжением и током нагрузки
при заданном напряжении на входе трансформатора
. Она может быть рассчитана по (2.20) с учетом (2.19) при изменении коэффициента нагрузки, а также по каталожным данным (в примере 2.1 дан расчет одной из точек внешней
характеристики). Внешние характеристики при активной и активно-индуктивной нагрузках представлены на рис. 2.15. Чем больше нагрузка, т.е. чем больше ток , тем меньше напряжение
.
В пределах от холостого хода до номинальной нагрузки, т. е. от до
, напряжение
изменяется лишь на несколько процентов. Чем больше нагрузка, тем больше токи
и
, а значит, больше и падения напряжения на сопротивлениях обмоток трансформатора и, следовательно, тем меньше напряжение
.
Чтобы использовать имеющийся в запасах силовой трансформатор, необходимо как можно точнее узнать его ключевые характеристики. С решением этой задачи практически никогда не возникает затруднений, если на изделии сохранилась маркировка. Требуемые параметры легко можно найти в Сети, просто введя в строку поиска выбитые на трансформаторе буквы и цифры.
Однако довольно часто маркировки нет – надписи затираются, уничтожаются коррозией и так далее. На многих современных изделиях (особенно на дешевых) маркировка не предусмотрена вообще. Выбрасывать в таких случаях трансформатор, конечно же, не стоит. Ведь его цена на рынке может быть вполне приличной.
Наиболее важные параметры силовых трансформаторов
Что же нужно знать о трансформаторе, чтобы корректно и, самое главное, безопасно использовать его в своих целях? Чаще всего это ремонт какой-либо бытовой техники или изготовление собственных поделок, питающихся невысоким напряжением. А знать о лежащем перед нами трансформаторе нужно следующее:
- На какие выводы подавать сетевое питание (230 вольт)?
- С каких выводов снимать пониженное напряжение?
- Каким оно будет (12 вольт, 24 или другим)?
- Какую мощность сможет выдать трансформатор?
- Как не запутаться, если обмоток, а соответственно, и попарных выводов – несколько?
Все эти характеристики вполне реально вычислить даже тогда, когда нет абсолютно никакой информации о марке и модели силового трансформатора.
Для выполнения работы понадобятся простейшие инструменты и расходные материалы:
- мультиметр с функциями омметра и вольтметра;
- паяльник;
- изолента или термоусадочная трубка;
- сетевая вилка с проводом;
- пара обычных проводов;
- лампа накаливания;
- штангенциркуль;
- калькулятор.
Еще понадобится какой-либо инструмент для зачистки проводов и минимальный набор для пайки – припой и канифоль.
Определение первичной и вторичной обмоток
Первичная обмотка понижающего трансформатора предназначена для подачи сетевого питания. То есть именно к ней необходимо подключать 230 вольт, которые есть в обычной бытовой розетке. В самых простых вариантах первичная обмотка может иметь всего два вывода. Однако бывают и такие, в которых выводов, например, четыре. Это значит, что изделие рассчитано на работу и от 230 В, и от 110 В. Рассматривать будем вариант попроще.
Итак, как определить выводы первичной обмотки трансформатора? Для решения этой задачи понадобится мультиметр с функцией омметра. С его помощью нужно измерить сопротивление между всеми имеющимися выводами. Где оно будет больше всего, там и есть первичная обмотка. Найденные выводы желательно сразу же пометить, например, маркером.
Определить первичную обмотку можно и другим способом. Для этого намотанную проволоку внутри трансформатора должно быть хорошо видно. В современных вариантах чаще всего так и бывает. В старых изделиях внутренности могут оказаться залитыми краской, что исключает применение описываемого метода. Визуально выделяется та обмотка, диаметр проволоки которой меньше. Она является первичной. На нее и нужно подавать сетевое питание.
Осталось вычислить вторичную обмотку, с которой снимается пониженное напряжение. Многие уже догадались, как это сделать. Во-первых, сопротивление у вторичной обмотки будет намного меньше, чем у первичной. Во-вторых, диаметр проволоки, которой она намотана – будет больше.
Задача немного усложняется, если обмоток у трансформатора несколько. Особенно такой вариант пугает новичков. Однако методика их идентификации тоже очень проста, и аналогична вышеописанному. В первую очередь, нужно найти первичную обмотку. Ее сопротивление будет в разы больше, чем у оставшихся.
В завершение темы по обмоткам трансформатора стоит сказать несколько слов о том, почему сопротивление первичной обмотки больше, чем у вторичной, а с диаметром проволоки все с точностью до наоборот. Это поможет начинающим детальнее разобраться в вопросе, что очень важно при работе с высоким напряжением.
На первичную обмотку трансформатора подается сетевое напряжение 220 В. Это значит, что при мощности, например, 50 Вт через нее потечет ток силой около 0,2 А (мощность делим на напряжение). Соответственно, большое сечение проволоки здесь не нужно. Это, конечно же, очень упрощенное объяснение, но для начинающих (и решения поставленной выше задачи) этого будет достаточно.
Во вторичной обмотке токи протекают более значительные. Возьмем самый распространенный трансформатор, который выдает 12 В. При той же мощности в 50 Вт ток, протекающий через вторичную обмотку, составит порядка 4 А. Это уже довольно большое значение, потому проводник, через который будет проходить такой ток, должен быть потолще. Соответственно, чем больше сечение проволоки, тем сопротивление ее будет меньше.
Пользуясь этой теорией и простейшим омметром можно легко вычислять, где какая обмотка у понижающего трансформатора без маркировки.
Определение напряжения вторичной обмотки
Следующим этапом идентификации «безымянного» трансформатора будет определение напряжения на его вторичной обмотке. Это позволит установить, подходит ли изделие для наших целей. Например, вы собираете блок питания на 24 В, а трансформатор выдает только 12 В. Соответственно, придется искать другой вариант.
Для определения напряжения, которое возможно снять со вторичной обмотки, на трансформатор придется подавать сетевое питание. Это уже довольно опасная операция. По неосторожности или незнанию можно получить сильный удар током, обжечься, повредить проводку в доме или сжечь сам трансформатор. Потому не лишним будет запастись несколькими рекомендациями относительно техники безопасности.
Во-первых, при тестировании подсоединять трансформатор к сети следует через лампу накаливания. Она подключается последовательно, в разрыв одного из проводов, идущих к вилке. Лампочка будет служить в роли предохранителя на случай, если вы что-то сделаете неправильно, или же исследуемый трансформатор неисправен (закорочен, сгоревший, намокший и так далее). Если она светится, значит что-то пошло не так. На лицо короткое замыкание в трансформаторе, потому вилку из розетки лучше сразу же вытянуть. Если лампа не светится, ничего не воняет и не дымит – работу можно продолжать.
Во-вторых, все соединения между выходами и вилкой должны быть тщательно заизолированы. Не стоит пренебрегать этой рекомендацией. Вы даже не заметите, как рассматривая показания мультиметра, например, возьметесь поправлять скручивающиеся провода, получите хорошенький удар током. Это опасно не только для здоровья, но и для жизни. Для изолирования используйте изоленту или термоусадочную трубку соответствующего диаметра.
Теперь сам процесс. К выводам первичной обмотки припаивается обычная вилка с проводами. Как указано выше, в цепь добавляется лампа накаливания. Все соединения изолируются. К выводам вторичной обмотки подсоединяется мультиметр в режиме вольтметра. Обратите внимание на то, чтобы он был включен на измерение переменного напряжения. Начинающие часто допускают тут ошибку. Установив ручку мультиметра на измерение постоянного напряжения, вы ничего не сожжете, однако, на дисплее не получите никаких вменяемых и полезных показаний.
Теперь можно вставлять вилку в розетку. Если все в рабочем состоянии, то прибор покажет вам выдаваемое трансформатором пониженное напряжение. Аналогично можно измерить напряжение на других обмотках, если их несколько.
Простые способы вычисления мощности силового трансформатора
С мощностью понижающего трансформатора дела обстоят немного сложнее, но некоторые простые методики, все же, есть. Самый доступный способ определить эту характеристику – измерение диаметра проволоки во вторичной обмотке. Для этого понадобится штангенциркуль, калькулятор и нижеприведенная информация.
Сначала измеряется диаметр проволоки. Для примера возьмем значение в 1,5 мм. Теперь нужно вычислить сечение проволоки. Для этого необходимо половину диаметра (радиус) возвести в квадрат и умножить на число «пи». Для нашего примера сечение будет около 1,76 квадратных миллиметров.
Далее для расчета понадобится общепринятое значение плотности тока на квадратный миллиметр проводника. Для бытовых понижающих трансформаторов это 2,5 ампера на миллиметр квадратный. Соответственно, по второй обмотке нашего образца сможет «безболезненно» протекать ток силой около 4,3 А.
Теперь берем вычисленное ранее напряжение вторичной обмотки, и умножаем его на полученный ток. В результате получим примерное значение мощности нашего трансформатора. При 12 В и 4,3 А этот параметр будет в районе 50 Вт.
Мощность «безымянного» трансформатора можно определить еще несколькими способами, однако, они более сложные. Желающие смогут найти информацию о них в Сети. Мощность узнается по сечению окон трансформатора, с помощью программ расчета, а также по номинальной рабочей температуре.
Заключение
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что определение характеристик трансформатора без маркировки является довольно простой задачей. Главное – соблюдать правила безопасности и быть предельно внимательным при работе с высоким напряжением.
Вторичное напряжение трансформатора
Вторичное напряжение. Большое значение имеет напряжение на вторичных выводах трансформатора, так как к этой обмотке подсоединяются приборы, устройства, машины.
Например, если напряжение на осветительных лампах мало, то они горят тускло; если напряжение питания асинхронных двигателей меньше номинального на 10 %, то вращающий момент двигателя уменьшается на 19 % и такой момент может быть недостаточным для рабочей машины, приводимой в действие электродвигателем; пониженное напряжение какого-либо автоматического выключателя может отрицательно сказаться на его нормальной работе. Поэтому важно уметь найти напряжение питания устройств, подключаемых к вторичной обмотке трансформатора.
Изменение вторичного напряжения. Изменение вторичного напряжения определяют в процентах
. (2.18)
Формулу для определения можно получить из векторной диаграммы рис. 2.14, построенной для упрощенной схемы замещения рис. 2.10. Практически, с допустимой погрешностью, можно считать, что и.
Тогда .
Из прямоугольных треугольников и следует, что в соответствующем масштабе ;
.
Тогда.
Введем понятие коэффициента нагрузки трансформатора . После подстановки двух последних соотношений в (2.18) получим:
или с учетом (2.15) и (2.16)
, (2.19)
где и — в процентах.
Если значение найдено, то вторичное напряжение
. (2.20)
Значение (при номинальной нагрузке) может быть найдено по каталожным данным, где приводятся значения .
Из векторной диаграммы рис. 2.14 видно, что напряжение короткого замыкания есть отклонение напряжения от его номинального значения при номинальном токе.
Внешняя характеристика трансформатора. Она представляет собой зависимость между вторичным напряжением и током нагрузки при заданном напряжении на входе трансформатора . Она может быть рассчитана по (2.20) с учетом (2.19) при изменении коэффициента нагрузки, а также по каталожным данным (в примере 2.1 дан расчет одной из точек внешней
характеристики). Внешние характеристики при активной и активно-индуктивной нагрузках представлены на рис. 2.15. Чем больше нагрузка, т.е. чем больше ток , тем меньше напряжение .
В пределах от холостого хода до номинальной нагрузки, т. е. от до , напряжение изменяется лишь на несколько процентов. Чем больше нагрузка, тем больше токи и , а значит, больше и падения напряжения на сопротивлениях обмоток трансформатора и, следовательно, тем меньше напряжение .
Изменение вторичного напряжения и внешняя характеристика трансформатора. Потери и КПД.
Если подключить первичную обмотку трансформатора к источнику номинального неизменного напряжения, а ток вторичной обмотки изменять от нуля до номинального значения, то вторичное напряжение U2 будет снижаться по мере увеличения тока нагрузки. Снижение это происходит, во-первых, в силу очевидного увеличения падения напряжения на полном сопротивлении вторичной обмотки по мере увеличения ее тока, во-вторых, из-за некоторого снижения ЭДС первичной и вторичной обмотки при увеличении нагрузки. В самом деле, как следует из основных уравнений трансформатора, при увеличении нагрузки должен возрасти ток вторичной обмотки, и, следовательно, ток первичной обмотки. А это произойдет при неизменном номинальном первичном напряжении лишь при уменьшении ЭДС Е1
.
Алгебраическая разность между вторичным напряжением холостого хода U20 и вторичным напряжением U2
при нагрузке будет представлять собой изменение вторичного напряжения при переходе от холостого хода к нагрузке.
∆U = U20 — U2.
Обычно определяют относительное значение изменения:
∆u% =100(U20-U2) /U20
.
В приведенном трансформаторе Ū1= Uн =Ū΄20
поэтому оно выражается обычно в процентах от первичного напряжения и называется процентным изменением напряжения трансформатора
∆u% =100( — U΄2)/
. (2.31)
Отношение текущих значений тока вторичной обмотки I2 к его номинальному значению 1гн называют коэффициентом загрузки трансформатора:
=I2 / I2H ≈ I1 / I1н
. (2.32)
Для выражения изменения напряжения трансформатора через его параметры используем упрощенную схему замещения без намагничивающего контура (рис. 2.15,а). В этой схеме активные сопротивления R1
и
R2
первичной и вторичной обмоток соединены последовательно и образуют результирующее активное сопротивление
RK = R1 + R΄2
.
Соответственно индуктивные сопротивления Х1
и
Х2
образуют результирующее индуктивное сопротивление
ХK = X1 + Х΄2
. Погрешность в определении первичного тока, вызванная таким упрощением, при нагрузках, близких к номинальной, составляет примерно 0,1%, что вполне допустимо.
Для упрощенной схемы замещения может быть построена векторная диаграмма (рис. 2.15,б). В этой диаграмме вектор I1RK
представляет собой результирующее активное падение напряжения в приведенном трансформаторе, вектор
jI1XK
— результирующее реактивное падение напряжения, а вектор
jI1ZK
— результирующее полное падение напряжения. При этом:
Ī1Zк=Ī1RK+jĪ1XK
. (2.33)
На этой диаграмме активное, реактивное и полное падения напряжений образуют прямоугольный треугольник, а проекция вектора Ī1ZК
на направление вектора
U΄2
, равная отрезку АВ, будет соответствовать изменению напряжения
∆U
.
Рис. 2.15. Упрощенная схема замещения (а) и векторная диаграмма (б) для определения изменения напряжения трансформатора
В самом деле, поскольку разность φ1- φ2 невелика, то модуль вектора U1 можно принять равным отрезку ОА. Тогда для отрезков, взятых по модулю:
∆U = U1- U΄2=AB.
Спроектировав векторы активного и реактивного падений напряжений на отрезок АВ и сложив их, получим:
∆U = ВС + СА или∆U = I1RK cosφ2 + I1 XK sinφ2
,
или в %:
. (2.34)
Из выражения (2.34) следует, что изменение напряжения зависит от тока нагрузки и угла мощности φ2
Обозначим: I1RK =
UH /100 и I1ХК =/100
, тогда выражение (2.34) примет вид:
.
(2.35)
Зависимость изменения напряжения от коэффициента мощности cosφ2 представлена на рис. 2.16.
Рис. 2.16. Зависимость изменения напряжения трансформатора от cosφ2
Зависимость напряжения вторичной обмотки от тока нагрузки при неизменном номинальном напряжении первичной обмотки при неизменных значениях коэффициента мощности и частоты называется внешней характеристикой трансформатора. Эта зависимость может быть выражена формулой:
U΄2 = Uн(1-∆u% / 100), (2.36)
Изменение напряжения существенно зависит от cosφ2
, поэтому внешние характеристики трансформатора зависят от характера нагрузки.
Рис. 2.17. Внешние характеристики трансформатора при различном характере нагрузки
На рис. 2.17 представлены внешние характеристики трансформатора при данном uк для различных характеров нагрузки.
При активно-индуктивной нагрузке (φ2>0) напряжение U΄2 снижается с ростом тока нагрузки в большей мере, чем при чисто активной нагрузке (φ2 = 0). При активно-емкостной нагрузке (φ2 < 0) напряжение может оставаться постоянным или даже увеличиваться с ростом тока нагрузки.
Для стабилизации выходного напряжения трансформаторов малой мощности в цепи их вторичных обмоток иногда включают конденсаторы.
Внешние характеристики трансформаторов одинаковой мощности при одинаковых коэффициентах мощности с различными uK приведены на рис. 2.18.
Рис. 2.18. Внешние характеристики трансформаторов при одинаковых коэффициентах мощности и разных значениях uK
Чем больше uK или больше внутреннее сопротивление обмоток, тем в большей мере снижается напряжение в трансформаторах. При одинаковом напряжении вторичной обмотки трансформатор, имеющий uк работает с номинальной нагрузкой (β=1), трансформатор с uК1 существенно перегружен, а трансформатор с uK3 существенно недогружен. Отсюда следует важный для практики вывод: параллельно можно включать два или более трансформаторов, имеющих одинаковые или весьма близкие внешние характеристики.
В соответствии с ГОСТ 11677-85 допускается параллельное включение трансформаторов с uK, отличающимися от среднего значения не более чем на ±10%, и коэффициентами трансформации, отличающимися от среднего значения не более чем на ±0,5%. Это еще раз указывает на важность параметра ик, который как указывалось выше, приводят в паспорте трансформатора в числе других номинальных параметров.
Изменение напряжения трансформатора при изменении нагрузки — нежелательное явление. Для его уменьшения стремятся уменьшить величину активного сопротивления обмоток. Заметим, что у мощных трансформаторов оно и без того пренебрежимо мало в сравнении с индуктивным сопротивлением рассеяния. Чтобы уменьшить потоки рассеяния, первичные и вторичные обмотки располагают на одних и тех же стержнях, и по возможности приближают одну обмотку к другой, что ведет к уменьшению потоков рассеяния. Однако минимальное расстояние между обмотками зависит от электрической прочности изоляционного промежутка. По этой причине высоковольтные трансформаторы, в которых изоляционный промежуток между обмотками и магнитопроводом больше, чем у низковольтных, имеют относительно большие потоки рассеяния и соответственно большие напряжения короткого замыкания, чем низковольтные трансформаторы.
Номинальные первичное и вторичное напряжение измерительных трансформаторов напряжения
Главная Избранные Случайная статья Познавательные Новые добавления Обратная связь FAQ
⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2
Трансформаторы напряжения характеризуются номинальными значениями первичного напряжения, вторичного напряжения (обычно 100 В или 100/ ), коэффициента трансформации К=U1ном/U2ном. В зависимости от погрешности различают следующие классы точности трансформаторов напряжения: 0,2;0,5; 1:3.
Нагрузка трансформаторов напряжения
Вторичная нагрузка трансформатора напряжения — это мощность внешней вторичной цепи. Под номинальной вторичной нагрузкой понимают наибольшую нагрузку, при которой погрешность не выходит за допустимые пределы, установленные для трансформаторов данного класса точности.
Конструкции трансформаторов напряжения
В установках напряжением до 18 кВ применяются трехфазные и однофазные трансформаторы, при более высоких напряжениях — только однофазные. При напряжениях до 20 кВ имеется большое число типов трансформаторов напряжения: сухие (НОС), масляные (НОМ, ЗНОМ. НТМИ, НТМК), с литой изоляцией (ЗНОЛ). Следует отличать однофазные двухобмоточные трансформаторы НОМ от однофазных трехобмоточных трансформаторов ЗНОМ. Трансформаторы типов ЗНОМ-15, -20 -24 и ЗНОЛ-06 устанавливаются в комплектных токопроводах мощных генераторов. В установках напряжением 110 кВ и выше применяют трансформаторы напряжения каскадного типа НКФ и емкостные делители напряжения НДЕ.
Схемы включения трансформаторов напряжения
В зависимости от назначения могут применяться разные схемы включения трансформаторов напряжения. Два однофазных трансформатора напряжения, соединенные в неполный треугольник, позволяют измерять два линейных напряжения. Целесообразна такая схема для подключения счетчиков и ваттметров. Для измерения линейных и фазных напряжений могут быть использованы три однофазных трансформатора (ЗНОМ, ЗНОЛ), соединенные по схеме «звезда — звезда», или трехфазный типа НТМИ. Так же соединяются в трехфазную группу однофазные трехобмоточные трансформаторы типа ЗНОМ и НКФ.
Присоединение расчетных счетчиков к трехфазным трансформаторам напряжения не рекомендуется, т.к. они имеют, обычно, несимметричную магнитную систему и увеличенную погрешность. Для этой цели желательно устанавливать группу из двух однофазных трансформаторов соединенных в неполный треугольник.
Трансформаторы напряжения выбирают по условиям Uуст ≤U1ном, S2≤ S2ном в намечаемом классе точности. За S2ном принимают мощность всех трех фаз однофазных трансформаторов напряжения, соединенных по схеме звезды, и удвоенную мощность однофазного трансформатора, включенного по, схеме неполного треугольника.
Трансформатор тока
Измерительный трансформатор тока (ТТ) применяется для включения амперметров и обмоток тока ваттметров, счетчиков энергии и фазометоров в цепях переменного тока, чаще всего в сильно точных (с большим значением тока). ТТ работает в режиме, близком к «короткому замыканию». Первичная обмотка ТТ выполняется из провода большого сечения и включается в сеть последовательно (количество витков первичной цепи равно1). Вторичная обмотка — многовитковая.
Уравнение МДС имеет вид: I1W1 + I2W2 = I0W1; Точность тока измерительной цепи определяется выбором точки на петле гистерезиса (Bm=0,1…0,2Тл, I0 =0). Количество витков во вторичной цепи подбирается таким образом, чтобы во вторичной цепи протекал ток 5 А, откуда
Данный трансформатор является опасным при эксплуатации, так как нельзя размыкать вторичную цепь под нагрузкой. При размыкании цепи произойдет рост потерь в магнитопроводе в квадратичной зависимоти (В2), что приведет к пробою изоляции и обслуживающий персонал может попасть под высокое напряжение.
⇐ Предыдущая2
Изменение напряжения трансформаторапри нагрузке
- Назначение трансформа торов
- Принцип действия и устройство однофазного трансформатора
- Холостой ход однофаз ного трансформатора
- Работа нагруженного трансформатора и диаграм ма магнитодвижущих сил
- Изменение напряжения трансформатора при нагруз ке
- Мощность потерь в обмотках нагруженного трансформатора
- Трехфазный трансформатор
- Регулирование напряжения трансформаторов
- Автотрансформаторы
- Трансформаторы для дуговой электросварки
- Измерительные трансформа торы
- Коэффициент полезного действия трансформатора
- Нагрев и охлаждение трансформаторов
- …
- Электрооборудование до 1000 В
- Электрические аппараты
- Электрические машины
- Эксплуатация электро оборудования
- Электрооборудование электротехнологических установок
- Электрооборудование общепромышленных установок
- Электрооборудование подъемно-транспортных установок
- Электрооборудование металлообрабатывающих станков
- Электрооборудование выше 1000 В
- Электрические аппараты высокого напряжения
- Электротехника
- Электрическое поле
- Электрические цепи постоянного тока
- Электромагнетизм
- Электрические машины постоянного тока
- Основные понятия,отно сящиеся к переменным токам
- Цепи переменного тока
- Трехфазные цепи
- Электротехнические измерения и приборы
- Трансформаторы
- Электрические машины переменного тока
- Электромонтаж
- С чего начинается электро монтаж энергоснабжения электрооборудования и электропроводки
- Монтаж электропроводки
- Расчёт потребляемой мощ ности,сечения кабеля и номинала автоматического выключателя
- Электромонтажные работы и прокладка кабеля в жилых и нежилых помещениях
- Электромонтажные работы по расключению распаечных коробок и электрооборудова ния
- Электромонтаж и заземле ние розеток
- Электромонтаж уравнива ния потенциалов
- Электромонтаж контура заземления
- Электромонтаж модульного штыревого контура заземле ния
- Электромонтаж нагреватель ного кабеля для подогрева полов
- Электромонтажные работы по прокладке кабеля в зем ле
- Электричество в частном доме
- Проект электроснабжения
- Электрическое поле
- Электрические цепи постоянного тока
- Электромагнетизм
- Электрические машины постоянного тока
- Основные понятия,отно сящиеся к переменным токам
- Цепи переменного тока
- Трехфазные цепи
- Электротехнические измерения и приборы
- Трансформаторы
- Электрические машины переменного тока
- …
ЭЛЕКТРОСПЕЦ
ЭЛЕКТРОСПЕЦ
В трансформаторе, так же как и в электрическом генераторе, необходимо знать изменение напряжения на его зажимах при переходе от холостого хода к номинальной нагрузке, т. е. ΔU%. Оно определяется по формуле
и носит название процентного изменения напряжения трансформатора. Эта величина очень мала и при I2 = I2H и cos φ = 1 составляет (2—3%) U2H. Рассматривая формулу (9-9),: можно подумать, что изменение напряжения подсчитывается, только для вторичной обмотки. Однако это не так, так как в нагруженном трансформаторе нельзя пренебрегать потерей напряжения в первичной обмотке и связанным с этим изменением противо- э. д. с. E1 магнитного потока трансформатора, а значит, и э. д. с. E2. На диаграмме напряжений нагруженного трансформатора при номинальных токах в обмотках (рис. 9-9) величина э. д. с первичной обмотки E1 меньше, чем при холостом ходе на величину падения напряжения I1z1, так как
При уменьшении E1 уменьшается поток ΦМ и э. д. с. вторичной обмотки становится меньше, чем при холостом ходе, т. е. E2 < E2X. Напряжение U2 вторичной обмотки нагруженного трансформатора получается вычитанием падения напряжения во вторичной обмотке не из э. д. с. холостого хода E2X, а из э. д. с. нагруженного трансформатора E2, т. е.
Таким образом, формула (9-9) учитывает потери напряжения в обеих обмотках.