Как найти активное сопротивление первичной обмотки

Трансформаторы стали частью жизни человека с началом электрификации. Далее они стали использоваться в качестве источников постоянного напряжения для различной аппаратуры, приборов, бытовой техники.

В статье изложена информация о принципе работы этих устройств, разновидностях, поисках мощности. Также будут даны советы, как проверить трансформатор мультиметром.

Принцип работы и назначение

Основным назначением трансформатора является преобразование или понижение электрического напряжения. В зависимости от конструкции и назначения, трансформаторы изменяют классность токов, напряжение, или преобразуют импульс в необходимое значение.

В работу трансформатора заложен принцип образования магнитного поля при взаимодействии металлического сердечника и постоянного напряжения. При подключении напряжения в 220 В, ток движется по первичной обмотке трансформатора, образуя магнитное поле. Далее ток попадает во вторичную обмотку, число и шаг которой намного меньше. Создается сильное сопротивление, которое сглаживается за счет воздействия магнитных потоков. Таким образом, во вторичной обмотке, напряжение сильно занижается, что приводит к выходному напряжению более низкого числа.

Конструкция

В независимости от конструкции и назначения трансформатора, его конструкция максимально проста. Эти устройства состоят из:

1. Стальной или ферромагнитный сердечник. Используется для образования магнитного поля. Сердечники могут быть различных видов. Все зависит от назначения устройства и величины преобразования тока.
2. Обмотка. В устройстве находится минимум 2 обмотки: первичная и вторичная. Представляет собой медный или алюминиевый изолированный лаком провод. Обмотка наматывается на трансформатор с заданным количеством витков, шагом, сечением провода. Именно обмотка трансформатора влияет на параметр входного и выходного напряжения.
3. Клеммы и контакты. Необходимы для включения устройства в сеть и выходную цепь.
4. Конструктивные дополнения. Ими могут быть защитные корпуса, изоляционные и крепежные элементы, радиаторы охлаждения. Все это необходимо для обеспечения надежного монтажа и защиты от воздействия постоянного напряжения.

Тип и назначение преобразователя напряжения можно определить по внешнему виду. Для этого необходимо знать основные разновидности трансформаторов.

Намотка трансформатора своими руками

Укладываем изоляцию первого слоя. Вставляем конец провода в отверстие выводной клеммы. Начинаем мотать провод, не забывая о его натяжении. Проверить можно так: намотанная катушка не будет проминаться от пальца. Провод растягивать нельзя, так как нарушится изоляция. Готовую катушку рекомендуется пропитать парафином, чтобы не испортить провод. Если обмотка гудит во время работы трансформатора, то изоляция провода стирается, провод изгибается и разрушается. По этой причине натяжение провода во время намотки имеет большое значение.

Витки во время намотки придвигаем друг к другу, уплотняем. Первый слой самый важный.

На слое не нужно оставлять пустое место. Наибольшее напряжение на последних витках составляет для первичной 60 + 60 / 2, 18 + 55 В. Изоляция из лака выдержит напряжение, если провод будет проваливаться в пустоту слоя, то может нарушиться изоляция. Пропитываем первый слой, затем второй и так далее. К изоляции между обмотками необходимо отнестись добросовестно. Она должна выдерживать до 1000 вольт. Вверху на изоляции рекомендуется подписать количество витков и размер провода, это пригодится при ремонте.

Слои самодельного трансформатора должны иметь правильную форму. По мере намотки катушка будет изгибаться у краев. Для этого слои нужно равнять во время намотки, не повредив изоляцию.

Читать также: Купершлак расход на 1 м2

Вынужденные стыки провода лучше на ребре каркаса за сердечником. Соединять провод скруткой с пайкой, внакладку с пайкой. Длина контакта при соединении делается более 12 диаметров провода. Стык нужно изолировать бумагой или лаковой тканью. Пайка должна быть без острых углов.

Выводные концы обмоток делаются по-разному. Главное, чтобы была надежность и качество.

Разновидности

В зависимости от назначений, трансформаторы используются в различных сферах, не только в приборостроении. Различаются по следующим типам:

1. Силовой. Используется как понижающий трансформатор на электростанциях, крупных организациях, в сети электроснабжения населения. В цепи электроснабжения используется несколько подобных устройств. Их задача понизить напряжение от электростанции до потребителя. Также силовые трансформаторы могут работать по обратному принципу, в качестве повышающего устройства. Такие устройства необходимы для передачи электричества на большие расстояния от электростанций потребителям, существенно снимая нагрузку с генераторов.

   

2. Сетевые. Самые распространенные в бытовой технике. Основной задачей этих устройств является снижение напряжения с 220 до 36, 24, 12, 9 вольт. Сетевые трансформаторы можно встретить в бытовой технике, произведенной до 2000 годов. Теперь эти устройства выглядят значительно меньше и их редко применяют.

   

3. Импульсные. Пришли на смену сетевым элементам. Основное отличие в работе состоит в преобразовании импульсного напряжения, а не прямого тока. Этот принцип способствовал уменьшению габаритов, возможность экономии материалов, использование трансформатора в роли занижающего устройства и защиты от перегрузок.

   

4. Трансформатор тока. Используется для измерения токовой величины. Применяется в цепях между силовыми трансформаторами и выходом в 380 вольт и счетчиками потребления электричества. Также применяется в качестве защитного устройства. Первичная обмотка этого трансформатора включается в цепь подачи электричества по 1 фазе, осуществляя защиту от перепада напряжения в результате выхода из строя силового устройства.

   

Также существуют лабораторные или автотрансформаторы. Их отличием является только возможность регулировки и переключения выходного напряжения с одного значения на другое.

Проверка

Проверка трансформатора на работоспособность и величину выходного напряжения необходимо начинать с визуального осмотра. На корпусе многих современных и элементах старого производства, нанесена принципиальная схема. В ней находится информация о контактах входа и выхода, количество витков первичной и вторичной обмотки, величины выходных напряжений. Если этой информации нет, необходимо прозвонить трансформатор.

Многие начинающие радиолюбители сталкиваются с проблемой, как прозвонить импульсный трансформатор мультиметром. Далее будут даны рекомендации на примере именно этого устройства.

Межвитковое короткое замыкание

Самый важный тест. Запрещается проводить подключение неизвестных, найденных где — то трансформаторов, без теста на короткое замыкание. Межвитковое замыкание не определяется при помощи мультиметра. Причина этого кроется в пробое двух рядом стоящих обмоток и их соединении между собой.

При прозвонке на сопротивление, оно останется неизменным (если до КЗ нет обрыва). Поэтому проверяется трансформатор визуально. Любые потемнения, вспучивания, плавления изоляции или нагар на бумаге можно считать следствием короткого замыкания. Плавление и нагар произошли из-за нагрева обмотки при нагрузке. При межвитковом замыкании первичной обмотки, ток проходит меньшее количество витков, что создает нагрузку и нагрев. Также КЗ можно определить по запаху гари.

Если внешне устройство не имеет дефектов изоляционного покрытия, можно начинать следующую проверку.

Поиск обмоток

Этот тест необходим, если элемент был изначально не подключен к электрической схеме прибора или устройства. Первичная обмотка трансформатора, имеет большее число витков, так как на нее подается высокое напряжение. Значит и сопротивление должно быть значительно больше. Вход первичной обмотки всегда располагается в верхней части устройства, клеммы вторичной в нижней. Для поиска необходимо:

1. Мультиметр перевести в режим замера сопротивления.
2. Оба контрольных щупа соединить с двумя выводами трансформатора.
3. Сохранить полученные значения.

Далее нужно найти выходы вторичных катушек. Делается это по тому же принципу. Если выходов более 2, то необходимо провести замер каждой пары. Полученные значения также сохраняются.

Теперь необходимо провести сверку результатов. Выводы с самым большим сопротивлением укажут на первичную обмотку входа. Остальные пары будут являться выходными контактами.

Целостность

Определение целостности необходимо для того чтобы узнать, нет ли обрыва в цепи трансформатора. Предыдущая проверка помогла выяснить, какие контакты являются входящими и выходящими. Теперь нужно определить их целостность. Для этого нужно:

1. Перевести мультиметр в режим прозвонки со звуковым оповещением.
2. 2 контрольных щупа подключить к входным контактам трансформатора.
3. Звуковое оповещение будет свидетельствовать о целостности провода.

Таким же образом нужно проверить остальные контакты выхода. У современных понижающих устройств бытового назначения есть один нюанс. В его схему первичной обмотки встроен тепловой резистор. Найти его просто. Он припаян между клеммой и началом обмотки и скрыт под изоляцией. Если проверка на входе показала обрыв, стоит осторожно вскрыть изоляционный слой и найти резистор. Далее сделать еще один замер, но только самого провода, за резистором. Если проверка была удачной, значит необходима замена теплового элемента.

Тепловой резистор необходим для отключения цепи во время перегрева. Он может выйти из строя по причине высокой нагрузки, не пропустив в цепь высокое напряжение.

Определение величины входящего напряжения

Этот тест поможет узнать, можно ли эксплуатировать элемент от бытовой электрической сети или он рассчитан на напряжения других значений. Для определения величины тока необходимо:

1. Подключить один контакт лампы накаливания к клемме входа ТР.
2. Второй контакт к источнику напряжения 220 В.
3. Клемму «2» от ТР к «2» клемме источника напряжения.

Если лампа не загорается, то это указывает на то, что трансформатор предназначается для работы от сети 220 вольт. Горение лампы любой величины накала, укажет на работу от токов иных величин.

Замер выходящего напряжения

После проведения всех тестов, на целостность импульсного трансформатора, можно перейти к его подключению к электрическому напряжению и замеру выходного напряжения. Для этого нужно:

1. К найденным разъемам входа подключить напряжение 220 вольт.
2. На входных клеммах попарно замерить напряжение.
3. Полученные результаты сохранить.

Если на корпусе трансформатора нанесены обозначения величины выходящих напряжений, то при замере они должны быть больше на 5–20 %. Это делается для запаса мощности, при последующем подключении к диодному мосту.

Если маркировки нет, нужно выполнить следующие действия:

1. Красный контрольный щуп подключить к «1» клемме вывода.
2. Черный щуп поочередно подключать к остальным выводам.
3. Если замер дал результаты от 9 до 24–36 вольт, то эти контакты необходимо отметить.

Проверка считается удачной, если все разъемы показали определенные значения.

Важно! На выходах трансформаторов переменное напряжение. Запрещаться делать замер, касаясь руками оголенных контактов.

Расчеты параметров самодельного трансформатора

На простом трансформаторе первичная обмотка имеет 440 витков для 220 вольт. Получается на каждые два витка по 1 вольту. Формула для подсчета витков по напряжению:

N = 40-60 / S, где S – площадь сечения сердечника в см 2 .

Константа 40-60 зависит от качества металла сердечника.

Сделаем расчет для установки обмоток на магнитопровод. В нашем случае у трансформатора окно 53 мм по высоте и 19 мм по ширине. Каркас будет текстолитовый. Две щеки внизу и вверху 53 – 1,5 х 2 = 50 мм, каркас 19 – 1,5 = 17,5 мм, окно размером 50 х 17,5 мм.

Рассчитываем необходимый диаметр проводов. Мощность сердечника трансформатора своими руками по габаритам 170 ватт. На обмотке сети ток 170 / 220 = 0,78 ампера. Плотность тока 2 ампера на мм 2 , стандартный диаметр провода по таблице 0,72 мм. Заводская обмотка из провода 0,5, завод сэкономил на этом.

• Обмотка простого трансформатора высокого напряжения 2,18 х 450 = 981 виток.
• Низковольтная для накала 2,18 х 5 = 11 витков.
• Низкого напряжения накальная 2,18 х 6,3 = 14 витков.

Количество витков первичной обмотки:

берем провод 0,35 мм, 50 / 0,39 х 0,9 = 115 витков на один слой. Количество слоев 981 / 115 = 8,5. Из середины слоя не рекомендуется делать вывод для обеспечения надежности.

Рассчитаем высоту каркаса с обмотками. Первичная из восьми слоев с проводом 0,74 мм, изоляцией 0,1 мм: 8 х (0,74 + 0,1) = 6,7 мм. Высоковольтную обмотку лучше экранировать от других обмоток для предотвращения помех высоких частот. Для того, чтобы мотать трансформатор, делаем обмотку экрана из одного слоя провода 0,28 мм с изоляцией из двух слоев с каждой стороны: 0,1 х 2 + 0,28 = 0,1 х 2 = 0,32 мм.

Первичная обмотка будет занимать места: 0,1 х 2 + 6,7 + 0,32 = 7,22 мм.

Повышающая обмотка из 17 слоев, толщина 0,39, изоляция 0,1 мм: 17 х (0,39 + 0,1) = 6,8 мм. Поверх обмотки делаем слои изоляции 0,1 мм.

Получается: 6,8 + 2 х 0,1 = 7 мм. Высота обмоток вместе: 7,22 + 7 = 14,22 мм. 3 мм осталось для накальных обмоток.

Можно сделать расчет внутренних сопротивлений обмоток. Для этого рассчитывается длина витка, берется длина провода в обмотке, определяется сопротивление, зная удельное сопротивление по таблице для меди.

При расчете сопротивления секции первичной обмотки получается разница около 6-ти Ом. Такое сопротивление даст падение напряжения 0,84 вольта при токе номинала 140 миллиампер. Чтобы компенсировать это падение напряжения, добавим два витка. Теперь во время нагрузки секции равны по напряжению.

Определение мощности

Далее будет рассмотрен вопрос, как узнать мощность трансформатора. Для этого потребуется замерить ширину его сердечника. Если ТР имеет сердечник типа «Ш», то придется замерить толщину центральных пластин. Например, толщина пластин 2 см, а ширина центрального набора 1.7 см. Необходимо перемножить эти значения, получив число 3.4 кв/см. Далее понадобится коэффициент усреднения для трансформаторов, равный 1.3. 3.4 разделить на 1.3 = 2.6 кв/см. Это значение определяет мощность ТР равную 7 Вт.

Многие задаются вопросом, как определить мощность трансформатора мультиметром. Бытовой элемент таким способом протестировать не получиться.

Советы

Проверка работоспособности трансформаторов важна, перед подключением или ремонтом устройства. При работе нужно соблюдать следующие правила:

1. Внимательно изучить маркировку и схему на корпусе.
2. Если на корпусе нет схемы, выполнять прямое подключение запрещено.
3. Запрещается подключать в сеть неизвестный ТР, без проверки на короткое замыкание.
4. Любые замеры под напряжением проводятся без контакта с клеммами.
5. Не выпаивая устройство из схемы, не получиться сделать замер выходящего сопротивления.
6. При работе нужно четко соблюдать технику безопасности.

Трансформаторы, особенно неизвестные, могут стать причиной короткого замыкания электропроводки и привести к возникновению пожара.

Порядок проверки

Проверка трансформатора начинается с определения обмоток. Сделать это можно при помощи маркировки на устройстве. Должны быть указаны номера выводов, а также обозначения их типа, что позволяет установить больше информации по справочникам. В отдельных случаях имеются даже поясняющие рисунки. Если же трансформатор установлен в какой-то электронный прибор, то прояснить ситуацию сможет принципиальная электронная схема этого прибора, а также подробная спецификация.

Итак, когда все выводы определены, приходит черед тестера. С его помощью можно установить две наиболее частые неисправности – замыкание (на корпус или соседнюю обмотку) и обрыв обмотки. В последнем случае в режиме омметра (измерения сопротивления) перезваниваются все обмотки по очереди. Если какое-то из измерений показывает единицу, то есть бесконечное сопротивление, то налицо обрыв.

Здесь имеется важный нюанс. Проверять лучше на аналоговом приборе, так как цифровой может выдавать искаженные показания из-за высокой индукции, что особенно характерно для обмоток с большим числом витков.

Когда ведется проверка замыкания на корпус, один из щупов подсоединяют к выводу обмотки, в то время как вторым позванивают выводы всех прочих обмоток и самого корпуса. Для проверки последнего потребуется предварительно зачистить место контакта от лака и краски.

Реактивное сопротивление трансформатора: формулы расчета

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

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

Потери реактивных мощностей

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

Рис. 2. Устройство трансформатора

В идеальном трансформаторе образуется прямо пропорциональная связь между напряжениями в обмотках. Их соотношение определяется соотношением числа витков каждой из катушек. Если U1 и U2 – напряжения в первой и второй обмотке соответственно, а w1 и w2 – количество витков обмоток, то справедлива формула: U1 / U2 = w1 / w2.

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

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

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

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

Обозначим активное сопротивление обмоток символами R1 и R2 соответственно, а реактивное – буквами X1 и X2. Тогда импеданс первичной обмотки можно записать в виде: Z1= R1+jX1. Для рабочей катушки соответственно будем иметь: Z2= R2+jX2, где j – коэффициент, зависящий от типа сердечника.

Реактивное сопротивление можно представить в виде разницы индукционного и ёмкостного показателя: X = RL – RC. Учитывая, что RL = ωL, а
RC = 1/ωC, где ω – частота тока, получаем формулу для вычисления реактивного сопротивления: X = ωL – 1/ωC.
Не прибегая к цепочке преобразований, приведём готовую формулу для расчёта полного сопротивления, то есть, для определения импеданса трансформатора:

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

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

Режимы работы

Двухобмоточный трансформатор способен работать в одном из трёх режимов:

• вхолостую;
• в режиме нагрузки;
• в состоянии короткого замыкания.

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

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

Параметры режима холостого хода

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

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

Рис. 3. Схема режима холостого хода

Формула, применяемая для расчётов параметров реактивной проводимости, выглядит так: Вт = Iх%*Sном / 100* Uв ном2 Умножитель 100 в знаменателе применён потому, что величина тока холостого хода Iх обычно выражается в процентах.

Режим короткого замыкания

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

Таким образом, у нас остаются активные мощности в трансформаторе, которые расходуются на нагрев обмоток: ΔPk = 3* I1ном * Rт. Выразив ток I1 ном через напряжение Uка и сопротивление Rт, умножив выражение на 100, получим формулу для вычисления падения напряжения в зонах активного сопротивления (в процентах):

Активное сопротивление двухобмоточного силового трансформатора вычисляем по формуле:

Подставив значение Rт в предыдущую формулу, получим:

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

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

Отсюда находим:

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

Uк р ≈ Uк, поэтому для практических расчётов можно пользоваться формулой: XT = Uk*Uв ном2 / 100*Sном

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

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

www.asutpp.ru

Основная область применения

Необходимость подобного масштабирования сопротивления существует практически во всех областях, связанных с передачей электрических сигналов и энергии. Но наибольшее применение согласующие трансформаторы получили в следующих сферах:

1. В усилителях низкой частоты (звуковых усилителях) в качестве межкаскадных и выходных трансформаторов. Необходимость в подобных устройствах была связана с тем, что старые усилители изготавливались на ламповой компонентной базе. При этом практически все лампы отличались высоким внутренним сопротивлением и подключение к ним 4 или 8-омных динамиков напрямую к ним было невозможно. Даже с появлением транзисторов, операционных усилителей ситуация в корне не изменилась, так как без согласования сопротивлений увеличивался уровень искажений сигнала.
2. В качестве входных согласующие трансформаторы применяются в звуковоспроизводящей аппаратуре для подключения микрофонов, звукоснимателей различных типов. Сопротивление этих устройств варьируется в пределах от десятка до сотни ом, а для подключения к усиливающей аппаратуре требуются значения, которые будут на порядок больше.
3. Еще одна сфера связана с передачей радиосигнала. Трансформаторы этого типа используются для согласования сигнала при подключении антенн к приемным и передающим устройствам. Без их применения получить качественный сигнал не удается. Отметим, что в этих целях используются высокочастотные согласующие трансформаторы.

Также читайте: Измерительный трансформатор тока — ТШП

На этом область применения не ограничивается. Так, даже обычный сварочный трансформатор в какой-то степени можно считать согласующим, что обусловлено требованиями к величине нагрузки на электрические сети.

1.4. Определение сопротивления трансформатора.

Сопротивления трансформатора находятся по данным опыта короткого замыкания. Схема опыта показана на рисунке.

Из схемы опыта короткого замыкания видно, что напряжение короткого замыкания равно при номинальной нагрузке трансформатора.

Умножив на

числитель и знаменатель, получим

У силовых трансформаторов

, поэтому для них с достаточной точностью принимают, что

В опыте короткого замыкания ваттметр показывает сумму потерь активной мощности в стали и в меди. Поскольку U

к в % составляет 5 – 17 %, то пропорциональный напряжению магнитный поток в стальном сердечнике невелик.

Потери активной мощности в стали приблизительно пропорциональны квадрату магнитного потока, поэтому в опыте короткого замыкания они очень малы и, или можно пренебречь.

В результате:

, откуда

или

1.5. Определение проводимостей трансформатора.

Проводимости gт и bт находятся по данным опыта холостого хода. Схема опыта показана на рисунке.

Ток холостого хода мал и составляет . Потери мощности, в первичной обмотке, зависящей от квадрата этого тока, незначительны, в результате чего принимают, что .

Потери в стали определяются выражением , где

– активная составляющая тока холостого хода, которая равна

Выраженные через потери мощности в стали равны

Токи холостого хода активная составляющая которых покрывает потери активной мощности в стальном сердечнике на гистерезис и вихревые токи, в 5 – 10 раз меньше реактивной составляющей. Приближённо принимают

Отсюда

окончательно имеем

.

Таким образом

Трёхобмоточные трансформаторы.

Понижающие подстанции иногда питают распределительные сети двух напряжений, например 10(6) и 35 кВ. Если нагрузки этих сетей соизмеримы, то целесообразно применять трёхобмоточные трансформаторы с двумя вторичными обмотками вместо установки двух двухобмоточных трансформатора.

2.1. Соединение обмоток трёхобмоточных трансформаторов.

У силовых трансформаторов обмотки ВН и СН соединяются в звезду, обмотка НН в треугольник. Соответственно группа соединения у/у/Д-0-11.

На тяговых подстанциях для совместного питания тяги и района устанавливают трёхобмоточные трансформаторы.

Их первичная обмотка соединяется в звезду, а тяговая в треугольник. Соединение районной обмотки зависит от её напряжений. Если она имеет напряжение 11(6,6 кВ), то соединяют в треугольник, при напряжении 38,5 кВ – в звезду.

studfile.net

Намотка трансформатора своими руками

Укладываем изоляцию первого слоя. Вставляем конец провода в отверстие выводной клеммы. Начинаем мотать провод, не забывая о его натяжении. Проверить можно так: намотанная катушка не будет проминаться от пальца. Провод растягивать нельзя, так как нарушится изоляция. Готовую катушку рекомендуется пропитать парафином, чтобы не испортить провод. Если обмотка гудит во время работы трансформатора, то изоляция провода стирается, провод изгибается и разрушается. По этой причине натяжение провода во время намотки имеет большое значение.

Витки во время намотки придвигаем друг к другу, уплотняем. Первый слой самый важный.

На слое не нужно оставлять пустое место. Наибольшее напряжение на последних витках составляет для первичной 60 + 60 / 2, 18 + 55 В. Изоляция из лака выдержит напряжение, если провод будет проваливаться в пустоту слоя, то может нарушиться изоляция. Пропитываем первый слой, затем второй и так далее. К изоляции между обмотками необходимо отнестись добросовестно. Она должна выдерживать до 1000 вольт. Вверху на изоляции рекомендуется подписать количество витков и размер провода, это пригодится при ремонте.

Слои самодельного трансформатора должны иметь правильную форму. По мере намотки катушка будет изгибаться у краев. Для этого слои нужно равнять во время намотки, не повредив изоляцию.

Читать также: Давление углекислоты при сварке полуавтоматом на редукторе

Вынужденные стыки провода лучше на ребре каркаса за сердечником. Соединять провод скруткой с пайкой, внакладку с пайкой. Длина контакта при соединении делается более 12 диаметров провода. Стык нужно изолировать бумагой или лаковой тканью. Пайка должна быть без острых углов.

Выводные концы обмоток делаются по-разному. Главное, чтобы была надежность и качество.

Расчетные формулы основных параметров трансформаторов

Представляю вашему вниманию таблицу с расчетными формулами для определения основных параметров силовых трансформаторов, а также таблицу коэффициента изменения потерь kн.п. в трансформаторах.

Таблица 1 – Расчетные формулы для определения основных параметров трансформаторов

Наименование величин	Формулы	Обозначение
Токи обмоток	I1, I2 — токи первичной и вторичной обмоток, А; U1, U2 — то же линейное напряжение, В;
Коэффициент трансформации	w1, w2 – числа витков одной фазы обмоток
Приведение величин вторичной обмотки к первичной	Приведенные величины обозначают штрихом
Сопротивление короткого замыкания	rк, хк, zк – активные, реактивные и полное сопротивления КЗ фазы трансформатора
Активные потери мощности в трансформаторе при нагрузке	∆Рх – активные потери холостого хода, кВт; ∆Рк – активные нагрузочные потери в обмотках при номинальном токе, кВт; kз – коэффициент загрузки; Sт.ном. – номинальная мощность трансформатора.
Приведенные активные потери мощности в трансформаторе при нагрузке	S – фактическая нагрузка трансформатора; kи.п. – коэффициент изменения потерь, кВт/квар; ∆Qх – реактивные потери мощности холостого хода; ∆Qк – реактивные потери мощности КЗ; Значения kи.п. даны ниже.
Напряжение КЗ	Uк – напряжение КЗ, В или %; Uк.а, Uк.х – активная и реактивная составляющие напряжения КЗ, В или %.
Мощность и ток КЗ трансформатора	Sк –мощность КЗ, кВА
Число витков первичной обмотки	U1ф – фазное напряжение первичной обмотки, В Ф – фазный поток; Ф = Вст*Qст мкс; Вст –индукция в стержне; Вст = 13 – 14,5 103 Гс; Qст – активное сечение стержня, см2
Активное и реактивное сопротивление двухобмоточного трансформатора, Ом
Падение напряжения в обмотках трансформатора при нагрузке	Если нагрузка смешанная (активная и индуктивная), то вторым членом можно пренебречь
Потери напряжения при пуске асинхронного короткозамкнутого двигателя (приближенно)	∆U – потеря напряжения, %; Sдв. – номинальная мощность двигателя, кВА; S2 – мощность других потребителей, присоединенных к шинам трансформаторов, кВА; Ki – кратность пускового тока относительно номинального.
КПД трансформатора

raschet.info

Принцип работы

Любая энергосистема, установка, особенно в сети трехфазного (3ф) тока и напряжения просто не могла и не может обойтись без такого функционального устройства, как трансформатор. В высоковольтных сетях он производит повышение напряжения, получая его непосредственного из недр генератора и направляя в высоковольтные линии электропередач.

Трансформаторы тока в тех же мощных электроустановках производят преобразования первоначальной токовой величины в номинальные его значения, допустимые для питания контрольных и измерительных приборов, защит, учетных систем и прочих энергетических элементов.

В бытовых нуждах, однофазного тока и напряжения широко используют различные трансформаторы, которые преобразуя электрические величины обеспечивают питанием многие бытовые приборы, являются источником различного освещения, питают системы электроники и мультимедиа. В целом, без таких преобразователей в электричестве никуда.

Конструкция

На примере простейшего однофазного трансформатора возможно подробно рассмотреть его основные конструктивные элементы и узнать основы принципа его работы. Конструктивно такой трансформатор состоит из трех главных элементов:

1. Первичная обмотка – катушка с изолированными проводниками, намотанная в определенном порядке, выводы которой являются принимающим определенную величину электроэнергии. Проводники первичной обмотки передают электроэнергию дальше, для проведения ее трансформации;
2. Магнитопровод или сердечник – выполненный из специальной шихтованной (слоенной) электротехнической стали, различной конструкции и формы. На его части с одной и другой стороны наматываются проводники обмоток и именно в нем происходит бесконтактное явление трансформации величины электроэнергии;
3. Вторичная обмотка – изолированные проводники, с намоткой на вторую часть сердечника в определенном количестве, с конкретной толщиной. Выводы вторичных проводников передают выходную величину энергии к потребителю или другому энерго устройству, в цепь которого был установлен преобразователь.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ: Калькулятор двухскатной крыши – расчеты, чертежи, 3D проект

Особенности

Принцип работы любого трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции, в замкнутом контуре магнитопровода, сквозь намотанные на него проводники первичной и вторичной обмотки. Подключенная к сети переменного тока первичная обмотка создает в замкнутом контуре магнитное поле с движущимся по кольцу магнитопровода магнитным потоком. Его движение проходит, через обе намотки обмоток и согласно закону индукции, создает в них электродвижущую силу (ЭДС).

Величина ЭДС напрямую зависит от количества витков в обмотках, сечения проводников и отличительными особенностями между первичной и вторичной обмотками. ЭДС, в системе трансформатора, это и есть выходное напряжение на выводах преобразователя. Чтобы ее величина стала меньше входного сигнала – количество витков вторичной обмотки должно быть меньше первичной катушки трансформатора.

Проектирование функций устройств преобразования, точное определение способности преобразования электровеличины – мощности трансформатора, количества витков обмоток, формы их намотки, выбор материала магнитопровода, его форма и размеры как раз и определяется в процессе расчета трансформатора.

Сопротивление элементов схемы замещения в сети 0,4 кВ

Содержание

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

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

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

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

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

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

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

Пример

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

Решение

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

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

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

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

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

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

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

raschet.info

Как смотреть силу тока в цепи через осциллограф

На схеме мы видим генератор частоты и резистор.

Давайте визуально посмотрим, что у нас творится в этой схеме. Для этого, как я уже сказал, нам понадобится генератор частоты

С помощью него мы будем смотреть напряжение и силу тока .

Силу тока?

Но ведь осциллограф предназначен для того, чтобы рассматривать форму сигнала напряжения? Как же мы будем рассматривать форму сигнала силы тока? А все оказывается просто). Для этого достаточно вспомнить правило шунта.

Что будет, если через него прогнать электрический ток?

На концах резистора у нас будет падение напряжения. То есть, если замерить с помощью мультиметра напряжение на его концах, мультиметр покажет какое-то значение в Вольтах

И теперь главный вопрос: от чего зависит падение напряжения на резисторе? В дело опять же вступает закон Ома для участка цепи: I=U/R. Отсюда U=IR. Мы видим зависимость от номинала самого резистора и от силы тока, текущей в данный момент в цепи. Слышите? От СИЛЫ ТОКА! Так почему бы нам не воспользоваться таким замечательным свойством и не глянуть силу тока через падение напряжения на самом резисторе? Ведь номинал резистора у нас постоянный и почти не изменяется с изменением силы тока