Назначение измерительных трансформаторов тока. Трансформаторы малого токаТрансформаторы малой мощностиТрансформаторы малой мощности, применение: Малой мощности трансформаторы – это трансформаторы, в которых мощность составляет не более 5 кВА (соответствующие ГОСТу 19294-84 (СТ СЭВ 4133-83)). Питание происходит от сети переменного тока, частота 50 Гц либо 60 Гц, 1000 В – их максимальное номинальное напряжение. Широкий круг использования трансформаторы малой мощности нашли в питании узлов различной радио- и электронной аппаратуры. Кроме предприятий по производству трансформаторов, созданных в советское время, за последние десять лет появились также новые небольшие предприятия. Благодаря тому, что теперь есть возможность изготавливать трансформаторы малой мощности по техническому заданию заказчика, намного повысилась гибкость при работе с клиентами. В советское время отсутствие такой возможности заставляло проектировщиков оборудования использовать стандартный тип трансформаторов, указанных в справочниках. Трансформаторы не могли охватить все необходимые потребности, несмотря на то, что типов трансформаторов было немалое количество. Это приводило к тому, что разработчик был вынужден пользоваться трансформаторами, в которых запас по мощности и другим величинам был избыточным. К счастью, сейчас предприятия учитывают пожелания заказчика и изготавливают трансформаторы с тем рядом параметров, которые ему необходимы. Рассматривая тороидальные трансформаторы малой мощности, не трудно заметить ряд преимуществ перед броневыми и стержневыми трансформаторами. Начиная с 60х годов, XX века, в России тороидальные трансформаторы стали применяться в оборонной промышленности. Причиной тому была с потребность в снижении весовых и габаритных показателей изделий, а также снижения полей разброса при повышенной плотности монтажа техники. По причине большой стоимости в сравнении с трансформаторами рядовой намотки, тороидальные трансформаторы, в изделиях гражданского предназначения, не приобрели большой популярности. Это возникло по причине относительной сложности при намотке провода на замкнутый магнитопровод. В наше время сконструированы станочные оборудования для намоток на тороид, а также системы микропроцессорного станочного управления. Благодаря этому конкуренция трансформаторов такого типа по критерию стоимости, по сравнению с броневыми и стержневыми трансформаторами, приобрела еще больший характер. Трансформаторы малой мощности, конструктивные характеристики: С помощью конфигураций и конструкций магнитного провода, можно определить конструктивные признаки. Разбиваются магнитопроводы трансформаторов малой мощности конструктивно на следующие виды: броневые, стержневые, а также тороидальные. Выглядит магнитопровод в виде Ш-образной формы, расположение его обмоток на среднем стержне, частично охватываемые магнитопроводом (т.е. бронируются). Располагая в себе два стержня с обмотками, магнитопровод стержневого трансформатора малой мощности выполнен в виде П-образной формы. У тороидального трансформатора магнитопровод выполнен в форме тороида (кольцо с прямоугольным сечением). Что касается броневых и стержневых сердечников, они выполнены шихтованными (отдельными пластинами трансформаторной стали) либо витыми ленточными. Изготовляются тороидальные сердечники исключительно витые. Рассматривая тороидальный трансформатор, мы увидим, что распределение обмоток выполнено равномерно по всей длине магнитопровода, что приводит к понижению массы медного провода, а также резкому уменьшению полей разброса. Магнитопровод имеет круглую форму, что позволяет понизить весовые показатели при тех же габаритных мощностях, которые имеются у трансформаторов с прямоугольной формой магнитного провода. Трансформаторы малой мощности, технические характеристики: В помощь проектировщику, для упрощения для составления технических задач, мы привели главные параметры трансформаторов малой мощности: Подбор номинальной мощности трансформатора малой мощности происходит по таким параметрам: 0.010 кВА, 0.016 кВА, 0.025 кВА, 0.040 кВА, 0.063 кВА, 0.100 кВА, 0.160 кВА, 0.250 кВА, 0.400 кВА, 0.630 кВА, 1.000 кВА, 1.600 кВА, 2.500 кВА, 4.000 кВА. Также разрешены следующие промежуточные значения: 0.012 кВА, 0.020 кВА, 0.032 кВА, 0.050 кВА, 0.080 кВА, 0.125 кВА, 0.200 кВА, 0.315 кВА, 0.500 кВА, 0.800 кВА, 1.250 кВА, 2.000 кВА, 3.150 кВА, 5.000 кВА. Для того, чтобы разработчику определить номинальную мощность трансформатора, необходимо суммарную мощность всех вторичных обмоток разделить на коэффициент полезного действия трансформатора малой мощности. То значение, которое получим, нужно округлить в большую сторону до ближайшего значения из рекомендуемых мощностей. Зависимость коэффициента полезного действия от того насколько мощна потеря в стали и меди, а также для трансформаторов на 0.010 кВА равна, приблизительно от 75 до 85%. Что касается трансформаторов мощностью 5 кВА, то их КПД составляет от 96 до 98 %. При выборе номинальных напряжений обмоток, нужно выбрать таким образом, чтобы было соответствие с Госстандартом. Рассмотрим ГОСТ 21128-83. Он определяет напряжения: 6В, 12В, 28.5В, 42В, 115В, 230В. Эти цифры могут быть с отклонениями в меньшую сторону или в большую. То есть +/- 0.5, 1, 2, 3, 5, 10 и 15 процентов. В ряде случаев, если необходимо клиенту изготовить трансформатор, который будет отличаться от ГОСТа, производители идут на встречу и изготавливают в соответствии с его требованиями. Номинальные напряжения вторичных обмоток должны быть заданы при нагрузке, т.е. в номинальных токах обмоток при возникшей температуре. Напряжением короткого замыкания называют напряжение, происходящее на первичной обмотке при замкнутых выводах вторичной обмотки, а также процесс прохождения номинального тока на вторичной обмотке. Данный параметр задают обычно в процентах исходя из номинального напряжения первичной обмотки; определяется символами DUкз. Если рассматривать трансформаторы с отдачей мощности в 0.010 кВА, тогда для них этот параметр составит от 15 до 20 процентов, а у трансформаторов с мощностью 5 кВА он равен от 1.5 до 2.5 процентов. Если сравнивать напряжение с полностью нагруженной обмоткой, то под напряжением короткого замыкания мы видим величину относительного повышения напряжения во вторичной обмотке на холостом ходу. Определение данного параметра осуществляется следующим: насколько высоко падение на омическом сопротивлении (т.е. сопротивление постоянного тока), в первичной обмотке и вторичной обмотке трансформатора на уровне номинальной нагрузки. Рассмотрим определение напряжения холостого хода вторичных обмоток. Под таким напряжением понимают значения напряжений на величину напряжения короткого замыкания. В ряде случаев данный параметр в паспорте трансформатора не указывается производителем. Но, несмотря на это, клиент, при покупке трансформатора малой мощности, должен понимать и знать тот факт, что напряжения вторичных обмоток всегда сильнее, чем их номинальное значение, если отсутствует нагрузка. Под током холостого хода понимают ток первичной обмотки при незагруженном трансформаторе и номинальном напряжении. Ток холостого хода делят на активный и реактивный. Активный можно определить, рассчитав потери в стали на вихревые токи. Реактивный определяется магнитным током рассеяния. Диапазон тока холостого хода обычно составляет от 1мА (для трансформаторов малой мощности 0.010 кВА) и до 1А (для трансформаторов малой мощности 5 кВА). Если рассматривать наименьшие значения данного значения, то увидим, что они - у тороидальных трансформаторов малой мощности. У них же реактивная составляющая тока намного меньше, чем активная и, собственно, ею можно пренебречь. Рассматривая трансформаторы с мощностью 5 кВА, увидим, что значения тока холостого хода составляют не более, чем 200 мА. Током переходного процесса включения (т.е. пусковым током) называют наибольшее (т.е. импульсное) значение тока, при котором протекание может происходить по первичной обмотке трансформатора во время включения трансформатора к сети, питающей его. Нормировку ГОСТом данное значение не проходит, упоминания в трансформаторной литературе о нем практически не встречается. Несмотря на это понимание данного значения очень важно для технического разработчика. Величина пускового тока для трансформатора с мощностью 5 кВА вполне может быть равна от 2000А до 3000А, а также в несколько раз может быть выше величины номинального тока. В более мощных трансформаторах величина пускового тока обуславливается мгновенным значением напряжения во время включения, сопротивления первичной обмотки (достигающее меньше, чем 0.1 Ом), а также внутреннего сопротивления сети, питающей его (обычно происходит превышение первичной обмотки). Предусмотрение мер для ограничений пускового тока трансформатора малой мощности, определенными схемами и техническими решениями – обязательное условие для разработчика. Какие именно меры, сейчас рассмотрим: последовательное подключение с первичной обмоткой ограничивающего резистора, который замыкается через от 0.1 до 0.2 с релейными контактами; последовательное подключение с первичной обмоткой терморезистора, при этом с отрицательным термическим коэффициентом сопротивления; подключение/выключение трансформатора малой мощности при определенной фазе питающего напряжения (можно взять в пример переход напряжения через свое максимальное значение). В случае затруднений применения схемотехнических решений либо если это экономически невыгодно, нужно воспользоваться автоматическими выключателями с большим электрическим запасом. Мы рекомендуем использовать автоматы защитного назначения со следующими характеристиками отключения: «D» (по стандарту IEC/МЭК 898) и «К» (по стандарту ДИН ВДЕ 0660). Автоматы с данными значениями спроектированы только для активно-индуктивной нагрузки (возникающие в трансформаторах, электродвигателях). Они характеризуются повышенной кратностью номинального значения тока (иными словами отношение пускового тока к номинальному значению). Если рассматривать автоматы с характеристикой отключения «D», то их кратность будет равняться около 15, когда для автоматов с характеристикой отключения «К» - примерно 10. Так как производитель трансформатора не может повлиять на степень этого параметра никаким образом, то в любом случае проблемная ситуация с пусковым током должна решаться разработчиком аппаратуры, Превышением температуры (т-ры перегрева) называют разницу между температурой трансформатора и температурой окружающей среды (как правило, обычно 25ºС) во время работы трансформатора на номинальную загруженность. Как правило, температура трансформатора равняется сумме температур перегрева, а также окружающей среды. При производстве трансформаторов малой мощности, производителем проверяются технические условия (ТУ) допустимой температуры перегрева от 50 до 60 градусов по Цельсию, а температуры окружающей среды, достигнутой предела – 55 градусов по Цельсию. Для определения предельной температуры трансформатора, используют класс нагревостойкости по ГОСТ 8865- 70: А - 105°С, Е - 120°С, В - 130°С, F - 155°С. В основном, трансформаторы, которые применяют в разных отраслях, имеют класс В. Заметим, что во время определения температуры перегрева, создают условия свободной воздушной конвекции вокруг трансформатора, при этом установка трансформатора в корпусе – это корректно. При разработке изделия, проектировщик должен учесть остальные источники тепла, которые возникают в одном корпусе с трансформатором. При превышении предельного значения температуры трансформатора, необходимо принять все возможные меры к принудительному охлаждению или отводу тепла (например, использовать для этого вентилятор). Важное условие, которое следует знать: номинальное напряжение вторичных обмоток маломощного трансформатора определяются для установившегося значения температуры перегрева. А именно, при температуре трансформатора в 25 градусов по Цельсию (при т.н. холодном состоянии трансформатора), номинальное напряжение вторичных обмоток выше, примерно на 20%, чем во время увеличения температуры трансформатора на 50°С. Рассмотрим такой параметр, как испытательное напряжение рабочей частоты. Он характеризуется прочностью электричества трансформаторов, или, если точнее, способностью без пробоев выдержать напряжение указанной, в технических условиях, величины. Обычно производитель трансформаторов малой мощности проводит нормирование испытательного напряжения между выводами первичной обмотки и вторичной (стандартное значение параметра – 3500В), а также между выводами обмоток и частями, проводящими электричество в устройстве (стандартное значение параметра – 1750В). При проведении расчетов, которые были подтверждены практикой, были сделаны следующие выводы по преимуществам тороидальных трансформаторов перед трансформаторами других типов: -масса снизилась на 20-40 процентов, уменьшены габаритные размеры; -снижены поля разброса (рассеяния) в несколько раз; -ток холостого хода уменьшен в 3-4 раза; -уровень шума значительно ниже; -коэффициент полезного действия стал еще выше. Если разработчик будет учитывать требования и рекомендации, описанные в данной статье, это позволит ему более корректно подойти к выбору трансформаторов малой мощности. www.oborudka.ru Трансформатор тока - устройство, принцип работы и видыТрансформатор тока представляет собой измерительное устройство, первичная обмотка (высокая сторона) которого подключается к источнику переменного электрического тока, а его вторичная обмотка (низкая сторона) подключается к приборам измерения или к приборам защиты с малым сопротивлением. Если точнее, то первичная обмотка любого трансформатора тока включается только последовательно в силовую электрическую цепь, по которой протекает электрическая нагрузка. К вторичной обмотке или нескольким вторичным обмоткам подключаются защитные приборы, измерительные приборы и приборы учёта электроэнергии.
Принцип действия трансформатора тока
Работа обычного трансформатора тока базируется на физическом явлении электромагнитной индукции. Это значит, что при подаче напряжения на первичную обмотку, в её витках будет проходить переменный ток, образующий впоследствии появление переменного магнитного потока. Появившийся магнитный поток проходит по сердечнику и пронизывает витки всех обмоток трансформатора, таким образом, индуцируя в них электродвижущие силы (э.д.с.). В случае закорачивания вторичной обмотки или же при включении нагрузки в её цепь, под воздействием э.д.с. в витках обмотки начнёт протекать вторичный ток. Назначение трансформаторовОбщее назначение трансформаторов тока – преобразование (снижение) большой величины переменного тока до таких значений, которые будут удобны и безопасны для измерения. Трансформаторы тока позволяют безопасно измерять большие электрические нагрузки в сетях переменного тока. Это становится возможным благодаря изолированию первичной обмотки и вторичной обмотки друг от друга. При изготовлении к трансформаторам тока предъявляются строгие требования по качеству изоляции и по точности измерений электрических нагрузок. Конструкция трансформатора тока
Трансформатор тока – это устройство, основой которого является сердечник, шихтованный из особой трансформаторной стали. На сердечник (магнитопровод) наматываются витки одной, двух или даже нескольких вторичных обмоток, электрически изолированных друг от друга, а также и от сердечника. Что касается первичной обмотки, то она может представлять собой катушку, также намотанную на сердечник измерительного трансформатора. Однако чаще всего первичная обмотка представляет собой алюминиевую или медную шину (пластину). Не менее часто в трансформаторе тока вообще отсутствует первичная обмотка как таковая. В этом случае функцию первичной обмотки выполняет силовой проводник, проходящий через кольцо трансформатора тока. Это может быть отдельная жила электрического кабеля. Вся конструкция трансформатора тока помещается в корпус для защиты от механических повреждений. Коэффициент трансформации
Основной технической характеристикой каждого трансформатора тока является номинальный коэффициент трансформации. Его значение указывается на специальной табличке (шильдике) в виде отношения номинального значения первичного тока к номинальному значению вторичного тока. Например, указанное значение 400/5 означает, что при первичной нагрузке в 400А, во вторичной цепи должен протекать ток в 5А и, следовательно, коэффициент трансформации будет равен 80. Если на шильдике указано значение 50/1, то коэффициент трансформации будет равен 50. Практически у каждого трансформатора тока есть определённая погрешность. В зависимости от её величины каждому трансформатору тока присваивается свой класс точности. Классификация трансформаторовСуществует несколько признаков, по которым трансформаторы тока делятся. По своему назначению они бывают измерительными, защитными, а также промежуточными и лабораторными.
По виду установки трансформаторы тока бывают наружными и внутренними, а также встроенными внутрь электрооборудования (внутри высоковольтных выключателей, внутри питающих силовых трансформаторов и т.д.). Кроме того трансформаторы тока бывают накладными и переносными. Переносные трансформаторы используют для измерений токовой нагрузки в лабораторных условиях. По исполнению первичной обмотки бывают одновитковые, многовитковые и шинные трансформаторы тока. По количеству ступеней трансформации – одно- и двухступенчатые. По напряжению трансформаторы тока делятся на две группы – устройства с напряжением до 1000В и устройства с напряжением выше 1000В. Кроме обычных измерительных трансформаторов тока, существуют и специальные, такие как трансформаторы тока нулевой последовательности. aquagroup.ru Страничка эмбеддера » Трансформатор токаИногда нужно узнать – какой ток течет в электрической цепи. Если ток небольшой, для этого можно использовать простой резистор. Если-же ток достигает неприличных величин (к примеру, как в трансформаторах Тесла), приходится искать другие методы измерения. Один из таких методов – использование трансформатора тока. Что это такое?Трансформатор тока, для краткости будем называть его ТТ, используется повсеместно. К примеру, в электросчетчиках и на подстанциях. Мы-же будем рассматривать то, как его можно использовать для измерения тока в импульсных источниках питания – сварочных аппаратах, трансформаторах Тесла итп. Стоит сразу обратить внимание, что с помощью ТТ можно измерять только переменный ток, но никак не постоянный! Итак, ТТ позволяет нам измерять очень большой ток. Чем-же ТТ отличается от обычного трансформатора? А вот ничем! Название придумали из-за области применения и характерной конструкции – катушка на тороидальном сердечнике, через которую пропущен провод. ТТ преобразует проходящий через него ток в пропорциональное напряжение. К примеру, если через трансформатор проходит 100А, то он выдает 1В, а если проходит 200А, то на выходе мы получим 2В.
Основные соотношенияПроделав нехитрые математические выкладки, можно убедиться, что для токов в обмотках ТТ с очень большим коэффициентом трансформации по напряжению и с короткозамкнутой вторичной обмоткой действует такой закон для тока в обмотках:
Для того, чтобы преобразовать ток в напряжение, используют обычный резистор. Типичная схема включения ТТ:
Напряжение, падающее на резисторе R, согласно закону Ома, равно E=IR. Таким образом, зависимость выходного напряжения ТТ от тока определяется простым выражением:
Просто? Еще-бы!
ПримененияРаз мы уже знаем, что такое токовый трансформатор, давайте подумаем куда его можно всунуть. Кроме того, что можно измерять большие токи, можно еще строить автогенераторы с обратной связью по току. Практически все DRSSTC являются именно такими. Можно также организовывать защиту от превышения тока, без такой защиты большинство импульсных блоков питания являются ”живыми мертвецами”.
Запаздывание по фазеДля автогенераторного применения важна еще одна характеристика ТТ – задержка сигнала. Запаздывание сигнала может произойти из-за таких факторов
Для анализа обоих этих ситуация, я набросал простую модель в SWCad’е. Для предыдущего примера с трансформатором Тесла, возьмем сердечник R25.3 из материала N87 фирмы Epcos. В качестве паразитной емкости, возьмем 1нФ. Не спрашивайте, откуда такая емкость. Мне она кажется значительно большей, чем может возникнуть в любой реальной ситуации. Модель выглядит так:
Результаты симуляции при к. связи = 1
К. связи = 0.5
Как видно, отличаются только амплитуды. Сигнала. Никакого запаздывания нет в обоих случаях. Такое поведение сохраняется вплоть до очень высоких частот и до очень маленьких коэффициентов связи. Таким образом, можно сделать вывод, что фаза сигнала практически не зависит от паразитных параметров.
Каскадирование токовых трансформаторовЛюди всегда были ленивыми. Некоторым лениво встать из-за компа, а некоторым – мотать тысячи витков в ТТ. Поэтому придумали соединять трансформаторы последовательно. Решение спорное, и поэтому попробуем его проанализировать при помощи того-же симулятора. Включим последовательно два трансформатора на том-же сердечнике с обмоткой по 33 витка на каждом. Замечу, что паразитная емкость в каждом из трансформаторов сильно уменьшилась, что не удивительно.
Результаты симуляции очень похожи на одиночный трансформатор. Никакого запаздывания нет. Только амплитуда становится немного менее предсказуемая – она определяется произведением коэффициентов связи в обоих трансформаторах.
Вывод – в подавляющем большинстве случаев можно применять несколько ТТ, включенных последовательно. Прямоугольный выходной сигналЧасто необходимо получить прямоугольный выходной сигнал из синусоиды, выдаваемой ТТ. Конечно, это можно сделать с помощью компаратора, однако быстродействующие компараторы дороги и требуют особых навыков от разработчика. Проще собрать следующую, уже почти ставшую стандартом, схему:
Для чего такие сложности? Стабилитроны – очень медленные устройства. Для повышения быстродействия ограничителя, к ним добавлены диоды Шоттки. Когда напряжение меняет полярность – диоды Шоттки быстро закрываются и не дают стабилитронам испортить сигнал. Такой ограничитель выдает сигнал +-5 вольт. Замечу, что сигнал нужно обязательно ограничивать симметрично, иначе произойдет сдвиг фазы. Далее идет диодная “вилка” которая защищает вход последующей микросхемы от пробоя отрицательным напряжением. Диодную вилку нельзя поставить сразу после ТТ, потому, как выбросы из силовой части преобразователя попадут в чувствительные цепи управляющей электроники.
КонструкцияЗаметьте, что ТТ работает как источник тока, и чем больше витков вы намотаете, тем ближе ТТ будет к идеальному источнику тока и тем точнее будут показания. Также, чем больше витков, тем меньше ток течет через резистор, а значит, уменьшается рассеиваемая на нем мощность. Именно предельная мощность на резисторе обычно является определяющим факторов для количества витков в любительских конструкциях. Для того, чтобы сделать коэффициент трансформации побольше, первичную обмотку обычно делают всего из одного витка, а во вторичной мотают порядка тысяч. Проблема насыщения сердечника очень редко проявляется в токовых трансформаторах. Что такое насыщение и как с ним бороться, можно прочитать в статье о GDT. Чем больше проницаемость сердечника, тем больше к. связи и точнее показания, однако больше становится и паразитная индуктивность, добавляемая в измеряемые цепи. Это часто нежелательно. На практике, в качестве сердечника для ТТ может использоваться практически любой феррит, работающий на необходимой частоте. Для низкочастотных применений используют обычное трансформаторное железо. В качестве проволоки для вторичной обмотки стоит выбирать проволоку с наибольшим возможным сечением – так уменьшается погрешность измерения.
Промышленные ТТЕстественно, промышленность выпускает громаднейший ассортимент токовых трансформаторов. Они хорошо настроены и могут быть использованы для точных измерений. Естественно, есть проблемы с доставабельностью в неэпических количествах. К примеру, в киеве, несколько ТТ я видел в магазине “радиомаг”
http://www.rcscomponents.kiev.ua/modules.php?name=Asers_Shop&s_op=viewproduct&cid=236
Еще почитатьК моему удивлению, материалов по ТТ очень мало. Но википедия, все-же, знает, что это такое. http://ru.wikipedia.org/wiki/Трансформатор_тока Привенение ТТ в электросчетчиках. Там-же описывается немного теории. http://www.eltranstech.ru/aspect.php bsvi.ru КАК РАСЧИТАТЬ И ИЗГОТОВИТЬ ТРАНСФОРМАТОР ТОКАКАК РАСЧИТАТЬ И ИЗГОТОВИТЬ ТРАНСФОРМАТОР ТОКА Виктор Хрипченко пос. Октябрьский Белгородской обл. Занимаясь расчетами мощного источника питания, я столкнулся с проблемой - мне понадобился трансформатор тока, который бы точно измерял ток. Литературы по этой теме не много. А в Интернете только просьбы - где найти такой расчет. Прочитал статью [1 ]; зная, что ошибки могут присутствовать, я детально разобрался с данной темой. Ошибки, конечно, присутствовали: нет согласующего резистора Rc (см. рис. 2) для согласования на выходе вторичной обмотки трансформатора (он и не был рассчитан) по току. Вторичная цепь трансформатора тока рассчитана как обычно у трансформатора напряжения (задался нужным напряжением на вторичной обмотке и произвел расчет). Немного теории Итак, прежде всего немного теории [4]. Трансформатор тока работает как источник тока с заданным первичным током, представляющим ток защищаемого участка цепи. Величина этого тока практически не зависит от нагрузки вторичной цепи трансформатора тока, поскольку его сопротивление с нагрузкой, приведенное к числу витков первичной обмотки, ничтожно мало по сравнению с сопротивлениями элементов электрической схемы. Это обстоятельство делает работу трансформатора тока отличной от работы силовых трансформаторов и трансформаторов напряжения. На рис. 1 показана маркировка концов первичной и вторичной обмоток трансформатора тока, навитых на маг-нитопровод в одном и том же направлении (I1 - ток первичной обмотки, I2 -ток вторичной обмотки). Ток вторичной обмотки I2 пренебрегая малым током намагничивания, всегда направлен так, чтобы размагничивать магнитопровод. Стрелками показано направление токов. Поэтому если принять верхний конец первичной обмотки за начало то началом вторичной обмотки н также является ее верхний конец. Принятому правилу маркировки соответствует такое же направление токов, учитывая знак. И самое главное правило: условие равенства магнитных потоков. Алгебраическая сумма произведений I1 x W1 - I2 x W2 = 0 (пренебрегая малым током намагничивания), где W1 - количество витков первичной обмотки трансформатора тока, W2 - количество витков вторичной обмотки трансформатора тока. Пример. Пусть вы, задавшись током первичной обмотки в 16 А, произвели расчет и в первичной обмотке 5 витков - рассчитано. Вы задаетесь током вторичной обмотки, например, 0,1 А и согласно вышеупомянутой формулы I1 x W1 = I2 x W2 рассчитаем количество витков вторичной обмотки трансформатора. W2 = I1 x W1 / I2 Далее произведя вычисления L2 -индуктивности вторичной обмотки, ее сопротивление XL1, мы вычислим U2 и потом Rc. Но это чуть позже. То есть вы видите, что задавшись током во вторичной обмотке трансформатора I2, вы только тогда вычисляете количество витков. Ток вторичной обмотки трансформатора тока I2 можно задать любой - отсюда будет вычисляться Rc. И еще -I2 должен быть больше тех нагрузок, которые вы будете подключать Трансформатор тока должен работать только на согласованную по току нагрузку (речь идет о Rc). Если пользователю требуется трансформатор тока для применения в схемах защиты, то такими тонкостями как направление намоток, точность резистивной нагрузки Rc можно пренебречь, но это уже будет не трансформатор тока, а датчик тока с большой погрешностью. И эту погрешность можно будет устранить, только создав нагрузку на устройстве (я и имею в виду источник питания, где пользователь собирается ставить защиту, применяя трансформатор тока), и схемой защиты установить порог ее срабатывания по току. Если пользователю требуется схема измерения тока, то как раз эти тонкости должны быть обязательно соблюдены. На рис. 2 (точки - начало намоток) показан резистор Rc, который является неотьемлимой частью трансформатора тока для согласования токов первичной и вторичной обмотки. То есть Rc задает ток во вторичной обмотке. В качестве Rc не обязательно применять резистор, можно поставить амперметр, реле, но при этом должно соблюдаться обязательное условие - внутреннее сопротивление нагрузки должно быть равным рассчитанному Rc. Если нагрузка не согласованная по току - это будет генератор повышенного напряжения. Поясняю, почему так. Как уже было ранее сказано, ток вторичной обмотки трансформатора направлен в противоположную сторону от направления тока первичной обмотки. И вторичная обмотка трансформатора работает как размагничивающая. Если нагрузка во вторичной обмотке трансформатора не согласованная по току или будет отсутствовать, первичная обмотка будет работать как намагничивающая. Индукция резко возрастает, вызывая сильный нагрев магнито-провода за счет повышенных потерь в стали. Индуктируемая в обмотке ЭДС будет определяться скоростью изменениями потока во времени, имеющей наибольшее значение при прохождении трапецеидального (за счет насыщения магнитопровода) потока через нулевые значения. Индуктивность обмоток резко уменьшается, что вызывает еще больший нагрев трансформатора и в конечном итоге - выход его из строя. Типы магнитных сердечников приведены на рис. 3 [3]. Витой или ленточный магнитопровод - одно и то же понятие, также как и выражение кольцевой или тороидальный магнитопровод: в литературе встречаются и то, и другое. Это может быть ферритовый сердечник или Ш-образное трансформаторное железо, или ленточные сердечники. Ферритовые сердечники обычно применяется при повышенных частотах - 400 Гц и выше из-за того, что они работают в слабых и средних магнитных полях (Вт = 0,3 Тл максимум). И так как у ферритов, как правило, высокое значение магнитной проницаемости µ и узкая петля гистерезиса, то они быстро заходят в область насыщения. Выходное напряжение, при f = 50 Гц, на вторичной обмотке составляет единицы вольт либо меньше. На ферритовых сердечниках наносится, как правило, маркировка об их магнитных свойствах (пример М2000 означает магнитную проницаемость сердечника µ, равную 2000 единиц). На ленточных магнитопроводах или из Ш-образных пластин такой маркировки нет, и поэтому приходится определять их магнитные свойства экспериментально, и они работают в средних и сильных магнитных полях [4] (в зависимости от применяемой марки электротехнической стали - 1,5.. .2 Тл и более) и применяются на частотах 50 Гц.. .400 Гц. Кольцевые или тороидальные витые (ленточные) магнитопроводы работают и на частоте 5 кГц (а из пермаллоя даже до 25 кГц). При расчете S - площади сечения ленточного тороидального магнитопровода, рекомендуется результат умножить на коэффициент к = 0,7...0,75 для большей точности. Это объясняется конструктивной особенностью ленточных магнитопроводов. Что такое ленточный разрезной магнитопровод (рис. 3)? Стальную лента, толщиной 0,08 мм или толще, наматывают на оправку, а затем отжигают на воздухе при температуре 400.. .500 °С для улучшения их магнитных свойств. Потом эти формы разрезаются, шлифуются края, и собирается магнитопровод. Кольцевые (неразрезные) витые магнитопроводы из тонких ленточных материалов (пермаллоев толщиной 0,01.. .0,05 мм) во время навивки покрывают электроизолирующим материалом, а затем отжигают в вакууме при 1000.. .1100 °С. Для определения магнитных свойств таких магнитопроводов надо намотать 20...30 витков провода (чем больше витков, тем точнее будет значение магнитной проницаемости сердечника) на сердечник магнитопровода и измерить L-индуктивность этой обмотки (мкГн). Вычислить S - площадь сечения сердечника трансформатора (мм2), lm-среднюю длину магнитной силовой линии (мм). И по формуле рассчитать jll - магнитную проницаемость сердечника [5]: (1) µ = (800 x L x lm) / (N2 x S) - для ленточного и Ш-образного сердечника. (2) µ = 2500*L(D + d) / W2 x C(D - d) - для кольцевого (тороидильного) сердечника. При расчете трансформатора на более высокие токи применяется провод большого диаметра в первичной обмотке, и здесь вам понадобится витой стержневой магнитопровод (П-образный), витой кольцевой сердечник или ферритовый тороид. Если кто держал в руках трансформатор тока промышленного изготовления на большие токи, то видел, что первичной обмотки, навитой на магнитопровод, нет, а имеется широкая алюминиевая шина, проходящая сквозь магнитопровод. Я напомнил об этом затем, что расчет трансформатора тока можно производить, либо задавшись Вт - магнитной индукцией в сердечнике, при этом первичная обмотка будет состоять из нескольких витков и придется мучиться, наматывая эти витки на сердечник трансформатора. Либо надо рассчитать магнитную индукцию Вт поля, создаваемую проводником с током, в сердечнике. А теперь приступим к расчету трансформатора тока, применяя законы [6]. Вы задаетесь током первичной обмотки трансформатора тока, то есть тем током, который вы будете контролировать в цепи. Пусть будет I1 = 20 А, частота, на которой будет работать трансформатор тока, f = 50 Гц. Возьмем ленточный кольцевой сердечник OJ125/40-10 или (40x25x10 мм), схематично представленный на рис. 4. Размеры: D = 40 мм, d = 25 мм, С = 10 мм. Далее идет два расчета с подробными пояснениями как именно расчитывается трансформатор тока, но слишком большое количество формул затрудняет выложить расчеты на странице сайта. По этой причине полная версия статьи о том как расчитать трансформатор тока была конвертирована в PDF и ее можно скачать воспользовавшись ССЫЛКОЙ. Адрес администрации сайта: [email protected]
soundbarrel.ru Трансформаторы тока | Заметки электрика Здравствуйте, уважаемые читатели сайта «Заметки электрика». Мы уже с Вами много говорили про трансформаторы тока (ТТ) и сегодня я решил открыть новый раздел на сайте, посвященный полностью этой теме. Чтобы начать изучать данный раздел, необходимо точно понимать их смысл и назначение. Самое главное назначение трансформаторов тока — это преобразование первичного переменного тока сети до значений, безопасных для его измерений. Вторым назначением трансформаторов тока является отделение низковольтных приборов учета и реле, подключенных ко вторичной обмотке, от первичного высокого напряжения сети. Этим обеспечивается электробезопасность оперативного и ремонтного персонала электрослужбы. Трансформаторы тока нашли широкое применение в цепях релейной защиты. С помощью трансформаторов тока получают питание токовые цепи защиты. В случае повреждений или ненормальных режимов работы электрооборудования от ТТ зависит правильное и надежное срабатывание устройств релейной защиты. Также трансформаторы тока применяются для питания цепей измерения и учета электроэнергии. Пример 1В первом примере я покажу Вам как выполнен учет электроэнергии на мощном потребителе с током нагрузки примерно 400 (А). Соответственно, при таком большом токе нагрузки подключать электросчетчик и другие приборы учета (амперметр) прямым включением в сеть НЕ ДОПУСТИМО!!! Они сгорят и выйдут из строя. Поэтому в этом случае необходимо применить ТТ с коэффициентом трансформации 400/5 или еще больше. На фотографии ниже показаны низковольтные трансформаторы тока с коэффициентом трансформации 400/5. Они установлены на присоединении отдельного потребителя подстанции напряжением 0,23 (кВ) с изолированной нейтралью. Первичные их обмотки подключены последовательно к силовым выводам фазы «А» и «С» (схема неполной звезды).
А ко вторичным обмоткам ТТ подключен трехфазный счетчик электрической энергии САЗУ-ИТ и щитовой амперметр Э378.
Трехфазный индукционный счетчик САЗУ-ИТ.
Читайте статью о конструкции и схеме подключения подобного трехфазного индукционного счетчика САЗУ-И670М. Вторичные провода выполняются медным проводом сечением 2,5 кв.мм. В начале вторичные провода с трансформаторов тока идут на промежуточный клеммник, а с него уже на приборы учета. На этот же клеммник подключаются цепи напряжения.
Про все действующие схемы подключения счетчика через трансформаторы тока я уже Вам рассказывал и на этом останавливаться сейчас не буду. Вот знакомьтесь: Конечно же, на фото я показал Вам «старенькое» электрооборудование. Но смысл от этого не меняется. Вот так выглядит электрооборудование по современнее.
В этом случае первичные обмотки трансформаторов тока подключены последовательно во всех фазах. Вторичные обмотки соединяются проводами с электросчетчиком через испытательную переходную коробку (КИП). Пример 2Аналогично можно сказать и про цепи релейной защиты. Во втором примере я покажу Вам как выполняется релейная защита на потребителе напряжением 10 (кВ), с током нагрузки примерно 1000 (А). Соответственно, при таком большом токе нагрузки и высоком напряжении сети, подключать реле прямым включением в сеть НЕ ДОПУСТИМО!!! В этом случае нам необходимо применить высоковольтные трансформаторы тока ТПЛ-10 с коэффициентом трансформации 1000/5 (для питания обмоток токовых реле) и измерительные трансформаторы напряжения, например, НТМИ-10, с коэффициентом 10000/100 (для питания обмоток реле напряжения и электросчетчиков).
В релейном отсеке ячейки КРУ установлены токовые реле защиты на базе РТ-40.
На двери релейного отсека размещены трехфазный счетчик СЭТ-4ТМ.03М.01 и щитовой амперметр Э30.
Как выполнено подключение такого счетчика я подробно рассказывал в этой статье: подключение счетчика СЭТ-4ТМ.03М.01 через два трансформатора тока и трансформаторы напряжения в сеть 10 (кВ) С помощью ТТ возможно установить приборы учета и реле, подключенные ко вторичным цепям, на значительные расстояния от контролируемых и измеряемых участков сети. Например, амперметры всех потребителей подстанции, могут быть установлены в удобном и отапливаемом помещении (щитовой или пульте учета) для контроля их нагрузки.
Ниже я представляю Вашему вниманию список статей на тему ТТ (список будет пополняться по мере написания статей):
P.S. Следите за обновлениями, подписывайтесь на выпуски новых статей на сайте (форма подписки в правой колонке). Новость о выходе новой статьи будет приходить Вам прямо на почту. Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями: zametkielectrika.ru Трансформатор тока - устройство, принцип работы, применение
Что такое трансформатор токаТрансформатор тока очень интересная и важная тема в электротехнике. Здравствуй, дорогой читатель. Постараюсь доходчиво и подробно рассказать, что такое трансформатор тока, описать его конструкцию и для чего он нужен. Сильно не заморачивайтесь, трансформатор тока — такой же трансформатор, как и все другие, в основном. Я бы назвал трансформатор тока измерительным трансформатором. Почему измерительным, спросите вы. Отвечаю: все, кто хоть мало-мальски разбирается в основах электротехники или электромонтажа, сталкивался с амперметром (измерительный прибор, показывающий силу тока). Так вот, им вы можете померить маленькие токи по значению. А если мне нужно узнать силу тока, которая больше 600 А? Что делать? Для этого и нужен трансформатор тока. Он понизит большой ток до нужного амперметру значения. В принципе, трансформатор тока, только этим и занимается — он помощник амперметра в измерении силы тока. Устройство трансформатора токаКак я уже говорил выше, трансформатор тока — обычный трансформатор, сердечник и две обмотки, первичная и вторичная. Первичную обмотку, которая содержит небольшое количество витков, включают последовательно в цепь, у которой необходимо измерить ток, а к вторичной, с большим числом витков, подключают амперметр. Так как сопротивление амперметра маленькое, я думаю, что трансформатор тока работает в режиме короткого замыкания, при котором сумма магнитных потоков равна разности потоков, созданных первичной и вторичной обмотками. Принцип работыИзмеряемый ток, протекая по первичной обмотке с маленьким сопротивлением, мы уже знаем, на первичной мало витков, создает на ней небольшое падение напряжения, которое трансформируется во вторичную обмотку. Поскольку число витков вторичной обмотки значительно больше, чем у первичной, то на ней получается большее напряжение при меньшем токе. Чем больше ток, тем меньше напряжение и наоборот. ПрименениеМы уже знаем, что трансформатор тока это друг амперметра, они вместе показывают нам силу тока. Однако, его также можно применить для включения токовых обмоток ваттметров (мощность) и некоторых других приборов. Выводы обмоток трансформатора тока маркируют таким образом: первичная обмотка — Л1 и Л2 (линия), вторичная — И1 и И2 (измеритель). Совет напоследок: вторичную обмотку работающего трансформатора тока не размыкайте. Она всегда должна быть замкнута на прибор или закоротите. Почему так надо делать? При разомкнутом состоянии, образуется большой магнитный поток, который создаст на вторичной трансформатора тока высокое напряжение, опасное для жизни. Ну вот, в принципе, всё, что сегодня я хотел вам поведать об одном из приборов электротехники. Статью дополнили информацией о подключении трансформатора тока. Много полезного, связанного с электромонтажными работами и электротехникой вы можете найти на карте сайта. Пишите комментарии, всего доброго. podvi.ru Что такое и для чего нужен трансформатор токаПри использовании различных энергетических систем возникает необходимость в преобразовании определенных величин в аналоги с пропорционально измененными значениями. Такая операция позволяет воссоздавать процессы в электронных устройствах, гарантируя безопасные учет их потребления. Для этого используется специальное оборудование — трансформатор тока наружной установки.
Когда нужны трансформаторы тока?Измерительные трансформаторы тока предназначены для замера характеристик, ограниченных номинальным напряжением. Последняя величина варьируется от 0.66 до 750 кВ. ТТ широко используются для различных целей:
На практике встречаются различные модели измерительных трансформаторов и в компактных электроприборах с малым корпусом, и в полноценных энергетических установках с огромными габаритами. Классификация и расчетРасчет и выбор трансформаторов тока следует начинать с изучения классификации представленных на рынке устройств. Все ТТ в первую очередь подразделяются на две категории в зависимости от целевого назначения:
Эти же категории, в свою очередь, классифицируются на виды в зависимости от типа подключения:
Все трансформаторы тока могут иметь различный коэффициент трансформации, который получают при изменений количества витков первичной или вторичной обмотки. Также эти устройства различаются по количеству ступеней работы на одноступенчатые и каскадные. Если рассматривать конструктивные особенности, то ТТ могут иметь различную по типу изоляцию:
Также исходя из характеристик конструкции, выделяют катушечные, одновитковые и многовитковые ТТ с литой изоляцией. Как выбрать трансформатор тока наружной установки для счетчика электроэнергии?Расчет и выбор трансформаторов тока для счетчика следует начинать с анализа базовых параметров номинального тока:
При выборе номинального напряжения устройства необходимо подбирать значение превышающие или идентичное максимальному рабочему напряжению. Если рассматривать вариант счетчика 0.4 кВ, то здесь потребуется измерительный трансформатор на 0.66 кВ.  Подключение счетчика через трансформаторы тока представлено на это фото Значение номинального тока вторичной обмотки для того же счетчика, как правило, составляет 5 А. А вот с параметром для первичной обмотки нужно быть осторожнее. От этого значения зависит практически все подключение. Номинальный ток первичной обмотки формуется относительно коэффициента трансформации. Последний следует выбирать по нагрузке с учетом работы в аварийных ситуациях. Согласно официальным правилам устройства электроустановок, допустимо подключение и использование трансформаторных устройств с завышенным коэффициентом трансформации. Класс точности следует выбирать в зависимости от целевого назначения счетчика электричества. Коммерческий учет требует высокий класса точности — 0.5S, а технический учет потребления допускает параметр точности в 1S. Говоря о конструкции ТТ, нужно учесть, что для счетчика с напряжением до 18 кВ используются однофазные или трехфазные ТТ. Для более высоких значений подойдут только однофазные конфигурации. Как осуществляется подключение измерительного ТТ тока для счетчика? Обозначение на схеме Специалисты не рекомендуют осуществлять подключение счетчика с помощью трехфазного ТТ. Это обусловлено его несимметричной магнитной системой и увеличенной погрешностью. В этом случае оптимальным вариантом будет группа из 2 однофазных приборов, соединенных в неполный треугольник.  Подробнее изучить классификацию, базовые параметры и технические требования на подключение и расчет ТТ для счетчика электроэнергии можно в ГОСТ 7746-2001. Похожие статьиinfoelectrik.ru |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
К примеру, рассмотрим трансформатор Тесла, где через ТТ течет ток в 500А. Если у нас 1 виток в первичной обмотке ( да, просто пропущенный через кольцо провод считается за один виток), а во вторичной обмотке — 1000 витков, то ток во вторичной обмотке окажется равным 0.5А. Если мы возьмем сопротивление R1 = 2ом, то при полном токе на нем будет падать 1вольт.
