Меню

Трансформатор постоянного тока невозможен

Постоянный ток: грядёт ли революция?

Гениальный изобретатель Томас Эдисон сделал ставку на постоянный ток и проиграл. Но сегодня постоянный поток ищет новых чемпионов.

Томас Эдисон считается одним из величайших изобретателей в истории. Являясь создателем таких изобретений, как фонограф и электрическая лампочка, он имеет 1093 патента на свое имя. Эдисон запустил свою первую электростанцию в 1882 году, которая, среди прочего, обеспечивала электроэнергией Уолл-стрит в Нью-Йорке. Электростанция использовала постоянный ток.

Одновременно сотрудник Эдисона Никола Тесла успешно развивал динамо-машину. Но у хорватского ученого была другая идея. Вместо постоянного тока Тесла сосредоточился на развитии переменного тока. После спора с Эдисоном, Тесла продолжил свою работу с соперником Эдисона Джорджем Вестингхаусом. Переменный ток показывал очевидные преимущества. Для передачи на большие расстояния напряжение может быть легко отрегулировано с помощью трансформаторов. Используемый кабель также может быть тоньше и, следовательно, дешевле. Вместо признания этих преимуществ и поддержки переменного тока, Эдисон настаивал на своем и пытался дискредитировать своих конкурентов. Эдисон утверждал, что недавно изобретённое электрическое кресло было оснащено технологией его соперников. Его послание было простым: переменный ток обречен. Хотя его кампания была успешной, победа Эдисона длилась недолго. Чикагская всемирная ярмарка 1893 года была оснащена оборудованием, использующим переменный ток, предвещая покорение электрической революции 20-го века.

Постоянный ток: возрождение старой технологии

Сегодня, спустя 86 лет после смерти Эдисона, есть признаки того, что великий изобретатель не так уж и ошибался относительно постоянного тока, как когда-то считали люди. Идеи Эдисона становятся снова актуальными, так как ряд последних событий делает постоянный ток более привлекательным.

Раньше электричество производилось переменным током в генераторах крупных угольных или атомных электростанций, а также в гидротурбинах. Они распределяют энергию через сеть переменного тока. Трансформаторы позволяют увеличить напряжение до нескольких сотен тысяч вольт, удерживая ток в кабелях. Но сейчас ряд поставщиков электроэнергии становятся на путь использования постоянного тока. К ним относятся, например, солнечные электростанции, которые обычно поддерживаются батареями или электрохимическими системами хранения. Преобразование постоянного тока в переменный неизбежно связано с потерями, что делает сеть постоянного тока лучшим выбором для этих поставщиков.

Централизованное и децентрализованное энергоснабжение

Крупные электростанции уже давно доминируют в сегменте поставщиков электроэнергии, централизованно распределяя свою энергию в окружающие районы. Но рост использования возобновляемых источников энергии приводит к тому, что сеть становится более децентрализованной и более локальной, причем электричество часто потребляется там, где оно генерируется.

Преимущества переменного тока здесь бесполезны. Но даже на больших расстояниях переменный ток не идеален. Потери при передаче электроэнергии на расстоянии значительно увеличились. Именно поэтому Китай строит сложные электросети на основе высоковольтных линий передачи постоянного тока (также известных как HVDC), которые способны передать большое количество энергии от гидроэлектростанций в глубине страны к шумным городам на побережье. В Германии правительство также планирует построить две подобные линии для передачи избыточной энергии ветра с побережья на юг. Линии передачи HVDC в два раза дороже, чем обычные системы. Однако из-за меньших потерь энергии эти расходы окупают себя с расстояния около 400 километров или всего 60 километров в случае плавучих ветропарков.

Линии HVDC в настоящее время являются чрезвычайно надежными. Высокопроизводительная электроника позволила достичь прогресса в преобразовании энергии, что позволяет конвертировать прямые токи до 800 000 вольт без трансформатора.

Электричество в жилых домах и на фабриках распределяется либо по низковольтным электросетям, либо через штепсельные разъемы, либо через трехфазные токовые соединения. Все большее количество электроприборов требует постоянного тока. Компьютеры, светодиодные лампы и другие электронные устройства работают на постоянном токе и ранее требовали трансформатора для преобразования. В ближайшие годы к этому списку добавятся электромобили. В промышленном оборудовании все чаще используются преобразователи частот со звеном постоянного тока для регулирования скорости. Сети постоянного тока с преобразованием центрального напряжения сделают все эти трансформаторы ненужными. На данный момент в автомобильной промышленности уже есть пилотные проекты, в которых комплексное производственное оборудование функционирует исключительно с постоянным током. У них также есть батареи для кратковременного хранения энергии.

Увеличение потерь энергии при использовании постоянного тока

Наиболее убедительным аргументом в пользу этого изменения является эффективность. Когда угольные и атомные электростанции подают напряжение в сеть с переменным током, который затем потребляется непосредственно лампочками и пылесосами, его эффективность составляет около 65 %. Другими словами, около трети электрической энергии теряется, например, за счет потерь тепла.

Сегодня ситуация заметно усугубилась. В результате использования фотогальванических систем и электростанций, наряду с увеличением использования батарей, все больше и больше электроэнергии подается в сеть, которая сначала должна быть преобразована из постоянного тока в переменный, что приводит к ее потерям. Потребители также страдают. Нагревающиеся адаптеры являются свидетельством потерь энергии. Это означает, что эффективность нашей энергосети составляет всего лишь 56 %. Следовательно, необходимо фундаментальное переосмысление этих процессов.

Альтернативой является использование технологий постоянного тока (DC), таких как высоковольтные линии передачи постоянного тока (HVDC) для подачи электроэнергии на большие расстояния, вместе с низковольтными сетями постоянного тока в домашних хозяйствах и промышленности. Они могут быть напрямую подключены к электронным устройствам или промышленным приводам без необходимости использования адаптера или трансформатора. При использовании фотогальванической системы на крыше жилого дома и электромобиля в гараже эффективность будет непревзойденной. Электрическая сеть, систематически настроенная на постоянный ток, обеспечит общую эффективность в 90 %. Если эффективность будет всего на 10 % выше, тогда две крупнейшие угольные электростанции в Германии могут быть отключены. Это позволит сэкономить 63 миллиона тонн CO2, или 12 % от общего объема выбросов электростанций в Германии. Для оксидов азота этот показатель еще выше — 29 %.

Технические и экономические проблемы перехода на постоянный ток

Технические и экономические проблемы перехода на постоянный ток

Несмотря на то, что высоковольтная передача постоянного тока в настоящее время является проверенной и общепринятой технологией, по-прежнему существует ряд технических и экономических вопросов, в том числе о сетях с низким напряжением, на которые необходимо ответить:

  • Сможет ли постоянный ток заменить переменный в широком спектре применений?
  • Будут ли обе технологии продолжать существовать одновременно друг с другом?
  • Как могло бы выглядеть подобное сосуществование?
  • Какие технические и экономические препятствия необходимо преодолеть?
  • Какие меры безопасности будут необходимы и одновременно эффективны?
  • Какие изменения потребовал бы переход на постоянный ток в сети и как это повлияет на потребителей?

Преимущества такого «переключения» настолько значительны, что не может быть никаких сомнений в том, что приближается смена парадигмы. Обладая серьезным опытом в области разработки соединительных технологий, LAPP сразу же занимает здесь ведущее положение.

Компания является ассоциированным партнером в рамках проекта DC-INDUSTRIE, входящего в 6-ю программу исследований энергетики, которая проводится федеральным министерством экономики и энергетики Германии (BMWi). Исследовательский проект DC-INDUSTRIE посвящен вопросу о том, как можно создать сети постоянного тока с центральным процессом конверсии в качестве альтернативы энергосбережению, особенно при эксплуатации оборудования на производственных линиях, а также о том, как лучше использовать возобновляемые источники энергии.

Источник



Существует ли трансформатор постоянного тока?

Нет.
Это фундаментальное свойство трансформатора — он может работать ТОЛЬКО на переменном токе. Именно переменное магнитное поле способно наводить ЭДС в неподвижном проводнике (вторичная обмотка). Постоянное поле создаёт эдс только в движущемся проводнике, и такая хреновина называется генератор.
Для преобразования постоянного тока в другой постоянный применяются DC-DC преобразователи (это стандартные электронные компоненты), где сначала постоянный ток преобразуется в переменный (импульсный), этот переменный уже подаётся на транформатор, а на выходе трансформатора опять выпрямитель.

Добавка для Александра Ефимова: то что Вы тут описали, строго говоря не является трансформатором ПОСТОЯННОГО тока. Потому как эдс во вторичной обмотке наводится в момент ИЗМЕНЕНИЯ тока в первичной, и при выключении тока в первичной выключится и ток во вторичной. Кроме того, таким образом невозможно передавать МОЩНОСТЬ, для чего, собсно, и нужен трансформатор.

Читайте также:  Транзистор имеет коэффициент передачи тока 100

Да есть! Называется индукционный датчик тока. А ещё бывает и диффиренциальный трансформатор постоянного тока. Оба используются много где, из известного мне — на электропоездах постоянного тока.

Первый — представляет из себя два кольца из электротехнической стали, обмотанные проводом как обычный транс. По этому проводу проходит переменный ток, в данном случае с частотой 50 Гц. Второе кольцо так же, это два независимых дросселя через них, внутри кольца, проходит провод от тяговых двигателей с током. Обмотки на диодном мосту, в блоке измерения, включены встречно. У дросселя есть свойство линейно менять свое индукивное сопротивление, в зависимости от подмагничивания, которое создаёт провод с постоянным током внутри колец. Два кольца с обмотками и образуют собой транс тока. Ток увеличился — упало индуктивное сопротивление — возрасло напряжение на измерительном мосту. С падением тока всё наоборот.

Второй тип — это самый обычный трансформатор. Две первичные и одна вторичная обмотка. Первичные обмотки включены последовательно, и представляют из себя провод от плюса двигателей и встречный провод по минусу двигателей. Третья обмотка многовитковая, идёт прямо в блок диффзащиты. Работает он так — если токи ОДИНАКОВО НАРАСТАЮТ и ОДИНАКОВО СПАДАЮТ, то на третьей обмотки ток не наводится, защита не срабатывает. В случае же пробоя какого-то двигателя на корпус, по плюсу питания ток нарастёт быстро, а вот по минусу — с задержкой. Из-за этого на третьей обмотке наведётся ЭДС — т. к. произошло перемагничивание сердечника, а значит и полуволна тока. Это приведёт к срабатыванию дифф. защиты.

Источник

Трансформатор постоянного тока , Трансформатор постоянного тока

Electrician

Просмотр профиля

Группа: Пользователи
Сообщений: 44
Регистрация: 30.6.2006
Из: Видное
Пользователь №: 5957

Flash

Просмотр профиля

Группа: Модераторы
Сообщений: 630
Регистрация: 14.10.2006
Из: г. Белгород
Пользователь №: 7130

SergAn

Просмотр профиля

Группа: Пользователи
Сообщений: 552
Регистрация: 13.12.2006
Из: Н.Новгород
Пользователь №: 7881

кварк

Просмотр профиля

Группа: Пользователи
Сообщений: 5
Регистрация: 20.7.2007
Пользователь №: 9045

ЭВОКС

Просмотр профиля

Группа: Модераторы
Сообщений: 161
Регистрация: 25.7.2006
Из: Камчатка
Пользователь №: 6193

Продолжайте, мне очень интересно, я о таком не слышал. Да и другим думаю то же интересно.

Понижающий трансформатор постоянного тока называется «резистивный делитель напряжения» — единственное устройство, не превращающее постоянный ток во-что-то-там и обратно.
Существуют электронные повышающие стабилизаторы.
Электронный DC-DC конвертор — фактически трансформатор постоянного напряжения, а не тока.
Для питания ламповой радиоаппаратуры от низковольтных батарей применялись вибропреобразователи или умформеры. Тоже своего рода трансформаторы.
Короче, все устройства, которые с натяжкой можно назвать «трансформаторы постоянного тока», используют двух- и более ступенчатое преобразование постоянный ток — что-то там еще — постоянный ток.

Flash

Просмотр профиля

Группа: Модераторы
Сообщений: 630
Регистрация: 14.10.2006
Из: г. Белгород
Пользователь №: 7130

Его полный аналог в цепях переменного тока — автотрансформатор, но несмотря на присутствие в названии слова «трансформатор» гальванической развязки с сетью нет, и «трансформации», как таковой, тоже.

Electrician
Может это вас когда-то и смутило?

Вот уж точно. Если уж разбираться с терминологией, надо называть кошку — кошкой, а не «тигром на транзисторах» И трансформатор по определению:
Трансформатор (от лат. transformo — преобразую) — статическое (не имеющее подвижных частей) устройство по преобразованию переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте без существенных потерь мощности, основанного на принципе электромагнитной индукции. (из Википедии)

И для «трансформатора постоянного тока» должен быть свой термин. Меня устраивает » DC-DC преобразователь». По крайней мере понятно. А то мутят неокрепшие умы самоизобретенной терминологией. Уфологи несчастные.

topik

Просмотр профиля

Группа: Пользователи
Сообщений: 2
Регистрация: 17.9.2007
Пользователь №: 9444

Народ, вы не поняли, что было сказано, и пошли городить огород. Остановитесь, вспомните, что говорил ваш преподаватель ТОЭ.

По порядку. Обычный трансформатор переменного тока Гопкинсона со стальным сердечником или без него (Яблочкова) может трансформировать постоянный ток. Написал это умный человек.

А вот то, что это никому не нужно, — вранье: все часто этим пользуются.

Всевозможные активные (имеющие свой источник питания, от которого получают энергию) устройства оставьте в покое (гираторы и пр.). Измерительные трансформаторы тоже не пытайтесь привлечь, если не представляете себе работу рассматриваемого трансформатора — они работают точно так же, и не фантазируйте.

Нарушаются ур-ния Максвелла? Серьезное заявление! Никто пока вот так громко не заявлял. Просим представить известные нарушения. Или не бросать Максвеллу перчатку, что вернее будет.

И вообще: в воскресенье голова тоже ведь должна работать? А ну-ка, создайте теорию работы тр-ра Гопкинсона на постоянном токе. И обоснуйте, заодно, почему меньше за электроэнергию платить придется?

Кто первый? А если есть кто по Максвеллу — слово вне очереди!

doro

Просмотр профиля

Группа: Пользователи
Сообщений: 628
Регистрация: 28.3.2007
Из: Краснодар
Пользователь №: 8432

doro

Просмотр профиля

Группа: Пользователи
Сообщений: 628
Регистрация: 28.3.2007
Из: Краснодар
Пользователь №: 8432

Прикидываем. Берем измеритель с сопротивлением 20 кОм/В. Шкала 100 В. Измеряемое напряжение — 1000 В. Делитель — 1/10; т.е. верхнее плечо делителя — (20 000 * 100* 10)=200 мОм. Ужос...
Даже старинные щитовые киловольтметры имеют добавочные сопротивления в мегомы. Это для постоянного тока.

Ulter

Просмотр профиля

Группа: Пользователи
Сообщений: 49
Регистрация: 18.9.2007
Пользователь №: 9445

Идея с магнитным усилителем — ложная.

Начнем с начала. Основное уравнение трансформатора помните?

Второе. Применяем иммитансный подход. Для тех, кто не слышал об иммитансах, поясняю, что речь идет о дуальных (взаимно противоположных, но связанных аналогичными уравнениями) импедансе и кондактансе. Комплексных соответственно сопротивлении и проводимости.

Оказывается, что уравнения цепей, содержащих реактивности, похожи, если под индуктивностью иметь в виду емкость, под сопротивлением — проводимость, под напряжением — ток. Проверьте или вспомните. Поэтому имеет смысл говорить об обобщенном импедансе-кондактансе, получившим название иммитанса.

Тот, кто отрицает возможность прохождения постоянного тока через трансформатор с изменением его величины в коэффициент трансформации раз, тот в дуальном случае отрицает возможность наличия постоянного напряжения на конденсаторе. Есть такие? Нет? А о чем раньше думали? Или эквивалентного замещения цепей не проходили. Проходили? А дуального замещения?

Особенно на низких и инфранизких частотах, где добротность катушки индуктивности при использовании известных нам материалов ничтожно мала и применяют гираторы (gyrator), на одну пару выводов которого вешают конденсатор, а на другой его ощущают как индуктивность. Проводимость конденсатора при этом ощущается как последовательное сопротивление катушки. Но нужен операционник, активное (усилительное) устройство, а ему — источник питания.

Третье. Кто правильный сделает вывод из того, что постоянный ток через конденсатор не может протекать? А что в дуальном случае? Неужто вывод, что трансформатор не может трансформировать постоянное напряжение? (Мы, правда, говорим о трансформации постоянного тока, поэтому этот вопрос offtopic.)

Думайте, и на провокации не попадайтесь. В том числе и приведенные здесь. А также и в литературе, особенно переводной, которую обычно пишут тамошние университетские профессора, никогда не знавшие с что с чего начинается. Да и наши некоторые.

doro

Просмотр профиля

Группа: Пользователи
Сообщений: 628
Регистрация: 28.3.2007
Из: Краснодар
Пользователь №: 8432

Идея с магнитным усилителем — ложная.

Начнем с начала. Основное уравнение трансформатора помните?

Второе. Применяем иммитансный подход. Для тех, кто не слышал об иммитансах, поясняю, что речь идет о дуальных (взаимно противоположных, но связанных аналогичными уравнениями) импедансе и кондактансе. Комплексных соответственно сопротивлении и проводимости.
Иммитансный, импедансный, контрадансный, гиратансный, и прочие подходы, где вешают лапшу на уши, мы проходили, Под

Оказывается, что уравнения цепей, содержащих реактивности, похожи, если под индуктивностью иметь в виду емкость, под сопротивлением — проводимость, под напряжением — ток. Проверьте или вспомните. Поэтому имеет смысл говорить об обобщенном импедансе-кондактансе, получившим название иммитанса.

Иммитансный, импедансный, контрадансный, гиратансный, и прочие подходы, где вешают лапшу на уши, мы проходили, Под индуктивностью можно подразумевать емкость, под сопротивлением — проводимость, под завтраком — ужин и т.п. Но не сбивайте почтенную публику с толку. Подобная чушь уместна за 10-12 кружкой пива, но не в почтенном собрании.
А постоянное напряжение на конденсаторе — какие проблемы?

Читайте также:  По графикам зависимости силы тока от напряжения определите сопротивление каждого проводника 1277

Anatoli

Просмотр профиля

Группа: Пользователи
Сообщений: 1306
Регистрация: 23.9.2006
Из: Киевская обл
Пользователь №: 6893

Ulter

Просмотр профиля

Группа: Пользователи
Сообщений: 49
Регистрация: 18.9.2007
Пользователь №: 9445

Ну, такой плохой подготовки мне не пришло в голову ожидать.

Мой вопрос, не означает ли невозможность протекания постоянного тока через конденсатор того, что так же невозможна трансформация постоянного напряжения в трансформаторе Гопкинсона, имеет только один ответ: именно так — означает. ОНА НЕВОЗМОЖНА. Постоянное напряжение трансформироваться может лишь в одном случае, совершенно в большинстве случаев не интересном на практике — когда рабочий поток (слышали о таком?) линейно нарастает во времени. Во всех остальных практически важных случаях постоянное напряжение НЕ трансформируется, включая и ИИП (инверторы).

Не надо фантазий — тогда бы и не попались на удочку: все фразы вместе и каждая в отдельности в моем предыдущем сообщении — истинны (верны).

Даю еще раз возможность показать свои мыслительные способности пропустившим занятия по электротехнике и доказать, что трансформатор МОЖЕТ и ОБЯЗАН трансформировать постоянный ток, что можно будет прямо показать включением двух амперметров магнитоэлектрической системы в первичную и вторичную обмотки трансформатора. Один покажет 1 А, а другой — 10 А (если n=10:1). Изменим ток во вторичной обмотке простым реостатом, что был у вас на стендах в лаборатории электротехники, например, до 3 А — и ток в первичной станет 0,3 А. Сделаем 0 — и в первичной будет тоже 0.

Всякий, кто не захочет думать сам, получит ответ не позже моего следующего выхода по этой теме, но кто-то может и опередить меня — ему это зачтется, поскольку даже некоторые преподаватели электротехники, имеющие ученые звания доцента и профессора, до сих пор этого не знают, а те, кому довелось ставить эксперимент, чесали репу не более 5 с — а как же иначе? — восклицали они. Ведь есть же основное уравнение трансформатора! Если ток во вторичной цепи — постоянный, то и в первичной он будет постоянным.

Напомню основное уравнение трансформатора в комплексах, нет, лучше в мгновенных значениях, чтобы всякая белиберда по поводу временнОго или спектрального представления, больше не появлялась: они с точностью до нормирующего множителя связаны Фурье-преобразованием и не надо тут ля-ля своим ребятам про вечности да бесконечности.

Ф1(t) + Ф2(t) = Фо(t) (словами: сумма мгновенных потоков первичной и вторичной обмоток равна рабочему потоку трансформатора в любой момент времени).

А пока заставлю задуматься тех, кто согласился бы с описанием процессов в однотактном инверторе, что на вторичной обмотке появляется постоянное напряжение (в том числе и в катушке зажигания, которая по-английски называется choke — дроссель: она и на самом деле дроссель, как и в однотактном инверторе, т.е. дословно НАКОПИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ): а зачем тогда мы ставим вентиль (дословно — невзаимный элемент, в данном случае — пропускающий ток только одно направления, например, п/п диод, но м.б. и СВЧ-вентиль на эффекте Фарадея и др.) ?

На 10. 12 пива могу согласиться. С постоянным напряжением на конденсаторе, как уже ответил выше, проблем никаких, точно также как с трансформацией постоянного тока — он трансформируется.

Здесь для любознательных отмечу, что в конденсаторе тоже можно получить постоянный ток (подайте на него линейно изменяющееся во времени напряжение, так чтобы производная от него по времени была константой), но этот случай, как и описанный здесь выше с постоянным напряжением трансформатора, тоже не будет иметь практического применения, если только речь не идет о конечной длительности процесса — тогда можно.

Для конденсатора это всё потому, что токи смещения (утечку мы не рассматриваем — берем хороший конденсатор) — единственные токи, способные протекать между пластинами, а они по ур-ниям Максвелла есть производная по времени. Поэтому постоянное напряжение на конденсаторе породит постоянный ток, точно равный нулю (как производная от константы).

Кстати, никто не возражает против применения принципа суперпозиции при рассмотрении трансформатора/конденсатора, когда прохождение отдельных спектральных составляющих можно рассматривать независимо? Если есть возражения, то сообщу, что коэффициент корреляции (соответствия) между ними в линейном (нелинейность пока оставим за бортом) случае — а именно интеграл от произведения любых коррелирующих ф-ций — всегда будет равен нулю, если частоты не совпадают, и плюс-минус произведениям их амплитуд, если совпадают.

Ну, а это из четырех букв на «м» мы отгадаем за обещанными 10. 12 кружками — мне удалось правильно поймать мысль? Ответивший правильно — пива не ставит, он его только потребляет.

Источник

Что нужно знать о трансформаторах тока

В статье читатель узнает, что такое трансформатор тока, где они применяются. Мы постараемся дать краткую характеристику видам и типам устройства, объясним принцип действия. Также предлагаем ознакомиться с видеороликом в конце текста для лучшего понимания материала.

Без такого привычного устройства современный мир был бы невозможен в том виде, каком мы к нему привыкли. Его задача – помочь передавать энергию на большие расстояния. Тех, кто дочитает материал до конца, ждет приятный бонус: файл с книгой о трансформаторах тока Афанасьева А.А. По любым вопросам не стесняйтесь писать в комментариях, опытные эксперты будут рады вам помочь.

Что нужно знать о трансформаторах тока

Что это за устройство

Трансформатор представляет собой устройство, которое преобразовывает напряжение переменного тока (повышает или понижает). Состоит трансформатор из нескольких обмоток (двух или более), которые намотаны на общий ферромагнитный сердечник.

Если трансформатор состоит только из одной обмотки, то он называется автотрансформатором. Современные трансформаторы тока бывают: стержневыми, броневыми или тороидальными. Все три типа трансформаторов имеют похожие характеристики, и надежность, но отличаются друг от друга способом изготовления.

В трансформаторах стержневого типа обмотка намотана на сердечник, а в трансформаторах стержневого типа обмотка включается в сердечник. В трансформаторе стержневого типа обмотки хорошо видны, а из сердечника видна только нижняя и верхняя часть.

Сердечник броневого трансформатора скрывает в себе практически всю обмотку. Обмотки трансформатора стержневого типа расположены горизонтально, в то время как это расположение в броневом трансформаторе может быть как вертикальным, так и горизонтальным. Независимо от типа трансформатора, в его состав входят такие три функциональные части: магнитная система трансформатора (магнитопровод), обмотки, а также система охлаждения.

Трансформатор тока

Это устройство, первичная обмотка которого последовательно включена в рабочую цепь, а вторичная служит для проведения измерений. Подобные устройства используются не только в лабораториях для оценки величин. Истинное место трансформаторов тока возле электростанций, где они помогают контролировать режимы, внося коррективы в процесс эксплуатации оборудования.

Достаточно часто трансформаторы используются при передаче электроэнергии на дальние расстояния. Непосредственно на электрогенерирующих предприятиях они позволяют существенно повысить напряжение, которое вырабатывается источником переменного тока.

Повышая напряжение до 1150 кВт, трансформаторы обеспечивают более экономную передачу электроэнергии: значительно снижаются потери электричества в проводах и появляется возможность уменьшить площадь сечения кабелей, используемых в линиях электропередач.

Область применения

Трансформаторы получили широкое распространение, как в промышленности, так и в быту. Одной из основных областей их промышленного применения является передача электроэнергии на дальние расстояния и ее перераспределение.

Не менее известны сварочные (электротермические) трансформаторы. Как видно из названия, данный тип устройств применяется в электросварке и для подачи питания на электротермические установки. Трансформаторы тока принято классифицировать по роду тока. Измеряемое напряжение различается по роду. Для проведения измерений в цепи постоянного тока используется нарезка сигнала на импульсы. Напрямую трансформация невозможна:

  • для переменного тока;
  • для постоянного тока.

По назначению: мы уже сказали, что часто трансформаторы тока применяются для измерений (к примеру, кВт ч). Называют системы, где требуется защитить персонал для повышения безопасности.

Читайте также:  Мощность в цепи переменного тока активная реактивная полная коэффициенты мощности

Также достаточно широкой областью применения трансформаторов является обеспечение электропитания различного оборудования. Трансформаторы делят в зависимости от назначения. Выносные измерительные трансформаторы тока используются для обеспечения работоспособности цепей учета электроэнергии защиты энергетических линий и силовых автотрансформаторов. В зависимости от выполняемых функций различают следующие виды:

  • измерительные — подающее ток на приборы измерения и контроля;
  • защитные — подключаемые к защитным цепям;
  • промежуточные — используется для повторного преобразования.

Они имеют различные размеры и эксплуатационные показатели. Могут размещаться в корпусах небольших приборов или являться отдельными, габаритными устройствами.

Что нужно знать о трансформаторах тока

Принцип работы устройства

Принцип работы трансформатора основан на эффекте электромагнитной индукции. Классическая конструкция состоит из металлического магнитопровода и электрически не связанных обмоток, выполненных из изолированного провода. Та обмотка, на которую подается электроэнергия, называется первичной. Вторая — подсоединённая к устройствам, потребляющим ток, называется вторичной.

Что нужно знать о трансформаторах тока

Соотношение между входным и выходным напряжением трансформатора прямо пропорционально отношению количества витков соответствующих обмоток. Эта величина называется коэффициентом трансформации: Ктр=W1/W2=U1/U2, где:

  • W1, W2 — количество витков первичной и вторичной обмоток соответственно;
  • U1, U2 — входное и выходное напряжения соответственно.

Обмотки могут быть расположены либо в виде отдельных катушек, либо одна поверх другой. У маломощных устройств обмотки выполняются из провода с хлопчатобумажной или эмалевой изоляцией.

Микротрансформатор имеет обмотки из алюминиевой фольги толщиной не более 20—30 мкм. В качестве изолирующего материала выступает оксидная пленка, полученная естественным окислением фольги. Подробнее принцип работы трансформатора тока рассмотрен в видеоролике:

Вкратце принцип работы и устройство трансформатора тока заключается в подаче питания от источника электричества. Наиболее актуальным является использование для снижения первичных показателей тока до величины, применяемой в измерительных и защитных цепях, сигнализации и управления.

Во вторичной обмотке отмечаются показатели тока 5 А или 1 А. Измерительные устройства подключаются к вторичной обмотке, а к первичной подключается цепь, в которой измеряют ток. Для расчета тока во второй обмотке используют показания в первичной обмотке и делят на коэффициент трансформации.

Режимы работы трансформатора

Существуют такие три режима работы трансформатора: холостой ход, режим короткого замыкания, рабочий режим. Трансформатор «на холостом ходу», когда выводы от вторичных обмоток никуда не подключены.

Если сердечник трансформатора изготовлен из магнитомягкого материала, тогда ток холостого хода показывает, какие в трансформаторе происходят потери на перемагничивание сердечника и вихревые токи.

В режиме короткого замыкания выводы вторичной обмотки соединены между собой накоротко, а на первичную обмотку подают небольшое напряжение, с таким расчетом, чтобы ток короткого замыкания был равен номинальному току трансформатора.

Величину потерь (мощность) можно посчитать, если напряжение во вторичной обмотке умножить на ток короткого замыкания. Такой режим трансформатора находит свое техническое применение в измерительных трансформаторах.

Схема работы трансформатора

Если подключить нагрузку к вторичной обмотке, то в ней возникает ток, индуцирующий магнитный поток, направленный противоположно магнитному потоку в первичной обмотке. Теперь в первичной обмотке ЭДС источника питания и ЭДС индукции питания не равны.

Поэтому ток в первичной обмотке увеличивается до тех пор, пока магнитный поток не достигнет прежнего значения. Для трансформатора в режиме активной нагрузки справедливо равенство:

где U2, U1 – мгновенные напряжения на концах вторичной и первичной обмоток, а N1, N2 – количество витков в первичной и вторичной обмотке.

Если U2> U1, трансформатор называется повышающим, в противном случае перед нами понижающий трансформатор. Любой трансформатор принято характеризовать числом k, где k – коэффициент трансформации.

Виды и типы трансформаторов

Трансформаторы — это достаточно широко распространенные устройства, поэтому существует множество их разновидностей. По конструктивному исполнению и назначению они делятся на несколько видов.

  1. Автотрансформаторы.
  2. Импульсные трансформаторы.
  3. Разделительный трансформатор.
  4. Пик-трансформатор.

Стоит выделить способ классификации трансформаторов по способу их охлаждения. Различают сухие устройства с естественным воздушным охлаждением в открытом, защищенном и герметичном исполнении корпуса и с принудительным воздушным охлаждением.

Виды трансформаторов

Устройства с жидкостным охлаждением могут использовать различные типы теплообменной жидкости. Чаще всего это масло, однако встречаются модели, где в качестве теплообменного вещества используется вода или жидкий диэлектрик.

Кроме того, производят трансформаторы с комбинированным охлаждением жидкостно-воздушным. При этом каждый из способов охлаждения может быть как естественным, так и с принудительной циркуляцией. Трансформаторы тока имеют три основных вида. Наиболее применяемые из них:

  1. Сухие.
  2. Тороидальные.
  3. Высоковольтные (масляные, газовые).

Что нужно знать о трансформаторах тока

Тороидальные исполнения трансформаторов устанавливают на шины или кабели. Поэтому первичная обмотка для них не нужна, в отличие от обычных трансформаторов напряжения и тока. Первичный ток протекает по шине, которая проходит в центре трансформатора. Он дает возможность вторичной обмотке фиксировать показатели тока.

Такие трансформаторы тока редко используются для замера параметров тока, так как их надежность и точность измерений оставляет желать лучшего. Они чаще используются для дополнительной защиты от короткого замыкания.

Характеристики трансформаторов

К основным техническим характеристиками трансформаторов можно отнести:

  • уровень напряжения: высоковольтный, низковольтный, высоко потенциальный;
  • способ преобразования: повышающий, понижающий;
  • количество фаз: одно- или трехфазный;
  • число обмоток: двух- и многообмоточный;
  • форму магнитопровода: стержневой, тороидальный, броневой.

Один из основных параметров — это номинальная мощность устройства, выраженная в вольт-амперах. Точные граничные показатели могут несколько различаться в зависимости от количества фаз и других характеристик. Однако, как правило, маломощными считаются устройства, преобразовывающие до нескольких десятков вольт-ампер.

Приборами средней мощности считаются устройства от нескольких десятков до нескольких сотен, а трансформаторы большой мощности работают с показателями от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт-ампер.

Рабочая частота – различают устройства с пониженной частотой (менее стандартной 50 Гц), промышленной частоты – ровно 50 Гц, повышенной промышленной частоты (от 400 до 2000 Гц) и повышенной частоты (до 1000 Гц).

Работа трансформатора

Параметры трансформаторов тока

При выборе для работы в тандеме с трёхфазным счётчиком первым делом обращают внимание на коэффициент трансформации. Ряд значений стандартизирован, и нужно выбирать приборы, способные работать в паре. Выше говорилось, что в иных случаях коэффициент трансформации возможно менять, и нужно этим пользоваться.

Помимо рабочего напряжения роль играет ток в первичной обмотке (исследуемой сети). Понятно, что с ростом увеличивается нагрев, и однажды токонесущая часть может сгореть. Это требование не столь актуально для трансформаторов без первичной обмотки. Номинальный вторичный ток обычно равен 1 либо 5 А, что служит критерием для согласования с сопрягаемыми устройствами.

Полагается обращать внимание на сопротивление нагрузки в цепи измерения. Вряд ли найдётся счётчик, выбивающийся из общего ряда, но нужно контролировать момент. В противном случае не гарантируется точность показаний. Коэффициент нагрузки обычно не ниже 0,8.

Это уже касается измерительных приборов, с индуктивностями в составе. ГОСТ нормирует значение в вольт-амперах. Для получения сопротивления в омах требуется поделить цифру на квадрат тока вторичной обмотки.

Предельные режимы работы обычно характеризуются током электродинамической стойкости, возникающим при коротком замыкании. В паспорте пишут значение, при котором прибор проработает сколь угодно долго без выхода из строя.

Что нужно знать о трансформаторах тока

Остаётся лишь произвести операцию умножения. Указанный параметр не касается приборов без первичной обмотки. Вдобавок определяется ток термической стойкости, который трансформатор выдерживает без критического перегрева. Этот вид устойчивости способен выражаться кратностью.

Отличие трансформатора тока от трансформатора напряжения

Одним из некоторых отличий является способ создания изоляции между двумя обмотками. Первичную обмотку в трансформаторах тока изолируют соответственно параметрам принимаемого напряжения. Вторичная обмотка имеет заземление.

Что нужно знать о трансформаторах тока

Для трансформатора напряжения при коротком замыкании его работа опасна из-за риска возникновения аварии. Для трансформатора тока такой режим работы вполне приемлемый и безопасный. Хотя бывают у таких трансформаторов также угрозы аварии, но для этого устанавливают свои системы и средства защиты.

Заключение

Надеемся, что теперь вам полностью понятен принцип работы трансформаторов тока. Предлагаем скачать файл с книгой о трансформаторах тока Афанасьева А.А., в котором подробно рассмотрены все нюансы работы с трансформаторами тока. Если хотите регулярно узнавать новую информацию по этой теме, а также по теме металлоискателей и радиодеталей: подписывайтесь на нашу группу в социальной сети «Вконтакте».

Источник