Трансформатор напряжения принцип работы: Область применения и принцип действия трансформаторов напряжения

Разное

Содержание

Область применения и принцип действия трансформаторов напряжения

Они встречаются везде, где присутствует необходимость преобразовать высокое напряжение сети в пропорционально более низкое значение. В этом и есть их назначение: преобразование величины напряжения. ТН-ы используют для:

  • уменьшения величины напряжения до величины, которую безопасно и удобно использовать в цепях измерения (вольтметры, ваттметры, счетчики), защиты, автоматики, сигнализации
  • защиты от высокого напряжения вторичных цепей, а следовательно и человека
  • повышения напряжения при испытаниях изоляции различного эо
  • на подстанциях ТН используют для контроля изоляции сети, работы в составе устройства сигнализации или защиты от замыканий на землю

Если бы не существовало трансформаторов напряжения, то, например, чтобы измерить напряжение на шине 10кВ, пришлось бы сооружать супермощный вольтметр с изоляцией, выдерживающей 10кВ. А это уже габариты ого-го. А ещё плюс к этому необходимо соблюсти точность измерений. Проблемка, но и это не всё. Если в таком приборе что-то коротнет, то электрик ошибается однажды…. при выборе профессии. 10кВ, а ведь есть и 750кВ, как там померить? Загвоздочка. Поэтому отдаем почести изобретателям трансформаторов, и в частности трансформаторов напряжения. Отвлеклись, продолжаем.

Прежде, чем двигаться дальше, нарисую однофазный ТН, чтобы было наглядно и более понятнее далее в изложении материала.

Значит на рисунке сверху у нас приходит напряжение на выводы А, Х трансформатора напряжения на первичную обмотку(1). Это напряжение номинальное напряжение, первичное напряжение. Далее оно трансформируется до величины вторичного напряжения, которое находится на вторичной обмотке (3). Выводы вторичной обмотки — а, х. Вывод вторичной обмотки заземляются. В — это вольтметр, но это может быть и другое устройство. (2) — это магнитопровод ТНа.

Принцип работы ТН

Принцип действия трансформатора напряжения аналогичен принципу работы трансформатора тока. Обозначим это еще раз. По первичной обмотке проходит переменный ток, этот ток образует магнитный поток. Магнитный поток пронизывает магнитопровод и обмотки ВН и НН. Если ко вторичной обмотке подключена нагрузка, то по ней начинает течь ток, который возникает из-за действия ЭДС. ЭДС наводится из-за действия магнитного потока. Подбирая разное количество витков первичной и вторичной обмоток можно получить нужное напряжение на выходе. Более подробно это показано в статье про векторную диаграмму трансформатора напряжения.

Если на ТН подавать постоянное напряжение, то ЭДС не создается постоянным магнитным потоком. Поэтому ТНы выпускают на переменное напряжение. Коэффициентом трансформации трансформатора напряжения называют естественно отношение напряжения первичной обмотки к напряжению вторичной и записывают через дробь. Например, 6000/100. Когда приходят молодые студенты, они иногда на вопрос какой коэффициент отвечают 60. Не стоит так делать.

Классификация трансформаторов напряжения

ТНы классифицируются по следующим параметрам:

  • напряжение первичной обмотки (3, 6, 10 … 750кВ)
  • напряжение основной вторичной обмотки (100 В — для однофазных, включаемых между фазами, трехфазных; 100√3 — однофазных, включаемых между фазой и землей
    напряжение дополнительной вторичной обмотки (100В — однофазные в сети с заземленной нейтралью, 100√3 — однофазные в сети с изолированной нейтралью
  • число фаз (однофазные, трехфазные)
  • количество обмоток (двухобмоточные, трехобмоточные)
  • класс точности (0,1 0,2 0,5 1 3 3Р 6Р)
  • способ охлаждения (сухие, масляные, газонаполненные)
  • изоляция (воздушно-бумажная, литая, компаунд, газ, масло, фарфор)

На напряжение 6, 10кВ используют литые ТНы, залитые эпоксидной смолой. Эти аппараты устанавливают в распредустройствах. Они занимают меньшие габариты, по сравнению с масляными. Также к их плюсам стоит отнести меньшее количество ухода за ними.

электромагнитные и емкостные

Если открыть объемы и нормы испытаний электрооборудования на странице ТНов, то можно увидеть, что трансформаторы напряжения там разделяются на электромагнитные и емкостные. В чем же состоит различие этих типов оборудования.

Электромагнитными считаем все ТНы в которых преобразование происходит по принципу, описанному выше (магнитные потоки, ЭДС и так далее). Индукционный ток, в брошюрах западных производителей их называют индуктивными, в противоположность емкостным. По моему всё именно так.

А вот емкостные трансформаторы напряжения, или же всё таки емкостные делители напряжения… Тут история умалчивает. Принцип работы такого оборудования можно понять, если нарисовать схему.

Вот, например схема ТН марки НДЕ-М. Они выпускаются на напряжение выше 110кВ. Состоит из емкостного делителя и электромагнитного устройства.
Емкостной делитель состоит из конденсаторов С1 и С2. Принцип емкостного делителя в следующем. Напряжение линии Л делится обратно пропорционально величинам емкостей С1 и С2. То есть мы подключаем к С2 наш ТН и напряжение на нем пропорционально входному, которое идет по Л, но гораздо меньше его. Раз рассматриваем НДЕ, то вот табличка величин напряжения для разных классов оборудования.

Электромагнитное устройство состоит из понижающего трансформатора, реактора и демпфера.

Реактор предназначен для компенсации емкостного сопротивления и следовательно уменьшения погрешности.

Электромагнитный демпфер предназначен для устранения субгармонических колебаний, которые могут возникать при включениях и коротких замыканиях в обмотках ТНа.

Чем выше класс напряжения, тем емкостные трансформаторы напряжения выгоднее своих собратьев. За счет снижения размеров изоляции и материалов.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Самое популярное

Назначение, принцип действия трансформаторов тока и отличие от ТН

В сегодняшнем материале, я решил начать рассматривать вопросы, касающиеся основ теории трансформаторов тока. Сами эти аппараты распространены повсеместно в электроустановках, и я думаю, всем будет интересно и полезно обновить в памяти принцип их работы.

Назначение трансформаторов тока: преобразование тока и разделение цепей

Начнем с ответа на вопрос – для чего нужен трансформатор тока? Здесь существует несколько основных вопросов, которые решает установка трансформаторов тока.

  • Во-первых, это измерение больших токов, когда измерение непосредственно реальной величины первичного тока не представляется возможным. Измеряют преобразованную в меньшую сторону после трансформатора тока величину. Обычно это 1, 5 или 10 ампер.
  • Во-вторых, это разделение первичных и вторичных цепей. Таким образом, происходит защита изоляции релейного оборудования, приборов учета электроэнергии, измерительных приборов.

Из чего состоит ТТ, принцип его работы

Трансформатор тока имеет замкнутый сердечник (магнитопровод), который собирают из листов электротехнической стали. На сердечнике расположено две обмотки: первичная и вторичная.

Первичная обмотка включается последовательно (в рассечку) цепи, по которой течет измеряемый (первичный) ток. К вторичной обмотке присоединяются последовательно соединенные реле, приборы, которые образуют вторичную нагрузку трансформатора тока. Такое описание состава трансформатора тока достаточно для описания принципа его работы, более подробное описание реального состава трансформатора тока приведено в другой статье.

Для рассмотрения принципа действия трансформатора тока рассмотрим схему, расположенную на рисунке.

В первичной обмотке протекает ток I1, создавая магнитный поток Ф1. Переменный магнитный поток Ф1 пересекает обе обмотки W1 и W2. При пересечении вторичной обмотки поток Ф1 индуцирует электродвижущую силу Е2, которая создает вторичный ток I2. Ток I2, согласно закону Ленца имеет направление противоположное направлению I1. Вторичный ток создает магнитный поток Ф2, который направлен встречно Ф1. В результате сложения магнитных потоков Ф1 и Ф2 образуется результирующий магнитный поток (на рисунке он обозначен Фнам). Этот поток составляет несколько процентов от потока Ф1. Именно поток Фнам и является тем звеном, что производит передачу и трансформацию тока. Его называют потоком намагничивания.

Коэффициент трансформации идеального ТТ

В первичной обмотке w1 создается магнитодвижущая сила F1=w1*I1, а во вторичной — F2=w2*I2. Если принять, что в трансформаторе тока отсутствуют потери, то магнитодвижущие силы равно по величине, но противоположны по знаку. F1=-F2. В итоге получаем, что I1/I2=w2/w1=n. Это отношение называется коэффициентом трансформации трансформатора тока.

Коэффициент трансформации реального ТТ

В реальном трансформаторе тока существуют потери энергии. Эти потери идут на:

  • создание магнитного потока в магнитопроводе
  • нагрев и перемагничивание магнитопровода
  • нагрев проводов вторичной обмотки и цепи

К магнитодвижущим силам из прошлого пункта прибавится мдс намагничивания Fнам=Iнам*w1. В выражении ниже токи и мдс это вектора. F1=F2+Fнам или I1*w1=I2*w2+Iнам*w1 или I1=I2*(w2/w1)+Iнам

В нормальном режиме, когда первичный ток не превышает номинальный ток трансформатора тока, величина тока Iнам не превышает 1-3 процента от первичного тока, и этой величиной можно пренебречь. При ненормальных режимах происходит так называемый бросок тока намагничивания, об этом более подробно можно почитать здесь. Из формулы следует, что первичный ток разделяется на две цепи – цепь намагничивания и цепь нагрузки. Более подробно о схеме замещения ТТ и о векторной диаграмме ТТ.

Режимы работы трансформаторов тока

У ТТ существуют два основных режима работы – установившийся и переходный.

В установившемся режиме работы токи в первичной и вторичной обмотке не содержат свободных апериодических и периодических составляющих. В переходном режиме по первичной и вторичной обмотке проходят свободные затухающие составляющие токов.

Если ТТ выбран правильно, то в обоих режимах работы погрешности не должны превышать допустимых в этих режимах, а токи в обмотках не должны превышать допустимые по термической и динамической стойкости.

ТТ для измерений предусмотрены для работы в установившемся режиме, при условии не превышения допустимых погрешностей. Работа ТТ для защиты начинается с момента возникновения тока перегрузки или тока КЗ, в этих режимах должны обеспечиваться требования определенных типов защит.

Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения и силового трансформатора

Существуют существенные отличия в работе ТТ и ТН.

Во-первых, первичный ток ТТ не зависит от вторичной нагрузки, что свойственно ТН. Это определяется тем фактом, что сопротивление вторичной обмотки ТТ на порядок меньше сопротивления первичной цепи. В трансформаторах напряжения и силовых трансформаторах же первичный ток зависит от величины тока вторичной нагрузки.

Во-вторых, ТТ всегда работает с замкнутой вторичной обмоткой и величина его вторичного сопротивления нагрузки в процессе работы не изменяется.

В-третьих, не допускается работа ТТ с разомкнутой вторичной обмоткой, для ТН и силовых при размыкании вторичной обмотки происходит переход в режим работы холостого хода.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Самое популярное

Трансформатор напряжения , назначение и принцип действия

Трансформатор напряжения — это одна из разновидностей трансформаторов, который нужен для:

  1. преобразования электрической мощности и питания различных устройств,
  2. гальванической развязки цепей высокого напряжения (6 кВ и выше) от низкого (обычно 100 В) напряжения вторичных обмоток.
  3. измерения напряжения на подстанциях и питания всевозможных реле защиты

измерительный трансформатор напряжения

Измерительный трансформатор напряжения служит для понижения высокого напряжения, подаваемого в установках переменного тока на измерительные приборы и реле защиты и автоматики.

Трансформатор напряжения принцип работы

Для непосредственного включения на высокое напряжение потребовались бы очень громоздкие приборы и реле вследствие необходимости их выполнения с высоковольтной изоляцией. Изготовление и применение такой аппаратуры практически неосуществимо, особенно при напряжении 35 кВ и выше.

Применение трансформаторов напряжения позволяет использовать для измерения на высоком напряжении стандартные измерительные приборы, расширяя их пределы измерения; обмотки реле, включаемых через трансформаторы напряжения, также могут иметь стандартные исполнения.

Кроме того, трансформатор напряжения изолирует (отделяет) измерительные приборы и реле от высокого напряжения, благодаря чего он обеспечивает безопасность их обслуживания на подстанции.

Основное принципиальное отличие измерительных трансформаторов напряжения (ТН) от трансформаторов тока (ТТ) состоит в том, что они, как и все силовые модели, рассчитаны на обычную работу без закороченной вторичной обмотки.

В то же время, если силовые трансформаторы предназначены для передачи транспортируемой мощности с минимальными потерями, то измерительные трансформаторы напряжения конструируются с целью высокоточного повторения в масштабе векторов первичного напряжения.

измерительный трансформатор напряжения

Принципы работы трансформатора напряжения

Конструкцию трансформатора напряжения, как и трансформатора тока, можно представить магнитопроводом с намотанными вокруг него двумя обмотками:

  • первичной;
  • вторичной.

Специальные сорта стали для магнитопровода, а также металл их обмоток и слой изоляции подбираются для максимально точного преобразования напряжения с наименьшими потерями. Число витков первичной и вторичной катушек рассчитывается таким образом, чтобы номинальное значение высоковольтного линейного напряжения сети, подаваемое на первичную обмотку, всегда воспроизводилось вторичной величиной 100 вольт с тем же направлением вектора для систем, собранных с заземленной нейтралью.

Если же первичная схема передачи энергии создана с изолированной нейтралью, то на выходе измерительной обмотки будет присутствовать 100/√3 вольт.

Для создания разных способов моделирования первичных напряжений на магнитопроводе может располагаться не одна, а несколько вторичных обмоток.

Устройство однофазного трансформатора напряжения

устройство однофазного трансформатора напряжения

Устройство однофазного трансформатора напряжения:

  • а — общий вид трансформатора напряжения;
  • б — выемная часть;
  • 1,5 — проходные изоляторы;
  • 2 — болт для заземления;
  • 3 — сливная пробка;
  • 4 — бак;
  • 6 — обмотка;
  • 7 — сердечник;
  • 8 — винтовая пробка;
  • 9 — контакт высоковольтного ввода

Однофазные трансформаторы напряжения получили наибольшее распространение. Они выпускаются на рабочие напряжения от 380 В до 500 кВ.

Конструктивные размеры и масса ТН определяются не мощностью, как у силовых трансформаторов, а в основном объемом изоляции первичной обмотки и размерами её выводов высокого напряжения.

Трансформаторы напряжения с номинальным напряжением от 380 В до 6 кВ имеют исполнение с сухой изоляцией (обмотки выполняются проводом марки ПЭЛ и пропитываются асфальтовым лаком).

Свердловский завод трансформаторов тока выпускает трансформаторы напряжения на 6, 10, 35 кВ с литой изоляцией.

У трансформаторов напряжением 10 — 500 кВ изоляция масляная (магнитопровод погружен в трансформаторное масло).

Пример назначение и область применение трансформаторов напряжения ЗНОЛ-НТЗ

Трансформаторы предназначены для наружной установки в открытых распределительных устройствах (ОРУ). Трансформаторы обеспечивают передачу сигнала измерительной информации измерительным приборам и устройствам защиты и управления, предназначены для использования в цепях коммерческого учета электроэнергии в электрических установках переменного тока на класс напряжения 35 кВ. Трансформаторы выполнены в виде опорной конструкции.

Корпус трансформаторов выполнен из компаунда на основе гидрофобной циклоалифатической смолы «Huntsman», который одновременно является основной изоляцией и обеспечивает защиту обмоток от механических и климатических воздействий. Рабочее положение трансформаторов в пространстве — вертикальное, высоковольтными выводами вверх.

схема включения обмоток трансформатора напряжения ЗНОЛ-НТЗ

Схемы включения  трансформаторов напряжения

Измерительные трансформаторы применяются для замера линейных и/или фазных первичных величин. Для этого силовые обмотки включают между:

  • проводами линии с целью контроля линейных напряжений;
  • шиной или проводом и землей, чтобы снимать фазное значение.

Важным элементом безопасности измерительных трансформаторов напряжения является заземление их корпуса и вторичной обмотки.

На заземление трансформаторов напряжения обращается повышенное внимание, ведь при пробое изоляции первичной обмотки на корпус или во вторичные цепи в них появится высоковольтный потенциал, способный травмировать людей и сжечь оборудование.

Преднамеренное заземление корпуса и одной вторичной обмотки отводит этот опасный потенциал на землю, чем предотвращает дальнейшее развитие аварии.

Трансформатор напряжения при напряжении до 35 кВ

Трансформатор напряжения при напряжении до 35 кВ по принципу выполнения ничем не отличается от силового понижающего трансформатора. Он состоит из магнитопровода, набранного из пластин листовой электротехнической стали, первичной обмотки и одной или двух вторичных обмоток. На рис. 2.1. показана схема трансформатора напряжения с одной вторичной обмоткой. На первичную обмотку подается высокое напряжение Ub a напряжение вторичной обмотки U2 подведено к измерительному прибору.

рис. 2.1  Схема включения однофазного трансформатора напряжения

Трансформаторы применяются в наружных (типа НОМ-35, серий ЗНОМ и НКФ) или внутренних установках переменного тока напряжением 0,38-500 кВ и номинальной частотой 50 Гц. Трехобмоточные трансформаторы НТМИ предназначены для сетей с изолированной нейтралью, серии НКФ (кроме НКФ-110-5 8) — с заземленной нейтралью.

В электроустановках используются однофазные, трехфазные (пятистержневые) и каскадные трансформаторы напряжения (ТН). Выбор того или иного типа трансформатора напряжения  зависит от напряжения сети, значения и характера нагрузки вторичных цепей и назначения трансформатора напряжения (для целей изменения, для контроля однофазных замыканий на землю, для питания устройств релейной защиты и автоматики).

Ввиду относительно высокой стоимости ТН для сетей 110-750 кВ они в ряде случаев, там, где это возможно по условиям работы систем измере

Трансформатор напряжения — этого не знает более 80%!

Своим появлением трансформатор обязан английскому ученому Майклу Фарадею. В 1831 году физик описал явление, которое назвал «электромагнитная индукция». Оно заключается в том, что в близко расположенных катушках (обмотках) проявляется ярко выраженная

электромагнитная взаимосвязь. То есть, если в первой катушке (первичной обмотке) создать переменный ток, то во второй катушке (вторичной обмотке) возбуждается напряжение с аналогичной частотой и мощностью, зависящей от многих параметров, которые рассмотрим далее.


[contents]


Трансформаторы напряжения назначение  и принцип действия

Трансформаторы напряжения предназначены для преобразования энергии источника напряжения в напряжение с нужным нам значением (амплитудой). Нужно заметить, что такие трансформаторы работают только с переменным напряжением и его частота остается неизменной.

Для чего нужен трансформатор напряжения?

 Трансформаторы напряжения, в силу своей универсальности, необходимы в блоках питания, устройствах обработки сигналов, передающих устройствах, аппаратах передачи электроэнергии и во многом другом оборудовании.

По коэффициенту трансформации эти устройства могут делиться на 3 типа:

  1. трансформатор напряжения понижающий – на выходе устройства напряжение ниже входного (n>1), например, применяется в блоках питания;
  2. повышающий трансформатор – на выходе устройства напряжение выше, чем напряжение на входе (n<1), например, применяется в ламповых усилителях;
  3. согласующий – трансформатор параметры напряжения не изменяет, происходит только гальваническая развязка цепей (n~1), например, применяется в звуковых усилителях.

В основе работы трансформатора лежит принцип электромагнитной индукции и для наиболее полной передачи энергии, для уменьшения потерь при трансформации, устройство обычно выполняется на магнитопроводе.

Как правило, первичная катушка одна, а вот вторичных может быть несколько, все зависит от назначения трансформатора.

Как работает трансформатор напряжения?

После того, как в первичной обмотке появится переменное напряжение U1, в магнитопроводе возникает переменный магнитный поток Ф, который возбуждает напряжение во вторичной обмотке U2. Это наиболее простое и краткое описание принципа работы трансформатора напряжения.

Самым главным параметром трансформаторов является «коэффициент трансформации» и обозначается латинской «n».  Он вычисляется делением напряжение в первичной обмотке на напряжение во вторичной обмотке или количества витков в первой катушки на количество витков во второй катушке.

Этот коэффициент позволяет рассчитать необходимые параметры вашего трансформатора для выбранного устройства. Например, если первичная обмотка имеет 2000 витков, а вторичная -100 витков, то n=20. При напряжении сети 240 вольт, на выходе устройства должно быть 12 вольт. Так же, можно определить количество витков при заданных, входном и выходном, напряжениях.

Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения?

По определению эти устройства предназначены для работы с разными электрическими величинами, как основными и соответственно, схемы включения будут различными. Например, трансформатор тока питается от источника тока и не работает, даже может выйти из строя, если его обмотки не нагружены и через них не идет электрический ток. Трансформатор напряжения питаются от источников напряжения и, наоборот, не может долго работать в режиме с большими токовыми нагрузками.

Измерительные трансформаторы напряжения и тока

 При эксплуатации оборудования с высокими рабочими напряжениями и большими токами потребления встает вопрос их измерения и контроля. Здесь на помощь приходят измерительные трансформаторы. Они обеспечивают гальваническую развязку измерительного оборудования от цепей с повышенной опасностью и снижение измеряемой величины до уровня, необходимого для замеров.

Дополнительная информация

 Прежде чем покупать трансформатор напряжение, нужно проанализировать все требования, выдвигаемые к устройству. Необходимо учитывать не только рабочие напряжения, но и токи нагрузки при использовании трансформатора в различных приборах.

Трансформаторы напряжения можно изготовить самому, но если вам нужен простой бытовой трансформатор с напряжением на 220 вольт и понижением до 12 вольт, то лучше его приобрести. Сколько стоят трансформаторы напряжения можно узнать на любом интернет-сайте, как правило, на бытовые понижающие трансформаторы напряжения цены не очень высоки.

С н/п Владимир Васильев

P.S. Друзья, обязательно подписывайтесь на обновления! Подписавшись вы будете получать новые материалы себе прямо на почту! И кстати каждый подписавшийся получит полезный подарок!

устройство, классификация, принцип работы, видео

Трансформатор напряжения – это один из видов трансформаторов, который еще называют измерительным, предназначеннный для отделения первичных цепей высокого и сверх высокого напряжений и цепей измерений, РЗ и А. Также их используют для понижения высоких напряжений (110, 10 и 6 кВ) до стандартных нормируемых величин напряжений вторичных обмоток – 100 либо 100/√3.

Помимо этого, применение трансформаторов напряжение в электроустановках позволяет изолировать маломощные низковольтные измерительные приборы и устройства, что удешевляет стоимость и позволяет использовать более простое оборудование, а также обеспечивает безопасность обслуживания электроустановок.

Трансформаторы напряжения нашли широкое применение в силовых электроустановках высокого напряжения

От точности их работы зависит правильность коммерческого учета электроэнергии, селективность действия устройств РЗ и противоаварийной автоматики, также они служат для синхронизации и питания автоматики релейной защиты ЛЭП от коротких замыканий, и др.

Измерительный трансформатор конструктивно практически не отличается от стандартных силовых трансформаторов. Он состоит из обмоток: первичной и одной либо нескольких вторичных и стального сердечника, набранного листами электротехнической стали. Первичная обмотка имеет большее количество витков, в сравнении со вторичной. На первичную — подается напряжение, которое требуется измерить, а ко вторичным — подключаются ваттметр и пр. измерительные аппараты. Поскольку ваттметр имеет значительное сопротивление, то по вторичной принято считать, что протекает малый ток. Поэтому полагают, что измерительный трансформатор напряжения функционирует в режимах близких к холостому ходу.

Такие трансформаторы оснащают разъемами для подключения: первичная обмотка присоединяется к цепям силового напряжения, а ко вторичной могут подключены — реле, обмотки вольтметра или ваттметра и пр. приборы. Принцип действия у них аналогичен силовому трансформатору: трансформирование напряжения в измерительном трансформаторе производится переменным магнитным полем.

Интересное видео о работе и принципе устройста трансформаторов тока смотрите ниже:

Потери намагничивания обуславливают некоторую погрешность в классах точности.

Погрешность определяется:

Конструкцией предусматривается компенсация погрешности по напряжению благодаря уменьшению количества витков первичной обмотки, устранению угловой погрешности с помощью компенсирующих обмоток. Простейшая схема включения трансформатора напряжения

Классификация трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения принято разделять по следующим признакам:

  1. По количеству фаз:
    • однофазные;
    • трехфазные.
  2. По числу обмоток:
    • 2-х-обмоточные;
    • 3-х-обмоточные.
  3. По способу действия системы охлаждения:
    • электрические устройства с масляным охлаждением;
    • электрические устройства с воздушной системой охлаждения ( с литой изоляцией либо сухие).
  4. По способу установки и размещения:
    • для наружной установки;
    • для внутренней;
    • для комплектных РУ.
  5. По классу точности: по нормируемым величинам погрешностей.

Виды трансформаторов напряжения

Рассмотрим несколько трансфомраторов напряжения разных производителей:

Трансформатор напряжения ЗНОЛ-НТЗ-35-IV-11

Производиель — Невский трансформаторный завод «Волхов».

Назначение и область применение ЗНОЛ-НТЗ

Трансформаторы предназначены для наружной установки в открытых распределительных устройствах (ОРУ). Трансформаторы обеспечивают передачу сигнала измерительной информации измерительным приборам и устройствам защиты и управления, предназначены для использования в цепях коммерческого учета электроэнергии в электрических установках переменного тока на класс напряжения 35 кВ. Трансформаторы выполнены в виде опорной конструкции.

Корпус трансформаторов выполнен из компаунда на основе гидрофобной циклоалифатической смолы «Huntsman», который одновременно является основной изоляцией и обеспечивает защиту обмоток от механических и климатических воздействий.Рабочее положение трансформаторов в пространстве — вертикальное, высоковольтными выводами вверх.

Рисунок — Габаритные размеры трансформатора

Рисунок — схемы подключения обмоток трансформаторов

Характеристики:

  1. Класс напряжения по ГОСТ 1516.3, кВ — 27 35 27
  2. Наибольшее рабочее напряжение, кВ — 30 40,5 40,5
  3. Номинальное напряжение первичной обмотки, кВ — 15,6 20,2 27,5
  4. Номинальное напряжение основной вторичной обмотки, В — 57,7 100
  5. Номинальное напряжение дополнительной вторичной обмотки, В — 100/3, 100 127
  6. Номинальные классы точности основной вторичной обмотки — 0,2; 0,5; 1; 3

Ещё одно интересное видео о работе трансформаторов тока:


Трехфазная антирезонансная группа трансформаторов напряжения 3хЗНОЛПМ(И)

Производитель «Свердловский завод трансформаторов тока»

Назначение 3хЗНОЛПМ(И)

Трансформаторы предназначены для установки в комплектные устройства (КРУ), токопроводы и служат для питания цепей измерения, защиты, автоматики, сигнализации и управления в электрических установках переменного тока частоты 50 или 60 Гц в сетях с изолированной нейтралью.

Трансформаторы изготавливаются в климатическом исполнении «УХЛ» категории размещения 2 по ГОСТ 15150.

Рабочее положение — любое.

Расположение первичного вывода возможно как с лицевой так и с тыльной стороны трансформатора.

Трехфазная группа может комплектоваться в 4-ех вариантах:

  • из трех трансформаторов ЗНОЛПМ — 3хЗНОЛПМ-6 и 3хЗНОЛПМ-10;
  • из трех трансформаторов ЗНОЛПМИ — 3хЗНОЛПМИ-6 и 3хЗНОЛПМИ-10;
  • из одного трансформатора ЗНОЛПМ (устанавливается по середине) и двух трансформаторов ЗНОЛПМИ (устанавливаются по краям) — 3хЗНОЛПМ(1)-6 и 3хЗНОЛПМ(1)-10;
  • из двух трансформаторов ЗНОЛПМ (устанавливаются по краям) и одного трансформатора ЗНОЛПМИ (устанавливается по середине) — 3хЗНОЛПМ(2)-6 и 3хЗНОЛПМ(2)-10.

Для повышения устойчивости к феррорезонансу и воздействию перемежающейся дуги в дополниетльные обмотки, соединенные в разомкнутый треугольник, используемые для контроля изоляции сети, рекомендуется включать резистор сопротивлением 25 Ом, рассчитанный на длительное протекание тока 4А.

Внимание! При заказе трансформаторов напряжения для АИСКУЭ обязательно заполнение опросного листа.

Гарантийный срок эксплуатации — 5 (пять) лет со дня ввода трансформатора в эксплуатацию, но не более 5,5 лет с момента отгрузки с завода-изготовителя.

Срок службы — 30 лет.


НАМИТ-10-2

Производитель ОАО «Самарский Трансформатор»

Назначение и область применения

Трансформатор напряжения НАМИТ-10-2 УХЛ2 трехфазный масляный антирезонансный является масштабным преобразователем и предназначен для выработки сигнала измерительной информации для измерительных приборов в цепях учёта, защиты и сигнализации в сетях 6 и 10 кВ переменного тока промышленной частоты с изолированной нейтралью или заземлённой через дугогасящий реактор. Трансформатор устанавливается в шкафах КРУ(Н) и в закрытых РУ промышленных предприятий

Технические параметры трансформатора напряжения НАМИТ-10-2
  1. Номинальное напряжение первичной обмотки, кВ — 6 или 10
  2. Наибольшее рабочее напряжение, кВ — 7,2 или 12
  3. Номинальное напряжение основной вторичной обмотки (между фазами), В — 100 (110)
  4. Ннапряжение дополнительной вторичной обмотки (аД — хД), не более, В — 3
  5. Класс точности основной вторичной обмотки — 0,2/0,5

Рисунок — Габаритные размеры и схема подключения.

Трансформаторы напряжения: описание, принцип действия

Главная »
Статьи »
Трансформаторы напряжения: описание, принцип действия

Все трансформаторы тока — это конструкции, которые изменяют переменный ток и стабильно защищают от перепадов высокого напряжения. Он является механизмом только переменного тока, который не может работать с источником постоянного тока, так как при этом в его обмотках не будет электромагнитной индукции. Сейчас трансформаторы напряжения, работающие на маленьких мощностях, практически вытеснены более мощными модификациями.

Описание и составляющие

Трансформатор состоит из трех частей:

  • Электро-обмотка может быть первичной подводящей напряжение и вторичной снимающей напряжение. Первичная обвивка подключается по порядку и подсоединяется к ключу переменного тока. Вторичная обвивка должна быть замкнута на нагрузку и ее противодействие не превышает установленного значения, она никак не сопряжена с первичной. На вторичной обмотке вызывается крайне высокое напряжение и вследствие этого она обязана быть заземлена.
  • Системы охлаждения: естественное воздушное, масляное (трансформаторное масло циркулирует и отдает запасенное тепло через заднюю стенку бака в окружающую среду, охлаждаясь), по тому же принципу циркуляции происходит охлаждение водой и естественное жидким диэлектриком.
  • Сердечник. А еще его называют магнитопровод, чаще всего изготавливается из специальных сплавов штампованных пластин в виде буквы Ш и О. Могут быть броневые (катушки установлены на одной оси) и стержневые (занимают большую часть сердечника и сердечники являются раздельными их стягивают при сборке).

Принцип действия

Отдача мощности из одной обмотки во вторую совершается электромагнитным путем и основана на электромагнитной индукции. Непостоянный ток, идя по первичной обмотке, формирует электромагнитное течение в магнитопроводе и индуцирует во вторичной обмотке, пронизывая ее витки. В результате он становиться замкнутым в магнитопроводе и сцепляется с двумя обмотками. Витки обмотки имеют равное усилие и в случае если повысить количество витков на 2–ой обмотке, объединяя их поочередно между собою, то можно повысить вольтаж на выходе трансформатора. Таким же образом уменьшая количество витков уменьшить выходное напряжение. В сердечнике трансформатора неизбежны потери энергии за счет выделения тепла, но в современных мощных моделях эти потери невелики и не превышают 3%. Однофазные трансформаторы напряжения могут работать, на нагрузку, в режиме холостого хода и короткого замыкания. Как три отдельных однофазных трансформатора можно рассматривать трехфазные, но они работают на больших мощностях.

← Назад к списку новостей

Принцип работы трансформатора — коэффициент поворота и трансформации

Основным принципом работы трансформатора является Закон электромагнитного поля Фарадея Индукция или взаимная индукция между двумя катушками. Ниже поясняется работа трансформатора. Трансформатор состоит из двух отдельных обмоток, размещенных на сердечнике из многослойной кремнистой стали.

Обмотка, к которой подключен источник переменного тока, называется первичной обмоткой, а нагрузка — вторичной обмоткой, как показано на рисунке ниже.Он работает только с переменным током , потому что переменный поток необходим для взаимной индукции между двумя обмотками.

Состав:

Когда питание переменного тока подается на первичную обмотку с напряжением V 1 , в сердечнике трансформатора устанавливается переменный поток ϕ, который соединяется с вторичной обмоткой, и в результате этого возникает ЭДС. в нем называется взаимно индуцированная ЭДС . Направление этой наведенной ЭДС противоположно приложенному напряжению V 1 , это из-за закона Ленца, показанного на рисунке ниже:

Физически между двумя обмотками нет электрического соединения, но они связаны магнитным полем.Следовательно, электрическая мощность передается из первичной цепи во вторичную через взаимную индуктивность.

Наведенная ЭДС в первичной и вторичной обмотках зависит от скорости изменения магнитной индукции, которая составляет (N dϕ / dt).

dϕ / dt — это изменение магнитного потока, одинаковое для первичной и вторичной обмоток. Индуцированная ЭДС E 1 в первичной обмотке пропорциональна количеству витков N 1 первичных обмоток (E 1 ∞ N 1 ).Подобным образом наведенная ЭДС во вторичной обмотке пропорциональна количеству витков на вторичной стороне. (E 2 ∞ N 2 ).

Трансформатор питания постоянного тока

Как уже говорилось выше, трансформатор работает от источника переменного тока и не может работать без источника постоянного тока. Если номинальное напряжение постоянного тока приложено к первичной обмотке, в сердечнике трансформатора установится магнитный поток постоянной величины, и, следовательно, не будет самоиндуцированной генерации ЭДС, поскольку для связи магнитного потока со вторичной обмоткой должна быть должен быть переменный, а не постоянный поток.

По закону Ома

Сопротивление первичной обмотки очень низкое, а первичный ток высокий. Таким образом, этот ток намного превышает номинальный ток первичной обмотки при полной нагрузке. Следовательно, в результате количество выделяемого тепла будет больше, и, следовательно, потери на вихревые токи (I 2 R) будут больше.

Из-за этого произойдет сгорание изоляции первичных обмоток и повреждение трансформатора.

Передаточное число

Определяется как отношение витков первичной обмотки к вторичной.
Если N 2 > N 1 , трансформатор называется Повышающий трансформатор

Если N 2 1 , трансформатор называется Понижающий трансформатор

Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации определяется как отношение вторичного напряжения к первичному напряжению. Обозначается К.

.

As (E 2 ∞ N 2 и E 1 ∞ N 1 )

Это все о работе трансформатора.

Принцип работы переключения ответвлений трансформатора

Обмотка имеет отводы в разных точках. Поскольку отводы предусмотрены в разных точках обмотки, один отвод необходимо подключать одновременно, иначе это приведет к короткому замыканию. Следовательно, селекторный переключатель приводится в действие после отключения нагрузки. Для предотвращения несанкционированного срабатывания переключателя ответвлений без нагрузки предусмотрена механическая блокировка. Для предотвращения непреднамеренного срабатывания предусмотрены электромеханические фиксирующие устройства для управления автоматическими выключателями и обесточивания трансформатора при перемещении ручки переключателя ответвлений.

2. РПН

Устройства РПН используются для изменения передаточного числа без отключения от него нагрузки. Переключение ответвлений может производиться даже тогда, когда трансформатор передает нагрузку. Устройства РПН значительно повышают эффективность системы. В настоящее время почти все крупные силовые трансформаторы снабжены переключателями ответвлений под нагрузкой. Причиной использования переключателей ответвлений в силовых трансформаторах являются 1. Во время работы устройств РПН главная цепь остается неизменной.2. Предотвращается опасное искрение. Отводы на обмотках вынесены в отдельный масляный отсек, в котором находится переключатель РПН. Переключатель ответвлений представляет собой механический селекторный переключатель, который приводится в действие двигателем с помощью местного или дистанционного управления.

Ручка, предназначенная для ручного управления в случае аварии. Селекторный переключатель представляет собой форму замыкающего переключателя перед размыканием, и во время переключения устройств РПН с одного ответвления на другое необходимо мгновенное соединение между соседними ответвлениями.Это приводит к короткому замыканию между соседними отводами. Ток короткого замыкания должен быть ограничен включением резистора или реактора. Следовательно, все типы переключателей ответвлений под нагрузкой имеют сопротивление для ограничения тока короткого замыкания во время переключения ответвлений. Импеданс может быть сопротивлением или реактивным сопротивлением с отводом от центра. В современных конструкциях это неизменно осуществляется парой резисторов.

Конструкция, принцип работы, характеристики и типы

Линейно-регулируемый дифференциальный трансформатор (LVDT) — это сенсорный модуль, предназначенный для преобразования входных колебаний или механического движения в переменные электрические сигналы, электрический ток и напряжение.В настоящее время, с увеличением числа сенсорных устройств, которые готовы принимать входной сигнал и преобразовывать в требуемую форму энергии, несколько факторов, таких как точность, коэффициент использования на предельном уровне и процент точности, играют решающую роль в процедурах выбора. В этой статье представлен краткий обзор LVDT, принципиальной схемы, принципа действия и принципа преобразования магнитного потока в смещение.

Линейно-регулируемый дифференциальный трансформатор (LVDT)

Линейно-регулируемый дифференциальный трансформатор, также известный как индуктивный трансформатор, определяется как процесс, используемый для измерения смещения в измерительных системах.Работа сенсорных единиц определяет точность всей системы.

LVDT-схема (принципиальная схема)

Общий символ LVDT показан на рисунке 1. Преобразователь LVDT или LVDT представляет собой миниатюрный трансформатор, имеющий сердечник якоря и вал, который может свободно перемещаться по линейной оси. Он включает в себя две симметричные вторичные катушки с равным числом витков на одной первичной обмотке, намотанной поперек сердечника якоря. Вторичные обмотки соединены последовательно для измерения суммы выходного напряжения и определения смещения испытуемого образца.Движение вала из-за индуцированного магнитного потока генерирует напряжение и определяет смещение образца.

LVDT Construction

В целом структура LVDT аналогична индуктивному трансформатору. Он состоит из двух наборов соленоидных катушек, а именно первичной и вторичной обмоток, покрытых встык, покрывая сердечник. Первичная катушка подключена к входному источнику переменного тока и размещена в центре сердечника. Вторичная обмотка состоит из двух вторичных обмоток, расположенных вверху и внизу основания, с равным числом витков, намотанных на полый цилиндр.Общее поведение оценивается с точки зрения линейности и устойчивости.

Принцип работы

Ядром LVDT является взаимная индукция, возникающая между первичной и вторичной обмотками. Концепция взаимно связанных цепей определяет входные и выходные характеристики LVDT. Выходные характеристики, регистрируемые на вторичных обмотках, будут иметь форму показателей напряжения и измеряться с использованием чистого наведенного напряжения на выводах вторичной обмотки.

Рабочая теория LVDT (принцип)

В этом разделе представлен углубленный анализ LVDT и его рабочих характеристик через материал цилиндрического сердечника.

На начальном этапе измеряются площадь поперечного сечения и размер цилиндрического сердечника на зажимах сердечника. Принимая исходные параметры, теоретический анализ используется для расчета площади и момента инерции основного модуля.

В полый цилиндрический сердечник помещен динамический сердечник из мягкого железа. Положение сердечника измеряется и записывается как нулевое положение (стандартное значение). В систему LVDT подается напряжение путем подачи напряжения возбуждения на первичные обмотки.Напряжение связи в цепи изменяется посредством подвижного сердечника, который, в свою очередь, изменяет магнитный поток и напряжение на вторичных выводах.

Возвратно-поступательное движение катушки внутри внешнего сердечника создает переменную связь, и выходное напряжение уменьшается в зависимости от направления (отрицательного или положительного). Общие рабочие процедуры делятся на три случая в зависимости от ЭДС, вызванной движением вала, и положения.

Эксперимент и калибровка LVDT

Допущения и спецификации

Несколько сокращений используются для определения рабочей процедуры LVDT, и они следующие:

E V = напряжение на первичной обмотке

E V1 = EMF индуцированная во вторичной обмотке S_1

E V2 = ЭДС, индуцированная во вторичной обмотке S_2

E o = Выходная ЭДС

Типичные характеристики LVDT

Случай 1: Нулевое положение

принципиальная схема вала -at-null-position

Рис.2 иллюстрирует рабочий процесс LVDT в нулевом или нулевом осевом положении. В этом состоянии вал точно помещается посередине вторичных обмоток S1 и S2, что приводит к возникновению одинакового магнитного потока и индуцированного напряжения на вторичном выводе соответственно. Эта позиция также называется нулевой позицией.

Дифференциация выходной величины и выходной фазовой последовательности по отношению к входному сигналу определяет движение и смещение сердечника.

Вал, расположенный в нулевом или нейтральном положении, означает, что напряжение, наведенное на последовательно соединенных вторичных обмотках, равно и обратно пропорционально общему выходному напряжению.

E V1 = E V2 ——— (1)

E o = E V1 — E V2 = 0 V ——— (2)

Корпус 2: Максимальное правое положение

Как показано на следующем рисунке, когда вал перемещается в правую сторону, на S2 создается большее усилие, а на S1, наоборот, минимальное.

принципиальная схема вала в крайнем правом положении

Следовательно, индуцированное напряжение E2 значительно выше, чем E1.Уравнение для результирующих дифференциальных напряжений выглядит следующим образом:

E o = E V2 -E V1 ——— (3)

Случай 3: Максимальное левое положение

Рисунок ниже изображает, что вал более наклонен к левой стороне, что, в свою очередь, создает сильный магнитный поток на S1 и индуцирует напряжение на E1, уменьшая E2. Уравнение для этого же:

E o = E V1 -E V2 ——— (4)

принципиальная схема вала в крайнем левом положении

Результирующий выходной сигнал LVDT может быть измерен с точки зрения напряжения, тока или частоты.Эта схема также может быть разработана с использованием схем с поддержкой микроконтроллера, таких как Arduino , микроконтроллер PIC и т. Д.

График LVDT и измерения

На следующих рисунках показано графическое представление вариаций вала LVDT и их влияния на величину дифференциального выхода переменного тока из нулевого положения и выхода постоянного тока из электроники.

графическое представление вариаций вала LVDT в терминах дифференциального выходного напряжения

Максимальное значение смещения вала от положения сердечника зависит от амплитуды напряжения первичного возбуждения и чувствительности фактор.Вал остается в нулевом положении, пока на первичную обмотку катушки не будет подано эталонное напряжение первичного возбуждения. Как показано на рис. 6, фазовый сдвиг или выходная полярность постоянного тока определяет положение вала для нулевой точки. Он также представляет свойство линейности вывода модуля LVDT.

графическое представление изменений вала LVDT по сравнению с выходом постоянного тока из электроники

Типы LVDT

Датчики LVDT: Классифицируются на основе параметров напряжения выходного каскада или относительного выходного тока ; оценивать частоту катушки как функциональное положение или в частотно-зависимых устройствах.

1). Невыпадающая арматура : Эти процедуры обычно используются для измерения длинных диапазонов рабочего смещения. Невыпадающая центровка дает пользователям возможность использовать узлы с низким коэффициентом трения, которые позволяют избежать перекоса и обеспечивают высокую надежность.

2). Неуправляемая арматура: Неуправляемая арматура с неограниченным качеством разрешения обеспечивает износостойкую конструкцию и позволяет инженерам-конструкторам получать неограниченное разрешение измеренных данных. Этот модуль подключен к внешнему интерфейсу с измеряемым образцом.Он гибкий, и пользователю необходимо направлять якорь без какого-либо взаимодействия между краями.

3). Якоря с увеличенным усилием: В этом механизме внешняя поддержка, такая как пневматическое усилие, пружинный механизм или электродвигатели, для динамического перемещения якоря до максимально возможного уровня. Обычно это в медленных приложениях. Эта процедура устраняет соединение или интерфейс между испытуемым образцом и якорем

Преимущества

Преимущества LVDT рассматриваются ниже.

В настоящее время, с повышенными требованиями к единицам измерения, LVDT подключается к главной цепи или используется в качестве внешнего источника для измерения смещения объекта. Основные преимущества использования схемы LVDT следующие:

1). Более плавная работа, простота измерения и сопряжения, а также измерение смещения в широком диапазоне от 1,25 мм до 250 мм.

2). Выходное значение очень чувствительно и может быть легко измерено с помощью имеющихся устройств измерения напряжения.Это снижает потребность усилителя в фильтрации или увеличивает диапазон выходной полосы. Диапазон чувствительности типичного датчика LVDT составляет 40 В / мм.

3). Минимальные потери на гистерезис, что, в свою очередь, увеличивает надежность и обеспечивает отличные условия эксплуатации.

4). Потери на трение приблизительно равны нулю или считаются незначительными, так как работа сердечника осуществляется внутри полого формирователя. Этот процесс дает фактическое выходное значение с высоким диапазоном точности.

5). Он способен противостоять высокому износу и истиранию, особенно в сценариях, когда сердечник нагружен пружиной или система работает в тяжелых условиях.

6). LVDT работает при минимальном энергопотреблении в диапазоне 1 Вт.

7). На выходе получается электрический сигнал. Поскольку большая часть входного сигнала системы зависит от электрического сигнала, выход может напрямую подаваться на другие схемы, что снижает потребность в других элементах разговора.

8). Отсутствие трения обеспечивает более быструю динамическую реакцию и высокую подвижность сердечника.

Недостатки или ограничения

Ограничения LVDT обсуждаются ниже

1). Поскольку LVDT работает по принципу индуктивного преобразователя, вокруг цепи создается паразитное магнитное поле. Требуется дополнительная цепь для преодоления паразитного магнитного поля.

2). Вибрации и колебания температуры внутри электромагнитного устройства еще больше ухудшают работу системы.

Приложения

Приложения LVDT включают следующие

1). Датчики LVDT в основном используются во множестве отраслей для измерения напряжения пружины, веса, смещения и давления, и это лишь некоторые из них. Факторы ввода, полученные в виде физических параметров, сначала преобразуются в смещение, а затем в соответствующий сигнал электрического напряжения.

2). Он используется в промышленности для получения положительной обратной связи от сервомеханизма.

3). Он используется в инструментах измерения оборудования, авиастроении, гидравлике, спутниковой связи и промышленной автоматизации.

4). Устройство формирования / преобразования сигнала LVDT используется для контроля и управления формой выходного сигнала схемы.

5). Типичные области применения датчиков LVDT следующие:

  • Проверка прочности грунта : Сердцевина материала спроектирована, размягчена и изготовлена ​​с использованием сплава на основе железа и никеля с высокой проницаемостью.Материал удлинительного стержня изготовлен из немагнитной нержавеющей стали. Изменение напряжения наблюдается во время внешнего движения стержня внутри материала, которое, в свою очередь, генерирует выходной импульс, соответствующий смещению.
  • Медицинское поле (машина для изготовления таблеток) : Гибридный рабочий механизм вторичных обмоток переменного шага с намоточной машиной с компьютерным управлением уменьшает общее отношение длины корпуса к ходу, минимизирует человеческую ошибку при измерении веса и толщины пилюли и обеспечивает высокая точность определения конечной массы лекарственного порошка.
  • Автоматическая машина для проверки продукции : Плоские дисплеи в конечном итоге заменили нынешние мониторы ПК и ноутбуков системами отображения высокого разрешения. Компактные LVDT используются для прохождения тестов качества и окончательной проверки размеров плоских дисплеев.
  • Aerospace : используется для контроля управления полетом, управления пилотом и механизма поворота колес.
  • Робот-пылесос : LVDT используется в системах обнаружения утечек для непрерывного контроля уровня жидкости.Особенно системы, которые погружены в непроводящие и не вызывающие коррозию жидкости при атмосферном давлении.
  • Роботизированный манипулятор : Он используется в качестве основной части робототехники тяжелого оборудования на основе джойстика.

Во многих таких приложениях линейно-регулируемый дифференциальный трансформатор управляет футуристическими приборами смещения и измерения во многих сферах бизнеса. Секторы развивающихся рынков, такие как производство электроэнергии, управление водными ресурсами и безопасность конструкций, вероятно, будут внедрять LVDT для повышения производительности и принципов работы всей системы.Кроме того, выход из строя силовых электронных модулей позволяет упростить процесс калибровки в LVDT и увеличивает производство приборов для измерения расстояния, таких как магнитострикционные преобразователи.

Туннельный диод Принцип работы и характеристики

[ezcol_1third id = ”” class = ”” style = ””] [pageids 10] [/ ezcol_1third]

[ezcol_2third_end id = ”” class = ”” style = ””]

Определение

Туннельный диод — это высоколегированный полупроводниковый прибор, который используется в основном для низковольтных высокочастотных коммутационных устройств.Работает по принципу туннельного эффекта. Он также называется диодом Эсаки в честь Лео Эсаки, который в 1973 году получил Нобелевскую премию по физике за открытие эффекта электронного туннелирования, используемого в этих диодах.

Условное обозначение цепи

Туннельный диод представляет собой устройство с двумя выводами, в котором полупроводник p-типа действует как анод, а полупроводник n-типа — как катод. Показан символ схемы туннельного диода.

[/ ezcol_2third_end]

Принцип работы туннельного диода

Согласно классическим законам физики заряженная частица для того, чтобы пересечь энергетический барьер, должна обладать энергией, по крайней мере равной энергетическому барьеру.Следовательно, частица будет пересекать энергетический барьер, если ее энергия больше, чем барьер, и не может пересечь барьер, если ее энергия меньше, чем энергетический барьер. Но квантово-механически существует ненулевая вероятность того, что частица с энергией меньше энергетического барьера пересечет барьер, как если бы она проходила через барьер. Это называется эффектом туннелирования . Вероятность увеличивается с уменьшением энергии барьера.

P α эксп (-A * E b * W)

Где P — вероятность того, что частица пересечет барьер,

E b — энергия барьера

W — ширина барьера.

В диодах с нормальным PN переходом уровни легирования будут порядка 1 атома примеси на 10 8 атомов Si (или) Ge. Если уровни легирования увеличиваются до 1 из 10 3 , ширина обедненного слоя составляет порядка 10 нм. В таком туннельном эффекте PN-перехода является значительным, такие устройства PN-перехода называются туннельными диодами.

VI характеристика туннельного диода:

ВАХ туннельного диода показаны ниже

Туннельный диод VI характеристики

Для малых прямых напряжений из-за высокой концентрации носителей в туннельном диоде и из-за эффекта туннелирования прямое сопротивление будет очень маленьким.С увеличением напряжения ток также увеличивается, пока ток не достигнет пикового значения. Если напряжение, приложенное к туннельному диоду, превышает пиковое значение, ток начинает уменьшаться. Это область отрицательного сопротивления. Преобладает до точки долины. В точке впадины ток через диод будет минимальным. За пределами впадины туннельный диод действует как обычный диод. В условиях обратного смещения туннельный диод также является отличным проводником из-за высокой концентрации легирования.

Туннельные диоды изготавливаются из германия или арсенида галлия из-за их максимального пикового напряжения до размаха точки впадины.Отношение высокого пикового тока к току впадины количественно определяет максимальное колебание напряжения, допустимое в области отрицательного сопротивления.

Токовые компоненты в туннельном диоде:

Полный ток в туннельном диоде определяется как I t = I tun + I диод + I избыток . Ток в туннельном диоде такой же, как и в обычном диоде с PN-переходом, который обозначен как

.

I диод = I до * (exp (V / (η * V t )) — 1)

Где I до — обратный ток насыщения и будет очень большим в туннельном диоде по сравнению с диодом с PN переходом из-за высокой концентрации легирования,

В — напряжение на диоде,

В t — напряжение, эквивалентное температуре,

η — поправочный коэффициент 1 для Ge и 2 для Si,

Для напряжений меньше, чем напряжение отключения диода, этот ток незначителен.

Избыточный ток — это дополнительный ток из-за паразитного туннелирования через примеси, который определяет точку впадины. Туннельный ток равен

.

I tun = (V / R o ) * exp (- (V / Vo) м )

Где m = от 1 до 3 и V O = от 0,1 до 0,5 В, R O — сопротивление туннельного диода.

Пиковое напряжение, Пиковый ток туннельного диода:

Пиковое напряжение туннельного диода можно найти следующим образом: При пиковом напряжении ток через туннельный диод максимален.Обычно пиковое напряжение будет меньше, чем напряжение отключения туннельного диода, и, следовательно, ток диода и избыточный ток можно считать незначительными.

Отсюда для максимального или минимального тока диода

V = V пик , dI tun / dV = 0 , что составляет

(1 / Ro) * (exp (- (V / Vo) м ) — (m * (V / Vo) м * exp (- (V / Vo) м ) = 0 и

)

Это означает 1- m * (V / Vo) m = 0 и

V пик = ((1 / м) (1 / м) ) * Vo , I пик = ((1 / м) (1 / м) ) * Vo * exp ( -1 / м).

Максимальное отрицательное сопротивление туннельного диода

Отрицательное сопротивление слабого сигнала определяется как

R n = 1 / (dI / dV) = R O / (1- (m * (V / Vo) м ) * exp (- (V / Vo) м ).

Когда R n является максимальным, dI / dV = 0, поэтому (1- (m * (V / Vo) m ) * exp (- (V / Vo) m ) / Ro = 0

Следовательно, при V = Vo * (1 + 1 / m) (1 / m) | Rn | является максимальным, следовательно, (R n ) max = — (R O * (exp (1 + m) / m)) / м

Малосигнальная модель туннельного диода

Модель малосигнального туннельного диода в области отрицательного сопротивления показана ниже

Где сопротивление Rs — омическое сопротивление

-R n — крутизна ВАХ в области отрицательного сопротивления = 1 / (dI / dV)

L с — последовательная индуктивность из-за металлических проводов

C — емкость перехода = (ε * A / W)

ε — диэлектрическая проницаемость обедненной области

А — область истощения

Вт — ширина обедненной области.

Преимущества туннельного диода

  • Высокая скорость работы за счет того, что туннелирование происходит со скоростью света.
  • Низкая стоимость
  • Низкий уровень шума
  • Устойчивость к окружающей среде
  • Низкое рассеивание мощности
  • Простота изготовления
  • Долговечность

Недостатки туннельного диода

  • Низкое колебание выходного напряжения
  • Поскольку это устройство с двумя выводами, между входом и выходом нет изоляции.

Применение туннельного диода

Некоторые области применения туннельного диода:

  • Туннельные диоды используются в качестве высокоскоростных переключателей
  • Используется как высокочастотный микроволновый генератор

Что нужно запомнить

1) Вероятность увеличивается с уменьшением энергии и ширины барьера.

P α эксп (-A * E b * W)

2) Туннельные диоды изготовлены из GaAs из-за высокого отношения пикового напряжения к точке впадины.

3) Максимальное отрицательное сопротивление составляет (R n ) max = — (R O * (exp (1 + m) / m)) / м.

4) Пиковое напряжение и ток указаны как В пик = ((1 / м) (1 / м) ) * Vo , I пик = ((1 / м) (1 / м) ) * Vo * эксп (-1 / м).

5) Ток туннельного диода задается как Itun = (V / R O ) * exp (- (V / V O ) м )

Трансформатор

— Энергетическое образование

Рисунок 1.Трансформатор, устанавливаемый на площадку для распределения электроэнергии. [1]

Трансформатор — это электрическое устройство, которое использует электромагнитную индукцию для передачи сигнала переменного тока от одной электрической цепи к другой, часто изменяя (или «преобразуя») напряжение и электрический ток. Трансформаторы не пропускают постоянный ток (DC) и могут использоваться для снятия постоянного напряжения (постоянного напряжения) из сигнала, сохраняя при этом изменяющуюся часть (переменное напряжение). Трансформаторы в электрической сети являются ключом к изменению напряжений, чтобы уменьшить потери энергии при передаче электроэнергии.

Трансформаторы изменяют напряжение электрического сигнала, исходящего от электростанции, обычно увеличивая (также называемое «повышением») напряжение. Трансформаторы также снижают («понижают») напряжение на подстанциях и в распределительных трансформаторах. [2] Трансформаторы также используются в составе устройств, как трансформаторы тока.

Как работают трансформаторы

Часто кажется удивительным, что трансформатор сохраняет общую мощность неизменной при повышении или понижении напряжения.Следует иметь в виду, что при повышении напряжения ток падает:

[математика] P = I_1 V_1 = I_2 V_2 [/ математика]

Трансформаторы используют электромагнитную индукцию для изменения напряжения и тока. Это изменение называется действием трансформатора и описывает, как трансформатор изменяет сигнал переменного тока с его первичной на вторичную составляющую (как в приведенном выше уравнении). Когда сигнал переменного тока подается на первичную обмотку, изменяющийся ток вызывает изменение магнитного поля (увеличение или уменьшение).Это изменяющееся магнитное поле (и связанный с ним магнитный поток) будет проходить через вторичную катушку, создавая напряжение на вторичной катушке, тем самым эффективно связывая вход переменного тока от первичного ко вторичному компоненту трансформатора. Напряжение, приложенное к первичному компоненту, также будет присутствовать во вторичном компоненте.

Как упоминалось ранее, трансформаторы не пропускают вход постоянного тока. Это известно как изоляция постоянного тока. [2] Это потому, что изменение тока не может быть произведено постоянным током; Это означает, что нет изменяющегося магнитного поля, индуцирующего напряжение на вторичном компоненте.

Рисунок 1. Простой рабочий трансформатор. [3] Ток [math] I_p [/ math] поступает с напряжением [math] V_p [/ math]. Ток проходит через обмотки [math] N_p [/ math], создавая магнитный поток в железном сердечнике. Этот поток проходит через [math] N_s [/ math] витков провода на другом контуре. Это создает ток [math] I_s [/ math] и разность напряжений во второй цепи [math] V_s [/ math]. Электроэнергия ([математика] V \ умноженная на I [/ математика]) остается прежней.

Основным принципом, позволяющим трансформаторам изменять напряжение переменного тока, является прямая зависимость между соотношением витков провода в первичной обмотке и вторичной обмотке и отношением первичного напряжения к выходному напряжению.Отношение числа витков (или петель) первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки известно как коэффициент витков . Соотношение витков устанавливает следующее соотношение с напряжением:

[математика] \ frac {N_p} {N_s} = \ frac {V_p} {V_s} = \ frac {I_s} {I_p} [/ math]

  • [math] N_p [/ math] = Количество витков в первичной катушке
  • [math] N_s [/ math] = Количество витков вторичной катушки
  • [math] V_p [/ math] = напряжение на первичной обмотке
  • [math] V_s [/ math] = Напряжение на вторичной обмотке
  • [math] I_p [/ math] = Ток через первичный
  • [math] I_s [/ math] = Ток через вторичную обмотку

Из этого уравнения, если количество витков в первичной обмотке больше, чем количество витков во вторичной обмотке ([math] N_p \ gt N_s [/ math]), то напряжение на вторичной катушке будет на меньше, чем на первичной катушке.Это известно как «понижающий» трансформатор, потому что он понижает или понижает напряжение. В таблице ниже показаны распространенные типы трансформаторов, используемых в электрической сети.

Тип трансформатора Напряжение Передаточное число Текущий Мощность
Понижение входное (первичное) напряжение> выходное (вторичное) напряжение [math] N [/ math] p > [math] N [/ math] s [math] I [/ math] p <[math] I [/ math] s [math] P [/ math] p = [math] P [/ math] s
Step up входное (первичное) напряжение <выходное (вторичное) напряжение [math] N [/ math] p <[math] N [/ math] s [math] I [/ math] p > [math] I [/ math] s [math] P [/ math] p = [math] P [/ math] s
Один к одному входное (первичное) напряжение = выходное (вторичное) напряжение [math] N [/ math] p = [math] N [/ math] s [math] I [/ math] p = [math] I [/ math] s [math] P [/ math] p = [math] P [/ math] s

Трансформатор один к одному будет иметь одинаковых значений для всего и используется в основном для цель обеспечения изоляции постоянного тока.

Понижающий трансформатор будет иметь на более высокое первичное напряжение, , чем вторичное напряжение, но на более низкое значение первичного тока, чем его вторичный компонент.

В случае повышающего трансформатора первичное напряжение будет ниже на , чем вторичное напряжение, что означает, что первичный ток на больше, чем вторичный компонент.

КПД

В идеальных условиях напряжение и ток изменяются с одинаковым коэффициентом для любого трансформатора, что объясняет, почему значение первичной мощности равно значению вторичной мощности для каждого случая в приведенной выше таблице.По мере уменьшения одного значения другое увеличивается, чтобы поддерживать постоянный уровень равновесной мощности. [2]

Трансформаторы могут быть чрезвычайно эффективными. Трансформаторы большой мощности могут достигать отметки КПД 99% благодаря успехам в минимизации потерь в трансформаторе. Однако трансформатор всегда будет выдавать немного меньшую мощность, чем его входная мощность, поскольку полностью исключить потери невозможно. Есть некоторое сопротивление трансформатора.

Чтобы узнать больше о трансформаторах, см. Гиперфизику.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

Трансформатор напряжения — Центр электротехники

Это устройство очень часто используется в электронной / электротехнической промышленности в мире. От небольшого трансформатора для электронного оборудования до большого трансформатора для передачи энергии высокого напряжения. Трансформатор является важным устройством в нашей жизни каждый день.

Основное назначение трансформатора напряжения — изменение или «преобразование» значения напряжения (одно- или трехфазное) .

Может увеличивать значение напряжения; Пример: с шагом 110 В переменного тока до 240 В переменного тока ( для использования источника питания ) или с шагом 11 кВ переменного тока до 33 кВ переменного тока ( для передачи энергии ).

Он также может понижать значение напряжения; Пример: с 240 В переменного тока с понижением до 24 В переменного тока ( для источника питания выпрямителя ) или с 11 кВ переменного тока с понижением до 415 В переменного тока ( для потребительского источника питания ).

Что такое трансформатор напряжения?

Трансформатор напряжения НЕ МОЖЕТ: —

  • Преобразование переменного тока в постоянный или другим способом
  • Изменение силы тока и напряжения постоянного тока (постоянный ток)
  • Изменение частоты (Гц) переменного тока

Описание трансформатора

Обычно трансформатор имеет два (2) принципала: —

1) Электрический ток может создавать магнитное поле.

2) Изменение магнитного поля внутри катушки с проволокой вызывает напряжение на конце катушки.

Простой трансформатор состоит из двух электрических проводников, называемых первичной обмоткой и вторичной обмоткой .

Если к первичной обмотке витков приложить изменяющееся во времени напряжение, в ней будет протекать ток, создающий магнитную силу (MMF).

Подобно тому, как электромагнитная сила (ЭДС) управляет током в электрической цепи, MMF управляет магнитным потоком через магнитную цепь.

Как повысить или понизить напряжение на трансформаторе?

Хорошо .. чтобы ответить на этот вопрос, во-первых, мы должны понять формулу трансформатора. В идеальном трансформаторе формула выглядит так: —

Вп / вс = Np / Ns = Is / Ip

Vp = Напряжение первичной обмотки Vs = Напряжение вторичной обмотки

Np = Передаточное число первичного Ns = Передаточное число вторичного

Ip = А первичный Is = А вторичный

1) Для Повышающий трансформатор , передаточное отношение для ПЕРВИЧНОГО должно быть больше, чем ВТОРИЧНЫЙ

2) Для трансформатора Step Down коэффициент трансформации для ВТОРИЧНОГО должен быть больше, чем ПЕРВИЧНЫЙ

.

Как использовать формулу трансформатора?

По формуле мы можем рассчитать напряжение, силу тока и коэффициент трансформации трансформатора.

ПРИМЕР:

1) Рассчитайте значение вторичного напряжения, если первичное напряжение = 240 В переменного тока, передаточное число первичной обмотки = 100 и передаточное число вторичной обмотки = 50

Впик. / Всз. = ПВ / Нс

Vs = Vp x Np / Ns

Vs = 240 x 100/50

Вс = 120 В переменного тока

2) Рассчитайте Ns (коэффициент передачи вторичной обмотки), если напряжение первичной обмотки = 11 кВ переменного тока, напряжение вторичной обмотки = 415 В переменного тока и коэффициент передачи первичной обмотки = 1800

Впик. / Всз. = Норм. / Нс

Нс = Np x Вс / Вп

Ns = 1800 x 415/11 к

Нс = 68 витков

Зачем нужно ЗАЗЕМЛЕНИЕ трансформатора?

Кабель заземления должен быть проложен на ВТОРИЧНОМ ТЕРМИНАЛЕ (ВЫХОД).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *