Измерительные трансформаторы

откуда

Таким образом, основные соотношения  трансформатора  остаются без изменения в автотрансформаторах.

В общей части обмотки а — х, принадлежащей сети высшего и низшего  напряжения,  протекают  токи  I1 и  I2,  направленные встречно.

Если пренебречь током холостого хода, величина которого очень мала, то можно считать, что токи I1 и I2 сдвинуты по фазе на 180°, и сила тока I12 в части обмотки а — х равна арифметической раз­ности сил токов вторичной и первичной сети, т. е.

В понижающем автотрансформаторе ток I12 совпадает по на­правлению с током I2, в повышающем — направлен противополож­но току I2­.

Преимуществом автотрансформатора перед трансформатором той же полезной мощности является меньший расход активных материалов — обмоточного провода и стали, меньшие потери энер­гии, более высокий к. п. д., меньшее изменение напряжения при изменении нагрузки.

Вес провода обмоток автотрансформатора примерно в раз  меньше веса провода обмоток трансформатора при одинаковых плотностях тока. Это объясняется тем, что у трансформатора на сердечнике имеются две обмотки — первичная с числом витков ω1 поперечное сечение провода которой рассчитано на силу тока I1 и и вторичная с числом витков ω2, поперечное сечение провода кото­рой рассчитано на силу тока I2. У автотрансформатора также две обмотки, но одна из них (часть А—а) имеет число витков (ω1— ω2)  из провода, поперечное сечение которого рассчитано на силу тока jh а другая (часть а — х) с числом витков w2 из провода, поперечное сечение которого рассчитано на разность сил токов I2—I1=I12

Поперечное сечение и вес стали магнитопровода автотрансфор­матора также меньше сечения и веса стали магнитопровода транс­форматора. Это объясняется тем, что в трансформаторе энергия из первичной сети во вторичную передается магнитным путем в ре­зультате электромагнитной связи между обмотками. В автотранс­форматоре энергия из первичной сети во вторичную частично пере­дается путем электрического соединения первичной и вторичной сети, т. е. электрическим путем. Так как в процессе передачи этой энергии магнитный поток не участвует, у автотрансформатора электромагнитная мощность меньше, чем у трансформатора.

Полезная мощность автотрансформатора при активной нагруз­ке равна: P2=U2I2.

Имея в виду, что I2=I1+I12, получим:

где Рм — электромагнитная мощность автотрансформатора, опреде­ляющая необходимый магнитный поток, поперечное сечение и вес стали магнитопровода. Эта мощность является расчетной или га­баритной мощностью автотрансформатора.

Наряду с преимуществами автотрансформаторов перед транс­форматорами они имеют существенные недостатки: малое сопро­тивление короткого замыкания, что обусловливает большую крат­ность тока короткого замыкания; возможность попадания высшего напряжения в сеть низшего напряжения из-за электрической связи между этими сетями. Наличие электрической связи между сетью источника и приемника энергии делает невозможным применение автотрансформатора в том случае, когда приемник энергии имеет заземленный полюс (в выпрямительных устрой­ствах).

Достоинства автотрансформаторов будут выражены тем силь­нее, чем коэффициент трансформации ближе к единице. Поэтому автотрансформаторы применяют при  небольших  коэффициентах

трансформации (К=1—2).

В трехфазных сетях используют трехфазные автотрансформа­торы, обмотки которых обычно соединяются звездой.

§ 87. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Измерительные трансформаторы делятся на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Их применяют в цепях пере­менного тока для расширения пределов измерения измерительных приборов и для изоляции этих приборов от токоведующих частей, Находящихся под высоким напряжением.

Трансформаторы напряжения (рис. 106, а) конструктивно пред­ставляют собой обычные трансформаторы малой мощности. Пер­ечная обмотка такого трансформатора включается в два линейных провода сети, напряжение которой измеряется или контроли­руется; во вторичную обмотку включают  вольтметр  или  параллельную обмотку ваттметра, счетчика и т. п. Коэффициент трансформации трансформатора напряжения  выбирают  таким,  чтобы при номинальном первичном  напряжении  напряжение  вторичной обмотки было 100 в.

Работа трансформатора напряжения подобна режиму холостого хода обычного силового трансформатора, так как сопротивление вольтметра или параллельной обмотки ваттметра, счетчика и т. п. велико и током во вторичной обмотке можно пренебречь.

Включение во вторичную обмотку большого числа измерительных приборов нежелательно. Если параллельно вольт­метру, включенному во вторичную обмот­ку трансформатора, подсоединить еще один вольтметр или параллельную обмот­ку ваттметра, счетчика и т. п., то ток во вторичной обмотке трансформатора уве­личится, что вызовет падение напряжения на зажимах вторичной  обмотки, и точность показания приборов понизится.

Трансформаторы тока (рис. 106,6) служат для преобразования переменного тока большой силы в ток малой силы и изготовляются таким образом, чтобы при номинальной силе тока первичной цепи во вторичной обмотке сила тока была 5 а.

Первичная обмотка трансформатора тока включается в разрез линейного провода (последовательно с нагрузкой), сила тока в ко­тором измеряется; вторичная обмотка замкнута на амперметр или на последовательную обмотку ваттметра, счетчика и т. п., т. е. на измерительный прибор с малым сопротивлением.

Режим работы трансформатора тока существенно отличен от режима работы обычного трансформатора. В обычном трансфор­маторе при изменении нагрузки магнитный поток в сердечнике остается практически неизменным, если постоянно приложенное напряжение.

Если в обычном трансформаторе уменьшить нагрузку, т. е. силу  тока во вторичной обмотке, то и в первичной обмотке  сила  тока уменьшится и, если вторичную обмотку разомкнуть, то сила тока в первичной обмотке уменьшится до тока холостого хода I0.

При работе трансформатора тока его вторичная обмотка замкнута на измерительный прибор с малым сопротивлением и ре­жим работы трансформатора близок к короткому замыканию. По­этому магнитный поток в магнитопроводе  трансформатора  мал.

Если разомкнуть вторичную обмотку трансформатора тока, то тока в этой обмотке не будет, тогда как в первичной обмотке сила тока остается неизменной.

Таким образом, при разомкнутой вторичной обмотке трансформатора тока магнитный поток в магнитопроводе, возбужденный током первичной обмотки и не встречающий размагничивающего

действия тока вторичной обмотки, окажется очень большим и, сле­довательно, э. д. с. вторичной обмотки, имеющей большее число витков, достигает большой величины, опасной для целости изоля­ций этой обмотки и для обслуживающего персонала. Поэтому при выключении измерительных приборов из вторичной обмотки транс­форматора тока эту обмотку необходимо замкнуть накоротко.

Включение большого числа измерительных приборов во вторич­ную обмотку трансформатора тока  снижает точность  измерения.

Конструкции трансформаторов тока в зависимости от назначе­ния чрезвычайно разнообразны и делятся на стационарные и пере­носные.

При работе измерительных трансформаторов напряжения и тока возможен пробой изоляции их первичных обмоток и, как след­ствие пробоя, электрическое соединение первичной обмотки с сер­дечником или со вторичной обмоткой.

Для безопасности обслуживания сердечники и вторичные обмот­ки измерительных трансформаторов заземляются.

Контрольные вопросы

1.  Объясните назначение и принцип действия трансформатора.

2.  Какую форму имеют магнитопроводы однофазных трансформаторов?

3.  Каково устройство магнитопровода и обмоток трансформаторов?

4.  Каким выражением определяется действующее значение э. д. с. обмотки трансформатора?

5.  Изменится ли ток в первичной обмотке трансформатора, если при изме­нении нагрузки увеличился ток во вторичной обмотке?

6.  Что называется коэффициентом трансформации?

7.  Как производят опыты холостого хода и короткого замыкания трансфор­матора и какие параметры его определяются из этих опытов?