Измерительные трансформаторы служат для включения измерительных приборов в цепях переменного тока и для подключения цепей защиты. Прежде всего эти трансформаторы нужны, чтобы изолировать измерительные приборы и цепи защиты от высокого напряжения. Это необходимо для защиты обслуживающего персонала, а также для сохранения изоляции измерительного прибора. Кроме того, измерительные трансформаторы дают возможность расширять пределы измерения и осуществлять дистанционные измерения.
Измерительные трансформаторы бывают двух типов: измерительные трансформаторы напряжения и измерительные трансформаторы тока.
Измерительные трансформаторы напряжения служат для включения вольтметров, а также других приборов, которые должны реагировать на значение напряжения, например, катушек напряжения ваттметров, счетчиков, фазометров и т. п. Так как такие приборы обладают высоким сопротивлением (порядка 1000 Ом), то трансформаторы напряжения работают в режиме, близком к холостому ходу. Такой режим приводит к увеличению размеров магнитопровода и устройству специального масляного охлаждения. Напряжение на вторичной обмотке обычно равно 100 В или 
В. Схема включения измерительного трансформатора напряжения показана на рис. 14, а.
Измерительные трансформаторы тока служат для включения амперметров, а также токовых катушек других приборов. Первичная обмотка трансформатора тока выполняется из провода большого сечения и включается в цепь последовательно. Рабочий режим таких трансформаторов близок к короткому замыканию, поэтому размеры магнитопровода у них значительно меньше, чем у трансформаторов напряжения. Трансформатор тока понижает ток до стандартной величины 5 А или 1 А. Схема включения измерительного трансформатора тока показана на рис 14, б.
|
|
а б
1 – первичная 3 – вторичная обмотки трансформатора тока; 2 – магнитопровод
Рис. 14. Схемы включения измерительных трансформаторов:
а – трансформатора напряжения; б – трансформатора тока
Для определения напряжения или тока в цепи необходимо показания приборов умножать на коэффициент трансформации измерительных трансформаторов. Часто шкала прибора градуируется с учетом этого коэффициента.
Вопросы для самопроверки
1. Определение и классификация трансформаторов.
2. Принцип работы трансформатора.
3. Какие параметры можно определить по результатам опыта холостого хода?
4. Какие параметры можно определить по результатам этого опыта короткого замыкания?
5. Нарисовать полную схему замещения трансформатора и пояснить, что означают ее сопротивления.
6. Определение и вид внешней характеристики трансформатора.
7. Запишите выражение для определения изменения вторичного напряжения трансформатора.
8. В каком случае напряжение на вторичной обмотке трансформатора может оказаться выше напряжения холостого хода?
9. Перечислите потери в трансформаторе. Какие из них относятся к постоянным, какие к переменным и почему?
10. КПД трансформатора: определение, зависимость от нагрузки. Максимальный КПД.
11. Особенности конструкции автотрансформаторов.
12. В чем заключаются достоинства и недостатки автотрансформаторов? Как это используется на практике?
13. Определение, особенности работы и схема сварочного трансформатора.
|
|
14. Для чего предназначены измерительные трансформаторы?
15. Разновидности измерительных трансформаторов.
16. Особенности работы измерительного трансформатора напряжения.
17. Особенности работы измерительного трансформатора тока.
18. Схемы включения измерительных трансформаторов.
Задача 1. Потребители электрической энергии питаются от трехфазного двухобмоточного трансформатора с номинальной мощностью S ном при номинальном первичном U 1ном и вторичном U 2ном линейных напряжениях номинальной частоты f = 50 Гц.
Таблица 1. Тип трансформатора и его паспортные данные
| Тип трансформатора | 
| 
| 
| 
| 
| 
|
| кВА | кВ | кВ | кВт | кВт | % | |
| ТСЗ-400 | 0,4 | 1,3 | 5,4 | 5,5 |
Технические данные трансформатора: потери мощности при холостом ходе Р 0, потери мощности при коротком замыкании Р кз, напряжение короткого замыкания uк% при токах в обмотках I 1ном, I 2ном, равных номинальным. Ток холостого хода принять равным 0,1 I 1ном.
Схема соединения обмоток трансформатора Y/Δ.
Принимая во внимание паспортные данные трансформатора, приведенные в таблице 1, требуется определить:
1. Коэффициент трансформации трансформатора (k т).
2. Номинальные токи в обмотках трансформатора (I 1ном, I 2ном).
3. Коэффициент полезного действия трансформатора (ηном) при номинальной нагрузке и коэффициенте нагрузки cosφ2 = 0,8.
4. Сопротивления короткого замыкания (R к, X к).
5. Параметры полной схемы замещения трансформатора 
считая, что 
6. Вторичное напряжение трансформатора при токе нагрузки 
и 
.
Решение
1. Коэффициент трансформации
|
|
2. Номинальные токи первичной и вторичной цепи определяются из выражений
Так как первичная обмотка трансформатора соединена по схеме «звезда», то токи в обмотках равны линейному току, т.е.
Вторичная обмотка соединена по схеме «треугольник», следовательно, токи в обмотках ─ это фазные токи и они равны:
3. Коэффициент полезного действия определяется из выражения:
При номинальной нагрузке 
, следовательно
Т.е. 
4. Сопротивление короткого замыкания можно определить по результатам опыта короткого замыкания
Учтем, что мощность короткого замыкания указывается в паспорте трансформатора для трех фаз, тогда мощность одной фазы будет равна 
Сопротивления короткого замыкания найдем по выражениям (25):
5. Для определения параметров схемы замещения трансформатора учтем, что
и 
, при условии, что 
и 
Тогда
Зная приведенные сопротивления вторичной обмотки, можно определить их действительные значения.
Так как
Сопротивление ветви намагничивания определим по результатам опыта холостого хода.
Ток холостого хода
Тогда
6. Вторичное напряжение найдем в следующем порядке.
Сначала определим
(по условию).
Теперь можно найти вторичное напряжение
Таким образом, при токе нагрузки, в 2 раза превышающем номинальный ток, напряжение на вторичной обмотке будет равно 365 В, то есть, близко к номинальному линейному напряжению трехфазной цепи.