Woraus besteht ein einfacher Transformator? Transformer. Zweck von Transformatoren und ihre Anwendung. Mögliche Fehlfunktionen von Stromwandlern

Ein Stromwandler ist ein Messgerät, dessen Primärwicklung (High-Side) an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist und dessen Sekundärwicklung (Low-Side) an Messgeräte oder niederohmige Schutzgeräte angeschlossen ist.

Genauer gesagt ist die Primärwicklung eines Stromtransformators nur in Reihe mit dem Stromkreis verbunden, durch den die elektrische Last fließt. Schutzgeräte, Messgeräte und Stromzähler werden an die Sekundärwicklung oder mehrere Sekundärwicklungen angeschlossen.

Funktionsprinzip des Stromwandlers

Die Funktionsweise eines herkömmlichen Stromwandlers basiert auf dem physikalischen Phänomen der elektromagnetischen Induktion. Dies bedeutet, dass beim Anlegen einer Spannung an die Primärwicklung ein Wechselstrom durch ihre Windungen fließt und anschließend das Erscheinungsbild eines magnetischen Wechselflusses entsteht. Der resultierende magnetische Fluss durchdringt den Kern und durchdringt die Windungen aller Wicklungen des Transformators und induziert so in ihnen elektromotorische Kräfte (EMK). Wenn die Sekundärwicklung kurzgeschlossen ist oder wenn eine Last an ihren Stromkreis angeschlossen ist, unter dem Einfluss der EMK. In den Windungen der Wicklung beginnt ein Sekundärstrom zu fließen.

Zweck von Transformatoren

Der allgemeine Zweck von Stromwandlern besteht darin, große Wechselstrommengen auf für die Messung geeignete und sichere Werte umzuwandeln (zu reduzieren).

Mit Stromwandlern können Sie große elektrische Lasten in Wechselstromnetzen sicher messen. Dies wird durch die Isolierung der Primärwicklung und der Sekundärwicklung voneinander ermöglicht.

Bei der Herstellung von Stromwandlern werden strenge Anforderungen an die Qualität der Isolierung und die Genauigkeit der Messung elektrischer Verbraucher gestellt.

Ein Stromwandler ist ein Gerät, das auf einem aus speziellem Transformatorstahl laminierten Kern basiert. Auf den Kern (Magnetkreis) werden die Windungen einer, zweier oder sogar mehrerer Sekundärwicklungen gewickelt, die sowohl voneinander als auch vom Kern elektrisch isoliert sind.

Bei der Primärwicklung kann es sich um eine Spule handeln, die ebenfalls auf den Kern des Messwandlers gewickelt ist. Meistens handelt es sich bei der Primärwicklung jedoch um eine Sammelschiene (Platte) aus Aluminium oder Kupfer. Nicht seltener hat ein Stromwandler überhaupt keine Primärwicklung. In diesem Fall wird die Funktion der Primärwicklung von einem Stromleiter übernommen, der durch den Ring des Stromwandlers verläuft. Dabei kann es sich um eine separate Ader eines Elektrokabels handeln.

Der gesamte Aufbau des Stromwandlers ist in einem Gehäuse untergebracht, um ihn vor mechanischer Beschädigung zu schützen.

Das wichtigste technische Merkmal jedes Stromwandlers ist das Nennübersetzungsverhältnis. Sein Wert wird auf einem speziellen Schild (Etikett) in Form des Verhältnisses des Nennwerts des Primärstroms zum Nennwert des Sekundärstroms angegeben.

Beispielsweise bedeutet der angegebene Wert 400/5, dass bei einer Primärlast von 400 A ein Strom von 5 A im Sekundärkreis fließen sollte und daher das Übersetzungsverhältnis 80 beträgt. Wenn der Wert 50/1 angegeben wird auf dem Typenschild angegeben ist, beträgt das Übersetzungsverhältnis 50.

Fast jeder Stromwandler weist einen bestimmten Fehler auf. Abhängig von seinem Wert wird jedem Stromwandler eine eigene Genauigkeitsklasse zugeordnet.

Transformatorklassifizierung

Es gibt mehrere Kriterien, nach denen Stromwandler unterteilt werden.

Je nach Verwendungszweck sind sie Mess-, Schutz-, Zwischen- und Laborgeräte.

Messgeräte übernehmen die Messfunktion. Daran werden Instrumente wie ein Amperemeter oder Messgeräte (Stromzähler) angeschlossen.
Schutzstromwandler übernehmen die elektrische Schutzfunktion in Verbindung mit Schutzgeräten, an sie werden also Geräte wie Stromrelais oder moderne digitale Hochspannungsschutzgeräte angeschlossen.
Zwischenstromwandler werden in Relaisschutzstromkreisen eingesetzt.
Laborgeräte verfügen über eine sehr hohe Messgenauigkeit. Sie können auch mehrere unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse haben.

Je nach Installationsart werden Stromwandler unterteilt in extern Und intern sowie in elektrische Geräte eingebaut (in Hochspannungsschaltern, in Versorgungstransformatoren usw.). Darüber hinaus sind Stromwandler über Kopf und tragbar. Tragbare Transformatoren werden zur Messung der Stromlast unter Laborbedingungen verwendet.

Je nach Ausführung der Primärwicklung gibt es einwindige, Multiturn Und Reifen Stromtransformatoren. Entsprechend der Anzahl der Transformationsstufen - ein- und zweistufig.

Basierend auf der Spannung werden Stromwandler in zwei Gruppen eingeteilt – Geräte mit Spannungen bis 1000 V und Geräte mit Spannungen über 1000 V.

Neben herkömmlichen Messstromwandlern gibt es auch spezielle, beispielsweise Nullstromwandler.

Funktionsprinzip:

Das Gerät verfügt über 2 Wicklungen Sie werden als primär und sekundär bezeichnet. Nur die Primärwicklung ist an eine externe Quelle angeschlossen, während die Sekundärwicklung zur Spannungsentlastung dient.
Einbeziehung der Primärwicklung in das Stromnetz, wird im Magnetkreis von der Primärwicklung ein Magnetfeld (Wechselfeld) erzeugt, wodurch bei Schließung durch den Empfänger ein Sekundärwicklungsstrom erzeugt wird.
Synchron in der Primärverpackung Laststrom erzeugt wird.
Hier kommt die Transformation her. elektrische Energie, wenn das Primärnetz sie an das Sekundärnetz überträgt. Dadurch erhält der Empfänger den Wert, für den das Gerät ausgelegt ist.

Schema der Arbeit

Das Phänomen der Gegeninduktion ist die Grundlage für den Betrieb eines Transformators:

Verbessern magnetische Verbindung von 2 Wicklungen, sie werden auf dem Magnetkern der Stahlkonstruktion platziert.
Wiederum Die Isolierung erfolgt nicht nur zwischen ihnen, sondern auch mit dem Magnetkreis.
Jede Wicklung hat eine eigene Kennzeichnung. Wenn an der Wicklung Hochspannung anliegt, wird sie mit (VN) und mit Niederspannung (LV) bezeichnet.
Primärwicklung wird an die Stromversorgung angeschlossen, der Sekundärteil wird an den Empfänger angeschlossen.

Die Spannung an den Spulen hat unterschiedliche Werte und der Wert an den Spulen hängt vom Verwendungszweck des Geräts ab:

Aufwärtstransformator wird auf der Primärwicklung weniger Spannung haben als auf der zweiten.
Step-Down-Gerät, genau das Gegenteil ist der Fall.

Ihre Einsatzmöglichkeiten sind unterschiedlich:

Über lange Distanzen Boosting-Geräte werden eingesetzt.
Wenn Sie verteilen müssen Strom an Verbraucher - Reduzierung.

Es gibt Geräte mit 3 Wicklungen, bei denen nicht nur Hoch- und Niederspannung, sondern auch ein Mittelwert (MV) ermittelt werden muss.

Die Spulen eines solchen Geräts sind ebenfalls voneinander isoliert und über eine Spule mit Strom verbunden, während die anderen beiden an verschiedene Empfänger angeschlossen sind:

Die Wickel haben eine zylindrische Form und werden durch Wickeln von Kupferdraht mit rundem Querschnitt für niedrige Ströme durchgeführt.
Für Hochstrom Es werden Reifen mit rechteckigem Querschnitt verwendet.
Auf dem Magnetkern Die Ummantelung ist für Niederspannung ausgelegt, da sie im Vergleich zu Ummantelungen mit hoher Nennspannung leicht isoliert ist.
Der Kern selbst in runder Form ausgeführt, wenn die Verpackung die Form eines Zylinders hat. Dies geschieht, um nichtmagnetische Lücken zu verringern und die Länge der Spulen zu reduzieren. Daher nimmt auch die Kupfermasse pro gegebener Querschnittsfläche des runden Magnetkreises ab.
Runder Stab durchläuft einen aufwändigen Montageprozess aus Stahlblechen. Und um die Aufgabe zu vereinfachen, verwenden Hochspannungsgeräte Stäbe mit abgestuftem Querschnitt, wenn deren Anzahl nur 17 Stück erreicht.
In leistungsstarken Einheiten Zur Kühlung des Magnetkerns sind zusätzliche Lüftungskanäle eingebaut. Dies wird dadurch erreicht, dass sie senkrecht und parallel zur Oberfläche der Stahlbleche angebracht werden.
Bei leistungsschwächeren Geräten Der Kern hat einen rechteckigen Querschnitt.

Zweck und Typen

Dreiphasentransformator

Ein Transformator kann als Wandler eines Spannungs- oder Stromwerts in einen anderen bezeichnet werden.

Sie können sein:

Drei Phasen;
einzelphase;
nach unten;
zunehmend;
Messen usw.;

Zweck des Gerätes:überträgt und verteilt Strom an den Kunden.

Das Gerät enthält aktive Komponenten: Spule und Magnetkern. Der Kern kann wiederum aus Stab und Panzerung bestehen. Sie verwenden kaltgewalztes, warmgewalztes Elektroband.

Die verwendete Verpackung ist durchgehend, schraubenförmig, zylindrisch oder scheibenförmig.

Zu den modernen Produkten zählen:

ringförmig;
gepanzert;
Stange;

Sie haben ähnliche Eigenschaften und eine hohe Zuverlässigkeit. Das einzige, was sie unterscheidet, ist die Herstellungsmethode.

Bei der Stabversion wird die Spule um den Kern gewickelt, während sie bei der gepanzerten Version in den Kern eingeführt wird. Daher ist die Polsterung beim Stabtyp sichtbar und nur horizontal angeordnet, beim Panzertyp ist sie jedoch verborgen, kann aber sowohl horizontal als auch vertikal platziert werden.

Welchen Typ wir auch in Betracht ziehen, er besteht aus drei Komponenten:

Kühlsystem;
Verpackung;
Magnetkreis;

Dank der Geräte ist es möglich, die von Kraftwerken über große Entfernungen gelieferte Spannung deutlich zu erhöhen, während die Energieverluste entlang der Leitungen minimal sind. Basierend auf dem oben Gesagten ist es möglich, Drähte auf Übertragungsleitungen mit einer kleineren Querschnittsfläche zu verwenden.

Der Verbraucher kann auch den Energieverbrauch aus Hochspannungsleitungen auf Nennwerte (380, 220, 127 V) reduzieren.

Umfang und Typen

Transformator im Fernseher

Haushaltstransformatoren schützen Geräte vor Spannungsspitzen.

Daher werden sie in folgenden Geräten eingesetzt:

in der Beleuchtung;
Oszilloskope;
Fernseher;
Radios;
Messgeräte usw.;

Schweißgeräte, die das Strom- und Schweißnetz trennen, werden aktiv in Schweiß- und elektrothermischen Strukturen eingesetzt, wo sie die Spannung erfolgreich auf die erforderlichen Nennwerte reduzieren.

Das Stromnetz nutzt ölbefeuerte Anlagen mit Spannungen von 6 und 10 kV.

Viele automatische Konstruktionen verwenden Transformatoren, bei denen die Spannung an den Spulen nicht saugend ist.

Arten:

Rotierend. Das Signal wird an rotierende Objekte übertragen. Zum Beispiel ein Videorecorder, bei dem das Signal an die Trommel der Magnetkopfbaugruppe übertragen wird. Hier gibt es 2 Hälften des Magnetkreises und ihre Drehung erfolgt mit minimalem Abstand zueinander. Auf dieser Grundlage wird eine hohe Drehzahl realisiert; bei der Kontaktsignalmethode wird es nicht für möglich gehalten, einen solchen Effekt zu erzielen.
Spitzentransformator. Bei dieser Option wird die Sinusspannung in Spitzen umgewandelt, die eine Spitzenform haben. Sie werden aktiv bei der Steuerung von Thyristoren sowie elektronischen und Halbleiterbauelementen eingesetzt.
Koordinator. Beteiligt sich an der Anpassung von Widerständen in verschiedenen Intervallen der elektronischen Schaltung, wobei die Signalform minimal verzerrt wird. Die galvanische Trennung zwischen den Schaltkreiszonen ist synchron gewährleistet.
Teilen. Hier sind die beiden Wicklungen nicht elektrisch miteinander verbunden. Dieses Schema ermöglicht es, die Sicherheit elektrischer Netze zu erhöhen. Bei einer versehentlichen gleichzeitigen Berührung eines spannungsführenden Teils und der Erde kommt es zu einer galvanischen Trennung des Stromkreises.
Impuls. Bei dieser Option werden Impulssignale in einem sehr kurzen Zeitraum (zig Mikrosekunden) umgewandelt, während die Krümmung der Impulskonfiguration minimal ist.
Durch Spannung. Hier erfolgt die Umwandlung von Hochspannung in Niederspannung. Mit dieser Option können Sie Mess- und Logikschaltkreise von Hochspannung isolieren.
Nach aktuellem Stand. Dieser Typ misst Hochstromkreise. Zum Beispiel bei der Gestaltung von Relaisfeldern elektrischer Energiesysteme. Daher gelten recht strenge Genauigkeitsanforderungen.
Spartransformator. Bei diesem Typ sind die beiden Wicklungen direkt verbunden. Dadurch entsteht eine elektrische und elektromagnetische Verbindung, was den hohen Wirkungsgrad dieser Bauart erklärt. Der Nachteil eines solchen Gerätes ist die fehlende Isolierung, das heißt, es gibt keine galvanische Trennung.
Leistung. Diese Option wird mit variablem Strom eingesetzt und wandelt elektrische Energie in Anlagen und Stromnetzen um. Dieser Typ wird häufig auf Hochspannungsleitungen (35–750 kV) und städtischen Stromnetzen (10 und 6 kV) eingesetzt.
Doppeldrossel. Das Vorhandensein von zwei gleichen Windungen ermöglicht eine wirksamere Drosselung als bei einer herkömmlichen. Sie werden am Filtereingang im Netzteil sowie in Audiogeräten eingesetzt.
Transfluxor. Die verbleibende Magnetisierung des Magnetdrahtes ist groß, was seine Verwendung zur Speicherung von Informationen ermöglicht.

Ein bisschen Geschichte

Die Erfindung von Transformatoren begann im Jahr 1876 durch den großen russischen Wissenschaftler P.N. Jablokow. Dann hatte sein Produkt keinen geschlossenen Kern, der viel später erschien - 1884. Und mit dem Aufkommen des Geräts interessierten sich Wissenschaftler aktiv für Wechselstrom.

Beispielsweise hat M.O. bereits 1889 Dolivo-Dobrovolsky (russischer Elektroingenieur) schlug ein dreiphasiges Wechselstromsystem vor. Er baute die erste 3-Phasen-Anlage

Ein paar Jahre später präsentierte der Elektromechaniker seine Arbeit auf einer Ausstellung, wo eine Präsentation einer dreiphasigen Hochspannungsleitung mit einer Länge von 175 km stattfand, bei der es gelungen war, Strom zu erhöhen und zu senken.

Wenig später waren die Ölaggregate an der Reihe, denn Öl erwies sich nicht nur als guter Isolator, sondern auch als hervorragendes Kühlmedium.

Im 20. Jahrhundert erschienen kompaktere und wirtschaftlichere Produkte. Die Hersteller der Produkte waren ausländische Unternehmen. Derzeit sind auch inländische Unternehmen in der Produktion tätig.

Beim Betrieb von Energiesystemen besteht häufig die Notwendigkeit, bestimmte elektrische Größen in ähnliche Analoga mit proportional veränderten Werten umzuwandeln. Dadurch können Sie bestimmte Vorgänge in Elektroinstallationen simulieren und Messungen sicher durchführen.

Der Betrieb eines Stromwandlers (CT) basiert auf dem Betrieb in elektrischen und magnetischen Feldern, die sich in der Form der Harmonischen variabler Sinusgrößen ändern.

Es wandelt den Primärwert des im Stromkreis fließenden Stromvektors in einen sekundären reduzierten Wert um und sorgt so für Modulproportionalität und genaue Winkelübertragung.

Funktionsprinzip des Stromwandlers

Das Diagramm veranschaulicht die Prozesse, die bei der Umwandlung elektrischer Energie in einem Transformator ablaufen.

Der Strom I1 fließt durch die Leistungsprimärwicklung mit der Windungszahl w1 und überwindet deren Gesamtwiderstand Z1. Um diese Spule bildet sich ein Magnetfluss F1, der von einem Magnetkreis erfasst wird, der senkrecht zur Richtung des Vektors I1 liegt. Diese Ausrichtung sorgt für minimale Verluste elektrischer Energie bei der Umwandlung in magnetische Energie.

Durch die senkrechten Windungen der Wicklung w2 induziert der Fluss F1 in ihnen eine elektromotorische Kraft E2, unter deren Einfluss ein Strom I2 in der Sekundärwicklung entsteht, der den Gesamtwiderstand der Spule Z2 und der angeschlossenen Ausgangslast Zn überwindet. In diesem Fall entsteht an den Anschlüssen des Sekundärkreises ein Spannungsabfall U2.

Der Wert von K1, bestimmt durch das Verhältnis der Vektoren I1/I2, wird aufgerufen Übersetzungsverhältnis. Sein Wert wird beim Entwurf von Geräten festgelegt und in fertigen Strukturen gemessen. Die Unterschiede zwischen den Indikatoren realer Modelle und den berechneten Werten werden anhand messtechnischer Merkmale beurteilt – Genauigkeitsklasse des Stromwandlers.

Im realen Betrieb sind die Stromwerte in den Wicklungen keine konstanten Werte. Daher wird das Übersetzungsverhältnis üblicherweise durch Nominalwerte angegeben. Der Ausdruck 1000/5 bedeutet beispielsweise, dass bei einem Betriebsprimärstrom von 1 Kiloampere eine Last von 5 Ampere in den Sekundärwindungen wirkt. Basierend auf diesen Werten wird der Langzeitbetrieb dieses Stromwandlers berechnet.

Der magnetische Fluss F2 vom Sekundärstrom I2 verringert den Wert des Flusses F1 im Magnetkreis. In diesem Fall wird der darin erzeugte Transformatorfluss Фт durch die geometrische Summation der Vektoren Ф1 und Ф2 bestimmt.

Gefährliche Faktoren beim Betrieb eines Stromwandlers

Verletzungsgefahr durch Hochspannungspotential bei Isolationsdurchschlag

Da der CT-Magnetkreis aus Metall besteht, eine gute Leitfähigkeit aufweist und die isolierten Wicklungen (Primär- und Sekundärwicklung) magnetisch miteinander verbindet, besteht bei einer Beschädigung der Isolierschicht ein erhöhtes Risiko elektrischer Verletzungen des Personals oder einer Beschädigung der Ausrüstung.

Um solche Situationen zu verhindern, wird eine der Sekundärklemmen des Transformators geerdet, um bei Unfällen Hochspannungspotenzial abzuleiten.

Dieser Anschluss ist immer auf dem Gerätegehäuse markiert und in den Anschlussplänen angegeben.

Verletzungsgefahr durch Hochspannungspotential bei Unterbrechung des Sekundärstromkreises

Die Anschlüsse der Sekundärwicklung sind mit „I1“ und „I2“ gekennzeichnet, sodass die Richtung der fließenden Ströme polar ist und über alle Wicklungen hinweg gleich ist. Wenn der Transformator in Betrieb ist, müssen sie immer an die Last angeschlossen sein.

Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass der Strom, der durch die Primärwicklung fließt, eine Leistung (S=UI) mit hohem Potenzial hat, die in einen Sekundärkreis mit geringen Verlusten umgewandelt wird und bei dessen Unterbrechung der Stromanteil stark abnimmt zu den Werten der Leckage durch die Umgebung, aber gleichzeitig erhöht der Abfall die Belastung des gebrochenen Abschnitts erheblich.

Das Potenzial an den offenen Kontakten der Sekundärwicklung kann beim Stromfluss durch den Primärkreis mehrere Kilovolt erreichen, was sehr gefährlich ist.

Daher müssen alle Sekundärkreise von Stromwandlern immer zuverlässig aufgebaut sein und Shunt-Kurzschlüsse müssen immer an Wicklungen oder Kernen installiert werden, die außer Betrieb genommen werden.

Designlösungen für Stromwandlerschaltungen

Jeder Stromwandler ist als elektrisches Gerät dazu bestimmt, bestimmte Probleme beim Betrieb elektrischer Anlagen zu lösen. Die Industrie produziert sie in einem großen Sortiment. In einigen Fällen kann es jedoch bei der Verbesserung von Designs einfacher sein, vorgefertigte Modelle mit bewährten Technologien zu verwenden, als neue Modelle neu zu entwerfen und herzustellen.

Das Prinzip der Erstellung eines Single-Turn-Stromwandlers (im Primärkreis) ist grundlegend und wird im Bild links dargestellt.

Hier besteht die mit Isolierung bedeckte Primärwicklung aus einem geraden Bus L1-L2, der durch den Magnetkern des Transformators verläuft, und die Sekundärwicklung ist darum gewickelt und mit der Last verbunden.

Das Prinzip zur Erstellung eines Multiturn-Stromwandlers mit zwei Kernen ist rechts dargestellt. Dabei werden zwei Einwindungstransformatoren mit ihren Sekundärkreisen genommen und eine bestimmte Anzahl Windungen der Leistungswicklungen durch ihre Magnetkerne geführt. Auf diese Weise wird nicht nur die Leistung erhöht, sondern auch die Anzahl der ausgangsseitig angeschlossenen Stromkreise erhöht.

Diese drei Prinzipien können auf verschiedene Weise modifiziert werden. Beispielsweise ist die Verwendung mehrerer identischer Wicklungen um einen Magnetkern weit verbreitet, um separate, unabhängige Sekundärkreise zu schaffen, die autonom arbeiten. Sie werden üblicherweise Kerne genannt. Auf diese Weise werden Schutzschalter oder Leitungen (Transformatoren) mit unterschiedlichen Zwecken an die Stromkreise eines Stromwandlers angeschlossen.

Leistungsgeräte verwenden kombinierte Stromtransformatoren mit einem leistungsstarken Magnetkern, die im Notbetrieb der Geräte verwendet werden, und einen konventionellen, der für Messungen bei Nennnetzparametern vorgesehen ist. Um verstärktes Eisen gewickelte Wicklungen werden zum Betrieb von Schutzgeräten verwendet, während normale Wicklungen zur Messung von Strom oder Leistung/Widerstand verwendet werden.

So heißen sie:

Schutzwicklungen gekennzeichnet mit dem Index „P“ (Relais);

Messung, gekennzeichnet durch Zahlen der messtechnischen Genauigkeitsklasse des TT, zum Beispiel „0,5“.

Im Normalbetrieb des Stromwandlers ermöglichen Schutzwicklungen eine Messung des Primärstromvektors mit einer Genauigkeit von 10 %. Aufgrund dieses Wertes werden sie „zehn Prozent“ genannt.

Messfehler

Das Prinzip der Bestimmung der Genauigkeit eines Transformators ermöglicht die Bewertung seines im Bild gezeigten Ersatzschaltbilds. Darin werden alle Werte der Primärgrößen bedingt auf die Wirkung in den Sekundärumdrehungen reduziert.

Das Ersatzschaltbild beschreibt alle in den Wicklungen ablaufenden Prozesse unter Berücksichtigung der Energie, die für die Magnetisierung des Kerns mit dem Strom I aufgewendet wird.

Das auf seiner Grundlage konstruierte Vektordiagramm (Dreieck SB0) zeigt an, dass sich der Strom I2 von den Werten von I’1 um den Wert I us (Magnetisierung) unterscheidet.

Je höher diese Abweichungen sind, desto geringer ist die Genauigkeit des Stromwandlers. Um CT-Messfehler zu berücksichtigen, wurden folgende Konzepte eingeführt:

relativer aktueller Fehler, ausgedrückt als Prozentsatz;

Winkelfehler, berechnet anhand der Bogenlänge AB im Bogenmaß.

Der Absolutwert der Abweichung der Primär- und Sekundärstromvektoren wird durch das AC-Segment bestimmt.

Allgemeine Industrieausführungen von Stromwandlern werden für den Betrieb in Genauigkeitsklassen hergestellt, die durch die Eigenschaften 0,2 bestimmt werden; 0,5; 1,0; 3 und 10 %.

Praktische Anwendung von Stromwandlern

Eine Vielzahl ihrer Modelle findet sich sowohl in kleinen elektronischen Geräten, die in einem kleinen Gehäuse untergebracht sind, als auch in Energiegeräten, die erhebliche Abmessungen von mehreren Metern einnehmen.Sie sind nach betrieblichen Merkmalen unterteilt.

Klassifizierung von Stromwandlern

Je nach Zweck werden sie unterteilt in:

Messgeräte, die Ströme an Messgeräte übertragen;
schützend, an aktuelle Schutzschaltungen angeschlossen;
Labor, mit einer hohen Genauigkeitsklasse;
Zwischenstufen, die für wiederholte Konvertierungen verwendet werden.

Beim Betrieb von Anlagen werden CTs eingesetzt:

Außenaufstellung im Freien;

für geschlossene Installationen;

in das Gerät eingebaut;

über Kopf - die Buchse aufsetzen;

tragbar, sodass Sie Messungen an verschiedenen Orten durchführen können.

Basierend auf der Betriebsspannung von CT-Geräten gibt es:

Hochspannung (mehr als 1000 Volt);

für Nennspannungswerte bis 1 Kilovolt.

Stromwandler werden auch nach der Art der Isoliermaterialien, der Anzahl der Transformationsstufen und anderen Merkmalen klassifiziert.

Ausgeführte Aufgaben

Zum Betrieb von Stromkreisen zur Messung elektrischer Energie, Mess- und Schutzleitungen oder Spartransformatoren werden Fernmessstromwandler eingesetzt.

Das Foto unten zeigt ihre Platzierung für jede Phase der Leitung und die Installation der Sekundärkreise im Klemmenkasten einer 110-kV-Außenschaltanlage für einen Leistungsspartransformator.

Die gleichen Aufgaben übernehmen Stromwandler in 330-kV-Freiluftschaltanlagen, allerdings weisen sie aufgrund der Komplexität von Hochspannungsanlagen deutlich größere Abmessungen auf.

Bei Energieanlagen werden häufig eingebaute Stromwandlerkonstruktionen verwendet, die direkt am Körper der Energieanlage angebracht werden.

Sie verfügen über Sekundärwicklungen mit Leitungen, die in einem abgedichteten Gehäuse um den Hochspannungseingang herum angeordnet sind. Die Kabel von den CT-Klemmen werden zu den hier angebrachten Klemmenkästen geführt.

In Hochspannungs-Stromtransformatoren wird meist spezielles Transformatorenöl als Isolator verwendet. Ein Beispiel für eine solche Konstruktion ist im Bild für Stromwandler der TFZM-Serie dargestellt, die für den Betrieb bei 35 kV ausgelegt sind.

Bis einschließlich 10 kV werden bei der Herstellung des Gehäuses feste dielektrische Materialien zur Isolierung zwischen den Wicklungen verwendet.

Ein Beispiel ist der Stromtransformator der Marke TPL-10, der in KRUN, geschlossenen Schaltanlagen und anderen Schaltanlagentypen verwendet wird.

Ein Beispiel für den Anschluss des Sekundärstromkreises eines der REL 511-Schutzkerne für einen 110-kV-Leitungsschutzschalter ist in einem vereinfachten Diagramm dargestellt.

Fehlfunktionen des Stromwandlers und wie man sie findet

Beim Einschalten eines Stromwandlers unter Last kann es durch thermische Überhitzung, zufällige mechanische Einwirkungen oder durch mangelhafte Montage zu Störungen des elektrischen Widerstands der Wicklungsisolierung oder deren Leitfähigkeit kommen.

In Betriebsmitteln wird am häufigsten die Isolierung beschädigt, was zu Windungskurzschlüssen der Wicklungen (Reduzierung der übertragenen Leistung) oder zum Auftreten von Ableitströmen durch zufällig erzeugte Stromkreise bis hin zum Kurzschluss führt.

Um Bereiche mit mangelhafter Installation des Stromkreises zu identifizieren, werden regelmäßige Inspektionen des Betriebsstromkreises mit Wärmebildkameras durchgeführt. Auf dieser Grundlage werden Defekte bei unterbrochenen Kontakten umgehend behoben und die Überhitzung der Geräte verringert.

Das Fehlen von Windungskurzschlüssen wird von Spezialisten aus Relaisschutz- und Automatisierungslaboren überprüft:

Aufnahme der Strom-Spannungs-Kennlinie;

Laden des Transformators von einer externen Quelle;

Messungen der Hauptparameter im Arbeitsdiagramm.

Sie analysieren auch den Wert des Transformationskoeffizienten.

In allen Arbeiten wird die Beziehung zwischen den Vektoren von Primär- und Sekundärströmen in ihrer Größe beurteilt. Ihre Winkelabweichungen werden mangels hochpräziser Phasenmessgeräte, die bei der Überprüfung von Stromwandlern in Messlaboren eingesetzt werden, nicht durchgeführt.

Hochspannungsprüfungen der dielektrischen Eigenschaften werden von Spezialisten des Isolationsdienstlabors durchgeführt.

Ein Transformator ist ein statisches elektromagnetisches Gerät, das dazu dient, Wechselstrom einer Spannung in Wechselstrom einer anderen Spannung derselben Frequenz umzuwandeln.

Transformatoren mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung werden als Zweiwicklungstransformatoren bezeichnet. Verfügt ein Transformator über mehrere Primär- und Sekundärwicklungen, spricht man von Mehrwicklungstransformatoren.

Abhängig von der Phasenzahl gibt es Transformatoren einphasig und dreiphasig sowie mit anderen Phasenzahlen. Solche Transformatoren werden in Spezialgeräten eingesetzt.

Transformatoren können in Leistungs- und Spezialtransformatoren unterteilt werden. Leistungstransformatoren sind für hohe Leistungen ausgelegt und werden in Energiesystemen zur Stromübertragung von Kraftwerken zu Verbrauchern eingesetzt. Zur Stromversorgung verschiedener Funkelektronik- und Schaltsysteme werden spezielle Leistungstransformatoren mit geringer Leistung verwendet.

Spezielle Transformatoren (Spartransformatoren, Transformatoren zum Umwandeln der Phasenzahl und der Frequenz, Gleichrichten, Messen, Drehen usw.) werden in den unterschiedlichsten Funkelektronik- und Telekommunikationssystemen sowie in Systemen der Automatisierung und Steuerung eingesetzt.

Die Hauptbestandteile des Transformators sind der Magnetkern und die Wicklungen.

Der Magnetkern (Kern) dient der Stärkung der elektromagnetischen Verbindung zwischen den Wicklungen. Transformatorkerne werden aus Elektroblechen oder kaltgewalztem Stahlband zusammengesetzt, um Energieverluste durch Wirbelströme und Hysterese zu reduzieren. Bei der Herstellung von Magnetkernen für Kleinleistungstransformatoren werden Elektrostähle mit einer Dicke von 0,35 - 0,5 mm verwendet.

Transformatorwicklungen bestehen aus einer Primär- und Sekundärwicklung, die aus Kupferdrähten mit rundem oder rechteckigem Querschnitt bestehen. Am häufigsten werden für die Wicklungen von Transformatoren mit geringer Leistung Drähte mit Emaille-Isolierqualität sowie PBD-Draht mit Baumwollisolation verwendet. Die Wicklungen bestehen aus mehrwindigen Zylinderspulen und werden auf einem Rahmen aus Elektrokarton oder anderem Isoliermaterial platziert. Die Auslegung der Transformatorwicklungen muss den Anforderungen einer hohen elektrischen und mechanischen Festigkeit sowie Hitzebeständigkeit genügen. Bei Hochspannungstransformatoren bestehen die Wicklungen aus zwei Spulen. In diesem Fall wird eine gute Isolierung der Wicklungen voneinander erreicht. Der Nachteil dieser Wicklungsanordnung ist eine große Verlustleistung des magnetischen Flusses.

Ein gepanzerter Transformator verwendet eine Spule statt zwei. Dies führt zu einem hohen Füllfaktor des Fensters und die Wicklungen werden vor mechanischer Beschädigung geschützt. Auf jedem Stab befindet sich eine Spule mit zwei Wicklungen – Primär- und Sekundärwicklung.

Die an die Stromquelle angeschlossene Wicklung wird als Primärwicklung bezeichnet , und zur Last - sekundär (in einem Mehrwicklungstransformator können mehrere Sekundärwicklungen vorhanden sein). Abbildung 2.1 zeigt ein Diagramm eines an die Last angeschlossenen einphasigen Transformators.

Transformer (transformieren, transformieren) ist ein statisches elektromagnetisches Gerät, das zwei oder mehr induktiv verbundene Wicklungen enthält. Mithilfe der elektromagnetischen Induktionsmethode wandelt es Wechselstrom in Gleichstrom um. Besteht aus isolierten Draht- oder Bandspulen (Wicklungen). Einfluss des allgemeinen magnetischen Flusses, gewickelt auf einen Kern aus ferromagnetischem Weichmaterial.

Ein wenig über die Entwicklungsstadien

Bei der Herstellung von Transformatoren werden die Eigenschaften von Materialien genutzt: metallisch, magnetisch, nichtmetallisch. Viele frühere Forscher haben ihr Wissen und ihre Entdeckungen genutzt, um moderne Geräte herzustellen. A.G. Stoletov entdeckte eine Hystereseschleife und eine spezielle Struktur einer ferromagnetischen Legierung. Die Theorie elektromagnetischer Schaltkreise wurde von den Hopkinson Brothers entwickelt.

Die elektromagnetische Induktion wurde von M. Faraday entdeckt; dieses Phänomen ist die Grundlage für den Betrieb eines Transformators. Die Schaltung für den ersten Transformator erschien erstmals 1831 in der Arbeit von Henry und Faraday. Wissenschaftler betrachteten das Gerät jedoch noch nicht als Wechselstromwandler.

Französischer Mechaniker 1848 patentierte er eine Induktionsspule, die zum Prototyp des Transformators wurde. 1876 zum ersten Mal Erfand den Transformator Yablochkov P. N.. Das Gerät war ein Stab mit mehreren Windungen. Transformatoren mit geschlossenen Kernen wurden 1884 von den Hopkins-Brüdern entworfen.

Verwendung von Ölkühlung Das Gerät begann seine Funktionen zuverlässiger auszuführen. Das Gerät wurde in Keramikgefäße mit Öl gelegt, was zu einer erhöhten Zuverlässigkeit der Wicklungen führte. Der russische Erfinder, der Mechaniker M. O. Dolivo-Dobrovolsky, entwarf den ersten dreiphasigen Asynchronmotor, ein dreiphasiges Wechselstromsystem, und stellte erstmals einen dreiphasigen Transformator mit einer Leistung von 230 kW her, der mit einer Spannung von 100 kW betrieben wurde 5 V.

Leistungstransformatoren begann 1928 mit der Eröffnung des Moskauer Transformatorenwerks mit der Produktion. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts stellte ein englischer Metallurge die erste Tonne Transformatorenstahl für die Kernproduktion her. Und in den frühen 30er Jahren des 20. Jahrhunderts wurde das Auftreten einer magnetischen Sättigung um 50 %, eine Verringerung der Hystereseverluste um das Vierfache und eine Erhöhung der magnetischen Permeabilität um das Fünffache bei der kombinierten Verwendung von Erhitzen und Walzen festgestellt.

Arten von Transformatoren

Spartransformator

Dies ist eine Variante eines Transformators, dessen Funktionsprinzip darin besteht, die Sekundär- und Primärwicklung direkt zu verbinden; elektrische und elektromagnetische Verbindungen können in den Wicklungen verfolgt werden. Zum Anschluss und Erhalt unterschiedlicher Spannungen sind in der Wicklung mehrere Anschlüsse vorgesehen. Dieser Gerätetyp arbeitet mit einem hohen Wirkungsgrad, da nur ein bestimmter Teil der Leistung umgewandelt wird, was wichtig ist, wenn die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung gering ist.

Zu den negativen Eigenschaften gehört das Fehlen einer galvanischen Trennung (Isolierschicht) zwischen Sekundär- und Primärkreis. Spartransformatoren werden anstelle herkömmlicher Geräte zum Anschluss geerdeter Stromkreise mit Spannungspegeln ab 110 kW eingesetzt, wobei das Übersetzungsverhältnis einen Wert von 3-4 nicht überschreiten sollte.

Positiv sind die geringen Kosten aufgrund des geringeren Gewichts des Stahlkerns und der Kupferdrähte, daher das geringe Gewicht des Geräts und die geringen Abmessungen.

Leistung

Ein gängiges Standardgerät zur Stromumwandlung in Netzwerken und Geräten, die elektrische Energie empfangen und nutzen.

Funktionsprinzip und Aufbau des Transformators besteht darin, Strom aus einer elektrischen Quelle zu liefern. Am relevantesten ist die Verwendung zur Reduzierung der Primärstromindikatoren auf einen Wert, der in Mess- und Schutzschaltungen, Signalisierung und Steuerung verwendet wird. In der Sekundärwicklung sind Stromanzeigen von 5 A oder 1 A vermerkt. Messgeräte sind mit der Sekundärwicklung verbunden, und der Stromkreis, in dem der Strom gemessen wird, ist mit der Primärwicklung verbunden. Zur Berechnung des Stroms in der zweiten Wicklung Verwenden Sie die Messwerte in der Primärwicklung und teilen Sie sie durch das Übersetzungsverhältnis.

Das Gerät zur Umwandlung von Hochspannungsmesswerten zu niedrigen Werten in Standardstromkreisen, Messleitungen sowie Relaisschutz- und Automatisierungsstromkreisen. Das Gerät wird von einer elektrischen Spannungsquelle gespeist und trennt logische Schutzschaltungen und Messkreise von Hochspannungskreisen.

Impulsaktion

Das Gerät dient zur Umwandlung von Impulssignalen mit minimaler Formverzerrung und einer Dauer von bis zu mehreren zehn Mikrosekunden. Wird hauptsächlich zur Übertragung von Rechteckimpulsen verwendet (steilster Schnitt und Front, annähernd konstante Amplitudenschwankung). Es dient der Umwandlung kurzer, sich ständig wiederholender Videoimpulse; die Hauptaufgabe besteht darin, die transformierten Impulse in ihrer ursprünglichen und unverzerrten Form zu übertragen. Am Ausgang der Wicklungen ist es erforderlich, die gleiche Spannungsimpulsform zu erhalten, manchmal ändert sich jedoch die Polarität oder Amplitude.

Teilungstyp

Die Primär- und Sekundärwicklungen dieses Geräts sind in keiner Weise miteinander verbunden. Der Transformator dient zur Erhöhung der sicheren Verbindung zu elektrischen Netzen bei gleichzeitigem Kontakt mit spannungsführenden Teilen und der Erde. Schützt vor gleichzeitigem Berühren von Teilen, die nicht unter Stromeinfluss stehen, diesem aber aufgrund eines Isolationsversagens ausgesetzt sein können. Die Geräte dienen der galvanischen Trennung (Isolation) von Stromkreisen.

Spitzentransformator

Dient zur Umwandlung von sinusförmigem Strom in gepulste Spannung, wobei sich die Polarität jede Halbwelle ändert.

Doppeldrossel

Ein induktiver Gegenfilter oder Doppeldrossel ist ein Gerätetyp mit zwei Wicklungen. Aufgrund der gegenseitigen Spuleninduktion arbeitet es effizienter als eine Einzeldrossel. Wird als Eingangsfiltergerät vor Netzteilen, in Signaldifferential-Digitalschaltungen und in Audiogeräten verwendet.

Dreiphasig gepanzert

Es gibt sie in zwei verschiedenen Grundausführungen:

Kern;
gepanzert

An der Leistung und Zuverlässigkeit des Gerätes ändern sich durch beide Ausführungen nichts, allerdings gibt es deutliche Unterschiede in der Herstellung:

der Stabtyp umfasst einen Kern und Wicklungen; bei Betrachtung des Designs ist der Kern hinter den Wicklungen verborgen, nur das untere und obere Joch sind sichtbar, die Achse der Wicklungen ist vertikal;
Der gepanzerte Typ des Geräts umfasst einen Kern in Form von Wicklungen, und es ist klar, dass der Kern einen Teil der Transformatorwicklungen verbirgt und sich in einer vertikalen oder horizontalen Position befinden kann.

Hauptbestandteile

Sie sind:

Magnetsystem (Kern, Magnetkreis);
Wicklungen;
Kühlsystem.

Magnetisches System

Es besteht aus Elementen in einem Satz, am häufigsten werden Platten aus ferromagnetischem Material oder Elektrostählen verwendet, die in einer bestimmten geometrischen Form angeordnet sind. Seine Wahl wird durch die Lokalisierung des Hauptmagnetfelds des Transformators darin bestimmt. Das System der magnetischen Beeinflussung wird gleichzeitig mit allen Komponenten, Elementen und Teilen zur Verbindung der Teile zu einer gemeinsamen Struktur als Kern des Transformators bezeichnet.

Der Teil des Magnetsystems, der die Hauptwicklungen umfasst, wird Kern genannt. Der andere Teil des Magnetsatzes, auf dem sich keine Arbeitswicklungen befinden und der zur Verbindung des Magnetkreises dient, wird Joch genannt. Je nachdem, wie sich die Stäbe befinden, werden sie unterteilt in:

flaches System, bei dem Längsstäbe und Joche in derselben Ebene liegen;
das räumliche System umfasst unterschiedliche ebene Anordnungen von Kernen und Jochen;
ein symmetrisches System zeichnet sich durch die gleiche Form und Länge der Stäbe aus, und ihre Lage im Verhältnis zu den Jochen ist für alle Elemente einheitlich;
ein asymmetrisches System, bei dem sich alle Stäbe in Form und Größe unterscheiden und ihre Anordnung nicht symmetrisch ist und sich von anderen Elementen unterscheidet.

Wicklungen

Das Hauptstrukturelement der Wicklung ist eine Spule, die aus einer Reihe parallel geschalteter Leiter (in der verseilten Version ein Kern) besteht und einmal einen Teil des Magnetkerns bedeckt. Der Windungsstrom erzeugt zusammen mit dem Strom anderer Windungen, Leiter und Teile des Transformators ein magnetisches Transformatorfeld, in dem unter dem Einfluss des Magnetfelds eine den Strom antreibende Kraft induziert wird.

Eine Wicklung ist die Gesamtzahl der Windungen, die einen Stromkreis zur Windungssummierung der EMK bilden. Ein Dreiphasentransformator verfügt über einen Wicklungssatz mit drei Arbeitsphasen. Der Leiter hat normalerweise einen quadratischen Querschnitt. Um seine Fläche zu vergrößern, ist er in zwei oder mehr leitfähige Stäbe unterteilt. Diese Technik trägt dazu bei, Wirbelströme zu reduzieren und die Wicklung einfacher zu betreiben. Ein quadratischer Leiter wird Leiter genannt. Als Wicklung dient ein gedrehtes Kabel.

Die Isolierung erfolgt mit Papierumhüllung oder Lack auf Emailbasis. Zwei parallele Leiter können in einer einzigen Isolierung hergestellt werden; ein solcher Satz wird Kabel genannt. Um zu verstehen, wie ein Transformator funktioniert, müssen Sie die Aufteilung der Wicklungen nach Typ kennen. Je nach Zweck der Wicklungen gibt es:

einfach, solche, die umgewandelte Energie empfangen oder Wechselstrom abführen;
Es werden regulierende Elemente bereitgestellt, um den Spannungskoeffizienten bei niedrigen Stromwerten in den Wicklungen zu normalisieren.
Hilfsgeräte sind für die Stromversorgung des Eigenbedarfs mit weniger Leistung als der Nennleistung des Transformators vorgesehen und versorgen das Magnetsystem mit einem konstanten Strom.

Je nach Ausführungsmöglichkeit werden die Wicklungen aufgeteilt:

gewöhnlich - Windungen werden über die gesamte Länge in Richtung der Achse ausgeführt, nachfolgende Windungen werden dicht und ohne Lücken gewickelt;
Schraube - haben eine mehrschichtige Auflage, die Abstände zwischen den Windungen oder Wicklungen sind vorgesehen;
Scheibenwicklungen bestehen aus in Reihe geschalteten Scheiben, in deren Mitte jeweils eine spiralförmige Wicklung gewickelt ist.
Die Folienwicklung besteht aus unterschiedlich dicken Aluminium- oder Kupferblechen.

Kühltank

Es ist ein Ölreservoir, schützt den Wirkstoff und dient als Träger für Steuergeräte und Hilfsgeräte. Vor dem Einfüllen von Öl wird die Luft im Tank abgepumpt, um eine sichere Spannungsfestigkeit der Isolierung zu gewährleisten. Bei der Herstellung müssen die Schallfrequenzen des Transformatorkerns und der Kesselelemente übereinstimmen.

Das Design bietet zusätzliche Parameter für die Ölausdehnung unter Heizbedingungen, manchmal ist dies ein zusätzlicher Ausdehnungsbehälter. Steigt die Nennleistung des Transformators, führen die Ströme innen und außen zu einer Überhitzung der Struktur. In ähnlicher Weise wirkt der magnetische Streufluss im Inneren des Tanks. Um die negativen Auswirkungen zu reduzieren, bestehen Einsätze aus nichtmagnetischen Materialien und umgeben damit Hochstrom-Durchführungsisolatoren.

Anwendung von Transformatoren

Da die Wärmeverluste eines Kabels proportional zum Quadrat des durch dieses Kabel fließenden Stroms sind, sollten bei der Übertragung von Strom über große Entfernungen hohe Spannung und niedriger Strom verwendet werden. Um die Sicherheit zu gewährleisten, verwenden Sie in häuslichen Umgebungen keine zu hohe Spannung. Um die Spannung im Netz zu regulieren, werden Transformatoren eingesetzt, die die Spannung vor der Übertragung über Hochspannungsleitungen erhöhen und dann die Leistung vor der Nutzung durch den Verbraucher senken.

Um verschiedene Stromempfangseinheiten mit Strom zu versorgen, sind unterschiedliche Spannungen erforderlich (in einem Fernseher, Computer). In früheren Zeiten war der Transformator schwer und sperrig, aber mit zunehmender Frequenz des Wechselstroms kann die Größe des Geräts verringert werden. Daher wird in modernen Geräten der elektrische Strom zunächst gleichgerichtet und dann in Impulse mit hoher Frequenz umgewandelt. Die letzten Ströme gehen zum Impulstransformator zur Umwandlung in die gewünschte Spannung.