Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы электротехники. Учебное пособие для СПО
.pdf
в стали равны потерям в проводниках. Для расчета мощности
в реальных условиях, когда мощность не принимает номиналь
ных значений и нагрузка изменяется, применяется график зави
симости КПД трансформатора от нагрузки (рис. 42).
Рис. 42. Зависимость КПД от нагрузки
8. Особенности трехфазных трансформаторов
Для трехфазных трансформаторов можно применять формулы
однофазного трансформатора для каждой из фаз. При трансфор
мировании трехфазной системы токов возможно использование
трансформаторной группы, т. е. трех однофазных трансформато
ров, которые работают как единый агрегат.
Рис. 43. Преобразование трех однофазных трансформаторов
в трехфазный
81
а)
б)
г)
в)
zy
x
Z
Y
X
С
В
А
S
ном
= 100 кВА
cosϕ = 0,8
0
25
50 75
100
120%
90
92
94
96
98
%
Можно так соединить три трансформатора, чтобы при этом
сэкономить материал (рис. 43). Три однофазных трансформатора
(рис. 43а) соединяем в один прибор, при этом в сердечнике ос
таются без изменения части, в которых намотана катушка, сво
бодные же части сердечников соединяются в общий (рис. 43б).
В средней части общее магнитное поле равно нулю, поэтому ее
можно убрать (рис. 43в).
Симметричные сердечники (рис. 43б) неудобны в примене
нии и изготовлении, поэтому заменяются другим магнитопрово
дом (рис. 43г).
Симметричной трехфазной системой первичных напряжений
трансформатора возбуждается в магнитопроводе симметричная
система магнитных потоков. Однако вследствие неравенства маг
нитных сопротивлений намагничивающие токи в отдельных фа
зах не равны. Но данная асимметрия для основных соотношений
большого значения не имеет. С физической точки зрения в каж
дый момент поток одного стержня замыкается через два других
стержня магнитопровода (рис. 44).
Для фазных напряжений и токов отношения для однофазных
трансформаторов применимы и для трехфазных. Это нарушается
только при несимметричной нагрузке трехфазного трансформатора.
Рис. 44. Магнитные потоки в сердечнике
Трехфазные группы характеризуются большей надежностью при
эксплуатации по сравнению с однофазными и при этом обладают
меньшими размерами при той же мощности, поэтому более удобны.
82
Ф
С
Ф
В
Ф
А
t
Ф
С
Ф
В
Ф
А
t
Обмотки трехфазного трансформатора могут соединяться по
схеме «звезда»
Y или схеме «треугольник» ∆. Более просто и деше
во соединять обмотки трансформатора звездой. При этом обмот
ки и их изоляция при глухом заземлении нулевой точки должны
быть рассчитаны только на фазное напряжение и линейный ток.
Это объясняется тем, что число витков обмотки трансформатора
пропорционально напряжению, а при соединении звездой тре
буется меньшее количества витков, но большее сечение провод
ников с изоляцией, которые рассчитаны только на фазное напряже
ние. Такое соединение применяется для трансформаторов малой
и средней мощности.
Соединение треугольником более удобно при больших токах.
9. Устройство сердечника (магнитопровода)
и обмоток
Основными частями трансформатора являются сердечник
и обмотки.
Сердечник применяется для образования магнитной цепи
трансформатора. Он состоит из отдельных листов электротехни
ческой стали, что призвано уменьшить потери от вихревых токов
до 4—5%. Чтобы изолировать листы между собой, их покрывают
изоляционным лаком.
По виду сердечника и его положению различают стержневые
трансформаторы (рис. 45), в которых обмотки огибают стержень
сердечника, и броневые (рис. 46), сердечники которых только
частично охватывают обмотки. На рисунке 45 для стержневого транс
форматора а) — однофазный трансформатор, б) — трехфазный.
В стержневом трансформаторе сердечник состоит из стерж
ней, на которых размещаются обмотки, и ярма, которое замыка
ет магнитную цепь. Данный вид сердечника имеет более простую
конструкцию и имеет более благоприятные условия изоляции об
моток. Поэтому он часто используется на практике. Ярмо, кото
рое применяется для стержневого сердечника, обычно бывает
ступенчатой или прямоугольной формы.
Броневые сердечники частично защищают обмотки от меха
нических повреждений. Они применяются в малых сухих транс
форматорах (рис. 46). Подобные сердечники изготавливаются из
холоднокатаной стали, так как в них малые потери и высокая маг
нитная проницаемость в направлении прокатки.
83
Рис. 45. Стержневые однофазные и трехфазные сердечники
По виду расположения обмоток высшего и низшего напряже
ния трансформаторы делятся на концентрические и чередующиеся.
В большинстве трансформаторов применяют концентриче
ские обмотки. Одним из простейших видов таких обмоток явля
ется цилиндрическая обмотка, которая имеют форму двух ко
аксиальных цилиндров (рис. 46). Обмотка низшего напряжения
находится ближе к стержню потому,
что ее проще изолировать от сердеч
ника. Обмотка высшего напряжения
накладывается поверх обмотки низ
шего напряжения. Для изолирования
обмоток применяется изолирующий
цилиндр из специального картона или
бакелизированной бумаги.
Чередующиеся обмотки исполь
зуются редко в броневых трансформа
торах. В них чередуются положенные
друг на друга дискообразные катушки низкого и высокого напря
жения. При этом крайние катушки, которые прилегают к ярму,
должны быть низшего напряжения.
10. Измерительные трансформаторы
Измерительные трансформаторы предназначены для изоля
ции измерительных приборов и аппаратов автоматической защи
84
Ярмо
Стержень
Стержень
Ярмо
Ярмо
НН
ВН
НН
а)
б)
ВН
НН
Рис. 46. Броневой сердечник
ты от цепи высокого напряжения, расширения пределов измере
ния измерительных приборов.
Применение этих приборов, которые обладают различными
пределами, дает возможность использовать одни и те же приборы
со стандартными пределами измерения (100 В и 5 А) для проведе
ния измерений в различных цепях посредством данных приборов
через измерительные трансформаторы с различными коэффи
циентами трансформации.
Различают измерительные трансформаторы напряжения,
применяемые для включения вольтметров, частотомеров, цепей
напряжения измерительных приборов (ваттметров, счетчиков,
фазометров) и реле, а также трансформаторы тока, предназначен
ные для включения амперметров, цепей тока измерительных
приборов и реле.
Устройство трансформатора напряжения и его условное обоз
начение показаны на рисунках 47 и 48. Первичная обмотка таких
трансформаторов, которая является и обмоткой высшего напря
жения, имеет большое число витков и включается как вольтметр
под измеряемое напряжение
U
1
; вторичная же обмотка является
обмоткой низшего напряжения, имеет меньшее количество
витков и замыкается на вольтметр и цепи напряжения других
приборов.
Измерительный прибор относительно
вторичной обмотки соединяется парал
лельно, что обеспечивает действие одного
и того же вторичного напряжения. Транс
форматор напряжения в условиях работы
находится в условиях холостого хода, так
как сопротивление вольтметра и цепей
напряжения измерительных приборов
велико. Поэтому внутренние падения на
пряжения в обмотках измерительного
трансформатора не принимают больших
значении, поэтому
U
1
= E1и U2= E2,
и если учесть, что , получаем
соотношение для напряжений:
U
1
= k
12U2
.
Итак, с помощью измерительного трансформатора во вторич
ную цепь передается пропорционально измененное значение
11
12
22
E
k
E
ω
ω
==
85
Рис. 47. Трансформатор
напряжения
первичного высокого напряжения. Определяя низкое напряже
ние, можно определить первичное высокое напряжение. Фаза
вторичного напряжения противоположна фазе первичного.
Первичное и вторичное напряжения
строго пропорциональны, если внутренние
падения напряжения измерительного тран
сформатора равны нулю. В реальных ситуа
циях присутствие падений внутренних на
пряжений приводит к неточностям при
передаче напряжения. Данные неточности
приводят к появлению погрешностей напря
жения, а неточности в передаче фаз способ
ствует появлению угловой погрешности.
Погрешностью напряжения называется
выражаемая в процентах погрешность в из
мерениях первичного напряжения, которая
относится к действительному значению это
го напряжения:
Угловая погрешность — это угол
δ
u
, который образуется между
вектором первичного напряжения и смещенным на 180° вектором
вторичного напряжения. Ее измеряют в минутах и считают поло
12ном 2 1 12ном 12
112
% 100% .
u
kUU k k
f
Uk
−−
=×=
86
А
Х
а
х
.
V
H
Z
I
1
I
1
I
1
Л
1
Л
2
Л
1
Л
2
И
1
И
2
И
1
И
2
I
2
W
A
w
1
w
2
W
A
Рис. 48.
Изображение
трансформатора
Рис. 48. Устройство и условное
обозначение трансформатора тока
жительной, если повернутый на 180° вектор вторичной величины
опережает вектор первичной величины.
Трансформатор тока включают в линию так же, как ампер
метр, последовательно с измеряемым объектом (рис. 49), а вто
ричную обмотку замыкают на амперметр и цепи тока других из
мерительных приборов.
Трансформаторы напряжения позволяют определять большую
силу тока на основании измерения небольшой силы тока в усло
виях полной безопасности. Также трансформаторы тока исполь
зуют для измерения больших токов в установках с напряжением
ниже 1000 В.
ЛЕКЦИЯ № 9. Электрические измерения
1. Меры, измерительные приборы
и методы измерений
Измерением называется сравнение физической величины
с принятым за единицу значением через физический экспери
мент. В общих случаях для такого сравнения измеряемой величи
ны с мерой, которая называется вещественным воспроизведением
единицы измерения, необходимо применить специальный при
бор сравнения.
Для упрощения процесса измерения применяется прибор не
посредственного отсчета, который показывает численное значе
ние измеряемой величины на шкале или циферблате. При этом
не применяется мера, но она учитывалась при градуировании
шкалы данного прибора. Приборы такого рода имеют большую
точность и чувствительность, но они сложнее и дороже и требуют
больших затрат времени.
По способу получения результата измерения называют пря
мыми, косвенными и совокупными.
Измерения называются прямыми, если результаты измерений
непосредственно определяют определяемое значение величины.
Измерения называются косвенными, если измеряемую вели
чину определяют через прямые измерения других физических
величин, связанных с определяемой известной зависимостью.
При косвенных измерениях вероятно снижение точности по срав
нению с точностью при прямом измерении, так как наблюдается
сложение погрешностей прямых измерений величин, которые
входят в расчетные уравнения.
Измерения называются совокупными, если конечный резуль
тат измерений определяется из результатов нескольких групп
прямых или косвенных измерений отдельных величин, от кото
рых исследуемая величина зависит некоторым образом.
По способу применения приборов и мер различают следую
щие основные методы измерения: метод непосредственного из
мерения, нулевой и дифференциальный.
88
Метод непосредственного измерения характеризуется тем, что
измеряемая величина определяется путем непосредственного от
счета показания измерительного прибора или сравнения с мерой
имеющейся физической величины. При данном методе пределом
точности измерения считается точность измерительного прибора
непосредственного отсчета.
Нулевой метод заключается в том, что образцовая величина ре
гулируется и доводится до равенства с измеряемой величиной.
При этом измерительный прибор, который должен обладать вы
сокой чувствительностью, устанавливает факт осуществления ра
венства. Из числа подобных методов электрических измерений
выделяются мостовые и компенсационные.
Дифференциальные методы измерения обладают еще большей
точностью. При этом измеряемую величину уравновешивают из
вестной величиной, однако до полного равновесия измерительная
цепь не доводится, а путем прямого отсчета измеряется разность
измеряемой и известной величин. Примером применения такого
метода является измерение э. д. с. через сравнение ее с известной
и близкой к ней по значению э. д. с. другого источника.
2. Числовые выражения погрешностей измерения
и классы точности
Погрешности характеризуют точность измерений. Для каждо
го конкретного измерения существует значение погрешности,
которую нельзя превышать. Различают абсолютные, относитель
ные и приведенные погрешности. Абсолютной погрешностью
∆A
называют разность между измеренными Аизи действительными А
значениями искомой величины.
∆A = A
из
– A.
Для определения действительного значения необходимо к из
меренной величине прибавить поправку, т. е. абсолютную по
грешность, которая берется с обратным знаком.
Относительной погрешностью называется выраженное в про
центах отношение абсолютной погрешности к действительному
значению измеряемой величины:
0
100%.
А
А
γ
∆
=×
89
Если учесть, что А и Аизприблизительно малы, то можно за
писать:
Для того чтобы оценить точность стрелочных измерительных
приборов применяют приведенную погрешность. Это выражен
ная в процентах величина, равная отношению абсолютной по
грешности к наибольшему показанию прибора
А
н
:
Погрешность зависит от качества прибора и внешних условий.
Основной называется такая приведенная погрешность, которая
определяется в нормальных рабочих условиях, т. е. зависит только
от недостатков прибора. К нормальным рабочим условиям относят
температуру 20 °С, положение прибора, указанное условным зна
ком на его шкале, изоляцию от внешних магнитных полей и др.
Допускаемая основная погрешность данных приборов отно
сит их к тому или иному классу точности. Класс точности — до
пускаемая основная погрешность приборов. По ГОСТу 184559
электроизмерительные приборы делятся на восемь классов точ
ности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4. Класс точности указывает
максимально допустимую основную погрешность прибора на
всех делениях рабочей части шкалы.
Отклонения внешних условий от нормальных приводит к до
полнительным погрешностям.
3. Системы электроизмерительных приборов
Приборы прямого отсчета включают в себя измерительный
механизм и измерительную цепь.
Измерительный механизм предназначен для преобразования
подводимой к нему электрической энергии в механическую энер
гию, которая необходима для перемещения подвижной части
и связанного с ней указателя.
Измерительная цепь предназначена для преобразования из
меряемой электрической величины в пропорциональную ей ве
личину, которая непосредственно воздействует на измеритель
ный механизм.
пр
н
100%.
А
А
γ
∆
=×
0
из
100%.
А
А
γ
∆
≈×
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]