Основные сведения об автотрансформаторах. Общие сведения об измерительных трансформаторах.

Автотрансформатор - вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. В промышленных сетях, где наличие заземления нулевого провода обязательно, этот фактор роли не играет, зато существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге - меньшая стоимость. В отличие от простого трансформатора имеет подвижный токосъёмный контакт к обмотке, что позволяет плавно изменять число витков, включенных во вторичную цепь, и, следовательно, выходное напряжение, практически от нуля до максимального значения.

При стабилизации напряжения особенно выгодно проявляются свойства автотрансформатора. В этом случае к питающему напряжению необходимо бывает добавить (или наоборот - убрать) совсем небольшую добавку в несколько вольт или десятков вольт. В результате через магнитопровод автотрансформатора передаётся мощность только этой вольтодобавки. А это - величина, на порядок меньшая, чем питающее напряжение.

Гистерезис. Материалы, магнитная проницаемость которых достигает больших значений и зависит от внешнего магнитного поля и предшествующего состояния, называют ферромагнитными. Свойства ферромагнитных материалов принято характеризо­вать зависимостью магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н. Если перемагничивать образец в периодическом магнитном поле, то кривая имеет вид петли, называемой петлей гистерезиса. Участок 0 а является кривой намагничивания, поскольку поле возникает при нулевом значении индукции. Точки б и д соответствуют остаточной индукции , а напряженность в точках в и е называют задерживающей, или коэрцитивной, силой .

Это трансформаторы тока и напряжения, которые применяются для изоляции измерительных приборов и аппаратов автоматической защиты от цепи высокого напряжения, чем достигается безопасность измерения, а также для расширения пределов измерения измерительных приборов.

Трансформаторы напряжения применяются для включения вольтметров и цепей высокого напряжения измерительных приборов (ваттметров, счетчиков, фазометров)и реле, трансформаторы тока- для включения амперметров и цепей тока измерительных приборов и реле.

Трансформатор напряжения. Первичная обмотка-обмотка ВН с большим числом витков w₁ - включается в цепь, напряжение которой нужно измерить U₁, а ко вторичной обмотке со значительно меньшим числом витков w₂ - обмотке НН U₂ присоединяются параллельно друг другу вольтметр и цепи напряжения других приборов. Один вывод вторичной обмотки и корпус трансформатора заземляются на случай повреждения изоляции.

Сопротивление вольтметра и цепей напряжения измерительных приборов относительно велико (порядка тысяч Ом),то есть трансформатор работает в условиях, близких к режиму холостого хода силового трансформатора. Поэтому падения напряжений на первичной Z_об1I₁ и вторичной Z_об2I₂ обмотках трансформатора напряжения весьма малы, что позволяет считать U₁≈E₁; U₂≈E₂

А так как E₁/E₂ = w₁/w₂ =n, где n -коэффициент трансформации, то U₁ =n∙U₂

Отсюда следует, что, измерив, низкое напряжение U₂, можно определить первичное высокое напряжение U₁.

Трансформатор тока. Со стороны первичной обмотки включается как амперметр, то есть последовательно с контролируемым объектом, а его вторичная обмотка замыкается непосредственно через амперметр и цепи тока других измерительных приборов. Суммарное сопротивление амперметра и цепей измерительных приборов мало, поэтому трансформатор работает в условиях, близких к режиму короткого замыкания. Напряжение вторичной обмотки определяется падением напряжения на относительно малом сопротивлении. Малому напряжению соответствует малое значение ЭДС E₂, а следовательно, и малое значение магнитного потока в магнитопроводе трансформатора: E₂ = 4,44fw₂Ф

Для возбуждения такого магнитного потока нужна незначительная ЭДС w₁I_1х, в уравнении

I₁w₁= I₂w₂+ I_1хw₁Этой величиной можно пренебречь и считать:I₁w₁= I₂w₂ или I₁= I₂₍w₂/w₁) = n I₂

Следовательно, первичный ток может быть определен умножением вторичного тока на постоянный коэффициент трансформации.

Таким образом включение трансформатора тока даёт возможность определить ток в цепях ВН на основании измерения небольшого тока с соблюдением мер безопасности, например нельзя размыкать вторичную цепь работающего ТТ, ведь в таком случае I₂=0, и весь первичный ток I₁ становится намагничивающим, что ведет к увеличению магнитного потока, а следовательно ЭДС вторичной обмотки E₂, что является опасным для жизни человека,разомкнувшим вторичную цепь.