Diyargroup.ru

Ремонт Строй
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Трансформаторы напряжения — назначение и принцип действия

Трансформаторы напряжения — назначение и принцип действия

Они встречаются везде, где присутствует необходимость преобразовать высокое напряжение сети в пропорционально более низкое значение. В этом и есть их назначение: преобразование величины напряжения. ТН-ы используют для:

  • уменьшения величины напряжения до величины, которую безопасно и удобно использовать в цепях измерения (вольтметры, ваттметры, счетчики), защиты, автоматики, сигнализации
  • защиты от высокого напряжения вторичных цепей, а следовательно и человека
  • повышения напряжения при испытаниях изоляции различного эо
  • на подстанциях ТН используют для контроля изоляции сети, работы в составе устройства сигнализации или защиты от замыканий на землю

Если бы не существовало трансформаторов напряжения, то, например, чтобы измерить напряжение на шине 10кВ, пришлось бы сооружать супермощный вольтметр с изоляцией, выдерживающей 10кВ. А это уже габариты ого-го. А ещё плюс к этому необходимо соблюсти точность измерений. Проблемка, но и это не всё. Если в таком приборе что-то коротнет, то электрик ошибается однажды…. при выборе профессии. 10кВ, а ведь есть и 750кВ, как там померить? Загвоздочка. Поэтому отдаем почести изобретателям трансформаторов, и в частности трансформаторов напряжения. Отвлеклись, продолжаем.

Прежде, чем двигаться дальше, нарисую однофазный ТН, чтобы было наглядно и более понятнее далее в изложении материала.

принцип работы трансформатора напряжения

Значит на рисунке сверху у нас приходит напряжение на выводы А, Х трансформатора напряжения на первичную обмотку(1). Это напряжение номинальное напряжение, первичное напряжение. Далее оно трансформируется до величины вторичного напряжения, которое находится на вторичной обмотке (3). Выводы вторичной обмотки — а, х. Вывод вторичной обмотки заземляются. В — это вольтметр, но это может быть и другое устройство. (2) — это магнитопровод ТНа.

Виды и принцип действия

Сразу стоит отметить, что принцип работы делителя напряжения в общем одинаков, но зависит от элементов, из которых он состоит. Различают три основных вида линейных схем:

  • резистивные;
  • емкостные;
  • индуктивные.

Наиболее распространен делитель на резисторах, из-за своей простоты и легкости расчетов. На его примере и рассмотрим основные сведения об этом устройстве.

У любого делителя напряжения есть Uвходное и Uвыходное, если он состоит из двух резисторов, если резисторов три, то выходных напряжений будет два, и так далее. Можно сделать любое количество ступеней деления.

Резистивный

Uвходное равно напряжению питания, Uвыходное зависит от соотношения резисторов в плечах делителя. Если рассматривать схему на двух резисторах, то верхним, или как его еще называют, гасящим плечом будет R1. Нижним или выходным плечом будет R2.

Допустим у нас Uпитания 10В, сопротивление R1 — 85 Ом, а сопротивление R2 — 15 Ом. Нужно рассчитать Uвыходное.

U=I*R

Так как они соединены последовательно, то:

U1=I*R1

U2=I*R2

Тогда если сложить выражения:

Читайте так же:
Автоматические выключатели авм 15св технические характеристики

U1+U2=I(R1+R2)

Если выразить отсюда ток, получится:

Расчет силы тока

Подставив предыдущее выражение, имеем следующую формулу:

Расчет напряжений

Посчитаем для нашего примера:

Напряжения на резисторах

Делитель напряжения может быть выполнен и на реактивных сопротивлениях:

  • на конденсаторах (емкостной);
  • на катушках индуктивности (индуктивный).

Индуктивный и емкостной делитель

Тогда расчеты будут аналогичны, но сопротивления рассчитывают по нижеприведенным формулам.

Расчет сопротивления конденсатора

Расчет сопротивления индуктивности

Особенностью и различием этих видов делителей является то, что резистивный делитель может использоваться в цепях переменного и в цепях постоянного тока, а емкостной и индуктивный только в цепях переменного тока, потому что только тогда будет работать их реактивное сопротивление.

Интересно! В некоторых случаях емкостной делитель будет работать в цепях постоянного тока, хорошим примером является использование такого решения во входной цепи компьютерных блоков питания.

Использование реактивного сопротивления обусловлено тем, что при их работе не выделяется такого количества тепла, как при использовании в конструкциях активных сопротивлений (резисторов)

Подключение нагрузки

С делителем напряжения не всё так просто, когда к выходному подключения подключается какой-либо потребитель тока, который ещё называют нагрузкой (load):

В этом случае Vout уже не может быть расчитано лишь на основе значений Vin, R1 и R2: сама нагрузка провоцирует дополнительное падение напряжения (voltage drop). Пусть нагрузкой является нечто, что потребляет ток в 10 мА при предоставленных 5 В. Тогда её сопротивление

$ R_L = frac<U data-lazy-src=

Пропорция сохраняется, Vout не меняется:

$ V_<out data-lazy-src=

Кроме того, нужно помнить, что резисторы расчитаны на определённую предельную мощьность. В нашем случае нагрузка на R1 равна:

$ P = frac<V_<in data-lazy-src=

Его обозначение на схеме выглядит вот так:

обозначение потенциометра на схеме

Принцип работы такой: между двумя крайними контактами постоянное сопротивление. Сопротивление относительно среднего контакта по отношению к крайним может меняться в зависимости от того, куда мы будем крутить крутилку этого переменного резистора. Этот резистор рассчитан на мощность 1Вт и имеет полное сопротивление 330 Ом. Давайте посмотрим, как он будет делить напряжение.

Так как мощность небольшая, всего 1 Вт, то мы не будем нагружать его большим напряжением. Мощность, выделяемая на каком-либо резисторе рассчитывается по формуле P=I 2 R. Значит, этот переменный резистор может делить только маленькое напряжение при маленьком сопротивлении нагрузки и наоборот. Главное, чтобы значение мощности этого резистора не вышло за грани. Поэтому я буду делить напряжение в 1 Вольт.

Для этого выставляем на блоке напряжение в 1 Вольт и цепляемся к нашему резистору по двум крайним контактам.

как работает потенциометр

Крутим крутилку в каком-нибудь произвольном направлении и останавливаем ее. Замеряем напряжение между левым и средним контактом и получаем 0,34 Вольта.

Делитель напряжения

Замеряем напряжение между средним и правым контактом и получаем 0,64 Вольта

Делитель напряжения

Суммируем напряжение и получаем 0,34+0,64=0,98 Вольт. 0,02 Вольта опять где-то затерялись. Скорее всего на щупах, так как они тоже обладают сопротивлением. Как вы видите, простой переменный резистор мы можем использовать в роли простейшего делителя напряжения.

Составные элементы прибора соединяют в цепь, чтобы получить из сети нужную для устройства часть энергии.


Пример работы делителя напряжения на фоторезисторе.

Исходное сопротивление меняется от 1кОм в момент полного освещения до 10кОм при отсутствии света, то можно увеличить диапазон сопротивления. При добавлении резисторов с R=5,6кОм, исходящее напряжение меняется следующим образом:

ОсвещённостьR1 (кОм)R2(кОм)R2/(R1+R2)U выходное (В)
Яркая5,610,150,76
Тусклая5,670,562,78
Темнота5,6100,673,21

Таким образом, увеличивается диапазон выходного напряжения, и оно становится подходящим для большинства сетей.

Читайте так же:
Как подключить провода автоматический выключатель

Потенциометры

Потенциометры используют в качестве делителя в системе с постоянным током. Их применяют в основном для изменения отдельных параметров в механизме.

Потенциометр

На потенциометр подается напряжение, регулируемое подвижным контактом, который действует, когда крутят ручку, в результате оно может меняться от нуля до исходного значения.
Потенциометры используют в быту, как регулятор громкости, и в электронике, например, в качестве датчика.


Резистивные датчики

Резистивные датчики также называют омическими. Это приборы, в которых изменяется сопротивление, если изменяется длина, площадь сечения или удельное сопротивление. Их используют в устройствах для изменения сопротивления, а также при помощи микроконтроллера с его помощью вы можете измерить напряжение. Существуют различные датчики, одним из некоторых является фоторезистор — переменный резистор, сопротивление которого зависит от попадающего на него света.

Примеры

Резистивный делитель

Резистивный делитель — это случай, когда оба импеданса, Z 1 и Z 2 , являются чисто резистивными (Рисунок 2).

Подстановка Z 1 = R 1 и Z 2 = R 2 в предыдущее выражение дает:

Если R 1 = R 2, то

Если V out = 6V и V in = 9V (оба обычно используемых напряжения), то:

и путь решения с использованием алгебры , R 2 должен быть в два раза значения R 1 .

Чтобы решить для R1:

Чтобы решить для R2:

Любое отношение V out / V in больше 1 невозможно. То есть, с помощью резисторов в одиночку не представляется возможным либо инвертный напряжения или увеличение V из выше V в .

RC фильтр нижних частот

Рассмотрим делитель, состоящий из резистора и конденсатора, как показано на рисунке 3.

Сравнивая с общим случаем, мы видим, что Z 1 = R, а Z 2 — импеданс конденсатора, определяемый формулой

где X C — реактивное сопротивление конденсатора, C — емкость конденсатора, j — мнимая единица измерения , а ω (омега) — частота входного напряжения в радианах .

Тогда этот делитель будет иметь соотношение напряжений:

Произведение τ (tau) = RC называется постоянной времени цепи.

Соотношение затем зависит от частоты, в данном случае уменьшаясь с увеличением частоты. Фактически эта схема представляет собой базовый фильтр нижних частот (первого порядка) . Отношение содержит мнимое число и фактически содержит информацию об амплитуде и фазовом сдвиге фильтра. Чтобы извлечь только отношение амплитуд, вычислите величину отношения, то есть:

Индуктивный делитель

Индуктивные делители разделяют вход переменного тока по индуктивности:

(с компонентами в тех же положениях, что и на рисунке 2.)

Вышеприведенное уравнение предназначено для невзаимодействующих катушек индуктивности; взаимная индуктивность (как в автотрансформаторе ) изменит результаты.

Индуктивные делители разделяют вход постоянного тока в соответствии с сопротивлением элементов, как и в случае резистивного делителя, указанного выше.

Емкостной делитель

Емкостные делители не пропускают вход постоянного тока.

Для входа переменного тока простое емкостное уравнение:

(с компонентами в тех же положениях, что и на рисунке 2.)

Любой ток утечки в емкостных элементах требует использования обобщенного выражения с двумя импедансами. Путем выбора параллельных элементов R и C в надлежащих пропорциях можно поддерживать одинаковый коэффициент деления в полезном диапазоне частот. Этот принцип применяется в пробниках осциллографов с компенсацией для увеличения ширины полосы измерения.

Читайте так же:
Автоматический выключатель ставится до или после узо

Делители высоковольтные

Fluke 80K-6 Делитель постоянного и переменного напряжения Fluke 80K-6 Делитель постоянного и переменного напряжения 19 992 P В корзину
Сравнить Под заказ
Fluke 80K-40 высоковольтный пробник Fluke 80K-40 высоковольтный пробник 36 700 P В корзину
Сравнить Под заказ
Сравнить Под заказ

  • 1

Высоковольтный делитель напряжения.jpg

Дели́тель напряже́ния – это электрическое устройство, в котором входное и выходное напряжение связаны коэффициентом передачи 0 ≤a ≤1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при исследовании импульсных напряжений повышенного уровня.

Известен компенсированный емкостно-омический делитель напряжения (ДН), содержащий последовательно соединенные звенья, состоящие из параллельно соединенных резистора и конденсатора. Количество звеньев из параллельных RC-цепей определяется уровнем напряжения и параметрами элементной базы. Недостатками такого ДН являются наличие трудно учитываемых емкостей элементов ДН относительно земли, наличие относительно большого числа элементов и связанная с этим индуктивность конструкции ДН, а также относительно большие геометрические размеры ДН.

Целью изобретения является уменьшение размеров ДН, уменьшение числа элементов, упрощение конструкции, повышение точности деления импульсных напряжений, повышение точности передачи формы входного напряжения путем снижения влияния паразитных емкостей.

Достигается это тем, что емкость высоковольтного плеча делителя является емкостью цилиндрического конденсатора, образованного резистивной цепочкой высоковольтного плеча ДН, и коаксиальным металлическим экраном, причем экран подключен в точке соединения высоковольтного и низковольтного плеч ДН. Низковольтное плечо ДН состоит из параллельно соединенных резистора и конденсатора.

Известен высоковольтный ДН, в котором внешний коаксиальный экран разделен резистивными участками, первый из которых со стороны высокого напряжения зашунтирован конденсатором, а сам экран соединен с резистивной цепочкой на участках подвода высокого и нулевого потенциалов. В предлагаемом ДН экран подключен только в одной точке — точке соединения высоковольтного и низковольтного плеч ДН, причем емкость цилиндрического конденсатора, образованного резистивной цепочкой и экраном, является емкостью высоковольтного плеча ДН.

Емкостные делители напряжения для осциллографов.jpg

Известен ДН, в котором внешний коаксиальный экран разделен емкостно-резистивными участками и подключен со стороны высокого напряжения к резистивной цепочке. Второй конец экрана через последовательно соединенные конденсаторы и резисторы подключен к другому концу резистивной цепочки и нулевому потенциалу. В предлагаемом ДН экран подключен только в точке соединения высоковольтного и низковольтного плеч ДН.

Таким образом, у предлагаемого ДН появляются новые свойства: внешний коаксиальный экран подключен в одной точке — точке соединения высоковольтного и низковольтного плеч ДН; конденсатор высоковольтного плеча ДН образован коаксиальной конструкцией: коаксиальный экран — резистивная цепочка высоковольтного плеча ДН; за счет экрана исключается влияние паразитных емкостей, а емкость самого экрана относительно нулевого потенциала учитывается при подборе конденсатора низковольтного плеча, при этом повышается точность передачи формы входного напряжения.

Читайте так же:
Как сохранить обои вокруг выключателя

Устройство содержит цепочку последовательно соединенных резисторов высоковольтного плеча ДН и коаксиальный металлический экран . На схеме замещения показаны конструктивные емкости экрана относительно резисторов цепочки. Низковольтное плечо ДН подключено одним концом к общей точке экрана и резистивной цепочки высоковольтного плеча и состоит из параллельно включенных резистора и конденсатора. Вторым концом низковольтное плечо ДН подключено к нулевому потенциалу.

Делитель напряжения можно представить как два последовательных участка цепи, называемые плечами, сумма напряжений на которых равна входному напряжению. Плечо между нулевым потенциалом и средней точкой называют нижним (с него обычно снимается выходное напряжение делителя), а другое — верхним. Различают линейные и нелинейные делители напряжения. В линейных выходное напряжение изменяется по линейному закону в зависимости от входного. Такие делители используются для задания потенциалов и рабочих напряжений в различных точках электронных схем. В нелинейных делителях выходное напряжение зависит от коэффициента a нелинейно. Нелинейные делители напряжения применяются в функциональных потенциометрах. Сопротивление может быть как активным, так и реактивным, а также и вовсе нелинейным, как, например, в параметрическом стабилизаторе напряжения.

Конструкция прибора высокого напряжения

Высоковольтный делитель напряжения переменного тока содержит корпус, выполненный из полимерного материала, например, полиуретана СКУ ПФЛ. Внутри корпуса размещена цепочка элементов деления напряжения, выполненных в виде резисторов или конденсаторов.
Цепочка элементов деления напряжения подключена на входе к контактному выводу высокого напряжения, например 6 кВ, а на выходе — к контактному выходу. Для измерения напряжения 100 В служит контактный вывод.
Цепочка элементов деления напряжения имеет отпайку, к которой подключен полупроводниковый выпрямитель, соединенный с контактным выводом.
Полупроводниковый выпрямитель имеет контактные выводы и и обеспечивает преобразование переменного тока в постоянный.

Типы делителей напряжения

Существует 2 типа делителей высокого напряжения:
— емкостные делители для измерения переменного напряжения промышленной частоты;
— емкостно-резистивные компенсированные делители для измерения переменного напряжения промышленной частоты и постоянного напряжения

Принцип работы высоковольтного делителя

Высоковольтный делитель напряжения переменного тока работает следующим образом:

Высоковольтный пробник напряжения.jpg

Как выбрать и купить высоковольтный делитель?

В каталоге Компании Мир Приборов вы сможете найти большой выбор делителей напряжения и купить их с поверкой и доставкой.

Компания Мир Приборов - поставка измерительных приборов, освещения

Интернет-магазин контрольно-измерительных приборов и освещения » Мир приборов «

Ознакомьтесь с нашим ассортиментом в каталоге

Решения для жизни и работы!

Представленная информация на сайте носит справочный характер и не является публичной офертой.
Технические параметры (спецификация) и комплект поставки товара могут быть изменены производителем без предварительного уведомления.

г. Санкт-Петербург , Комендантский пр., д. 4 к. 2,
стр. А, офис 0В2 , 197227
График работы с 9:30 до 19:00

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector