I trasformatori sono i dispositivi passivi elettromagnetici che funzionano secondo il principio di induzione elettromagnetica , che trasferisce magneticamente l'energia elettrica da un circuito a un altro. Consiste di due bobine, una primaria e l'altra secondaria. Entrambi i file avvolgimenti (bobine) sono accoppiate magneticamente tra loro senza alcun nucleo magnetico e separate elettricamente. Il trasformatore trasmette l'energia elettrica (tensione / corrente) da un avvolgimento all'altro (bobina) per induzione reciproca. Non vi è alcun cambiamento di frequenza durante la trasformazione dell'energia. I trasformatori sono classificati in due tipi in base alla costruzione del nucleo come trasformatori di tipo core e trasformatori di tipo shell. Sulla base della conversione del livello di tensione e delle vincite, sono trasformatori step-up e trasformatori step-down. Esistono diversi tipi di trasformatori utilizzati nei circuiti CA, come trasformatori di potenza, trasformatore potenziale, trasformatore trifase e autotrasformatore.
Cos'è un potenziale trasformatore?
Definizione: Potenziale trasformatori sono anche noti come trasformatori di abbassamento della tensione o trasformatori di tensione o trasformatore di strumento , in cui la tensione di un circuito viene ridotta a una tensione inferiore per la misurazione. Il dispositivo elettromagnetico utilizzato per la trasformazione della tensione più alta del circuito in quella più bassa è chiamato trasformatore di potenziale. È possibile misurare l'uscita di un circuito a bassa tensione voltmetri o wattmetri. Questi sono in grado di aumentare o diminuire i livelli di tensione di un circuito, senza modificare la sua frequenza e gli avvolgimenti. Il principio di funzionamento, la costruzione di un potenziale trasformatore è simile al trasformatore di potenza e al trasformatore convenzionale.
Potenziale trasformatore
Schema del circuito del trasformatore potenziale
Il potenziale trasformatore è costituito da avvolgimento primario con più spire e avvolgimento secondario con meno spire. L'alta tensione CA in ingresso viene fornita all'avvolgimento primario (o collegata al circuito ad alta tensione da misurare). La tensione di uscita inferiore viene rilevata attraverso l'avvolgimento secondario utilizzando un voltmetro. I due avvolgimenti sono accoppiati magneticamente tra loro senza alcun collegamento tra loro.
Costruzione di un potenziale trasformatore
Schema del circuito del trasformatore potenziale
I trasformatori potenziali sono costruiti con alta qualità per funzionare a bassa densità di flusso, bassa corrente magnetica e carico ridotto al minimo. Rispetto a un trasformatore convenzionale, utilizza conduttori di grandi dimensioni e un nucleo di ferro. Può essere progettato sotto forma di un tipo di nucleo e di un tipo di shell per garantire la massima precisione. Di solito, i trasformatori di potenziale del tipo a nucleo sono preferiti per trasformare l'alta tensione in una tensione inferiore.
Utilizza avvolgimenti coassiali per ridurre la reattanza di dispersione. Poiché i potenziali trasformatori funzionano ad alta tensione, l'avvolgimento primario ad alta tensione è diviso in piccole sezioni spire / bobine per ridurre i costi di isolamento e danni. Lo sfasamento tra una tensione di ingresso e una tensione di uscita deve essere monitorato attentamente per mantenere una tensione inferiore variando il carico. Avvolgimenti ricoperti di cambrico svanito e nastro di cotone per ridurre il costo dell'isolamento.
I separatori di fibra dura vengono utilizzati per separare le bobine. Per collegare i trasformatori di potenziale ad alta tensione (oltre 7KV) alle linee principali vengono utilizzati passanti a bagno d'olio. L'avvolgimento primario di un potenziale trasformatore ha un numero elevato di spire mentre l'avvolgimento secondario ha meno spire. Il multimetro o voltmetro viene utilizzato per misurare la tensione di uscita inferiore.
Potenziale trasformatore funzionante
Il trasformatore di potenziale collegato al circuito di potenza di cui misurare la tensione è collegato tra la fase e la terra. Ciò significa che l'avvolgimento primario di un trasformatore potenziale è collegato al circuito ad alta tensione e l'avvolgimento secondario di un trasformatore è collegato a un voltmetro. A causa della mutua induzione, i due avvolgimenti sono accoppiati magneticamente tra loro e funzionano secondo il principio dell'induzione elettromagnetica.
La tensione diminuita viene misurata attraverso l'avvolgimento secondario rispetto alla tensione attraverso l'avvolgimento primario utilizzando un multimetro o un voltmetro. A causa dell'elevata impedenza nel potenziale trasformatore, la piccola corrente scorre attraverso l'avvolgimento secondario e funziona in modo simile al trasformatore ordinario con carico nullo o basso. Quindi questi tipi di trasformatori funzionano in un intervallo di tensione da 50 a 200 VA.
Secondo il trasformatore di convenzione, il rapporto di trasformazione è
V2 = N1 / N2
'V1' = tensione dell'avvolgimento primario
'V2' = tensione del secondario
'N1' = numero di spire nell'avvolgimento primario
'N2' = numero di spire nell'avvolgimento secondario
L'alta tensione di un circuito può essere determinata utilizzando l'equazione precedente.
Tipi di trasformatori di tensione o potenziali
In base alla funzione di un potenziale trasformatore, ci sono due tipi,
- Trasformatori di tensione di misura
- Trasformatori di tensione di protezione
Questi sono disponibili monofase o trifase e funzionano con la massima precisione. Questi vengono utilizzati per azionare e controllare dispositivi di misurazione, relè e altri dispositivi. Sulla base della costruzione, ci sono
Trasformatori di potenziale elettromagnetico
Questi sono simili al trasformatore primario.l in cui gli avvolgimenti primario e secondario sono avvolti su un nucleo magnetico. Funziona con una tensione superiore o inferiore a 130 KV. L'avvolgimento primario è collegato alla fase e l'avvolgimento secondario è collegato a terra. Questi sono utilizzati nei circuiti di misura, relè e alta tensione.
Trasformatori di potenziale capacitivo
Questi sono anche noti come divisori di potenziale capacitivo o trasformatori di potenziale capacitivi del tipo ad accoppiamento o a boccola. La serie di condensatori sono collegati all'avvolgimento primario o agli avvolgimenti secondari. Viene misurata la tensione di uscita attraverso l'avvolgimento secondario. Viene utilizzato per scopi di comunicazione con operatore su linea elettrica ed è più costoso.
trasformatore-potenziale-capacitivo
Errori nei potenziali trasformatori
Nel trasformatore primario, la tensione di uscita nell'avvolgimento secondario è esattamente proporzionale alla tensione sul trasformatore secondario. Nei trasformatori di potenziale, la tensione scende a causa della reattanza e della resistenza nel primario e nel secondario e anche il fattore di potenza sul secondario causa lo sfasamento errori ed errori di tensione.
diagramma fasoriale
Il diagramma dei fasori sopra spiega gli errori nei potenziali trasformatori.
'È' - corrente secondaria
'Es' - fem indotta nell'avvolgimento secondario
'Vs' - tensione del terminale dell'avvolgimento secondario
'Rs' - resistenza dell'avvolgimento del secondario
'Xs' - reattanza dell'avvolgimento del secondario
'Ip': corrente primaria
'Ep' - fem indotta dell'avvolgimento primario
'Vp' - tensione terminale dell'avvolgimento primario
'Rp' - avvolgimento resistenza dell'avvolgimento primario
'Xp' - reattanza dell'avvolgimento dell'avvolgimento primario
'Kt': rapporto spire
'Io' - corrente di eccitazione
'Im' - corrente magnetizzante di Io
'Iw': componente principale di perdita di Io
‘Φm’ - flusso magnetico
‘Β’ - errore dell'angolo di fase
La tensione primaria indotta EMF è la sottrazione delle cadute di resistenza e reattanza (IpXp, IpRp) dalla tensione del primario Vp. La tensione scende a causa della reattanza e della resistenza dell'avvolgimento primario.
L'EMF indotto nel primario viene trasformato in secondario da una mutua induzione e forma EMF indotto nell'E secondario. La tensione di uscita attraverso l'avvolgimento secondario a causa della caduta della fem dalla resistenza e reattanza è Vs. La tensione di uscita sul secondario è ottenuta per sottrazione delle cadute di reattanza e resistenza (IsXs, IsRs) dall'EMF indotto nell'Es secondario.
Prendiamo come riferimento il flusso principale. La corrente nel primario Ip è ottenuta dalla somma vettoriale della corrente di eccitazione Io e della corrente secondaria inversa Is, che viene moltiplicata per 1 / Kt. Vp è la tensione primaria applicata del potenziale trasformatore.
Ip = (Io + Is) / Kt
Errore di rapporto
Se il rapporto normale del potenziale trasformatore è diverso dal rapporto effettivo del potenziale trasformatore a causa delle cadute di resistenza e reattanza, si verifica un errore di rapporto.
Errore di tensione
Se c'è una differenza tra la tensione ideale e la tensione effettiva, si verifica l'errore di tensione. La percentuale di errore di tensione è
[(Vp - Kt Vs) / Vp] x 100
Errore angolo di fase
Se c'è una differenza tra l'angolo di fase tra la tensione primaria 'Vp' e la tensione secondaria inversa, si verifica l'errore di angolo di fase.
Cause degli errori
A causa dell'impedenza interna, la tensione scende nel primario e si trasforma proporzionalmente al suo rapporto di spire e al secondario. Allo stesso modo, la stessa cosa accade nell'avvolgimento secondario.
Riduzione degli errori
Gli errori dei potenziali trasformatori possono essere ridotti o prevenuti migliorando l'accuratezza nella progettazione, le grandezze di reattanza e resistenza degli avvolgimenti primari e secondari e la magnetizzazione minima del nucleo.
Applicazioni di potenziali trasformatori
Le applicazioni sono
- Utilizzato nei circuiti di relè e di misurazione
- Utilizza nei circuiti di comunicazione del vettore su linea elettrica
- Utilizzato elettricamente nei sistemi di protezione
- Utilizzato per proteggere gli alimentatori
- Utilizzato per la protezione dell'impedenza in generatori
- Utilizzato nella sincronizzazione di generatori e alimentatori.
- Utilizzato come trasformatori di tensione di protezione
Domande frequenti
1). Qual è il potenziale trasformatore?
I trasformatori potenziali sono anche noti come trasformatori di abbassamento della tensione o trasformatori di tensione o trasformatore di misura, in cui la tensione di un circuito viene ridotta a una tensione inferiore per la misurazione.
2). Quali sono i tipi di potenziale trasformatore?
Trasformatori di potenziale capacitivo e trasformatori di potenziale elettromagnetico
3). Quali sono gli errori nei potenziali trasformatori?
Errori di rapporto, errori di tensione, errori di angolo di fase
4). Qual è lo scopo di un potenziale trasformatore?
Per ridurre la tensione più alta a una tensione inferiore di un circuito di alimentazione per la misurazione.
5). Quali sono le altre forme di potenziali trasformatori?
Trasformatore step-down o Trasformatore di strumenti
Quindi, il funzionamento, la costruzione, gli errori e le applicazioni dei potenziali trasformatori sono discussi sopra. Lo scopo del trasformatore di potenziale è convertire l'alta tensione in bassa tensione. Ecco una domanda per te, 'quali sono i vantaggi e gli svantaggi dei potenziali trasformatori?'
