Transformatoren sind die elektromagnetischen passiven Geräte, die nach dem Prinzip von arbeiten Elektromagnetische Induktion , die elektrische Energie magnetisch von einem Stromkreis auf einen anderen Stromkreis überträgt. Es besteht aus zwei Spulen, eine ist eine Primärspule und eine andere ist eine Sekundärspule. Beide Wicklungen (Spulen) sind ohne Magnetkern magnetisch miteinander gekoppelt und elektrisch getrennt. Der Transformator überträgt die elektrische Energie (Spannung / Strom) durch gegenseitige Induktion von einer Wicklung zu einer anderen Wicklung (Spule). Während der Energieumwandlung ändert sich die Frequenz nicht. Transformatoren werden basierend auf der Kernkonstruktion in zwei Typen eingeteilt, wie z. B. Kerntransformatoren und Schalentransformatoren. Basierend auf der Spannungspegelumwandlung und den Gewinnen sind sie Aufwärtstransformatoren und Abwärtstransformatoren. In den Wechselstromkreisen werden verschiedene Arten von Transformatoren verwendet, z. B. Leistungstransformatoren, Potentialtransformatoren, Dreiphasentransformatoren und Spartransformatoren.
Was ist ein potentieller Transformator?
Definition: Potenzial Transformer sind auch als Spannungsabwärtstransformatoren oder Spannungswandler oder bekannt Messwandler , bei dem die Spannung eines Stromkreises zur Messung auf eine niedrigere Spannung reduziert wird. Das elektromagnetische Gerät, das zur Umwandlung der höheren Spannung der Schaltung in die niedrigere Spannung verwendet wird, wird als Potentialtransformator bezeichnet. Der Ausgang eines Niederspannungskreises kann durch gemessen werden Voltmeter oder Wattmeter. Diese können die Spannungspegel einer Schaltung erhöhen oder verringern, ohne dass sich Frequenz und Wicklungen ändern. Das Arbeitsprinzip, der Aufbau eines Potentialtransformators, ähnelt dem Leistungstransformator und dem herkömmlichen Transformator.
Potentieller Transformator
Schaltplan des Potentialtransformators
Der Potentialtransformator besteht aus einer Primärwicklung mit mehr Windungen und einer Sekundärwicklung mit weniger Windungen. Die hohe Eingangswechselspannung wird an die Primärwicklung angelegt (oder zur Messung an den Hochspannungskreis angeschlossen). Die niedrigere Ausgangsspannung wird mit einem Voltmeter über die Sekundärwicklung gemessen. Die beiden Wicklungen sind ohne Verbindung magnetisch miteinander gekoppelt.
Bau eines Potentialtransformators
Schaltplan des Potentialtransformators
Potentielle Transformatoren sind mit hoher Qualität konstruiert, um bei niedriger Flussdichte, geringem Magnetstrom und minimierter Last zu arbeiten. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Transformator werden große Leiter und ein Eisenkern verwendet. Es kann in Form eines Kerntyps und eines Schalentyps entworfen werden, um höchste Genauigkeit zu gewährleisten. Normalerweise werden Potentialtransformatoren vom Kerntyp bevorzugt, um die Hochspannung in eine niedrigere Spannung umzuwandeln.
Es werden koaxiale Wicklungen verwendet, um die Leckreaktanz zu verringern. Da die Potentialtransformatoren bei hohen Spannungen betrieben werden, ist die Hochspannungs-Primärwicklung in kleine Windungen / Spulen unterteilt, um die Isolationskosten und -schäden zu reduzieren. Die Phasenverschiebung zwischen einer Eingangsspannung und einer Ausgangsspannung sollte sorgfältig überwacht werden, um durch Variieren der Last eine niedrigere Spannung aufrechtzuerhalten. Wicklungen mit verschwundenem Kambrium und Baumwollband, um die Isolationskosten zu senken.
Hartfaserabscheider werden verwendet, um die Spulen zu trennen. Ölgefüllte Durchführungen dienen zum Anschluss der Hochspannungspotentialtransformatoren (über 7 kV) an die Hauptleitungen. Die Primärwicklung eines Potentialtransformators hat eine große Anzahl von Windungen, während die Sekundärwicklung weniger Windungen hat. Das Multimeter oder Voltmeter dient zur Messung der niedrigeren Ausgangsspannung.
Potentieller Transformator funktioniert
Der an den Stromkreis angeschlossene Potentialtransformator, dessen Spannung gemessen werden soll, ist zwischen Phase und Masse geschaltet. Das heißt, die Primärwicklung eines Potentialtransformators ist mit dem Hochspannungskreis verbunden und die Sekundärwicklung eines Transformators ist mit einem Voltmeter verbunden. Aufgrund der gegenseitigen Induktion sind die beiden Wicklungen magnetisch miteinander gekoppelt und arbeiten nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion.
Die verringerte Spannung wird über der Sekundärwicklung in Bezug auf die Spannung über der Primärwicklung unter Verwendung eines Multimeters oder Voltmeters gemessen. Aufgrund der hohen Impedanz im Potentialtransformator fließt der kleine Strom durch die Sekundärwicklung und arbeitet ähnlich wie der normale Transformator ohne oder mit geringer Last. Daher werden diese Transformatortypen in einem Spannungsbereich von 50 bis 200 VA betrieben.
Gemäß dem Konventionstransformator beträgt das Transformationsverhältnis
V2 = N1 / N2
'V1' = Spannung der Primärwicklung
'V2' = Spannung der Sekundärwicklung
'N1' = Anzahl der Windungen in der Primärwicklung
'N2' = Anzahl der Windungen in der Sekundärwicklung
Die Hochspannung einer Schaltung kann unter Verwendung der obigen Gleichung bestimmt werden.
Arten von Spannungs- oder Potentialtransformatoren
Basierend auf der Funktion eines Potentialtransformators gibt es zwei Arten:
- Messspannungstransformatoren
- Schutzspannungstransformatoren
Diese sind ein- oder dreiphasig erhältlich und arbeiten mit höchster Genauigkeit. Diese dienen zur Bedienung und Steuerung von Messgeräten, Relais und anderen Geräten. Basierend auf der Konstruktion gibt es
Elektromagnetische Potentialtransformatoren
Diese ähneln dem Primärtransformator.l, bei dem Primär- und Sekundärwicklungen auf einem Magnetkern gewickelt sind. Es arbeitet mit einer Spannung von über oder unter 130 kV. Die Primärwicklung ist mit der Phase verbunden und die Sekundärwicklung ist mit Masse verbunden. Diese werden in Mess-, Relais- und Hochspannungskreisen eingesetzt.
Kapazitive Potentialtransformatoren
Diese sind auch als kapazitive Potentialteiler oder kapazitive Potentialtransformatoren vom Kopplungstyp oder Durchführungstyp bekannt. Die Serie von Kondensatoren sind mit der Primärwicklung oder den Sekundärwicklungen verbunden. Die Ausgangsspannung an der Sekundärwicklung wird gemessen. Es wird für Kommunikationszwecke von Stromleitungsträgern verwendet und ist teurer.
kapazitiver Potentialtransformator
Fehler in potentiellen Transformatoren
Im Primärtransformator ist die Ausgangsspannung in der Sekundärwicklung genau proportional zur Spannung am Sekundärtransformator. Bei Potentialtransformatoren fällt die Spannung aufgrund der Reaktanz und des Widerstands im Primär- und Sekundärbereich ab und auch der Leistungsfaktor im Sekundärbereich verursacht eine Phasenverschiebung Fehler und Spannungsfehler.
Zeigerdiagramm
Das obige Zeigerdiagramm erklärt die Fehler in potentiellen Transformatoren.
'Ist' - Sekundärstrom
'Es' - induzierte EMK in der Sekundärwicklung
Vs - Klemmenspannung der Sekundärwicklung
'Rs' - Wicklungswiderstand der Sekundärseite
'Xs' - Wicklungsreaktanz der Sekundärseite
'Ip' - Primärstrom
'Ep' - induzierte EMK der Primärwicklung
'Vp' - Klemmenspannung der Primärwicklung
'Rp' - Wicklung Widerstand der Primärwicklung
‘Xp’ - Wicklungsreaktanz der Primärwicklung
'Kt' - Windungsverhältnis
'Io' - Erregerstrom
'Im' - Magnetisierungsstrom von Io
'Iw' - Kernverlustkomponente von Io
‘Φm’ - magnetischer Fluss
Phasenwinkelfehler
Die induzierte Primärspannungs-EMK ist die Subtraktion von Widerstands- und Reaktanzabfällen (IpXp, IpRp) von der Spannung der Primärspannung Vp. Die Spannung fällt aufgrund der Reaktanz und des Widerstands der Primärwicklung ab.
Der im Primärbereich induzierte EMF wird durch gegenseitige Induktion in den Sekundärbereich umgewandelt und bildet im Sekundärbereich einen induzierten EMF. Die Ausgangsspannung über der Sekundärwicklung aufgrund des EMK-Abfalls durch den Widerstand und die Reaktanz beträgt Vs. Die Ausgangsspannung an der Sekundärseite wird durch Subtraktion der Reaktanz- und Widerstandsabfälle (IsXs, IsRs) von der induzierten EMF in der Sekundärseite Es erhalten.
Nehmen wir den Hauptfluss als Referenz. Der Strom im primären Ip wird aus der Vektorsumme des Erregerstroms Io und des umgekehrten Sekundärstroms Is erhalten, die mit 1 / Kt multipliziert wird. Vp ist die angelegte Primärspannung des Potentialtransformators.
Ip = (Io + Is) / Kt
Verhältnisfehler
Wenn das normale Verhältnis des Potentialtransformators aufgrund von Widerstands- und Reaktanzabfällen vom tatsächlichen Verhältnis des Potentialtransformators abweicht, tritt ein Verhältnisfehler auf.
Spannungsfehler
Wenn zwischen der idealen Spannung und der tatsächlichen Spannung ein Unterschied besteht, tritt der Spannungsfehler auf. Der Prozentsatz des Spannungsfehlers beträgt
[(Vp - Kt Vs) / Vp] x 100
Phasenwinkelfehler
Wenn zwischen dem Phasenwinkel zwischen der Primärspannung „Vp“ und der umgekehrten Sekundärspannung ein Unterschied besteht, tritt der Phasenwinkelfehler auf.
Fehlerursachen
Aufgrund der internen Impedanz fällt die Spannung in der Primärwicklung ab und wird proportional zu ihrem Windungsverhältnis und der Sekundärwicklung transformiert. In ähnlicher Weise geschieht dasselbe in der Sekundärwicklung.
Reduzierung von Fehlern
Die Fehler potenzieller Transformatoren können reduziert oder verhindert werden, indem die Genauigkeit der Konstruktion, die Reaktanz- und Widerstandsgrößen der Primär- und Sekundärwicklungen sowie die minimale Magnetisierung des Kerns verbessert werden.
Anwendungen von Potentialtransformatoren
Die Anwendungen sind
- Wird in Relais- und Messkreisen verwendet
- Verwendung in Kommunikationsleitungen für Stromleitungsträger
- Wird in Schutzsystemen elektrisch verwendet
- Wird zum Schutz von Feedern verwendet
- Wird zum Schutz der Impedanz in der Generatoren
- Wird zur Synchronisation von Generatoren und Abzweigen verwendet.
- Wird als Schutzspannungstransformator verwendet
FAQs
1). Was ist der potentielle Transformator?
Potentielle Transformatoren werden auch als Spannungsabwärtstransformatoren oder Spannungswandler oder Messwandler bezeichnet, bei denen die Spannung eines Stromkreises zur Messung auf eine niedrigere Spannung reduziert wird.
2). Welche Arten von Potentialtransformatoren gibt es?
Kapazitive Potentialtransformatoren und elektromagnetische Potentialtransformatoren
3). Was sind die Fehler in potenziellen Transformatoren?
Übersetzungsfehler, Spannungsfehler, Phasenwinkelfehler
4). Was ist der Zweck eines potentiellen Transformators?
Reduzieren einer höheren Spannung auf eine niedrigere Spannung eines Stromkreises zur Messung.
5). Was sind die anderen Formen potenzieller Transformatoren?
Abwärtstransformator oder Messwandler
Daher werden die Funktionsweise, der Aufbau, die Fehler und die Anwendungen potenzieller Transformatoren oben diskutiert. Der Zweck des Potentialtransformators besteht darin, Hochspannung in Niederspannung umzuwandeln. Hier ist eine Frage an Sie: 'Was sind die Vor- und Nachteile potenzieller Transformatoren?'
