ТРАНСФОРМАТОР ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ПОГРЕШНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ, НАХОДЯЩИХСЯ В ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 2005 года по МПК H01F38/26 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повышения точности измерений трансформаторов напряжения, находящихся в эксплуатации.

В настоящее время известны способы уменьшения погрешности трансформаторов напряжения путем отмотки от первичной обмотки трансформатора некоторого количества витков или добавления к первичной обмотке трансформатора некоторого количества витков (так называемая витковая коррекция) [1]. Однако это может быть осуществлено только в процессе изготовления трансформатора на заводе. При этом в случае отмотки витков от вторичной обмотки трансформатора некоторая постоянная величина погрешности добавляется к значению погрешности трансформатора, измеренной во всем допустимом диапазоне изменения нагрузок и во всем допустимом диапазоне изменения первичных напряжений трансформатора.

Точно так же при домотке дополнительных витков к вторичной обмотке трансформатора некоторая постоянная величина погрешности будет вычитаться из значения погрешности трансформатора во всем допустимом диапазоне нагрузок и во всем допустимом диапазоне напряжений трансформатора. Следовательно, существуют такие значения нагрузок и такие значения напряжения, при которых значение погрешности превосходит величину, нормируемую ГОСТ.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является трансформатор напряжения, в котором намотка вторичной обмотки на магнитопровод производится таким образом, что в отверстия, проделанные в магнитопроводе, пропускается некоторая часть витков, охватывающих только часть сечения магнитопровода. При этом величина погрешности по напряжению такого трансформатора зависит от величины нагрузки трансформатора [2].

При малой величине нагрузки число витков вторичной обмотки практически равно только числу витков, охватывающих полное сечение магнитопровода, а при полной нагрузке число витков вторичной обмотки практически равно полному числу витков, включающему в себя и те витки, которые охватывают только часть сечения магнитопровода.

Однако известный трансформатор обладает существенным недостатком. Он может быть изготовлен с такими магнитопроводами, которые собраны из шихтованных пластин с проштампованными в этих пластинах отверстиями. Применение магнитопроводов, намотанных лентой из ферромагнитного материала, недопустимо, так как в случае выполнения сквозного отверстия в любой поверхности магнитопровода (торцевой или цилиндрической) неизбежно будет происходить замыкание слоев ленты из ферромагнитного материала, которое приведет к увеличению потерь холостого хода и тока намагничения магнитопровода, что, в свою очередь, приведет к недопустимому увеличению погрешности, которое не может быть устранено применением вторичной обмотки, часть витков которой охватывает только часть сечения магнитопровода.

Задачей данного изобретения является уменьшение погрешности трансформаторов напряжения, находящихся в эксплуатации.

Данная задача решается таким образом, что к низковольтным выводам измерительной обмотки трансформатора напряжения, находящегося в эксплуатации, подсоединяется первичная обмотка дополнительного низковольтного трансформатора, коэффициент трансформации которого равен единице, а магнитопровод и вторичная обмотка выполнены таким образом, что во всем допустимом диапазоне измеряемых напряжении и во всем диапазоне допустимых нагрузок, присоединяемых к вторичной обмотке дополнительного трансформатора, абсолютное значение погрешности по напряжению примерно равно абсолютному значению погрешности по напряжению находящегося в эксплуатации трансформатора, а знак ее противоположен знаку погрешности по напряжению, находящегося в эксплуатации трансформатора.

Это достигается тем, что магнитопровод дополнительного трансформатора, выполненного согласно данному изобретению, содержит два или более сердечников, намотанных из ферромагнитной ленты, накладываемых один на другой торцевыми поверхностями и отделяемых друг от друга прокладками из немагнитного материала, а вторичная обмотка наматывается на магнитопровод, собранный из отдельных сердечников, так что некоторая часть витков, проходящая через сквозное отверстие в прокладках из немагнитного материала, охватывает только часть сечения магнитопровода (один или более сердечников).

Это достигается также, если магнитопровод дополнительного трансформатора содержит два или более сердечника, намотанных из ферромагнитной ленты, вставляемых друг в друга и отделяемых друг от друга прокладками из немагнитного материалами, а вторичная обмотка наматывается на магнитопровод, собранный из отдельных сердечников так, что некоторая часть витков, проходящая в сквозных отверстиях в прокладках из немагнитного материала, охватывает только часть сечения магнитопровода (один или более сердечников).

Это достигается также и тем, что два или более магнитопровода дополнительного трансформатора, содержащих 3 или более сердечников, намотанных из ферромагнитной ленты, вставляемых друг в друга и отделяемых друг от друга прокладками из немагнитного материала, накладываются друг на друга торцевыми поверхностями и отделяются друг от друга прокладками из немагнитного материала, а вторичная обмотка наматывается на эти магнитопроводы, так что некоторая часть ее витков, проходящая через сквозные отверстия в прокладках из немагнитного материала, охватывает только часть сечения магнитопроводов (один или более сердечников).

На фиг.1 и 2 представлены дополнительные трансформаторы напряжения, выполненные согласно данному изобретению, магнитопроводы которых содержат два или более сердечников 1.1, 1.2...1.n, намотанных из ферромагнитной ленты, а вторичные обмотки 2 с несколькими витками 3.1...3.n, охватывающими только часть сечения магнитопроводов (один или более сердечников), проходящими через сквозные отверстия 4.1...4.n в прокладках из немагнитного материала 5.1...5.n, выведены отводами 6 и 7.

Первичная обмотка на чертежах не указана.

На фиг.3 так же представлен дополнительный трансформатор напряжения, выполненный согласно данному изобретению, который состоит из магнитопровода, содержащего 3 или более сердечников 1.1, 1.2...1.n, намотанных из ферромагнитной ленты, как вставленных друг в друга и разделенных прокладками из немагнитного материала 2.1, 2.2...2.n, так и накладываемых друг на друга торцевыми поверхностями и отделенных друг от друга, в свою очередь, прокладками из немагнитного материала 3.1...3.n, из вторичной обмотки 4, намотанной на магнитопровод, с несколькими витками, охватывающими только часть сечения магнитопровода (один или более сердечников) 5.1...5n, проходящими через сквозные отверстия 6.1...6.n в прокладках из немагнитного материала, с отводами от вторичной обмотки 7 и 8.

Первичная обмотка на чертежах не указана.

Из рассмотрения фигур, на которых представлена конструкция дополнительного трансформатора (например, фиг.1), следует, что прокладки из немагнитного материала 5.1...5n подразделяют поперечное сечение магнитопровода на параллельные участки (сердечники 1.1, 1.2...1.n), и витки 3.1...3.n, проходящие в отверстиях 4.1...4.n, охватывают только часть сечения магнитопровода, например сердечник 1.1.

В связи с тем, что направление намотки этих витков совпадает с направлением намотки остальных витков 2 вторичной обмотки, направление потока, созданного витками 3.1...3.n в сердечниках 1.2...1.n, совпадает с направлением потока, созданного витками 2, и магнитные потоки в сердечниках 1.2...1.n суммируются, а в сердечнике 1.1 поток, созданный витками 3.1...3.n, направлен навстречу потоку, созданному витками 2, и поэтому магнитный поток, созданный витками 3.1...3.n, вычитается из магнитного потока, созданного витками 2. Таким образом, значения индукции и магнитные проницаемости на участках вблизи витков 3.1...3.n в сердечнике 1.1 и в сердечниках 1.2...1.n - различны.

При незначительных токах нагрузки (до 25% номинального) большая доля потока, созданного витками 2 вторичной обмотки, проходит по сердечникам 1.2...1.n на участках вблизи витков 3.1...3.n. Вследствие подмагничивающего действия витков 3.1...3.n на участках сердечников 1.2...1.n, расположенных вблизи витков 3.1...3.n, индукция и магнитная проницаемость значительно увеличены, а в сердечнике 1.1. на участках, расположенных вблизи витков 3.1...3.n, значение индукции и магнитная проницаемость незначительны из-за размагничивающего действия потока, созданного витками 3.1...3.n в этом сердечнике и направленного против потока, созданного витками 2 в этом же сердечнике. В этом случае витки 3.1...3.n почти не сцепляются с потоком, созданном витками 2 во всем магнитопроводе. Это увеличивает коэффициент трансформации трансформатора напряжения, и рабочее число витков вторичной обмотки равно числу витков поз.2, что уменьшает напряжение на вторичной обмотке. При этом абсолютное значение погрешности в напряжении уменьшается незначительно.

При увеличении тока нагрузки происходит перераспределение магнитного потока между сердечниками магнитопровода в месте намотки витков 3.1...3.n. В сердечниках 1.2...1.n индукция приближается к индукции насыщения из-за подмагничивающего действия потока, созданного витками 3.1...3.n в этих сердечниках. Магнитная проницаемость в этих сердечниках уменьшается. А в сердечнике 1.1 индукция увеличивается, но не достигает еще индукции насыщения вследствие размагничивающего действия потока, созданного витками 3.1...3.n, и магнитная проницаемость поддерживается значительной.

Большая часть магнитного потока, проходящая по сердечнику 1.1 в месте намотки витков 3.1...3.n, теперь сцепляется с витками 3.1...3.n, и при этом увеличивается число витков во вторичной обмотке, которая состоит теперь из витков 2 и витков 3.1...3.n. При этом увеличивается напряжение на вторичной обмотке и абсолютное значение погрешности в напряжении уменьшается значительно, и при определенном числе витков 3.1...3.n погрешность в напряжении может стать положительной.

Таким образом, во всем диапазоне измеряемых напряжений и во всем диапазоне нагрузок, присоединяемых к вторичной обмотке дополнительного трансформатора, при определенном числе витков 3.1...3.n и определенном количестве сердечников 1.2...1.n, охваченных витками 3.1...3.n, абсолютное значение погрешности в напряжении дополнительного трансформатора подбирается таким образом, что оно оказывается примерно равным абсолютному значению погрешности в напряжении трансформатора напряжения, находящегося в эксплуатации, а знак ее противоположен знаку погрешности в напряжении находящегося в эксплуатации трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки

1. Трансформаторы. Выпуск 27. Трансформаторы напряжения. A.M.Дымков, В.М.Кибель, Ю.В.Тишенин. М.: Энергия, 1975, стр.36÷38.

2. Трансформаторы тока. В.В.Афанасьев и др. Л.: ЭНЕРГИЯ, Ленинградское отделение, 1980, стр.48÷50.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повышения точности измерения. К низковольтной измерительной обмотке трансформатора напряжения, находящегося в эксплуатации, подключена первичная обмотка дополнительного трансформатора напряжения с коэффициентом трансформации, равным единице, так, что образуется каскадный трансформатор напряжения, погрешность измерений которого равна сумме погрешностей трансформатора, находящегося в эксплуатации, и дополнительного трансформатора, погрешность которого во всем диапазоне нагрузок, присоединяемых к его вторичной обмотке, по абсолютной величине примерно равна погрешности трансформатора, находящегося в эксплуатации, а знак ее противоположен погрешности находящегося в эксплуатации трансформатора напряжения. В этом и заключается технический результат. В дополнительном трансформаторе напряжения, содержащем магнитопровод, первичную обмотку и вторичную обмотку, магнитопровод состоит из нескольких сердечников, намотанных лентой из ферромагнитного материала, вложенных друг в друга или наложенных друг на друга и разделенных между собой прокладками из немагнитного материала. Вторичная обмотка наматывается на магнитопровод, состоящий из отдельных сердечников, так, что часть витков вторичной обмотки, проходящая через сквозные отверстия в прокладках из немагнитного материала, охватывает по меньшей мере один сердечник. 3 ил.

Трансформатор напряжения для уменьшения погрешности трансформаторов напряжения, находящихся в эксплуатации, имеющий коэффициент трансформации, равный единице, подключенный выводами своей первичной обмотки к выводам измерительной обмотки трансформатора напряжения, находящегося в эксплуатации, и содержащий первичную обмотку, магнитопровод, состоящий из, по меньшей мере, двух сердечников, намотанных лентой из ферромагнитного материала, причем указанные сердечники вставлены друг в друга или наложены друг на друга торцевыми поверхностями и отделены друг от друга прокладками из немагнитного материала, а вторичная обмотка намотана на магнитопровод так, что часть витков проходит через сквозные отверстия в прокладках из немагнитного материала, охватывая, по меньшей мере, один из указанных сердечников.