Поиск короткозамкнутых витков в трансформаторе
Перейти к содержимому

Поиск короткозамкнутых витков в трансформаторе

  • автор:

Как обнаружить короткозамкнутые витки

Как обнаружить короткозамкнутые витки

Если в Вашей школе физику преподавали хорошо, то, наверняка, Вам запомнился опыт, наглядно объяснявший явление электромагнитной индукции.

Внешне это выглядело примерно так: учитель приходил в класс, дежурные приносили какие-то приборы и расставляли на столе. После объяснения теоретического материала начинался показ опытов, наглядно иллюстрирующий рассказ.

Электромагнитная индукция

Для демонстрации явления электромагнитной индукции требовались катушка индуктивности весьма значительных размеров, мощный прямой магнит, соединительные провода и прибор под названием гальванометр.

Гальванометр внешним видом представлял собой плоский ящик размером чуть побольше стандартного листа формата А4, а за передней стенкой, закрытой стеклом помещалась шкала с нулем посередине. За этим же стеклом можно было увидеть толстую черную стрелку. Все это было достаточно различимо даже с самых последних парт.

Выводы гальванометра с помощью проводов соединялись с катушкой, после чего внутри катушки просто рукой перемещался вверх – вниз магнит. В такт перемещениям магнита из стороны в сторону перемещалась стрелка гальванометра, что свидетельствовало о том, что через катушку протекает ток. Правда, уже после окончания школы, один знакомый учитель физики рассказывал, что на задней стенке гальванометра имелась потайная ручка, которой от руки приводилась в движение стрелка, если опыт не удавался.

Электромагнитная индукция

Сейчас такие опыты кажутся простыми и почти не заслуживающими внимания. Но электромагнитная индукция теперь применяется во многих электрических машинах и приборах. В 1831 году ее изучением занимался Майкл Фарадей.

В то время еще не было достаточно чувствительных и точных приборов, поэтому ушло немало лет на то, чтобы догадаться, что магнит должен ДВИГАТЬСЯ внутри катушки. Пробовались различной формы и силы магниты, намоточные данные катушек также менялись, магнит к катушке прикладывался по-разному, но только переменный магнитный поток, достигнутый движением магнита, привел к положительным результатам.

Исследованиями Фарадея было доказано, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутой цепи, (катушка и гальванометр в нашем опыте) зависит от скорости изменения магнитного потока, ограниченного внутренним диаметром катушки. При этом абсолютно безразлично, каким образом происходит изменение магнитного потока: то ли за счет изменения магнитного поля, то ли за счет перемещения катушки в постоянном магнитном поле.

Самоиндукция, ЭДС самоиндукции

Самое интересное в том, что катушка находится в собственном магнитном поле, созданном протекающим через нее током. Если в рассматриваемом контуре (катушка и внешние цепи) ток будет по каким-либо причинам изменяться, то будет изменяться и магнитный поток, вызывающий ЭДС.

Самоиндукция, ЭДС самоиндукции

Подобная ЭДС носит название ЭДС самоиндукции. Изучением данного явления занимался замечательный русский ученый Э.Х. Ленц. В 1833 году он открыл закон взаимодействия магнитных полей в катушке, приводящий к самоиндукции. Этот закон известен теперь как закон Ленца. (Не путать с законом Джоуля – Ленца)!

Закон Ленца говорит о том, что направление индукционного тока, возникающего в проводящем замкнутом контуре таково, что он создает магнитное поле, противодействующее изменению того магнитного потока, которое вызвало появление индукционного тока.

При этом катушка находится в собственном магнитном потоке, который прямо пропорционален силе тока: Ф = L*I.

В этой формуле присутствует коэффициент пропорциональности L, также называемый индуктивностью или коэффициентом самоиндукции катушки. В системе СИ единица измерения индуктивности называется генри (Гн). Если при силе постоянного тока 1А катушка создает собственный магнитный поток 1Вб, то такая катушка обладает индуктивностью в 1Гн.

Подобно заряженному конденсатору, имеющему запас электрической энергии, катушка, через которую протекает ток, обладает запасом магнитной энергии. За счет явления самоиндукции, если катушка включена в цепь с источником ЭДС, при замыкании цепи ток устанавливается с задержкой.

В точности так же он не сразу прекращается при отключении. При этом на выводах катушки действует ЭДС самоиндукции, значение которой значительно (в десятки раз) превышает ЭДС источника питания. Например, подобное явление используется в катушках зажигания автомобилей, в строчных развертках телевизоров, а также в стандартной схеме включения люминесцентных ламп. Это все полезные проявления ЭДС самоиндукции.

В некоторых случаях ЭДС самоиндукции носит вредный характер: если транзисторный ключ нагружен обмоткой катушки реле или электромагнита, то для защиты от ЭДС самоиндукции параллельно обмотке устанавливают защитный диод полярностью обратной ЭДС источника питания. Это включение показано на рисунке 1.

Защита транзисторного ключа от ЭДС самоиндукции

Рисунок 1. Защита транзисторного ключа от ЭДС самоиндукции.

Как обнаружить короткозамкнутые витки

Часто возникают сомнения, а нет ли в трансформаторе или обмотках двигателя короткозамкнутых витков? Для подобных проверок используются различные приборы, например, RLC – мосты либо самодельные приборы — пробники. Однако, проверить наличие короткозамкнутых витков можно при помощи простой неоновой лампы. Лампа может подойти любая – даже от неисправного электрочайника китайского производства.

Для проведения измерения лампу без ограничительного резистора необходимо подключить к исследуемой обмотке. Обмотка должна иметь наибольшую индуктивность; если это сетевой трансформатор, то подключайте лампу к сетевой обмотке. После этого через обмотку следует пропустить ток силой в несколько миллиампер. Для этой цели можно воспользоваться источником питания с последовательно включенным резистором, как показано на рисунке 2.

В качестве источника питания можно использовать батарейки. Если в момент размыкания питающей цепи наблюдается вспышка лампы, то катушка исправна, короткозамкнутых витков нет. (Чтобы последовательность действий была понятней на рисунке 2 показан выключатель).

Подобные измерения можно проводить, используя в качестве батареек стрелочный авометр, такой как ТЛ-4 в режиме измерения сопротивления *1 Ом. В этом режиме указанный прибор дает ток около полутора миллиампер, что вполне достаточно для проведения описанных измерений. Цифровой мультиметр для этих целей использовать нельзя – его тока не хватает для создания необходимой силы магнитного поля.

Подобные измерения можно провести в точности также, если неоновую лампу заменить собственными пальцами: для повышения разрешающей способности «измерительного прибора» пальцы следует слегка послюнить. При исправной катушке Вы почувствуете достаточно сильный удар током, конечно не смертельный, но и не очень приятный.

Обнаружение короткозамкнутых витков с помощью неоновой лампы

Рисунок 2. Обнаружение короткозамкнутых витков с помощью неоновой лампы.

  • Логические микросхемы. Часть 3
  • Что такое защитное зануление и как оно работает
  • Как отремонтировать сгоревшую энергосберегающую лампу

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Практическая электроника, В помощь начинающим электрикам

Подписывайтесь на канал в Telegram про электронику для профессионалов и любителей: Практическая электроника на каждый день

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Как проверить обмотки трансформаторов и дросселей на отсутствие короткозамкнутого витка

Проверка трансформаторов и дросселей на отсутствие обрывов обмотки производится обычно тестером. А вот проверка на отсутствие короткозамкнутых витков может производиться различными, например при помощи прибора, электрическая схема которого приведена на рисунке.

Этот прибор представляет собой генератор низкочастотных колебаний, работающий в режиме, близком к срыву генерации. Исследуемую катушку (на схеме обмотка Lx — показана пунктиром) надевают на сердечник обмоток L1, L2 и L3 прибора.

В случае, когда проверяемая обмотка исправна и не содержит ни одного короткозамкнутого витка, стрелка прибора показывает какой-то ток. Если в катушке имеется хотя бы один виток, замкнутый накоротко, генерация прибора срывается и стрелка прибора становится на нуль или приближается к нулю.

Изготовить такой прибор можно в любой электротехнической мастерской.

Данные элементов схемы: Диоды Д1 — Д4 типа Д7Б, транзистор типа П14. Сопротивления: Rl типа МЛТ-0,5 — 300 ом, R2 типа СП — 1 ком.

Обмотки L1, L2, L3 намотаны на эбонитовом или гетинаксовом каркасе. Обмотки L1 и L2 наматывают в одной из секций каркаса, обмотку L3 — в другой. Для всех катушек применяется провод ПЭЛ 00,33 — 0,38 мм. Намотку ведут беспорядочно.

Катушка L1 содержит 200 витков, L2 — 600 витков и L3 — 260 витков. В качестве сердечника применен стержень из феррита марки Ф-600 длиной 140, диаметром 8 мм, используемый в антеннах карманных и переносных приемников.

Миллиамперметр со шкалой 0 — 50 ма.

Узел питания прибора состоит из трансформатора ( смотрите рисунок б) . Обмотки трансформатора выполнены: первичная из провода ПЭЛ 0,1 мм, вторичная из провода ПЭЛ 0,41 мм. Сердечник трансформатора собран из плас тин 0,35 мм. Толщина набора 15 мм.

Вторичная обмотка выполнена с отводами, которые необходимы для подбора напряжения, подаваемого на выпрямительный мост.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Проверяем трансформаторы и катушки индуктивности

А.П. Кашкаров. г. Санкт-Петербург. Россия
При ремонте радиоэлектронной аппаратуры бывает необходимо быстро проверить дискретные компоненты устройства. Когда все возможные версии неисправности отработаны и оказались неэффективны, остается обратить пристальное внимание на трансформаторы и катушки индуктивности.

Катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы проверяют визуально или на обрыв с помощью омметра. Простой метод проверки намоточных катушек индуктивности и трансформаторов на предмет обрыва выполняют омметром в режиме измерения сопротивления. Для обнаружения короткозамкнутых витков внутри катушки рекомендуется схема, показанная на рис.1.

На выходе генератора синусоидальных колебаний устанавливают частоту 1 кГц и подают сигнал амплитудой 5 В через резистор R1 на проверяемую обмотку L1. Сопротивление ограничительного резистора зависит от амплитуды сигнала генератора, которую выбирают в зависимости от параметров проверяемой катушки L1. При амплитуде выходных импульсов генератора 5 В сопротивление резистора выбирают в пределах 1 кОм. Напряжение на обмотке L1 в точке А контролируют с помощью осциллографа. Появление дифференцированных импульсов в точке А указывает на наличие в обмотке катушки короткозамкнутого витка. Такой метод показал себя эффективным и доступным в обычной домашней лаборатории.

На практике часто возникают отказы трансформаторов, причем из-за короткого замыкания вторичных обмоток возникает опасность поражения электрическим током. Конечно, проверять обмотки трансформаторов на пригодность можно и визуально, например, если из трансформатора при включении идет дым и присутствует специфический запах гари, причем не важно, сколько в нем исправных обмоток и какой характер неисправности, потому что такой трансформатор использовать в дальнейшем нецелесообразно. Однако, если отсутствуют визуальные признаки неисправности, существует альтернативный метод. Предлагаемый ниже второй метод проверки позволяет обнаружить в силовом трансформаторе короткозамкнутые обмотки.

На первичную обмотку Т2 с автотрансформатора Т1 через лампу накаливания EL1, мощность которой 15…25 Вт (она приблизительно должна соответствовать половине мощности испытуемых силовых трансформаторов), подают переменное напряжение от 0 до 170 В.

При первом включении выходное напряжение автотрансформатора должно быть установлено на «0». После этого в собранном по схеме рис.2 устройстве выходное напряжение автотрансформатора плавно доводят до максимального значения (150.170 В). В качестве автотрансформатора используют промышленный ЛАТР 220/170-50-20 или другой аналогичный.

На этом этапе проверки, при исправном тестируемом трансформаторе Т2, индикаторная лампа EL1 не должна светиться. Если лампа EL1 все же загорелась, то во вторичной (вторичных) обмотке имеется короткозамкнутые витки. Подтверждением этому будет отсутствие изменения или незначительное изменение в силе накала лампы EL1.

Для силовых трансформаторов с несколькими обмотками производят проверку каждой вторичной обмотки.

Всего комментариев: 2

Автор: Костя Добавлено 21 апреля, 2020 в 22:56 Появление дифференцированных импульсов в точке А указывает на наличие в обмотке катушки короткозамкнутого витка. что это значит? как это поснимать и увидеть на осциллографе что при этом должно быть? Ответить

Поиск короткозамкнутых витков в трансформаторе

В работе рассматривается схема замещения обмотки трансформатора с дефектом типа короткозамкнутый виток. На основе предположения наличия магнитной связи между неповрежденной обмоткой и короткозамкнутым витком строится модель диагностики обмотки трансформатора. Показывается, что при зондировании сканирующим импульсом обмотки трансформатора с дефектом типа короткозамкнутый виток возникают скачки напряжения в неповрежденной части обмотки. По касательным логарифма напряжения неповрежденной обмотки извлекается информация о параметрах короткозамкнутого витка. Приводится пример расчета графической зависимости, демонстрирующей характерный излом производной тока неповрежденной обмотки при наличии дефекта типа короткозамкнутый виток. Приводятся графики, демонстрирующие зависимость излома производной тока от коэффициента рассеяния. В работе показано, что излом производной усиливается при совпадении параметров неповрежденного и короткозамкнутого витков.

коэффициент рассеяния
дефект типа короткозамкнутый виток
схема замещения обмотки трансформатора

1. Исаев Ю.Н., Купцов А.М. Практика использования системы MathCAD в расчетах электрических и магнитных цепей. – М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2013. – 180 с.

2. Пивняк. Г.Г., Винославский В.Н., Рыбалко А.Я., Несен Л.И. Переходные процессы в системах электроснабжения. – М.: Энергоатомиздат, 2003. – 540 с.

3. Крючков И.П., Старшинов В.А., Гусев Ю.П., Пиратов М.В. Переходные процессы в энергетических системах. – М.: Издательский Дом МЭИ, 2008. – 414 с.

4. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы. – М.: АРИС. 2010. – 518 с.

5. Хайрер Э., Нерсетт С., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Нежесткие задачи. – М.: Мир, 1990. – 512 с.

Одним из возможных дефектов обмотки трансформатора является наличие короткозамкнутых витков. Электротехническую схему обмотки трансформатора с короткозамкнутым витком можно представить в виде схемы, представленной на рисунке 1.

Рис.1. Схема обмотки трансформатора с короткозамкнутым витком

В приведенной схеме первичная обмотка – неповрежденная часть обмотки, вторая часть – короткозамкнутая поврежденная часть обмотки. Информация о параметрах поврежденной части обмотки отсутствует и ее можно восстановить с помощью косвенных методов.

Авторами предлагается метод, позволяющий определить наличие дефекта в виде короткозамкнутого контура. Метод основан на наличии взаимной магнитной связи между неповрежденной и поврежденной частями обмотки трансформатора. Далее приведено подробное описание предлагаемого метода.

Постановка задачи и основные соотношения

Схема, состоящая из первичного и вторичного контура, приведена на рисунке 1, описывается системой дифференциальных уравнений:

(1)

Систему уравнений (1) для численного расчета переходных процессов [1, 5] особенно при произвольной форме внешнего воздействия e(t) удобнее представить в виде уравнений состояния:

(2)

или в краткой форме:

(3)

где – матрица состояния, – вектор правых частей.

Характеристические корни дифференциального уравнения являются собственными числами матрицы состояния , а постоянные времени являются собственными числами отрицательной инверсной матрицы состояния . Запишем явный вид характеристического уравнения, решением которого являются две величины: переходная – и сверхпереходная – постоянные времени:

, (4)

где –след матрицы , – определитель матрицы , –коэффициент рассеяния, , – постоянные времени первичного и вторичного контуров без учета влияния их друг на друга соответственно.

Из характеристического уравнения (4) следует важное соотношение, которое мы будем использовать в дальнейшем [3,4]:

. (5)

Численное решение системы дифференциальных уравнений (2) по методу Рунге – Кутта четвертого порядка представлено в виде графика на рисунке 2. При расчетах были использованы следующие параметры схемыГн, Гн, Гн, Ом, Ом, В.

Рис. 2. Ток первичной обмотки при наличии короткозамкнутого витка вторичной обмотки, ток первичной обмотки при разомкнутом контуре вторичной обмотки

На рисунке 2 приведены графики изменения тока первичной обмотки при разомкнутом и замкнутом контурах вторичной обмотки, где отчетливо виден характерный излом при наличии повреждения. Ток первичной обмотки при разомкнутом контуре вторичной обмотки состоит из двух апериодических составляющих и константы:

. (6)

Напряжение на индуктивности первичного контура определяется по выражению:

. (7)

Рис 3. Напряжение на индуктивности первичного контура

В начальной стадии переходного процесса относительный вклад второго слагаемого, в которое входит сверхпереходная постоянная времени , больше первого слагаемого, поэтому напряжение и его логарифм можно записать в виде:

. (8)

При стремлении переходного процесса к установившемуся режиму относительный вклад первого слагаемого, в которое входит переходная постоянная времени , больше второго слагаемого, следовательно, напряжение и его логарифм можно записать в виде:

. (9)

Вышесказанные соображения заметно проявляются на графике, приведенном на рисунке 4. Таким образом, касательные прямые к функции в начальный и в конечный момент времени имеют наклоны, пропорциональные корням характеристического уравнения или обратно пропорциональные постоянным времени сверхпереходной и переходной соответственно.

Рис. 4. Логарифм напряжения на индуктивности первичного контура

Определяя из графика (рисунок 4) постоянные времени и , можно рассчитать параметры короткозамкнутого витка, используя соотношение (5):

. (10)

Последнее соотношение содержит в себе сопротивление и индуктивность короткозамкнутого контура. Если предположить, что сопротивление провода короткозамкнутого витка такое же, как у неповрежденного витка, то можно определить индуктивность короткозамкнутого витка, и возможна оценка количества короткозамкнутых витков.

Если во вторичной обмотке имеется короткозамкнутый виток, то при подаче напряжения на первичную обмотку возникнет характерный излом тока первичной обмотки.

Исследования показывают, что излом особенно четко проявляется при одинаковых параметрах первичной и вторичной обмотки, при этом сильно проявляется влияние коэффициента рассеяния. В качестве демонстрации на рисунке 5 приведен график переходной постоянной времени в зависимости от коэффициента рассеяния. Очевидно, что разность между единицей и полученными графиками есть зависимость сверхпереходной постоянной времени от коэффициента рассеяния. На рисунке 5 она показана для кривой 1.

Рис. 5. Зависимость переходной и сверхпереходной постоянных времени от коэффициента рассеяния : 1 – при, 2 –при,

3 –при, 4 –при

По графику видно, что при приближении значений параметров контуров друг к другу сильнее проявляется действие коэффициента рассеяния.

В соответствии с предлагаемым подходом, если в обмотке присутствует дефект в виде короткозамкнутого витка при воздействии сканирующего импульса на неповрежденную обмотку, должны проявляться скачки напряжения. Продемонстрируем это на модели, решив систему дифференциальных уравнений (2) при воздействии импульсного напряжения.

а б

Рис. 6. Зависимость тока (а) и напряжения (б) первичной обмотки при воздействии импульсного напряжения e(t), 1 – при разомкнутом вторичном витке, 2 – при замкнутом вторичном витке, 3 – воздействующий импульс (шкала с правой стороны)

Результаты расчетов приведены на рисунке 6. Из графиков следует, что при воздействии импульсного напряжения на неповрежденную часть обмотки, при наличии дефекта в виде короткозамкнутого контура появляются резкие скачки напряжения (рис. 6,б).

  1. При наличии дефекта в обмотке трансформатора в виде короткозамкнутого витка, в токе первичной обмотки появляется излом производной тока или, что то же самое, скачок напряжения в витках первичной обмотки.
  2. Представление логарифма напряжения первичной обмотки от времени имеет два наклона. Величины наклонов обратно пропорциональны переходной и сверхпереходной постоянным времени. Используя дополнительное соотношение (5), можно определить параметры короткозамкнутого витка.
  3. Скачок напряжения в первичном витке проявляется сильнее, когда параметры первичного и вторичного витков близки по значению, также при этом сильнее проявляется влияние коэффициента рассеяния.
  4. При воздействии импульсного напряжения на неповрежденную часть обмотки, при наличии дефекта в виде короткозамкнутого витка, на первичной обмотке проявляются скачки напряжения. Скачки проявляются сильнее, когда параметры витков близки друг другу по значениям.
  5. Предложенный метод может позволить усовершенствовать средства диагностики повреждений обмоток трансформатора.

Рецензенты:

Усов Ю.П., д.т.н., профессор кафедры ЭСиЭ ЭНИН ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», г. Томск.

Сивков А.А., д.т.н., профессор кафедры ЭПП ЭНИН ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», г. Томск.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *