Hvordan arrangeres og fungerer transformatoren, hvilke egenskaper tas i betraktning under drift

I kraftteknikk, elektronikk og andre grener av anvendt elektroteknikk, blir en stor rolle gitt til transformasjoner av elektromagnetisk energi fra en type til en annen. Tallrike transformatorenheter som er laget for forskjellige produksjonsoppgaver, håndterer dette problemet.

Noen av dem, med den mest komplekse designen, utfører transformasjon av kraftige høyspennings energistrømmer, for eksempel. 500 eller 750 kilovolt i 330 og 110 kV eller i motsatt retning.

Andre jobber som en del av små enheter av husholdningsapparater, elektroniske enheter, automatiseringssystemer. De er også mye brukt. i forskjellige strømforsyninger av mobile enheter.

Transformatorer fungerer bare i vekselspenningskretser med forskjellige frekvenser og er ikke beregnet for bruk i likestrømskretser som bruker andre typer omformere.

Transformatorer er delt inn i to hovedgrupper: enfase, drevet av et enfase vekselstrømnett, og trefase, drevet av et trefaset vekselstrømnett.

Transformatorer er veldig mangfoldige i design. Hovedelementene i transformatoren er: en lukket stålkjerne (magnetisk kjerne), viklinger og deler som brukes til å feste magnetkretsen og spolene med viklinger og installere transformatoren i likeretterenheten. Kjerneledningen er designet for å lage en lukket bane for magnetisk flux.

Delene av den magnetiske kretsen som viklingene befinner seg på kalles stenger, og delene som det ikke er noen viklinger på og som tjener til å lukke den magnetiske fluksen i den magnetiske kretsen kalles åker. Materialet for transformatormagnetkretsen er elektrisk stål (transformatorstål). Dette stålet kan ha forskjellige kvaliteter, tykkelser, varm og kald valsing.

Generelle prinsipper for drift av transformatorer

Vi vet at elektromagnetisk energi er uløselig. Men det er vanlig å representere det i to komponenter:

1. elektrisk;

2. magnetisk.

Det er lettere å forstå fenomenene som oppstår, beskrive prosesser, foreta beregninger, designe forskjellige enheter og kretsløp. Hele deler av elektroteknikk er viet til separate analyser av driften av elektriske og magnetiske kretser.

Elektrisk strøm, som magnetisk strøm, strømmer bare langs en lukket krets med motstand (elektrisk eller magnetisk). Det er skapt av eksterne påførte krefter - spenningskilder for de tilsvarende energiene.

Når man vurderer prinsippene for drift av transformatorenheter, vil det imidlertid være nødvendig å samtidig studere begge disse faktorene og ta hensyn til deres komplekse effekt på kraftkonvertering.

Den enkleste transformatoren består av to viklinger laget av viklingsspoler av en isolert ledning som elektrisk strøm strømmer gjennom og en linje for magnetisk flux. Det kalles ofte en kjerne eller magnetisk kjerne.

Spenningen fra den elektriske strømkilden U1 tilføres inngangen til den ene viklingen, og fra terminalene til den andre tilføres den, etter omlegging til U2, til den tilkoblede belastningen R.

Under virkningen av spenningen U1 i den første viklingen strømmer en strøm I1 gjennom en lukket krets, hvis verdi avhenger av impedansen Z, som består av to komponenter:

1. aktiv motstand fra viklingens ledninger;

2. reaktiv komponent med induktiv karakter.

Størrelsen på induktansen har stor innflytelse på transformatorens drift.

Den elektriske energien som strømmer gjennom den primære viklingen i form av strøm I1, er en del av elektromagnetisk energi, hvis magnetfelt er rettet vinkelrett på bevegelsen av ladninger eller stedet for trådens svinger. Transformatorkjernen er lokalisert i planet - magnetkretsen, gjennom hvilken magnetisk fluks F.

Alt dette gjenspeiles tydelig på bildet og overholdes strengt under fremstillingen. Selve magnetkretsen er også lukket, selv om det for visse formål, for eksempel for å redusere den magnetiske fluksen, kan det gjøres hull i den, og øker dens magnetiske motstand.

På grunn av strømmen av primærstrømmen gjennom viklingen, trenger den magnetiske komponenten i det elektromagnetiske feltet inn i magnetkretsen og sirkulerer gjennom den, og krysser svingene til sekundærviklingen, som er lukket for utgangsmotstanden R.

Under påvirkning av magnetisk fluks induseres en elektrisk strøm I2 i sekundærviklingen. Verdien påvirkes av verdien av den påførte magnetiske komponentstyrken og impedansen til kretsen, inkludert den tilkoblede belastningen R.

Når transformatoren opererer inne i magnetkretsen, opprettes en vanlig magnetisk flux F og komponentene F1 og F2.

Hvordan autotransformatoren er ordnet og fungerer

Blant transformatorenheter er forenklede konstruksjoner spesielt populære, og bruker ikke to forskjellige hver for seg laget viklinger, men en vanlig, delt inn i seksjoner. De kalles autotransformatorer.

Prinsippet for drift av en slik krets har praktisk talt forblitt det samme: den elektromagnetiske inngangsenergien blir konvertert til utgang. Primærstrømmer I1 strømmer gjennom viklingene til viklingen W1, og sekundær I2 strømmer gjennom W2. Magnetkretsen gir en vei for magnetisk fluks F.

Autotransformatoren har en galvanisk forbindelse mellom inngangs- og utgangskretsene. Siden ikke all den påførte kraften til kilden konverteres, men bare en del av den, skapes en høyere effektivitet enn den for en konvensjonell transformator.

Slike design kan spare på materialer: stål for magnetkretsen, kobber for viklinger. De har mindre vekt og kostnader. Derfor brukes de effektivt i energisystemet fra 110 kV og over.

Det er praktisk talt ingen spesielle forskjeller i driftsformene til transformatoren og autotransformatoren.

Transformatorens driftsmodus

Under drift kan enhver transformator være i en av følgende tilstander:

• uten arbeid;

• rangert modus;

• tomgang;

• kortslutning;

• anstrengelse.

Slå av modus

For å lage den er det nok å fjerne forsyningsspenningen til den elektriske strømkilden fra primærviklingen og derved utelukke passering av elektrisk strøm gjennom den, noe de alltid gjør uten feil med lignende enheter.

Imidlertid, i praksis, når du arbeider med komplekse transformatorstrukturer, gir dette tiltaket ikke fullt ut sikkerhetstiltak: spenning kan forbli på viklingene og forårsake skade på utstyret, utsette personell på grunn av utilsiktet eksponering for strømutladninger.

Hvordan kan dette skje?

For små transformatorer som fungerer som strømforsyning, som vist på toppbildet, vil ikke spenning forårsake skade. Han har rett og slett ingen steder å ta derfra. Og på kraftutstyr må det tas hensyn til. Vi vil analysere to vanlige årsaker:

1. koble til en ekstern strømkilde;

2. effekten av indusert spenning.

Første alternativ

På komplekse transformatorer brukes ikke en, men flere viklinger, som brukes i forskjellige kretsløp. Alle av dem må være frakoblet spenning.

I tillegg, på transformatorstasjoner som drives i en automatisk modus uten konstant driftspersonell, er ekstra transformatorer koblet til bussene til krafttransformatorer, og gir deres egne behov til transformatorstasjonen med elektrisk kraft på 0,4 kV.De er designet for å beskytte strøm, automatiseringsenheter, belysning, varme og andre formål.

De kalles så - TSN eller hjelpetransformatorer. Hvis spenningen fjernes fra inngangen til strømtransformatoren og dens sekundære kretsløp er åpne, og arbeid utføres på TSN, er det en mulighet for reversering når spenningen på 220 volt fra lavsiden trenger inn til den høye via de tilkoblede kraftbussene. Derfor må de slås av.

Indusert spenning

Hvis en høyspentledning som kjører under spenning passerer nær bussene til en frakoblet transformator, kan strømmen som strømmer gjennom den indusere spenning på dekkene. Det er nødvendig å bruke tiltak for å fjerne det.

Nominell driftsmodus

Dette er den normale tilstanden til transformatoren under operasjonen den ble opprettet for. Strømmene i viklingene og spenningene som påføres dem tilsvarer de beregnede verdiene.

Transformatoren i nominell belastningsmodus bruker og konverterer kapasiteter som tilsvarer designverdiene for hele ressursen som er gitt for den.

Inaktiv modus

Det opprettes når spenning tilføres transformatoren fra strømkilden, og lasten kobles fra på terminalene til utgangsviklingen, det vil si at kretsen er åpen. Dette eliminerer strømmen av strøm gjennom sekundærviklingen.

Transformatoren i hvilemodus bruker lavest mulig effekt, bestemt av designfunksjonene.

Kortslutningsmodus

Dette er situasjonen når belastningen som er koblet til transformatoren viser seg å være kortsluttet, tett skiftet av kjettinger med svært lave elektriske motstander og hele strømforsyningen til spenningskilden virker på den.

I denne modusen er strømmen av enorme kortslutningsstrømmer praktisk talt ubegrenset. De har enorm termisk energi og er i stand til å brenne ledninger eller utstyr. Dessuten virker de inntil strømkretsen gjennom sekundær- eller primærviklingen brenner ut og bryter på det svakeste stedet.

Dette er den farligste modusen som kan oppstå under drift av transformatoren, og når som helst det mest uventede tidspunktet. Utseendet kan forutses, og utviklingen bør begrenses. For dette formål bruker de beskyttelse som overvåker overskuddet av tillatte strømmer på lasten og slår dem av så raskt som mulig.

Overspenningsmodus

Transformatorviklingene er dekket med et isolasjonslag som er laget for å fungere under en viss spenning. Under drift kan det overskrides av forskjellige grunner som oppstår både i det elektriske systemet og som et resultat av eksponering for atmosfæriske fenomener.

På fabrikken bestemmes verdien av den tillatte overspenningen, som kan virke på isolasjonen i opptil flere timer og kortsiktige overspenninger opprettet av transienter under bytte av utstyr.

For å forhindre påvirkning, skaper de beskyttelse mot spenningsøkning, som i tilfelle en nødsituasjon, slår av strømmen fra kretsen i automatisk modus eller begrenser utladningsimpulsene.

Fortsettelse av artikkelen:De viktigste typene transformator design

Comments

[#1 Ruslan]

Så fantastisk!