Kuinka muuntaja on järjestetty ja toimi, mitkä ominaisuudet otetaan huomioon käytön aikana

Energiassa, elektroniikassa ja muissa sovelletun sähkötekniikan aloilla suuri merkitys annetaan sähkömagneettisen energian muunnoksille tyypistä toiseen. Lukuisat muuntajalaitteet, jotka on luotu erilaisiin tuotantotehtäviin, käsittelevät tätä kysymystä.

Jotkut niistä, joiden rakenne on monimutkaisin, suorittavat esimerkiksi voimakkaiden korkeajänniteenergiavirtojen muuntamisen. 500 tai 750 kilovolttia 330 ja 110 kV: n tai vastakkaiseen suuntaan.

Toiset toimivat osana pienikokoisia kodinkoneita, elektronisia laitteita, automaatiojärjestelmiä. Niitä käytetään myös laajalti. erilaisissa mobiililaitteiden virtalähteissä.

Muuntajat toimivat vain vaihtelevilla jännitepiireillä, joilla on eri taajuudet, eikä niitä ole tarkoitettu käytettäväksi muun tyyppisiä muuntajia käyttävissä tasavirtapiireissä.

Muuntajat jaetaan kahteen pääryhmään: yksivaiheiset, yksivaiheiset vaihtovirtaverkot, ja kolmivaiheiset, kolmivaiheiset vaihtovirtaverkot.

Muuntajat ovat suunnittelussa erittäin erilaisia. Muuntajan pääelementit ovat: suljettu teräsydin (magneettinen ydin), käämit ja osat, joita käytetään kiinnittämään magneettinen piiri ja kelat käämityksillä ja muuntajan asentaminen tasasuuntaajalaitteeseen. Ydinputki on suunniteltu luomaan suljettu tie magneettivuoksi.

Magneettipiirin niitä osia, joihin käämit sijaitsevat, kutsutaan sauvoiksi ja niitä osia, joissa käämiä ei ole ja jotka sulkevat magneettisen virtauksen magneettipiirissä, kutsutaan ikkeiksi. Muuntajan magneettisen piirin materiaali on ohutlevyteräs (muuntajateräs). Tämä teräs voi olla erityyppistä, paksuista, kuuma- ja kylmävalssausta.

Muuntajien yleiset toimintaperiaatteet

Tiedämme, että sähkömagneettinen energia on erottamaton. Mutta on tapana edustaa sitä kahdessa osassa:

1. sähkö;

2. magneettinen.

On helpompaa ymmärtää tapahtuvia ilmiöitä, kuvata prosesseja, tehdä laskelmia, suunnitella erilaisia ​​laitteita ja piirejä. Koko sähkötekniikan osa on omistettu erillisille analyyseille sähkö- ja magneettipiirien toiminnasta.

Sähkövirta, kuten magneettinen flux, virtaa vain suljetulla piirillä, jolla on vastus (sähköinen tai magneettinen). Se syntyy ulkoisista kohdistuvista voimista - vastaavien energioiden jännitelähteistä.

Kun kuitenkin otetaan huomioon muuntajalaitteiden toimintaperiaatteet, on tarpeen tutkia samanaikaisesti molemmat nämä tekijät ja ottaa huomioon niiden monimutkainen vaikutus tehonmuuntamiseen.

Yksinkertaisin muuntaja koostuu kahdesta käämityksestä, jotka on tehty eristetyn langan käämityskeloilla, joiden läpi virtaa sähkövirta, ja yhdestä magneettivuorasta. Sitä kutsutaan yleisesti ytimeksi tai magneettiseksi ytimeksi.

Sähköteholähteen U1 jännite johdetaan yhden käämin sisääntuloon, ja toisen liittimistä, U2: ään muuntamisen jälkeen, syötetään kytkettyyn kuormaan R.

Ensimmäisen käämin jännitteen U1 vaikutuksesta virta I1 virtaa suljetun piirin läpi, jonka arvo riippuu impedanssista Z, joka koostuu kahdesta komponentista:

1. käämin johtimien aktiivinen vastus;

2. reaktiivinen komponentti, jolla on induktiivinen luonne.

Induktanssin suuruudella on suuri vaikutus muuntajan toimintaan.

Primaarikäämin läpi virtaavan virran I1 muodossa virtaava sähköenergia on osa sähkömagneettista energiaa, jonka magneettikenttä on suunnattu kohtisuoraan varausten liikkeelle tai langan kääntöjen sijaintiin. Muuntajan ydin sijaitsee tasossaan - magneettipiirissä, jonka läpi magneettivirta F.

Kaikki tämä heijastuu selvästi kuvassa ja sitä tarkkaan noudatetaan valmistuksen aikana. Itse magneettinen piiri on myös suljettu, vaikka tiettyihin tarkoituksiin, esimerkiksi magneettisen vuon vähentämiseksi, siihen voidaan tehdä aukkoja, mikä lisää sen magneettista vastusta.

Primaarivirran virtauksen takia käämin läpi, sähkömagneettisen kentän magneettikomponentti tunkeutuu magneettiseen piiriin ja kiertää sen läpi ylittäen toisiokäämin käännökset, jotka on suljettu lähtövastuksella R.

Magneettisen vuon vaikutuksesta toisiokäämissä induktoidaan sähkövirta I2. Sen arvoon vaikuttaa sovelletun magneettisen komponentin lujuuden arvo ja piirin impedanssi, mukaan lukien kytketty kuorma R.

Kun muuntaja toimii magneettisen piirin sisällä, syntyy yhteinen magneettinen vuotava F ja sen komponentit F1 ja F2.

Kuinka autotransformer on järjestetty ja toimii

Muuntajalaitteissa yksinkertaistetut rakenteet ovat erityisen suosittuja, joissa ei käytetä kahta erilaista erikseen valmistettua käämiä, vaan yhtä yleistä, osiin jaettua osaa. Niitä kutsutaan autotransformers.

Tällaisen piirin toimintaperiaate on käytännössä pysynyt samana: sisääntulosähkömagneettinen energia muunnetaan lähtöön. Ensiövirrat I1 virtaavat käämin W1 käämien läpi ja toissijaiset I2 virtaavat W2: n läpi. Magneettinen piiri tarjoaa reitin magneettivuolle F.

Automuuntajalla on galvaaninen yhteys tulo- ja lähtöpiirien välillä. Koska lähteen kaikkea käytettyä tehoa ei muuteta, vaan vain osa siitä, saavutetaan suurempi hyötysuhde kuin tavanomaisella muuntajalla.

Tällaiset mallit voivat säästää materiaaleista: magneettisen piirin teräs, kupari käämitykseen. Heillä on vähemmän painoa ja kustannuksia. Siksi niitä käytetään tehokkaasti energiajärjestelmässä 110 kV: n ja yli.

Muuntajan ja automaattisen muuntajan toimintatiloissa ei käytännössä ole erityisiä eroja.

Muuntajan toimintatilat

Käytön aikana mikä tahansa muuntaja voi olla yhdessä seuraavista tiloista:

• poissa työstä;

• mitoitettu tila;

• tyhjäkäynti;

• oikosulku;

• ylirasituksen.

Sammutustila

Sen luomiseksi riittää, että sähkövirtalähteen syöttöjännite poistetaan ensiökäämityksestä ja suljetaan siten pois sähkövirran kulku sen läpi, mitä ne tekevät aina epäonnistuneesti samanlaisissa laitteissa.

Käytännössä monimutkaisten muuntajarakenteiden kanssa työskennellessä tämä toimenpide ei kuitenkaan tarjoa turvallisuustoimenpiteitä kokonaan: jännite voi jäädä käämityksiin ja vahingoittaa laitteita, vaarantaa henkilöstön vahingossa tapahtuvan altistumisen johdosta.

Kuinka tämä voi tapahtua?

Pienikokoisissa muuntajat, jotka toimivat virtalähteenä, kuten yläkuvassa näkyy, vieraat jännitteet eivät aiheuta haittaa. Hänellä ei yksinkertaisesti ole minnekään sieltä. Ja voimalaitteissa se on otettava huomioon. Analysoimme kahta yleistä syytä:

1. ulkoisen sähkön lähteen kytkeminen;

2. indusoidun jännitteen vaikutus.

Ensimmäinen vaihtoehto

Monimutkaisissa muuntajissa käytetään yhtä, mutta useita käämejä, joita käytetään eri piireissä. Kaikkien niiden on oltava kytketty irti jännitteestä.

Lisäksi automaattitilassa toimivissa sähköasemissa, joissa ei ole jatkuvaa käyttöhenkilöstöä, lisämuuntajat on kytketty voimanmuuntajien väylään tarjoamalla omat sähköasemansa tarpeet 0,4 kV.Ne on suunniteltu suojaamaan virtalähteitä, automaatiolaitteita, valaistusta, lämmitystä ja muita tarkoituksia.

Niitä kutsutaan niin kutsuttuiksi TSN- tai apumuuntajiksi. Jos jännite poistetaan tehomuuntajan sisääntulosta ja sen toissijaiset piirit ovat avoinna ja töitä tehdään TSN: llä, on mahdollista käänteinen muuntaminen, kun 220 voltin jännite matalalta puolelta tunkeutuu korkealle kytkettyjen voimaväylien kautta. Siksi ne on kytkettävä pois päältä.

Indusoitu jännite toiminta

Jos jännitteen alainen korkeajännitejohto kulkee irrotetun muuntajan väylien lähellä, silloin sen läpi virtaavat virrat voivat indusoida renkaita jännitteellä. Sen poistamiseksi on tarpeen toteuttaa toimenpiteitä.

Nimellinen käyttötila

Tämä on muuntajan normaali tila käytön aikana, jolle se on luotu. Käämitysvirrat ja niihin kohdistetut jännitteet vastaavat laskettuja arvoja.

Nimelliskuormitusmuodossa oleva muuntaja kuluttaa ja muuntaa kapasiteetit, jotka vastaavat koko sille varatun resurssin suunnitteluarvoja.

Lepotila

Se syntyy, kun muuntajaan syötetään jännitettä virtalähteestä, ja kuorma irtoaa lähtökäämin liittimistä, ts. Piiri on auki. Tämä eliminoi virran virtauksen toisiokäämin läpi.

Muuntaja joutokäytössä kuluttaa pienimmän mahdollisen tehon, sen suunnitteluominaisuuksien perusteella.

Oikosulutila

Tämä on tilanne, kun muuntajaan kytketty kuorma osoittautuu oikosulkevaksi, tiukasti hajautettuksi ketjuilla, joilla on erittäin matala sähkövastus, ja jännitelähteen koko virtalähde vaikuttaa siihen.

Tässä tilassa valtavien oikosulkuvirtojen virtaus on käytännöllisesti katsoen rajoittamaton. Heillä on valtava lämpöenergia ja ne voivat polttaa johtoja tai laitteita. Lisäksi ne toimivat, kunnes toisio- tai ensiökäämin läpi kulkeva virtapiiri palaa loppuun ja rikkoutuu heikoimpaan kohtaan.

Tämä on vaarallisin tila, jota voi tapahtua muuntajan toiminnan aikana, ja joka tapauksessa kaikkein odottamaton ajankohta. Sen ulkonäkö voidaan ennakoida, ja kehitystä tulisi rajoittaa. Tätä varten he käyttävät suojauksia, jotka tarkkailevat kuorman sallittujen virtojen ylittymistä ja sammuttavat ne mahdollisimman nopeasti.

Ylijännitetila

Muuntajan käämit peitetään eristekerroksella, joka on luotu toimimaan tietyllä jännitteellä. Käytön aikana se voidaan ylittää useista syistä, jotka johtuvat sekä sähköjärjestelmän sisällä että ilmakehän altistumisen seurauksena.

Tehtaalla määritetään sallitun ylijännitteen arvo, joka voi vaikuttaa eristykseen jopa useita tunteja ja lyhytaikaisiin ylijännitteisiin, jotka aiheutuvat transienteista laitteiden vaihdon aikana.

Vaikutusten estämiseksi ne luovat suojan jännitteen nousulta, joka hätätilanteessa katkaisee virran piiristä automaattitilassa tai rajoittaa purkauspulsseja.

Artikkelin jatko:Tärkeimmät muuntajamalleja