Kako je transformator uređen i radi, koje se karakteristike uzimaju u obzir tijekom rada

U energetici, elektronici i drugim granama primijenjene elektrotehnike, velika se uloga daje transformacijama elektromagnetske energije iz jedne vrste u drugu. Brojni transformatorski uređaji koji su stvoreni za različite proizvodne zadatke bave se tim problemom.

Neki od njih, koji imaju najsloženiji dizajn, na primjer, izvode transformaciju snažnih visokonaponskih energetskih tokova. 500 ili 750 kilovolta u 330 i 110 kV ili u suprotnom smjeru.

Ostali djeluju kao dio uređaja malih kućanskih aparata, elektroničkih uređaja, sustava za automatizaciju. Oni su također široko korišteni. u raznim izvorima napajanja mobilnih uređaja.

Transformatori djeluju samo u izmjeničnim krugovima različitih frekvencija i nisu namijenjeni upotrebi u istosmjernim krugovima koji koriste druge vrste pretvarača.

Transformatori su podijeljeni u dvije glavne skupine: jednofazne, koje pokreće jednofazna mreža s izmjeničnom strujom i trofazne, koje pokreću trofaznu mrežu izmjeničnog struja.

Transformatori su vrlo raznoliki u dizajnu. Glavni elementi transformatora su: zatvorena čelična jezgra (magnetska jezgra), namoti i dijelovi koji se koriste za pričvršćivanje magnetskog kruga i zavojnice s namotima i ugradnju transformatora u ispravljački uređaj. Jezgrena cijev dizajnirana je za stvaranje zatvorenog puta za magnetski tok.

Dijelovi magnetskog kruga na kojima su namotaji nazivaju se šipkama, a dijelovi na kojima nema namota i koji služe za zatvaranje magnetskog toka u magnetskom krugu nazivaju se vitlaji. Materijal magnetskog kruga transformatora je lima električni čelik (transformatorski čelik). Ovaj čelik može biti raznih vrsta, debljina, vrućeg i hladnog valjanja.

Opća načela rada transformatora

Znamo da je elektromagnetska energija neraskidiva. Ali uobičajeno je to predstavljati u dvije komponente:

1. električni;

2. magnetski.

Lakše je razumjeti pojave koje se događaju, opisivati ​​procese, izračunavati, dizajnirati razne uređaje i sklopove. Cijeli odjeljak elektrotehnike posvećen je zasebnim analizama rada električnih i magnetskih krugova.

Električna struja, poput magnetskog toka, teče samo duž zatvorenog kruga s otporom (električnim ili magnetskim). Stvara se vanjskim primijenjenim silama - naponskim izvorima odgovarajućih energija.

Međutim, kad se razmotre principi rada transformatorskih uređaja, bit će potrebno istovremeno proučiti oba ova faktora i uzeti u obzir njihov složen učinak na pretvorbu energije.

Najjednostavniji transformator sastoji se od dva namota izrađena namotavanjem zavojnica izolirane žice kroz koju prolazi električna struja i jedne linije za magnetski tok. Obično se naziva jezgra ili magnetska jezgra.

Napon iz izvora električne energije U1 primjenjuje se na ulaz jednog namota, a s terminala drugog on se, nakon pretvaranja u U2, dovodi na priključeni teret R.

Pod djelovanjem napona U1 u prvom namotu kroz zatvoreni krug teče struja I1, čija vrijednost ovisi o impedanciji Z, koja se sastoji od dvije komponente:

1. aktivni otpor žica namota;

2. reaktivna komponenta s induktivnim karakterom.

Jačina induktivnosti ima veliki utjecaj na rad transformatora.

Električna energija koja teče kroz primarni namot u obliku struje I1 dio je elektromagnetske energije, čije se magnetsko polje usmjerava okomito na kretanje naboja ili mjesto navoja žica. Jezgra transformatora smještena je u svojoj ravnini - magnetskom krugu, kroz koji magnetski tok F.

Sve se to jasno vidi na slici i strogo se promatra tijekom proizvodnje. Sam magnetski krug je također zatvoren, iako se za određene svrhe, na primjer, za smanjenje magnetskog toka, mogu u njemu stvoriti praznine, povećavajući njegov magnetski otpor.

Zbog protoka primarne struje kroz namot magnetska komponenta elektromagnetskog polja prodire u magnetski krug i cirkulira kroz njega, presijecajući zavoje sekundarnog namota koji je zatvoren do izlaznog otpora R.

Pod utjecajem magnetskog toka, u sekundarnom namotu inducira se električna struja I2. Na njegovu vrijednost utječe vrijednost primijenjene magnetske komponente i impedancije kruga, uključujući priključeno opterećenje R.

Kad transformator radi unutar magnetskog kruga, stvara se zajednički magnetski tok F i njegove komponente F1 i F2.

Kako je uređen i radi autotransformator

Među transformatorskim uređajima posebno su popularne pojednostavljene konstrukcije koje koriste ne dva različita odvojena namotaja, već jedan zajednički, podijeljen na odjeljke. Nazivaju ih autotransformatori.

Princip rada takvog kruga praktički je ostao isti: ulazna elektromagnetska energija pretvara se u izlaz. Primarne struje I1 teku kroz namote namota W1, a sekundarne I2 struje kroz W2. Magnetski krug pruža put magnetskom toku F.

Autotransformator ima galvansku vezu između ulaznog i izlaznog kruga. Kako se ne pretvara sva primijenjena snaga izvora, već samo njegov dio, stvara se veća učinkovitost od uobičajene transformatora.

Takvi dizajni mogu uštedjeti na materijalima: čelik za magnetski krug, bakar za namotaje. Oni imaju manju težinu i cijenu. Stoga se učinkovito koriste u energetskom sustavu od 110 kV i više.

Praktično nema posebnih razlika u načinima rada transformatora i autotransformatora.

Načini rada transformatora

Tijekom rada, svaki transformator može biti u jednom od sljedećih stanja:

• bez posla;

• nominalni način rada;

• praznog hoda;

• kratki spoj;

• overexertion.

Način isključivanja

Da biste ga stvorili, dovoljno je ukloniti opskrbni napon izvora električne energije iz primarnog namota i na taj način isključiti prolazak električne struje kroz njega, što uvijek rade bez greške kod sličnih uređaja.

Međutim, u praksi, kada radite sa složenim strukturnim transformatorima, ova mjera ne daje u potpunosti sigurnosne mjere: napon može ostati na namotima i uzrokovati štetu na opremi, ugroziti osoblje zbog slučajnog izlaganja strujnom pražnjenju.

Kako se to može dogoditi?

Za transformatore male veličine koji rade kao izvor napajanja, kao što je prikazano na gornjoj fotografiji, vanjski napon neće nanijeti nikakvu štetu. Jednostavno ga nema kamo uzeti. A o energetskoj opremi to se mora uzeti u obzir. Analizirat ćemo dva uobičajena uzroka:

1. spajanje vanjskog izvora električne energije;

2. učinak induciranog napona.

Prva opcija

Na složenim transformatorima koristi se ne jedno, već nekoliko namotaja, koji se koriste u različitim krugovima. Svi moraju biti isključeni od napona.

Osim toga, na trafostanicama koje rade u automatskom režimu bez stalnog pogonskog osoblja, na autobuse snage transformatora priključeni su dodatni transformatori, koji osiguravaju vlastite potrebe podstanice s električnom snagom od 0,4 kV.Izrađeni su za zaštitu struje, uređaje za automatizaciju, osvjetljenje, grijanje i druge svrhe.

Nazivaju se tako - TSN ili pomoćnim transformatorima. Ako se napon ukloni s ulaza energetskog transformatora i njegovi sekundarni krugovi otvoreni, a radovi se izvode na TSN-u, tada postoji mogućnost obrnute transformacije kada napon od 220 volti s niske strane prodre na visoku preko priključenih vodila snage. Stoga se moraju isključiti.

Djelovanje induciranog napona

Ako dalekovod visokog napona koji ide pod naponom prolazi blizu autobusa isključenog transformatora, tada struja koja prolazi kroz njega može inducirati napon na gumama. Za uklanjanje je potrebno primijeniti mjere.

Nazivni način rada

To je normalno stanje transformatora tijekom njegovog rada za koje je stvoren. Struje u namotima i naponi koji se na njih primjenjuju odgovaraju izračunatim vrijednostima.

Transformator u načinu nominalnog opterećenja troši i pretvara kapacitete koji odgovaraju projektnim vrijednostima za cijeli resurs koji je za njega predviđen.

Način mirovanja

Stvara se kada napon dovede do transformatora iz izvora napajanja, a opterećenje se odspoji na stezaljkama izlaznog namota, odnosno, krug je otvoren. To eliminira protok struje kroz sekundarno navijanje.

Transformator u načinu mirovanja troši najmanju moguću snagu, što je određeno njegovim dizajnerskim značajkama.

Način kratkog spoja

To je situacija kada se ispostavi da je opterećenje povezano s transformatorom kratko, lagano spušteno lancima s vrlo malim električnim otporom i cijelo napajanje izvora napona djeluje na njega.

U ovom je načinu protok ogromnih struja kratkog spoja praktički neograničen. Imaju ogromnu toplinsku energiju i sposobni su spaliti žice ili opremu. Štoviše, djeluju dok strujni krug kroz sekundarni ili primarni namot ne izgorije i probije se na najslabije mjesto.

Ovo je najopasniji način koji se može dogoditi tijekom rada transformatora i, u svakom trenutku, najneočekivaniji trenutak u vremenu. Njegov se izgled može predvidjeti, a razvoj treba ograničiti. U tu svrhu koristite zaštitne mjere koje nadziru prekoračenje dopuštenih struja na opterećenju i isključite ih što je brže moguće.

Način prenapona

Namota transformatora prekrivena su slojem izolacije, koja je stvorena za rad pod određenim naponom. Tijekom rada može se premašiti zbog različitih razloga koji nastaju kako unutar električnog sustava, tako i zbog izlaganja atmosferskim pojavama.

U tvornici se određuje vrijednost dopuštenog viška napona, koji može djelovati na izolaciju do nekoliko sati i kratkotrajne prenaponske vrijednosti koje stvaraju prijelazni materijali tijekom prebacivanja opreme.

Da bi spriječili njihov utjecaj, stvaraju zaštitu od porasta napona, koji u slučaju nužde isključuju struju iz kruga u automatskom načinu rada ili ograničavaju impulse pražnjenja.

Nastavak članka:Glavne vrste dizajna transformatora