Kaip transformatorius yra išdėstytas ir veikia, į kokias charakteristikas atsižvelgiama eksploatuojant

Energetikoje, elektronikoje ir kitose taikomosios elektrotechnikos šakose didelis vaidmuo skiriamas elektromagnetinės energijos transformacijoms iš vienos rūšies į kitą. Šią problemą sprendžia daugybė transformatorių įtaisų, kurie sukurti įvairioms gamybos užduotims.

Kai kurie iš jų, pavyzdžiui, sudėtingiausio projekto, atlieka galingų aukštos įtampos energijos srautų transformaciją. 500 arba 750 kilovoltų 330 ir 110 kV arba priešinga kryptimi.

Kiti dirba kaip mažų buitinių prietaisų, elektroninių prietaisų, automatikos sistemų prietaisai. Jie taip pat plačiai naudojami. įvairiuose mobiliųjų prietaisų maitinimo šaltiniuose.

Transformatoriai veikia tik skirtingo dažnio kintamosios srovės grandinėse ir nėra skirti naudoti nuolatinės srovės grandinėse, naudojančiose kitokio tipo keitiklius.

Transformatoriai skirstomi į dvi pagrindines grupes: vienfaziai, maitinami vienfazis kintamos srovės tinklas, ir trifaziai, maitinami trifaziu kintamosios srovės tinklu.

Transformatorių dizainas yra labai įvairus. Pagrindiniai transformatoriaus elementai yra šie: uždaroji plieninė šerdis (magnetinė šerdis), apvijos ir dalys, naudojamos magnetinei grandinei ir ritėms su apvijomis pritvirtinti bei transformatoriui įdiegti į lygintuvo įtaisą. Šerdies vamzdis yra skirtas sukurti uždarą kelią magnetiniam srautui.

Magnetinės grandinės dalys, ant kurių yra apvijos, vadinamos strypais, o dalys, ant kurių nėra apvijų, ir kurios skirtos uždaryti magnetinį srautą magnetinėje grandinėje, vadinamos jungomis. Transformatoriaus magnetinės grandinės medžiaga yra lakštinis elektrinis plienas (transformatoriaus plienas). Šis plienas gali būti įvairių rūšių, storio, karšto ir šaltojo valcavimo.

Bendrieji transformatorių veikimo principai

Mes žinome, kad elektromagnetinė energija yra neatsiejama. Tačiau įprasta jį vaizduoti iš dviejų komponentų:

1. elektrinis;

2. magnetinis.

Lengviau suprasti įvykius, aprašyti procesus, atlikti skaičiavimus, suprojektuoti įvairius įrenginius ir grandines. Visi elektrotechnikos skyriai skirti atskiroms elektrinių ir magnetinių grandinių veikimo analizėms.

Elektros srovė, kaip ir magnetinis srautas, teka tik išilgai uždaros grandinės, turinčios varžą (elektrinę ar magnetinę). Jį sukuria išorinės veikiamosios jėgos - atitinkamų energijų įtampos šaltiniai.

Tačiau svarstant transformatorių įrenginių veikimo principus, reikės vienu metu ištirti abu šiuos veiksnius ir atsižvelgti į jų sudėtingą poveikį galios konvertavimui.

Paprasčiausią transformatorių sudaro dvi apvijos, pagamintos izoliuotos vielos apvijų ritėmis, per kurias teka elektros srovė, ir viena linija, skirta magnetiniam srautui. Paprastai jis vadinamas šerdimi arba magnetine šerdimi.

Įtampa iš elektros energijos šaltinio U1 taikoma vienos apvijos įėjimui, o iš antrosios gnybtų ji, perskaičiavus į U2, tiekiama į prijungtą apkrovą R.

Veikiant įtampai U1 pirmojoje apvijoje, per uždarą grandinę teka srovė I1, kurios vertė priklauso nuo varžos Z, kurią sudaro du komponentai:

1. aktyvus apvijos laidų atsparumas;

2. reaktyvusis komponentas, turintis indukcinį pobūdį.

Induktyvumo dydis turi didelę įtaką transformatoriaus veikimui.

Elektros energija, tekanti per pirminę apviją srovės I1 pavidalu, yra elektromagnetinės energijos dalis, kurios magnetinis laukas nukreiptas statmenai krūvių judėjimui arba vielos posūkių vietai. Transformatoriaus šerdis yra jo plokštumoje - magnetinėje grandinėje, per kurią magnetinis srautas F.

Visa tai aiškiai atsispindi paveikslėlyje ir griežtai laikomasi gaminant. Pati magnetinė grandinė taip pat yra uždaryta, nors tam tikrais tikslais, pavyzdžiui, norint sumažinti magnetinį srautą, joje gali būti spragų, padidinant jos magnetinę varžą.

Dėl pirminės srovės tekėjimo per apviją elektromagnetinio lauko magnetinis komponentas įsiskverbia į magnetinę grandinę ir cirkuliuoja per ją, kertant antrinės apvijos posūkius, kurie yra uždaryti išėjimo varža R.

Pagal magnetinio srauto įtaką antrinėje apvijoje indukuojama elektros srovė I2. Jos vertei įtakos turi taikomos magnetinio komponento stiprio ir grandinės varžos vertės, įskaitant prijungtą apkrovą R.

Kai transformatorius veikia magnetinės grandinės viduje, sukuriamas bendras magnetinis srautas F ir jo komponentai F1 ir F2.

Kaip autotransformatorius yra išdėstytas ir veikia

Tarp transformatorių įtaisų ypač populiarios supaprastintos konstrukcijos, naudojant ne dvi skirtingas, atskirai pagamintas apvijas, bet vieną bendrą, padalytą į dalis. Jie vadinami autotransformatoriais.

Tokios grandinės veikimo principas praktiškai išliko toks pats: įvesta elektromagnetinė energija paverčiama išvestimi. Pirminės I1 srovės teka apvijos W1 apvijomis, o antrinės I2 - per W2. Magnetinė grandinė suteikia kelią magnetiniam srautui F.

Autotransformatorius turi galvaninį ryšį tarp įvesties ir išvesties grandinių. Kadangi ne visa naudojama šaltinio galia yra konvertuojama, o tik dalis jos, sukuriamas didesnis efektyvumas nei naudojant įprastą transformatorių.

Tokios konstrukcijos gali taupyti medžiagas: plieną magnetinei grandinei, varį apvijoms. Jie turi mažiau svorio ir išlaidų. Todėl jie efektyviai naudojami energijos sistemoje nuo 110 kV ir aukštesnės įtampos.

Transformatoriaus ir autotransformatoriaus darbo režimų specialių skirtumų praktiškai nėra.

Transformatoriaus veikimo režimai

Veikimo metu bet kuris transformatorius gali būti vienoje iš šių būsenų:

• be darbo;

• vardinis režimas;

• tuščiąja eiga;

• trumpasis jungimas;

• viršįtampis.

Išjungimo režimas

Norėdami jį sukurti, pakanka pašalinti elektros energijos šaltinio maitinimo įtampą nuo pirminės apvijos ir tokiu būdu užkirsti kelią elektros srovės praleidimui per ją, ką jie visada daro be nesklandumų su panašiais prietaisais.

Tačiau praktikoje, dirbant su sudėtingomis transformatorių konstrukcijomis, tokia priemonė ne visiškai užtikrina saugos priemones: į apvijas gali likti įtampa ir pakenkti įrangai, sukelti pavojų personalui dėl netyčinio srovės išmetimo.

Kaip tai gali įvykti?

Mažiems transformatoriams, kurie veikia kaip maitinimo šaltinis, kaip parodyta viršutinėje nuotraukoje, pašalinė įtampa nepadarys jokios žalos. Jis tiesiog neturi iš ko pasiimti. Reikia atsižvelgti į galios įrenginius. Mes analizuosime dvi bendras priežastis:

1. išorinio elektros šaltinio prijungimas;

2. indukuotos įtampos poveikis.

Pirmasis variantas

Sudėtinguose transformatoriuose naudojama ne viena, o kelios apvijos, kurios naudojamos skirtingose ​​grandinėse. Visi jie turi būti atjungti nuo įtampos.

Be to, pastotėse, veikiančiose automatiniu režimu, be nuolatinio aptarnaujančio personalo, prie galios transformatorių autobusų yra prijungiami papildomi transformatoriai, užtikrinantys savo pastotės poreikius 0,4 kV elektros energija.Jie skirti apsaugai, automatikos įtaisams, apšvietimui, šildymui ir kitiems tikslams maitinti.

Jie vadinami TSN arba pagalbiniais transformatoriais. Jei įtampa pašalinama iš galios transformatoriaus įėjimo ir jos antrinės grandinės yra atviros, o darbas atliekamas TSN, tada yra atvirkštinio transformavimo galimybė, kai 220 voltų įtampa iš žemosios pusės prasiskverbia į aukštąją per prijungtas maitinimo magistralės dalis. Todėl jie turi būti išjungti.

Sukeltas įtampos veikimas

Jei aukštos įtampos linija, einanti pagal įtampą, eina šalia atjungto transformatoriaus autobusų, tada per ją tekančios srovės gali sukelti įtampą padangose. Būtina taikyti priemones jam pašalinti.

Nominalus darbo režimas

Tai yra normali transformatoriaus būsena jo veikimo metu, kuriam jis buvo sukurtas. Srovės apvijose ir joms taikoma įtampa atitinka apskaičiuotas vertes.

Transformatorius, veikiantis nominalios apkrovos režimu, sunaudoja ir konvertuoja pajėgumus, atitinkančius viso jam skirto resurso projektines vertes.

Laukimo režimas

Jis sukuriamas, kai į transformatorių iš maitinimo šaltinio tiekiama įtampa, o apkrova atjungiama išėjimo apvijos gnybtuose, tai yra, grandinė yra atvira. Tai pašalina srovės srautą per antrinę apviją.

Transformatorius tuščiosios eigos režime sunaudoja mažiausią įmanomą galią, kurią lemia jo konstrukcijos ypatybės.

Trumpojo jungimo režimas

Tai yra situacija, kai apkrova, prijungta prie transformatoriaus, tampa trumpa, tampriai sudedama grandinėmis, turinčiomis labai mažą elektrinį atsparumą, ir visas įtampos šaltinio maitinimas veikia ją.

Šiuo režimu didžiulių trumpojo jungimo srovių srautas yra praktiškai neribotas. Jie turi didžiulę šiluminę energiją ir sugeba sudeginti laidus ar įrangą. Be to, jie veikia tol, kol elektros grandinė per antrinę arba pirminę apviją išdegs ir nutrūks silpniausioje vietoje.

Tai yra pavojingiausias režimas, kuris gali atsirasti veikiant transformatoriui, ir bet kuriuo metu pats netikėčiausias laiko momentas. Galima numatyti jos atsiradimą, o plėtra turėtų būti apribota. Šiuo tikslu jie naudoja apsaugą, kuri stebi leistinų apkrovos srovių perviršį ir kuo greičiau juos išjungia.

Viršįtampio režimas

Transformatoriaus apvijos yra padengtos izoliacijos sluoksniu, kuris yra sukurtas dirbti esant tam tikrai įtampai. Veikimo metu jis gali būti viršytas dėl įvairių priežasčių, atsirandančių tiek elektros sistemos viduje, tiek dėl atmosferos reiškinių.

Gamykloje nustatoma leistinos perteklinės įtampos vertė, kuri gali veikti izoliaciją iki kelių valandų ir trumpalaikę viršįtampį, kurį sukuria pereinamieji įrenginiai perjungiant įrangą.

Kad būtų išvengta jų poveikio, jie sukuria apsaugą nuo įtampos padidėjimo, kurie avarinės situacijos metu išjungia elektros energiją iš grandinės automatiniu režimu arba apriboja iškrovos impulsus.

Straipsnio tęsinys:Pagrindiniai transformatorių dizaino tipai