Ako je transformátor usporiadaný a funkčný, aké charakteristiky sa berú do úvahy počas prevádzky

V energetike, elektronike a ďalších odvetviach aplikovanej elektrotechniky sa veľká pozornosť venuje transformáciám elektromagnetickej energie z jedného typu na druhý. Tento problém sa zaoberá mnohými transformačnými zariadeniami, ktoré sú vytvorené pre rôzne výrobné úlohy.

Niektoré z nich, ktoré majú najkomplikovanejší dizajn, vykonávajú napríklad transformáciu silných vysokonapäťových tokov energie. 500 alebo 750 kilovoltov v 330 a 110 kV alebo v opačnom smere.

Iní pracujú ako súčasť malých zariadení domácich spotrebičov, elektronických zariadení, automatizačných systémov. Oni sú tiež široko používané. v rôznych napájacích zdrojoch mobilných zariadení.

Transformátory pracujú iba v striedavých obvodoch rôznych frekvencií a nie sú určené na použitie v jednosmerných obvodoch, ktoré používajú iné typy prevodníkov.

Transformátory sú rozdelené do dvoch hlavných skupín: jednofázové, napájané jednofázovou sieťou striedavého prúdu, a trojfázové, napájané trojfázovou sieťou striedavého prúdu.

Transformátory majú veľmi rôznorodý dizajn. Hlavnými prvkami transformátora sú: uzavreté oceľové jadro (magnetické jadro), vinutia a časti používané na upevnenie magnetického obvodu a cievok vinutím a inštaláciu transformátora do usmerňovacieho zariadenia. Jadro rúrky je navrhnuté tak, aby vytváralo uzavretú cestu pre magnetický tok.

Časti magnetického obvodu, na ktorých sú umiestnené vinutia, sa nazývajú tyče a časti, na ktorých nie sú žiadne vinutia a ktoré slúžia na uzavretie magnetického toku v magnetickom obvode, sa nazývajú jarmo. Materiál pre magnetický obvod transformátora je plechová elektrická oceľ (transformátorová oceľ). Táto oceľ môže mať rôzne stupne, hrúbky, valcovanie za tepla a za studena.

Všeobecné princípy činnosti transformátorov

Vieme, že elektromagnetická energia je neoddeliteľná. Zvyčajne je však zastúpená v dvoch zložkách:

1. elektrické;

2. magnetické.

Je ľahšie pochopiť javy, ktoré sa vyskytujú, popisujú procesy, uskutočňujú výpočty, navrhujú rôzne zariadenia a obvody. Celé úseky elektrotechniky sú venované samostatnej analýze činnosti elektrických a magnetických obvodov.

Elektrický prúd, podobne ako magnetický tok, tečie iba po uzatvorenom obvode s odporom (elektrický alebo magnetický). Tvoria ho vonkajšie pôsobiace sily - zdroje napätia zodpovedajúcich energií.

Pri posudzovaní princípov činnosti transformačných zariadení je však potrebné súčasne študovať obidva tieto faktory a zohľadniť ich komplexný vplyv na premenu energie.

Najjednoduchší transformátor pozostáva z dvoch vinutí vytvorených navinutím cievok izolovaného drôtu, ktorým preteká elektrický prúd, a jedného vedenia pre magnetický tok. Bežne sa nazýva jadro alebo magnetické jadro.

Napätie zo zdroja elektrickej energie U1 sa privádza na vstup jedného vinutia a zo svoriek druhého sa po prevode na U2 privádza do pripojenej záťaže R.

Pri pôsobení napätia U1 v prvom vinutí prúdi prúd I1 uzavretým obvodom, ktorého hodnota závisí od impedancie Z, ktorá pozostáva z dvoch zložiek:

1. aktívny odpor drôtov vinutia;

2. reaktívna zložka s indukčným charakterom.

Rozsah indukčnosti má veľký vplyv na činnosť transformátora.

Elektrická energia pretekajúca primárnym vinutím vo forme prúdu 11 je časťou elektromagnetickej energie, ktorej magnetické pole je nasmerované kolmo na pohyb nábojov alebo na umiestnenie zákrutov drôtu. Jadro transformátora je umiestnené vo svojej rovine - magnetický obvod, ktorým prechádza magnetický tok F.

To všetko sa jasne odráža na obrázku a je prísne dodržiavané počas výroby. Samotný magnetický obvod je tiež uzavretý, hoci na určité účely, napríklad na zníženie magnetického toku, sa v ňom môžu vytvoriť medzery, čo zvyšuje jeho magnetický odpor.

V dôsledku toku primárneho prúdu vinutím preniká magnetická zložka elektromagnetického poľa do magnetického obvodu a cirkuluje cez ňu, pričom prechádza cez závity sekundárneho vinutia, ktoré je uzavreté voči výstupnému odporu R.

Vplyvom magnetického toku sa v sekundárnom vinutí indukuje elektrický prúd I2. Jeho hodnota je ovplyvnená hodnotou použitej sily magnetického komponentu a impedanciou obvodu vrátane pripojenej záťaže R.

Keď transformátor pracuje vo vnútri magnetického obvodu, vytvára sa spoločný magnetický tok F a jeho komponenty F1 a F2.

Ako je autotransformátor usporiadaný a ako funguje

Medzi transformačnými zariadeniami sú obzvlášť populárne zjednodušené dizajny, pri ktorých sa nepoužívajú dve odlišné vinutia, ale jedno spoločné, rozdelené do sekcií. Nazývajú sa autotransformátory.

Princíp činnosti takého obvodu zostal prakticky rovnaký: vstupná elektromagnetická energia sa prevádza na výstup. Primárne prúdy I1 prúdia vinutiami vinutia W1 a sekundárne I2 prúdia cez W2. Magnetický obvod poskytuje cestu pre magnetický tok F.

Autotransformátor má galvanické spojenie medzi vstupným a výstupným obvodom. Pretože nie je prevedený všetok aplikovaný výkon zdroja, ale iba jeho časť, vytvára sa vyššia účinnosť ako pri konvenčnom transformátore.

Takéto konštrukcie môžu ušetriť na materiáloch: oceľ pre magnetický obvod, meď pre vinutia. Majú menšiu váhu a náklady. Preto sa efektívne používajú v energetickom systéme od 110 kV a viac.

Prakticky neexistujú žiadne zvláštne rozdiely v prevádzkových režimoch transformátora a autotransformátora.

Prevádzkové režimy transformátora

Počas prevádzky môže byť akýkoľvek transformátor v jednom z nasledujúcich stavov:

• bez práce;

• hodnotený režim;

• voľnobehu;

• skrat;

• overexertion.

Režim vypnutia

Na jeho vytvorenie stačí odstrániť napájacie napätie zdroja elektrickej energie z primárneho vinutia a vylúčiť tak priechod elektrického prúdu, ktorý vždy robia bez problémov s podobnými zariadeniami.

V praxi sa však pri práci so zložitými štruktúrami transformátorov toto opatrenie úplne nezabezpečuje: napätie môže zostať na vinutí a poškodiť zariadenie, ohroziť personál v dôsledku náhodného vystavenia prúdovým výbojom.

Ako sa to môže stať?

Pri transformátoroch malých rozmerov, ktoré fungujú ako napájacie zdroje, ako je znázornené na hornej fotografii, nespôsobí vonkajšie napätie žiadne poškodenie. Odtiaľ jednoducho nemá čo vziať. A na energetických zariadeniach sa musí brať do úvahy. Analyzujeme dve bežné príčiny:

1. pripojenie externého zdroja elektriny;

2. účinok indukovaného napätia.

Prvá možnosť

Na zložitých transformátoroch sa nepoužíva jeden, ale niekoľko vinutí, ktoré sa používajú v rôznych obvodoch. Všetky musia byť odpojené.

Okrem toho v rozvodniach prevádzkovaných v automatickom režime bez stáleho obslužného personálu sú k autobusom výkonových transformátorov pripojené ďalšie transformátory, ktoré zabezpečujú vlastné potreby rozvodne elektrickou energiou 0,4 kV.Sú určené na napájanie ochranných zariadení, automatizačných zariadení, osvetlenia, kúrenia a na iné účely.

Hovorí sa im - TSN alebo transformátory podľa ich vlastných potrieb. Ak je napätie odpojené od vstupu výkonového transformátora a jeho sekundárne obvody sú otvorené a práca je vykonávaná na TSN, potom existuje možnosť spätnej transformácie, keď napätie 220 voltov z nízkej strany prenikne na vysoké napätie cez pripojené napájacie zbernice. Preto musia byť vypnuté.

Indukované napätie

Ak vedenie vysokého napätia prebiehajúce pod napätím prechádza v blízkosti autobusov odpojeného transformátora, potom prúdy, ktoré ním pretekajú, môžu indukovať napätie na pneumatikách. Na jeho odstránenie je potrebné uplatniť opatrenia.

Menovitý prevádzkový režim

Toto je normálny stav transformátora počas jeho prevádzky, pre ktorý bol vytvorený. Prúd vo vinutí a napätie, ktoré na ne pôsobí, zodpovedá vypočítaným hodnotám.

Transformátor v režime nominálneho zaťaženia spotrebúva a prevádza kapacity zodpovedajúce návrhovým hodnotám pre celý zdroj, ktorý je naň určený.

Nečinný režim

Vytvára sa, keď sa do transformátora dodáva napätie zo zdroja energie a záťaž sa odpojí na svorkách výstupného vinutia, to znamená, že obvod je otvorený. Tým sa eliminuje tok prúdu cez sekundárne vinutie.

Transformátor v pohotovostnom režime spotrebúva najmenší možný výkon, ktorý je určený jeho konštrukčnými prvkami.

Skratový režim

Toto je situácia, keď sa ukáže, že záťaž spojená s transformátorom je skratovaná, pevne posunutá reťazami s veľmi nízkymi elektrickými odpormi a na ňu pôsobí celé napájanie zdroja napätia.

V tomto režime je tok obrovských skratových prúdov prakticky neobmedzený. Majú obrovskú tepelnú energiu a dokážu spáliť drôty alebo zariadenia. Okrem toho pôsobia až do vyhorenia napájacieho obvodu sekundárnym alebo primárnym vinutím, pričom sa zlomia na najslabšom mieste.

Toto je najnebezpečnejší režim, ktorý sa môže vyskytnúť počas prevádzky transformátora a kedykoľvek v najneočakávanejšom čase. Jeho vzhľad sa dá predvídať a vývoj by sa mal obmedziť. Na tento účel používajú ochrany, ktoré monitorujú prekročenie povolených prúdov na záťaži a čo najskôr ich vypínajú.

Prepäťový režim

Transformátorové vinutia sú pokryté vrstvou izolácie, ktorá je vytvorená tak, aby pracovala pod určitým napätím. Počas prevádzky to môže byť prekročené z rôznych dôvodov, ktoré vznikajú vo vnútri elektrického systému a v dôsledku vystavenia atmosférickým javom.

Vo výrobnom závode sa určuje hodnota povoleného nadmerného napätia, ktoré môže pôsobiť na izoláciu až na niekoľko hodín a krátkodobé prepätia vytvorené prechodnými javmi pri prepínaní zariadení.

Aby sa zabránilo ich nárazu, vytvárajú ochranu proti zvyšovaniu napätia, ktoré v prípade núdze v automatickom režime vypne napájanie z okruhu alebo obmedzí výbojové impulzy.

Pokračovanie článku:Hlavné typy prevedenia transformátorov

Comments

[#1 Ruslan]

Tak úžasné!