Transformator spada v kategorijo statičnih elektromagnetnih naprav, ki so sposobne pretvoriti izmenični tok ene vrednosti napetosti v izmenični tok druge napetosti ob ohranjanju enake frekvence. Te naprave se uspešno uporabljajo v električnih omrežjih za prenos in distribucijo energije, so pa tudi sestavni del številnih električnih inštalacij. V zvezi s tem postane še posebej pomembno vprašanje, kako deluje transformator, odvisno od števila navitij, faz, načinov hlajenja in drugih konstrukcijskih značilnosti, od katerih je neposredno odvisna uporaba teh naprav.
Delovanje padajočega transformatorja
Obstajajo različne vrste padajočih transformatorjev. Lahko so eno-, dvo- ali , kar omogoča njihovo uporabo na različnih področjih energetike. Zasnova teh naprav vključuje dva navitja in laminirano jedro, za izdelavo katerega se uporablja električno jeklo. Posebnost padajočega transformatorja je različno število obratov v primarnem in sekundarnem navitju. Za pravilno uporabo naprave morate dobro razumeti, kako deluje padajoči transformator.
Napetost, dovedena na vhod transformatorja, povzroči, da se v navitju pojavi elektromotorna sila, kar posledično vodi do pojava magnetnega polja. Zaradi tega polja, ki prečka zavoje druge tuljave, se v njem pojavi lastna elektromotorna sila samoindukcije. Pod njegovim vplivom se v drugi tuljavi pojavi napetost, ki se od primarne razlikuje po razliki v številu ovojev v obeh navitjih.
Za določitev natančnih parametrov je potrebno izvesti izračune padajočega transformatorja. Upoštevati je treba, da je pojav elektromotorne sile samoindukcije možen le pod vplivom izmenične napetosti. Zato vsa gospodinjska električna omrežja delujejo samo na.
V sodobnih razmerah je vedno večja potreba po pretvorbi visoke napetosti v nizko napetost. To je posledica dejstva, da elektrarne proizvajajo visokonapetostni tok za potrebe določenega območja. Zato se v vsakem takem odseku začetna napetost pretvori v vrednost, ki je sprejemljiva za uporabo v domačih razmerah. Poleg tega se padajoči transformatorji pogosto uporabljajo v domačih razmerah za prilagoditev nizkonapetostnih naprav na omrežni tok 220 V. So strukturni elementi različnih napajalnikov, adapterjev, stabilizatorjev in drugih podobnih naprav.
Pri nakupu padajočega transformatorja bodite pozorni na parametre, kot so moč in število obratov v obeh navitjih. Upoštevati je treba pomemben kazalnik - razmerje transformacije napetosti. Ta parameter je odvisen od razmerja števila ovojev v primarnem in sekundarnem navitju transformatorja. Tako se določi razmerje napetosti na obeh navitjih.
V padajočem transformatorju je število ovojev v primarnem navitju večje od števila ovojev v sekundarnem navitju, kar povzroči zmanjšano izhodno napetost. Nekatere naprave imajo več nožic, kar pomeni, da obstaja več skupin povezav hkrati. Oblikovanje želenega vezja v njih se izvede glede na velikost vhodnega in izhodnega toka. Takšni transformatorji so univerzalni in večnamenski, uživajo široko priljubljenost med potrošniki.
Načelo delovanja napetostnega transformatorja
Glavna funkcija napetostnih transformatorjev je pretvorba energije izvora v želeno vrednost napetosti. Te naprave lahko delujejo le pri izmenični napetosti s konstantno frekvenco.
Glede na transformacijsko razmerje ločimo tri vrste napetostnih transformatorjev:
- Navzdol. V teh napravah je izhodna napetost manjša od vhodne. Uporablja se v napajalnikih, stabilizatorjih itd.
- Promocija. Tukaj je izhodni tok večji od vhodnega. Uporablja se predvsem v ojačevalnih napravah.
- Koordinator. Delovanje teh naprav poteka brez sprememb napetostnih parametrov, vsa dejanja so omejena le z galvansko izolacijo. Uporablja se v vezjih zvočnih ojačevalnikov.
Če želite pravilno uporabiti to ali ono zasnovo, morate natančno vedeti, kako deluje tokovni transformator. Znano je, da je osnova za delovanje teh naprav. Za zmanjšanje izgub med procesom transformacije in maksimiziranje prenosa energije se v transformatorjih uporabljajo magnetna jedra. Zasnova ima eno primarno tuljavo, medtem ko je sekundarnih tuljav več, odvisno od namena posamezne naprave.
Ko se v primarnem navitju pojavi izmenični tok, se v magnetnem vezju pojavi magnetni tok, ki vzbuja napetost v sekundarnem navitju. Glavni parameter je razmerje transformacije, ki je enako razmerju med napetostjo v primarnem navitju in napetostjo v sekundarnem navitju. Število ovojev v prvi in drugi tuljavi je povezano na enak način.
S tem koeficientom se izračunajo parametri za določen transformator. Na primer, če je v primarnem navitju 2000 ovojev in 100 v sekundarnem navitju, bo razmerje transformacije enako 20. Zato bo pri vhodni omrežni napetosti 240 V izhodna napetost 12 V. na enak način se določi potrebno število ovojev za dane vrednosti vhodne in izhodne napetosti.
Ena vrsta takšnih naprav, ki se pogosto uporablja v praksi, so napetostni merilni transformatorji. Uporabljajo se v opremi, ki porablja visoke tokove in visoke obratovalne napetosti za namen nadzornih meritev. S pomočjo teh naprav se izmerjene vrednosti zmanjšajo na raven, ki omogoča izvedbo potrebnih meritev.
Transformator je statična elektromagnetna naprava z dvema ali več induktivno sklopljenimi navitji in zasnovana za pretvorbo z elektromagnetno indukcijo enega ali več sistemov izmeničnega toka v enega ali več drugih sistemov izmeničnega toka.
S pomočjo transformatorjev se poveča ali zmanjša napetost, spremeni število faz, v nekaterih primerih pa se pretvori frekvenca izmeničnega toka. Odkrita je bila možnost prenosa električnih signalov iz enega navitja v drugega z medsebojno indukcijo M. Faraday leta 1831; ko se je tok spremenil v enem od navitij, navitih na jekleno magnetno jedro, se je v drugem navitju induciral EMF.Vendar je prvi praktično delujoč transformator ustvaril slavni izumitelj P. N. Yablochkov v sodelovanju z I. F. Usagin leta 1876. Bil je dvonavitni transformator z odprtim magnetnim krogom.
Kasneje so madžarski inženirji elektrotehnike ustvarili več modelov enofaznih transformatorjev z zaprtim magnetnim krogom O. Blati, M. Deri in K. Cipernoski. Za razvoj transformatorske tehnike in elektrotehnike nasploh je pomembno delo prof. A. G. Stoletova o študiju magnetnih lastnosti jekla in izračunu magnetnih vezij.
Pomembno vlogo pri razvoju elektrotehnike ima M. O. Dolivo-Dobrovolsky. Razvil je osnove teorije večfaznih in zlasti trifaznih izmeničnih tokov ter ustvaril prve trifazne električne stroje in transformatorje. Trifazni transformator sodobne oblike z vzporednimi palicami, ki se nahajajo v isti ravnini, je izumil leta 1891. Od takrat so v transformatorjih potekale nadaljnje konstrukcijske izboljšave, njihova teža in dimenzije so se zmanjšale, njihova učinkovitost pa se je povečala. V delu so bili razviti osnovni principi teorije transformatorjev E. Arnold in M. Vidmar.
Delo sovjetskih znanstvenikov je bilo zelo pomembno pri razvoju teorije transformatorjev in izboljšanju njihove zasnove. V. V. Koritsky, L. M. Piotrovsky, G. N. Petrov, A. V. Sapozhnikov, A. V. Trambitsky in itd.
Transformatorji se pogosto uporabljajo za naslednje namene.
Za prenos in distribucijo električne energije. Običajno v elektrarnah generatorji izmeničnega toka proizvajajo električno energijo pri napetosti 6-24 kV. Koristno je prenašati električno energijo na velike razdalje pri visokih napetostih, zato so na vsaki elektrarni nameščeni transformatorji za povečanje napetosti.
Trenutno se za visokonapetostne daljnovode v ZSSR uporabljajo oljno hlajeni energetski transformatorji z napetostmi 330, 500 in 750 kV z zmogljivostjo do 1200-1600 MB-A. V povezavi z gradnjo daljnovodov Ekibastuz - Center, Ekibastuz - Ural in drugi z napetostjo 1150 kV AC je naša elektroindustrija ustvarila transformatorske skupine, ki jih sestavljajo trije enofazni transformatorji z zmogljivostjo 667 MB-A. , in za 1500 V DC linije - dvanajstfazne pretvorniške enote s štirinavitnimi transformatorji s skupno močjo 1500 MB-A. Učinkovitost takih transformatorjev je 98 - 99% in več.
Za obetavne daljnovode AC z napetostjo 1800-2000 kV in DC z napetostjo 3000 kV se razvijajo transformatorji z zmogljivostjo 1320 MB-A na fazo.
Električna energija se distribuira med industrijskimi podjetji in naseljenimi območji, v mestih in na podeželju, pa tudi znotraj industrijskih podjetij preko nadzemnih in kabelskih vodov pri napetostih 220, 110, 35, 20, 10 in 6 kV. Posledično je treba na vseh vozliščih distribucijskih omrežij vgraditi napetostne koračne transformatorje. Poleg tega je treba na mestih porabe električne energije namestiti padajoče transformatorje, saj večina električnih porabnikov izmeničnega toka deluje pri napetostih 220, 380 in 660 V. Tako se električna energija pri prenosu od elektrarn do porabnikov večkrat transformira v transformatorjih. (3-5 enkrat). Transformatorji, ki se uporabljajo za te namene, so lahko eno- in trifazni, dvo- in trinavitni.
Zagotoviti zahtevano vezje za vklop ventilov v pretvorniških napravah in ujemanje napetosti na vhodu in izhodu pretvornika. Pri ventilskih pretvornikih, ki usmerjajo izmenični tok oziroma ga pretvarjajo iz enosmernega v izmenični tok (inverterji), je razmerje vhodne in izhodne napetosti odvisno od preklopnega vezja ventila. Torej, če se na vhod pretvornika napaja standardna napetost, se na izhodu dobi nestandardna napetost. Za odpravo te pomanjkljivosti so ventilski pretvorniki običajno opremljeni s transformatorji, ki zagotavljajo standardno izhodno napetost s sprejetim preklopnim vezjem ventila. Poleg tega številne sheme preklopa ventilov zahtevajo obvezno uporabo transformatorja. Transformatorji, ki se uporabljajo v ta namen, se imenujejo transformativno. Njihova moč doseže tisoče kilovolt-amperov, napetost 110 kV; delujejo pri frekvencah 50 Hz ali več. Obravnavani transformatorji so eno-, tri- in večfazni z regulacijo izhodne napetosti v širokem območju in brez regulacije.
V zadnjem času se za vzbujanje močnih turbo in vodikovih generatorjev, električnih pogonov in drugih namenov vedno pogosteje uporabljajo transformatorji z naravnim zračnim hlajenjem z napetostjo 3 - 24 kV in močjo 133-6300 kVA. Zahvaljujoč uporabi nove toplotno odporne izolacije v teh transformatorjih je mogoče povečati njihovo nosilnost in zmanjšati njihove kazalnike teže in velikosti za 1,3 - 1,5-krat v primerjavi s predhodno uporabljenimi oljno hlajenimi transformatorji.
Za različne tehnološke namene: varjenje (varilni transformatorji), napajanje elektrotermičnih naprav (elektropečni transformatorji) itd. Njihova moč doseže več deset tisoč kilovolt-amperov pri napetostih do 10 kV; običajno delujejo pri frekvenci 50 Hz.
Za napajanje različnih tokokrogov radijske in televizijske opreme; komunikacijske naprave, avtomatika v telemehaniki, električni gospodinjski aparati; ločiti električna vezja različnih elementov teh naprav; za ujemanje napetosti itd. Transformatorji, ki se uporabljajo v teh napravah, imajo običajno nizko moč (od nekaj volt-amperov do nekaj kilovolt-amperov), nizko napetost in delujejo pri frekvenci 50 Hz ali več. Izdelani so z dvema, tremi in več navitji; Pogoji delovanja, zahteve in načela načrtovanja so zelo specifični.
Vključiti električne merilne instrumente in nekatere naprave, kot so releji, v visokonapetostne električne tokokroge ali v tokokroge, skozi katere potekajo veliki tokovi, da bi razširili meje meritev in zagotovili električno varnost. Transformatorji, ki se uporabljajo v ta namen, se imenujejo meriti. Imajo relativno nizko moč, ki jo določa moč, ki jo porabijo električni merilni instrumenti, releji itd.
Transformatorji, navedeni v točkah 1, 2, 3 in delno v točki 4, namenjeni pretvorbi električne energije v omrežjih elektroenergetskih sistemov in porabnikov električne energije, se imenujejo s silo. Za njihov način delovanja je značilna konstantna frekvenca izmeničnega toka in zelo majhna odstopanja primarne in sekundarne napetosti od nazivnih vrednosti.
Močnostni transformatorji, ki jih proizvajajo domače tovarne, so razdeljeni v več skupin (dimenzij) od I do VIII. Na primer, transformatorji z močjo do vključno 100 kVA so razvrščeni v velikost I, od 160 do 630 kVA - v velikost II, od 1000 do 6300 kVA - v velikost III itd.
To poglavje obravnava predvsem teorijo močnostnih transformatorjev; druge vrste transformatorjev so na kratko obravnavane na podlagi splošne teorije.
PRINCIP DELOVANJA TRANSFORMATORJA
Elektromagnetno vezje enofaznega dvonavitnega transformatorja je sestavljeno iz dveh navitij (slika 2.1), nameščenih na zaprtem magnetnem krogu, ki je izdelan iz feromagnetnega materiala. Uporaba feromagnetnega magnetnega jedra omogoča krepitev elektromagnetnega sklopa med navitji, to je zmanjšanje magnetnega upora vezja, skozi katerega prehaja magnetni tok stroja. Primarno navitje 1 je priključeno na vir izmeničnega toka - električno omrežje z napetostjo u 1 . Upor obremenitve Z H je povezan s sekundarnim navitjem 2.
Navitje višje napetosti se imenuje visokonapetostno navitje(HV) in nizka napetost - nizkonapetostno navitje(NN). Začetki in konci navitja HV so označeni s črkami A in X; NN navitja - črke A in X.
Ko je priključen na omrežje, se v primarnem navitju pojavi izmenični tok jaz 1 , ki ustvarja izmenični magnetni tok F, ki se sklene vzdolž magnetnega kroga. Tok F inducira izmenično EMF v obeh navitjih - e 1 in e 2 , sorazmerno, po Maxwellovem zakonu, s številom obratov w 1 in w 2 Ustrezno navijanje in hitrost spremembe pretoka d F/ dt.
Tako so trenutne vrednosti emf, inducirane v vsakem navitju
e 1 = - w 1 d F/dt; e2= -w 2 dФ/dt.
Posledično je razmerje med trenutnim in efektivnim EMF v navitjih določeno z izrazom
Posledično ustrezno izberete število ovojev navitja pri določeni napetosti U 1 lahko dobite želeno napetost U 2 . Če je potrebno povečati sekundarno napetost, se število obratov w 2 vzame večje od števila w 1; tak transformator imenujemo povečevanjeČe morate zmanjšati napetost U 2 , potem je število obratov w 2 manjše od w 1; tak transformator imenujemo navzdol,
EMF razmerje E HV navitja višje napetosti na EMF E Nizkonapetostna LV navitja (ali razmerje med njihovim številom obratov) se imenujejo transformacijsko razmerje
|
k= E VN / E NN = w VN / w NN |
Koeficient k vedno večji od ena.
V sistemih za prenos in distribucijo energije se v nekaterih primerih uporabljajo transformatorji s tremi navitji, v napravah za radijsko elektroniko in avtomatizacijo pa se uporabljajo transformatorji z več navitji. V takšnih transformatorjih so na magnetnem jedru nameščeni trije ali več medsebojno izoliranih navitij, kar omogoča sprejem dveh ali več različnih napetosti pri napajanju enega od navitij. (U 2 , U 3 , U 4 itd.) za napajanje dveh ali več porabniških skupin. Pri močnostnih transformatorjih s tremi navitji ločimo navitja visoke, nizke in srednje napetosti (MV).
V transformatorju se pretvarjajo le napetosti in tokovi. Moč ostaja približno konstantna (nekoliko se zmanjša zaradi notranjih izgub energije v transformatorju). torej
|
jaz 1 /JAZ 2 ≈ U 2 /U 1 ≈ w 2 /w 1 . |
Ko se sekundarna napetost transformatorja poveča k krat v primerjavi s primarnim, trenutnim jaz 2 v sekundarnem navitju se ustrezno zmanjša k enkrat.
Transformator lahko deluje samo v tokokrogih z izmeničnim tokom.Če je primarno navitje transformatorja priključeno na vir enosmernega toka, se v njegovi magnetni žici oblikuje magnetni tok, ki je konstanten po velikosti in smeri skozi čas. Zato se v primarnem in sekundarnem navitju v ustaljenem stanju ne inducira EMF, zato se električna energija ne prenaša iz primarnega tokokroga v sekundar. Ta način je nevaren za transformator, saj zaradi pomanjkanja EMF E 1 tok primarnega navitja jaz 1 =U 1 R 1 je precej velik.
Pomembna lastnost transformatorja, ki se uporablja v napravah za avtomatizacijo in radijsko elektroniko, je njegova sposobnost pretvorbe obremenitvenega upora. Če priključite upor na vir izmeničnega toka R preko transformatorja s transformacijskim razmerjem za, potem za izvorno vezje
|
R"= p 1 /JAZ 1 2 ≈ p 2 /JAZ 1 2 ≈ jaz 2 2 R/I 1 2 ≈ k 2 R |
Kje R 1 - moč, ki jo porabi transformator iz vira izmeničnega toka, W; R 2 = jaz 2 2 R≈ p 1 - moč, ki jo porabi upor R iz transformatorja.
torej transformator spremeni vrednost upora R na k 2 enkrat. Ta lastnost se pogosto uporablja pri razvoju različnih električnih vezij za uskladitev upora obremenitve z notranjim uporom virov električne energije.
42. Idealni in realni transformatorji. Vektorski diagram in ekvivalentna vezja.
Tokovni transformator je merilna naprava, katere primarno navitje (visoka stran) je priključeno na vir izmeničnega električnega toka, sekundarno navitje (nizka stran) pa je priključeno na merilne instrumente ali nizkoimpedančne zaščitne naprave.
Natančneje, primarno navitje katerega koli tokovnega transformatorja je samo zaporedno povezano z močnostnim električnim tokokrogom, skozi katerega teče električna obremenitev. Zaščitne naprave, merilni instrumenti in naprave za merjenje električne energije so priključene na sekundarno navitje ali več sekundarnih navitij.
Načelo delovanja tokovnega transformatorja
Delovanje običajnega tokovnega transformatorja temelji na fizičnem pojavu elektromagnetne indukcije. To pomeni, da ko se na primarno navitje napaja napetost, bo skozi njegove zavoje prešel izmenični tok, ki bo nato ustvaril videz izmeničnega magnetnega toka. Nastali magnetni tok prehaja skozi jedro in prodira v zavoje vseh navitij transformatorja ter tako v njih inducira elektromotorne sile (emf). Če je sekundarno navitje v kratkem stiku ali ko je obremenitev priključena na njegovo vezje, pod vplivom emf. v zavojih navitja bo začel teči sekundarni tok.
Namen transformatorjev
Splošni namen tokovnih transformatorjev je transformirati (zmanjšati) velike količine izmeničnega toka na vrednosti, ki so priročne in varne za merjenje.
Tokovni transformatorji vam omogočajo varno merjenje velikih električnih obremenitev v omrežjih AC. To je mogoče z izolacijo primarnega in sekundarnega navitja drug od drugega.
Pri izdelavi tokovnih transformatorjev veljajo stroge zahteve glede kakovosti izolacije in točnosti meritev električnih obremenitev.
Tokovni transformator je naprava, ki temelji na jedru, laminiranem iz posebnega transformatorskega jekla. Na jedro (magnetno vezje) so naviti zavoji enega, dveh ali celo več sekundarnih navitij, ki so električno izolirani drug od drugega, pa tudi od jedra.
Kar zadeva primarno navitje, je to lahko tudi tuljava, navita na jedro instrumentnega transformatorja. Najpogosteje pa je primarno navitje aluminijasta ali bakrena zbiralka (plošča). Nič manj pogosto tokovni transformator sploh nima primarnega navitja. V tem primeru funkcijo primarnega navitja opravlja močnostni vodnik, ki poteka skozi obroč tokovnega transformatorja. To je lahko ločeno jedro električnega kabla.
Celotna struktura tokovnega transformatorja je nameščena v ohišje, ki ga ščiti pred mehanskimi poškodbami.
Glavna tehnična značilnost vsakega tokovnega transformatorja je nazivno transformacijsko razmerje. Njegova vrednost je navedena na posebni ploščici (nalepki) v obliki razmerja med nazivno vrednostjo primarnega toka in nazivno vrednostjo sekundarnega toka.
Na primer, navedena vrednost 400/5 pomeni, da mora pri primarni obremenitvi 400 A v sekundarnem tokokrogu teči tok 5 A in bo zato transformacijsko razmerje enako 80. Če je navedena vrednost 50/1 na imenski tablici, bo razmerje transformacije enako 50.
Skoraj vsak tokovni transformator ima določeno napako. Vsakemu tokovnemu transformatorju je glede na njegovo vrednost dodeljen svoj razred točnosti.
Razvrstitev transformatorjev
Obstaja več kriterijev, po katerih so razdeljeni tokovni transformatorji.
Po namenu so merilne, zaščitne ter vmesne in laboratorijske.
- Merilni instrumenti opravljajo merilno funkcijo. Nanje so priključeni instrumenti, kot je ampermeter ali merilne naprave (števci električne energije).
- Zaščitni tokovni transformatorji opravljajo funkcijo električne zaščite v povezavi z zaščitnimi napravami, zato so nanje priključene naprave, kot so tokovni releji ali sodobne digitalne visokonapetostne zaščite.
- V tokovnih tokokrogih relejne zaščite se uporabljajo vmesni tokovni transformatorji.
- Laboratorijske naprave imajo zelo visoko stopnjo merilne natančnosti. Lahko imajo tudi več različnih transformacijskih razmerij.
Glede na vrsto vgradnje so tokovni transformatorji razdeljeni na zunanji in notranji, kot tudi vgrajena v električno opremo (znotraj visokonapetostnih stikal, notranjih napajalnih transformatorjev itd.). Poleg tega so tokovni transformatorji nadzemni in prenosni. Prenosni transformatorji se uporabljajo za merjenje tokovne obremenitve v laboratorijskih pogojih.
Glede na zasnovo primarnega navitja obstajajo enojni, večobratni in pnevmatika tokovni transformatorji. Glede na število stopenj transformacije - eno- in dvostopenjsko.
Glede na napetost delimo tokovne transformatorje v dve skupini - naprave z napetostjo do 1000V in naprave z napetostjo nad 1000V.
Poleg klasičnih merilnih tokovnih transformatorjev obstajajo tudi posebni, kot so tokovni transformatorji ničelnega zaporedja.
Morda kdo misli, da je transformator nekaj med transformatorjem in terminatorjem. Ta članek je namenjen uničevanju takšnih idej.
Transformator je statična elektromagnetna naprava, namenjena pretvarjanju izmeničnega električnega toka ene napetosti in določene frekvence v električni tok druge napetosti in enake frekvence.
Delovanje katerega koli transformatorja temelji na pojavu, ki ga je odkril Faraday.
Namen transformatorjev
Različni tipi transformatorjev se uporabljajo v skoraj vseh napajalnih tokokrogih za električne naprave in pri prenosu električne energije na velike razdalje.
Elektrarne proizvajajo tok relativno nizke napetosti - 220 , 380 , 660 B. Transformatorji, ki povečujejo napetost na vrednosti reda tisoč kilovoltov, omogočajo znatno zmanjšanje izgub pri prenosu električne energije na velike razdalje, hkrati pa zmanjšajo površino preseka žic daljnovoda.
Tik preden doseže potrošnika (na primer običajno gospodinjsko vtičnico), gre tok skozi padajoči transformator. Tako dobimo tisto, česar smo vajeni 220 volt
Najpogostejši tip transformatorjev je močnostni transformatorji . Zasnovani so za pretvorbo napetosti v električnih tokokrogih. Poleg močnostnih transformatorjev različne elektronske naprave uporabljajo:
- impulzni transformatorji;
- močnostni transformatorji;
- tokovni transformatorji.
Načelo delovanja transformatorja
Transformatorji so enofazni in večfazni, z enim, dvema ali več navitji. Razmislimo o vezju in principu delovanja transformatorja na primeru preprostega enofaznega transformatorja.
Iz česa je sestavljen transformator? V najpreprostejšem primeru iz ene kovine jedro in dva navitja . Navitja med seboj niso električno povezana in so izolirane žice.
Eno navijanje (imenovano primarni ) priključen na vir napajanja z izmeničnim tokom. Drugo navijanje, imenovano sekundarni , se poveže s končnim porabnikom toka.
Ko je transformator priključen na vir izmeničnega toka, teče v zavojih njegovega primarnega navitja izmenični tok velikosti. I1 . To ustvarja magnetni tok F , ki prodre v oba navitja in v njih inducira EMF.
Zgodi se, da sekundarno navitje ni obremenjeno. Ta način delovanja transformatorja se imenuje način brez obremenitve. V skladu s tem, če je sekundarno navitje priključeno na katerega koli potrošnika, tok teče skozi njega I2 , ki nastanejo pod vplivom EMF.
Velikost EMF, ki nastane v navitjih, je neposredno odvisna od števila obratov vsakega navitja. Razmerje EMF, induciranega v primarnem in sekundarnem navitju, se imenuje razmerje transformacije in je enako razmerju števila obratov ustreznih navitij.
Z izbiro števila obratov na navitjih lahko povečate ali zmanjšate napetost na tokovnem porabniku iz sekundarnega navitja.
Idealen transformator
Idealen transformator je transformator, v katerem ni izgub energije. V takem transformatorju se trenutna energija v primarnem navitju popolnoma pretvori najprej v energijo magnetnega polja, nato pa v energijo sekundarnega navitja.
Takšen transformator seveda v naravi ne obstaja. V primeru, ko lahko toplotne izgube zanemarimo, je pri izračunih primerno uporabiti formulo za idealni transformator, po kateri sta tokovni moči v primarnem in sekundarnem navitju enaki.
Mimogrede! Za naše bralce je zdaj 10% popust na
Izgube energije v transformatorju
Učinkovitost transformatorjev je precej visoka. Vendar prihaja do izgub energije v navitju in jedru, zaradi česar temperatura med delovanjem transformatorja narašča. Pri malih energetskih transformatorjih to ne predstavlja problema in gre vsa toplota v okolje - uporablja se naravno zračno hlajenje. Takšni transformatorji se imenujejo suhi.
Pri močnejših transformatorjih zračno hlajenje ni dovolj, uporablja se oljno hlajenje. V tem primeru je transformator postavljen v rezervoar z mineralnim oljem, preko katerega se toplota prenaša na stene rezervoarja in odvaja v okolje. V transformatorjih visoke moči se dodatno uporabljajo izpušne cevi - če olje vre, nastali plini potrebujejo izhod.
Seveda transformatorji niso tako preprosti, kot se morda zdijo na prvi pogled - navsezadnje smo na kratko preučili princip delovanja transformatorja. Izpit iz elektrotehnike s težavami pri izračunu transformatorja lahko kar naenkrat postane pravi problem. vedno pripravljeni pomagati pri reševanju morebitnih težav s študijem! Obrnite se na Zaochnik in se enostavno učite!
Transformator je naprava, ki pretvarja napetost izmeničnega toka (povečuje ali zmanjšuje). Transformator je sestavljen iz več navitij (dva ali več), ki so navita na skupno feromagnetno jedro. Če je transformator sestavljen samo iz enega navitja, se imenuje avtotransformator. Sodobni tokovni transformatorji so: palični, oklepni ali toroidni. Vse tri vrste transformatorjev imajo podobne lastnosti in zanesljivost, vendar se med seboj razlikujejo po načinu izdelave.
Pri paličastih transformatorjih je navitje navito na jedro, pri paličastih transformatorjih pa je navitje vključeno v jedro. V jedrnem transformatorju so navitja jasno vidna, vendar sta vidna le spodnji in zgornji del jedra. Jedro oklepnega transformatorja skriva skoraj celotno navitje. Navitja paličastega transformatorja so razporejena vodoravno, medtem ko je ta razporeditev v oklepnem transformatorju lahko navpična ali vodoravna.
Ne glede na vrsto transformatorja je sestavljen iz treh funkcionalnih delov: magnetnega sistema transformatorja (magnetno jedro), navitij in hladilnega sistema.
Načelo delovanja transformatorja
V transformatorju je običajno ločiti primarna in sekundarna navitja. Napetost se napaja na primarno navitje in se odstrani iz sekundarnega navitja. Delovanje transformatorja temelji na Faradayevem zakonu (zakon elektromagnetne indukcije): časovno spremenljiv magnetni tok skozi območje, omejeno s konturo, ustvarja elektromotorno silo. Velja tudi obratno: spreminjajoč se električni tok inducira spreminjajoče se magnetno polje.
Transformator ima dve navitji: primarno in sekundarno. Primarno navitje prejema napajanje iz zunanjega vira, napetost pa se odstrani iz sekundarnega navitja. Izmenični tok v primarnem navitju ustvarja izmenično magnetno polje v magnetnem jedru, to pa ustvarja tok v sekundarnem navitju.
Načini delovanja transformatorja
Obstajajo trije načini delovanja transformatorja: način mirovanja, način kratkega stika, način delovanja. Transformator je v "prostem teku", ko vodi sekundarnih navitij niso nikjer povezani. Če je jedro transformatorja izdelano iz mehkega magnetnega materiala, potem tok brez obremenitve pokaže, kakšne izgube nastanejo v transformatorju zaradi obračanja magnetizacije jedra in vrtinčnih tokov.
V načinu kratkega stika so sponke sekundarnega navitja kratkostično povezane, na primarno navitje pa se uporabi majhna napetost, tako da je tok kratkega stika enak nazivnemu toku transformatorja. Količino izgube (moči) lahko izračunamo, če napetost v sekundarnem navitju pomnožimo s tokom kratkega stika. Ta transformatorski način najde svojo tehnično uporabo v instrumentalnih transformatorjih.
Če na sekundarno navitje priključite obremenitev, se v njem pojavi tok, ki inducira magnetni tok, usmerjen nasprotno od magnetnega pretoka v primarnem navitju. Zdaj v primarnem navitju EMF vira energije in inducirana EMF dovoda nista enaka, zato se tok v primarnem navitju povečuje, dokler magnetni tok ne doseže svoje prejšnje vrednosti.
Za transformator v načinu aktivne obremenitve velja naslednja enakost:
U_2/U_1 =N_2/N_1, kjer so U2, U1 trenutne napetosti na koncih sekundarnega in primarnega navitja, N1, N2 pa število ovojev v primarnem in sekundarnem navitju. Če je U2 > U1, transformator imenujemo stopenjski transformator, sicer pa imamo padajoči transformator. Vsak transformator je običajno označen s številom k, kjer je k razmerje transformacije.
Vrste transformatorjev
Transformatorji so glede na njihovo uporabo in značilnosti več vrst. Na primer, v električnih omrežjih naseljenih območij in industrijskih podjetij se uporabljajo močnostni transformatorji, katerih glavna naloga je znižati napetost v omrežju na splošno sprejetih 220 V.
Če je transformator zasnovan za regulacijo toka, se imenuje tokovni transformator, če pa naprava regulira napetost, potem se imenuje napetostni transformator. V običajnih omrežjih se uporabljajo enofazni transformatorji, v omrežjih s tremi žicami (faza, ničelni, ozemljitveni) pa je potreben trifazni transformator.
Gospodinjski transformator, 220V, je namenjen za zaščito gospodinjskih aparatov pred napetostnimi sunki.
Varilni transformator je zasnovan za ločevanje varilnega in električnega omrežja, za zmanjšanje napetosti v omrežju na vrednost, ki je potrebna za varjenje.
Oljni transformator je namenjen uporabi v omrežjih z napetostjo nad 6000 voltov. Zasnova transformatorja vključuje: magnetno jedro, navitja, rezervoar, kot tudi pokrove z vhodi. Magnetno jedro je sestavljeno iz dveh plošč elektrotehničnega jekla, ki sta med seboj izolirani, navitja so običajno izdelana iz aluminijaste ali bakrene žice. Regulacija napetosti se izvaja s pipo, ki se poveže s stikalom.
Obstajata dve vrsti preklopov: preklop pod obremenitvijo - RPN (regulacija pod obremenitvijo) in tudi brez obremenitve, potem ko je transformator odklopljen od zunanjega omrežja (PBV ali preklop brez vzbujanja). Druga metoda regulacije napetosti je postala bolj razširjena.
Ko govorimo o vrstah transformatorjev, je nemogoče ne govoriti o elektronskem transformatorju. Elektronski transformator je specializiran vir energije, ki se uporablja za pretvorbo napetosti 220 V v 12 (24) V pri visoki moči. Elektronski transformator je veliko manjši od običajnega, z enakimi parametri obremenitve.
Idealne transformatorske enačbe
Za izračun glavnih značilnosti transformatorjev je običajno uporabiti preproste enačbe, ki jih pozna vsak sodobni šolar. V ta namen se uporablja koncept idealnega transformatorja. Idealen transformator je tisti, pri katerem ni izgub energije zaradi segrevanja navitij in vrtinčnih tokov. V idealnem transformatorju se energija primarnega tokokroga v celoti pretvori v energijo magnetnega polja in nato v energijo sekundarnega navitja. Zato lahko zapišemo:
P1= I1*U1 = P2 = I2*U2,
kjer sta P1, P2 moči električnega toka v primarnem in sekundarnem navitju.
Magnetno jedro transformatorja
Magnetno jedro je izdelano iz električnih jeklenih plošč, ki koncentrirajo magnetno polje transformatorja. Popolnoma sestavljen sistem z deli, ki povezujejo transformator v enotno celoto, je jedro transformatorja. Del magnetnega vezja, na katerega so pritrjena navitja, se imenuje jedro transformatorja. Del magnetnega kroga, ki nima navitja in sklene magnetni krog, imenujemo jarem.
V transformatorju so palice lahko razporejene na različne načine, zato poznamo štiri vrste magnetnih krogov (magnetnih sistemov): ploščati magnetni sistem, prostorski magnetni sistem, simetrični magnetni sistem, asimetrični magnetni sistem.
Navitje transformatorja
Zdaj pa se pogovorimo o navitju transformatorja. Glavni del navitja je zavoj, ki se enkrat ovije okoli magnetnega kroga in v katerem se inducira magnetno polje. Z navitjem razumemo vsoto ovojev, emf celotnega navitja je enak vsoti emf vsakega ovoja.
Pri močnostnih transformatorjih je navitje običajno sestavljeno iz vodnikov s kvadratnim prerezom. Tak vodnik imenujemo tudi vodnik. Kvadratni vodnik se uporablja za učinkovitejšo izrabo prostora znotraj jedra. Kot izolacijo za vsako jedro lahko uporabite bodisi papir ali emajl lak. Dva vodnika sta lahko povezana med seboj in imata eno izolacijo - ta zasnova se imenuje kabel.
Navitja so naslednjih vrst: glavna, krmilna in pomožna. Glavno navitje je navitje, v katerega se dovaja ali odvaja tok (primarni in sekundarni navitji). Navitje z vodniki za regulacijo razmerja transformacije napetosti se imenuje regulacija.
Uporaba transformatorjev
Iz šolskega tečaja fizike vemo, da so izgube moči v žicah neposredno sorazmerne s kvadratom toka. Zato se za prenos toka na dolge razdalje napetost poveča, preden se dovaja potrošniku, nasprotno, zmanjša. V prvem primeru so potrebni povečevalni transformatorji, v drugem pa nižji transformatorji. To je glavna uporaba transformatorjev.
Transformatorji se uporabljajo tudi v napajalnih tokokrogih za gospodinjske aparate. Na primer, televizorji uporabljajo transformatorje, ki imajo več navitij (za napajanje tokokrogov, tranzistorjev, slikovnih cevi itd.).
- Izolacija transformatorja temelji na brezmatrični vakuumski impregnaciji in deluje v okolju z visoko zračno vlago in kemično agresivno atmosfero.
- Najmanjši izpust energije pri zgorevanju (na primer 43 kg za transformator 1600 kVA ustreza 1,1% teže). Drugi izolacijski materiali so praktično negorljivi, samougasljivi in ne vsebujejo strupenih dodatkov.
- Odpornost transformatorja na kontaminacijo zahvaljujoč konvekcijskim samočistilnim navijalnim diskom.
- Dolga plazilna dolžina po površini navijalnih diskov, ki ustvarjajo učinek izolacijskih ovir.
- Odpornost transformatorja na temperaturne udarne obremenitve tudi pri izjemno nizkih temperaturah (-50°C).
- Keramični tesnilni bloki (nevnetljivi) med navijalnimi diski.
- Izolacija prevodnika iz stekla in svile.
- Varno delovanje transformatorja zaradi posebne strukture navitja Vpliv napetosti na izolacijo nikoli ne preseže izolacijske napetosti (ne več kot 10 V). Delne razelektritve v izolaciji so fizično nemogoče.
- Hlajenje transformatorja je zagotovljeno z vertikalnimi in horizontalnimi hladilnimi kanali, minimalna debelina izolacije pa zagotavlja delovanje transformatorja pod velikimi kratkotrajnimi preobremenitvami v zaščitnem ohišju IP 45 brez prisilnega hlajenja.
- Izolacijski valj je izdelan iz praktično negorljivega in samougasljivega materiala, ojačanega s steklenimi vlakni.
- Nizkonapetostno navitje iz standardne žice ali folije; Kot material za navijanje se uporablja baker.
- Dinamično odpornost transformatorja na kratke stike zagotavljajo keramični izolatorji.
