Kā transformators ir sakārtots un darbojas, kādas īpašības tiek ņemtas vērā darbības laikā

Enerģētikā, elektronikā un citās lietišķās elektrotehnikas nozarēs liela loma tiek piešķirta elektromagnētiskās enerģijas pārvērtībām no viena veida uz otru. Šo problēmu risina daudzas transformatoru ierīces, kas izveidotas dažādiem ražošanas uzdevumiem.

Daži no tiem, kuru dizains ir vissarežģītākais, veic, piemēram, jaudīgu augstsprieguma enerģijas plūsmu pārveidi. 500 vai 750 kilovolti 330 un 110 kV vai pretējā virzienā.

Citi darbojas kā neliela izmēra sadzīves tehnikas ierīces, elektroniskās ierīces, automatizācijas sistēmas. Tos arī plaši izmanto. dažādos mobilo ierīču barošanas avotos.

Transformatori darbojas tikai dažādu frekvenču maiņstrāvas ķēdēs un nav paredzēti izmantošanai līdzstrāvas ķēdēs, kurās tiek izmantoti cita veida pārveidotāji.

Transformatori ir sadalīti divās galvenajās grupās: vienfāzes, ko darbina vienfāzes maiņstrāvas tīkls, un trīsfāzu, ko darbina trīsfāzu maiņstrāvas tīkls.

Transformatori ir ļoti daudzveidīgi. Transformatora galvenie elementi ir: slēgta tērauda serde (magnētiskā serde), tinumi un detaļas, ko izmanto magnētiskās ķēdes un spoļu piestiprināšanai ar tinumiem un transformatora uzstādīšanai taisngrieža ierīcē. Maģistrālā caurule ir paredzēta, lai izveidotu slēgtu ceļu magnētiskajai plūsmai.

Magnētiskās ķēdes daļas, uz kurām atrodas tinumi, sauc par stieņiem, un tās daļas, uz kurām nav tinumu, un kuras kalpo magnētiskās ķēdes magnētiskās plūsmas aizvēršanai, sauc par jūgiem. Transformatora magnētiskās shēmas materiāls ir lokšņu elektriskais tērauds (transformatora tērauds). Šim tēraudam var būt dažādas pakāpes, biezuma, karstā un aukstā velmējuma.

Transformatoru darbības vispārējie principi

Mēs zinām, ka elektromagnētiskā enerģija ir nesaraujama. Bet to parasti pārstāv divos komponentos:

1. elektriskās;

2. magnētisks.

Vieglāk ir saprast notiekošās parādības, aprakstīt procesus, veikt aprēķinus, projektēt dažādas ierīces un shēmas. Visas elektrotehnikas sadaļas ir veltītas atsevišķām elektrisko un magnētisko ķēžu darbības analīzei.

Elektriskā strāva, tāpat kā magnētiskā plūsma, plūst tikai pa slēgtu ķēdi ar pretestību (elektrisku vai magnētisku). To rada ārējie pieliktie spēki - attiecīgo enerģiju sprieguma avoti.

Tomēr, apsverot transformatoru ierīču darbības principus, vienlaikus būs jāizpēta abi šie faktori un jāņem vērā to sarežģītā ietekme uz enerģijas pārveidi.

Vienkāršākais transformators sastāv no diviem tinumiem, ko izgatavo izolētas stieples tinumu spoles, caur kurām plūst elektriskā strāva, un vienas līnijas magnētiskajai plūsmai. To parasti sauc par serdi vai magnētisko serdi.

Elektriskā strāvas avota U1 spriegums tiek pielietots viena tinuma ieejai, un no otrā spailes pēc pārvēršanas U2 tiek piegādāts pievienotajai slodzei R.

Darbojoties spriegumam U1, pirmajā tinumā slēgtā ķēdē plūst strāva I1, kuras vērtība ir atkarīga no pretestības Z, kas sastāv no diviem komponentiem:

1. tinumu vadu aktīvā pretestība;

2. reaktīvā sastāvdaļa ar induktīvo raksturu.

Indukcijas lielumam ir liela ietekme uz transformatora darbību.

Elektriskā enerģija, kas plūst caur primāro tinumu strāvas I1 formā, ir elektromagnētiskās enerģijas daļa, kuras magnētiskais lauks ir vērsts perpendikulāri lādiņu kustībai vai stieples pagriezienu atrašanās vietai. Transformatora kodols atrodas tā plaknē - magnētiskajā ķēdē, caur kuru notiek magnētiskā plūsma F.

Tas viss ir skaidri atspoguļots attēlā un tiek stingri ievērots ražošanas laikā. Arī pati magnētiskā ķēde ir slēgta, lai gan noteiktiem mērķiem, piemēram, lai samazinātu magnētisko plūsmu, tajā var būt spraugas, palielinot tā magnētisko pretestību.

Sakarā ar primārās strāvas plūsmu caur tinumu, elektromagnētiskā lauka magnētiskā sastāvdaļa iekļūst magnētiskajā ķēdē un cirkulē caur to, šķērsojot sekundārā tinuma pagriezienus, kas ir slēgti ar izejas pretestību R.

Magnētiskās plūsmas ietekmē sekundārajā tinumā tiek inducēta elektriskā strāva I2. Tās vērtību ietekmē uzliktā magnētiskā komponenta stiprības un ķēdes pretestība, ieskaitot pievienoto slodzi R.

Kad transformators darbojas magnētiskās ķēdes iekšpusē, tiek izveidota kopēja magnētiskā plūsma F un tā komponenti F1 un F2.

Kā autotransformators ir sakārtots un darbojas

Starp transformatoru ierīcēm īpaši populāras ir vienkāršotas konstrukcijas, kurās tiek izmantoti nevis divi dažādi atsevišķi izgatavoti tinumi, bet gan viens kopīgs, sadalīts sekcijās. Tos sauc par autotransformatoriem.

Šādas ķēdes darbības princips praktiski nav mainījies: ieejas elektromagnētiskā enerģija tiek pārveidota par izeju. Primārās strāvas I1 plūst caur tinuma W1 tinumiem, bet sekundārās I2 - caur W2. Magnētiskā ķēde nodrošina ceļu magnētiskai F plūsmai.

Autotransformatoram ir galvanisks savienojums starp ieejas un izejas ķēdēm. Tā kā netiek pārveidota visa izmantotā avota jauda, ​​bet tikai daļa no tā, tiek radīta augstāka efektivitāte nekā parastajam transformatoram.

Šādi dizaini var ietaupīt uz materiāliem: magnētiskās ķēdes tēraudu, tinumu vara. Viņiem ir mazāks svars un izmaksas. Tādēļ tos efektīvi izmanto enerģijas sistēmā no 110 kV un augstāk.

Transformatora un autotransformatora darbības režīmos praktiski nav īpašu atšķirību.

Transformatora darba režīmi

Darbības laikā jebkurš transformators var būt vienā no šiem stāvokļiem:

• bez darba;

• nominālais režīms;

• tukšgaitā;

• īssavienojums;

• pārspriegums.

Izslēgšanas režīms

Lai to izveidotu, pietiek ar to, lai no primārā tinuma noņemtu barošanas avota barošanas spriegumu un tādējādi izslēgtu elektriskās strāvas pāreju caur to, ko viņi vienmēr dara bez neveiksmēm ar līdzīgām ierīcēm.

Tomēr praksē, strādājot ar sarežģītām transformatoru konstrukcijām, šis pasākums pilnībā nenodrošina drošības pasākumus: spriegums var palikt uz tinumiem un radīt kaitējumu iekārtām, apdraudēt personālu nejaušas pašreizējās izlādes dēļ.

Kā tas var notikt?

Maza izmēra transformatoriem, kas darbojas kā barošanas avots, kā parādīts augšējā fotoattēlā, ārējais spriegums neradīs kaitējumu. Viņam vienkārši nav no kurienes ņemties. Un attiecībā uz enerģijas iekārtām tas ir jāņem vērā. Mēs analizēsim divus izplatītākos cēloņus:

1. ārēja elektroenerģijas avota pievienošana;

2. inducētā sprieguma ietekme.

Pirmais variants

Uz sarežģītiem transformatoriem tiek izmantots nevis viens, bet gan vairāki tinumi, kurus izmanto dažādās shēmās. Visiem no tiem jābūt atvienotiem spriegumam.

Turklāt apakšstacijās, kuras darbojas automātiskā režīmā bez pastāvīga personāla, papildu transformatori tiek savienoti ar strāvas transformatoru autobusiem, nodrošinot savas apakšstacijas vajadzības ar 0,4 kV elektrisko jaudu.Tie ir paredzēti aizsardzībai, automātikas ierīcēm, apgaismojumam, apkurei un citiem mērķiem.

Tos sauc par TSN vai papildu transformatoriem. Ja spriegums tiek noņemts no strāvas transformatora ieejas un tā sekundārās ķēdes ir atvērtas, un tiek veikts darbs pie TSN, tad pastāv iespēja veikt reversu pārveidi, kad 220 voltu spriegums no zemās puses caur savienotajiem barošanas autobusiem iekļūst augstajā. Tāpēc tie ir jāizslēdz.

Induktīva sprieguma darbība

Ja augstsprieguma līnija, kas darbojas zem sprieguma, iet gar atvienota transformatora autobusiem, tad caur to plūstošās strāvas var izraisīt spriegumu riepās. Nepieciešams veikt pasākumus, lai to noņemtu.

Nominālais darbības režīms

Tas ir normāls transformatora stāvoklis tā darbības laikā, kuram tas tika izveidots. Spoles tinumos un tiem pielietotie spriegumi atbilst aprēķinātajām vērtībām.

Transformators nominālās slodzes režīmā patērē un pārveido jaudas, kas atbilst visa tam paredzētā resursa projektētajām vērtībām.

Gaidīšanas režīms

Tas tiek izveidots, kad transformatoram tiek piegādāts spriegums no strāvas avota, un slodze tiek atvienota izejas tinuma spailēs, tas ir, ķēde ir atvērta. Tas novērš strāvas plūsmu caur sekundāro tinumu.

Transformators dīkstāves režīmā patērē pēc iespējas mazāku jaudu, ko nosaka tā konstrukcijas īpašības.

Īssavienojuma režīms

Šī ir situācija, kad slodze, kas savienota ar transformatoru, izrādās saīsināta, cieši manevrēta ar ķēdēm ar ļoti mazu elektrisko pretestību un visa sprieguma avota barošana to ietekmē.

Šajā režīmā milzīgu īssavienojuma strāvu plūsma ir praktiski neierobežota. Viņiem ir milzīga siltumenerģija un viņi var sadedzināt vadus vai iekārtas. Turklāt tie darbojas, līdz strāvas ķēde caur sekundāro vai primāro tinumu izdeg, saplīstot visvājākajā vietā.

Šis ir visbīstamākais režīms, kas var rasties transformatora darbības laikā, un jebkurā brīdī visnegaidītākais brīdis. Var parādīties tā izskats, un tā attīstība ir jāierobežo. Šajā nolūkā viņi izmanto aizsargus, kas uzrauga pieļaujamo slodžu pārsniegumu uz kravas un pēc iespējas ātrāk tos izslēdz.

Pārsprieguma režīms

Transformatora tinumi ir pārklāti ar izolācijas slāni, kas ir izveidots darbam zem noteikta sprieguma. Darbības laikā to var pārsniegt dažādu iemeslu dēļ, kas rodas gan elektriskās sistēmas iekšpusē, gan atmosfēras parādību ietekmē.

Rūpnīcā tiek noteikta pieļaujamā pārsprieguma vērtība, kas var iedarboties uz izolāciju līdz pat vairākām stundām un īslaicīgu pārspriegumu, ko rada pārejas, pārslēdzot aprīkojumu.

Lai novērstu to triecienu, tie rada aizsardzību pret sprieguma palielināšanos, kas avārijas gadījumā automātiskajā režīmā izslēdz strāvu no ķēdes vai ierobežo izlādes impulsus.

Raksta turpinājums:Galvenie transformatoru dizaina veidi