Как е организиран и работи трансформаторът, какви характеристики се вземат предвид по време на работа

В енергетиката, електрониката и други отрасли на приложната електротехника голяма роля се отдава на преобразуванията на електромагнитната енергия от един тип в друг. Многобройни трансформаторни устройства, създадени за различни производствени задачи, се занимават с този проблем.

Някои от тях, които имат най-сложния дизайн, извършват например трансформацията на мощни енергийни потоци с високо напрежение. 500 или 750 киловолта в 330 и 110 kV или в обратна посока.

Други работят като част от устройства с малък размер на домакински уреди, електронни устройства, системи за автоматизация. Те също са широко използвани. в различни захранвания на мобилни устройства.

Трансформаторите работят само в променливотокови вериги с различна честота и не са предназначени за използване в постояннотокови вериги, които използват други видове преобразуватели.

Трансформаторите са разделени на две основни групи: еднофазни, захранвани от еднофазна мрежа с променлив ток, и трифазни, захранвани от трифазна мрежа с променлив ток.

Трансформаторите са много разнообразни по дизайн. Основните елементи на трансформатора са: затворена стоманена сърцевина (магнитна сърцевина), намотки и части, използвани за закрепване на магнитната верига и намотки с намотки и инсталиране на трансформатора в изправителното устройство. Основната тръба е проектирана да създава затворен път за магнитен поток.

Частите от магнитната верига, върху която са разположени намотките, се наричат ​​пръти, а частите, върху които няма намотки и които служат за затваряне на магнитния поток в магнитната верига, се наричат ​​яки. Материалът за магнитната верига на трансформатора е листовата електрическа стомана (трансформаторна стомана). Тази стомана може да бъде с различни степени, дебелини, горещо и студено валцуване.

Общи принципи на работа на трансформатори

Знаем, че електромагнитната енергия е неразделна. Но е обичайно да се представя в два компонента:

1. електрически;

2. магнитна.

По-лесно е да разберете явленията, които се случват, да опишете процеси, да направите изчисления, да проектирате различни устройства и схеми. Цели раздели на електротехниката са посветени на отделни анализи на работата на електрическите и магнитните вериги.

Електрическият ток, подобно на магнитния поток, протича само по затворен кръг със съпротивление (електрическо или магнитно). Създава се от външни приложени сили - източници на напрежение на съответните енергии.

Въпреки това, когато се разглеждат принципите на работа на трансформаторните устройства, ще е необходимо едновременно да се изучат и двата фактора и да се вземе предвид комплексният им ефект върху преобразуването на мощността.

Най-простият трансформатор се състои от две намотки, направени от намотки намотки от изолирана жица, през които протича електрически ток и една линия за магнитен поток. Обикновено се нарича ядро ​​или магнитно ядро.

Напрежението от източника на електрическа енергия U1 се прилага към входа на една намотка, а от изводите на втората тя след преобразуване в U2 се подава към свързания товар R.

Под действието на напрежение U1, ток I1 протича в затворена верига в първата намотка, чиято стойност зависи от съпротивлението Z, което се състои от два компонента:

1. активно съпротивление на проводниците на намотката;

2. реактивен компонент с индуктивен характер.

Големината на индуктивността оказва голямо влияние върху работата на трансформатора.

Електрическата енергия, преминаваща през първичната намотка под формата на ток I1, е част от електромагнитната енергия, магнитното поле на която е насочено перпендикулярно на движението на зарядите или местоположението на завоите на жицата. Ядрото на трансформатора е разположено в неговата равнина - магнитната верига, през която магнитният поток F.

Всичко това ясно се отразява на снимката и стриктно се спазва по време на производството. Самата магнитна верига също е затворена, въпреки че за определени цели, например, за намаляване на магнитния поток, в нея могат да се правят пропуски, увеличавайки магнитното й съпротивление.

Поради потока на първичния ток през намотката магнитният компонент на електромагнитното поле прониква в магнитната верига и циркулира през нея, пресичайки завоите на вторичната намотка, която е затворена до изходното съпротивление R.

Под въздействието на магнитен поток във вторичната намотка се индуцира електрически ток I2. Стойността му се влияе от стойността на приложената сила на магнитния компонент и импеданса на веригата, включително свързания товар R.

Когато трансформаторът работи вътре в магнитната верига, се създава общ магнитен поток F и неговите компоненти F1 и F2.

Как е подреден и работи автотрансформаторът

Сред устройствата за трансформатори опростеният дизайн е особено популярен, като се използват не две различни намотки, направени отделно, а една обща, разделена на секции. Те се наричат ​​автотрансформатори.

Принципът на работа на такава верига практически остава същият: входната електромагнитна енергия се преобразува в изходна. Първичните токове I1 протичат през намотките на намотката W1, а вторичните I2 протичат през W2. Магнитната верига осигурява път за магнитния поток F.

Автотрансформаторът има галванична връзка между входните и изходните вериги. Тъй като не цялата приложена мощност на източника се преобразува, а само част от него, се създава по-висока ефективност, отколкото при конвенционален трансформатор.

Такива дизайни могат да спестят от материали: стомана за магнитната верига, мед за намотки. Те имат по-малко тегло и разходи. Следователно те се използват ефективно в енергийната система от 110 kV и по-горе.

На практика няма специални разлики в режимите на работа на трансформатора и автотрансформатора.

Режими на работа на трансформатора

По време на работа всеки трансформатор може да бъде в едно от следните състояния:

• без работа;

• номинален режим;

• на празен ход;

• късо съединение;

• пренапрежение.

Режим на изключване

За да го създадете, е достатъчно да премахнете захранващото напрежение на източника на електрическа енергия от първичната намотка и по този начин да изключите преминаването на електрически ток през него, което те винаги правят без отказ при подобни устройства.

На практика обаче, когато работите със сложни трансформаторни конструкции, тази мярка не осигурява напълно мерки за безопасност: напрежението може да остане на намотките и да причини вреда на оборудването, да застраши персонала поради случайно излагане на токови разряди.

Как може да стане това?

За трансформатори с малък размер, които работят като захранване, както е показано на горната снимка, външното напрежение няма да причини вреда. Той просто няма къде да вземе оттам. И при енергийното оборудване трябва да се вземе предвид. Ще анализираме две често срещани причини:

1. свързване на външен източник на електроенергия;

2. ефектът на индуцирано напрежение.

Първа опция

В сложни трансформатори се използват не една, а няколко намотки, които се използват в различни вериги. Всички те трябва да бъдат изключени от напрежението.

Освен това, в подстанции, работещи в автоматичен режим без постоянно работещ персонал, към шините на силови трансформатори са свързани допълнителни трансформатори, осигуряващи собствените им нужди на подстанцията с електрическа енергия от 0,4 kV.Те са предназначени за защита на захранването, устройства за автоматизация, осветление, отопление и други цели.

Те се наричат ​​така - TSN или спомагателни трансформатори. Ако напрежението се отстрани от входа на силовия трансформатор и неговите вторични вериги са отворени и работата се извършва върху TSN, тогава има възможност за обратно преобразуване, когато напрежението от 220 волта от ниската страна проникне към високото чрез свързаните захранващи шини. Следователно те трябва да бъдат изключени.

Индуцирано напрежение

Ако линия с високо напрежение, работеща под напрежение, минава близо до шините на изключения трансформатор, токовете, преминаващи през него, могат да предизвикат напрежение в шините. Необходимо е да се прилагат мерки за отстраняването му.

Номинален режим на работа

Това е нормалното състояние на трансформатора по време на неговата работа, за което той е създаден. Токовете в намотките и напреженията, приложени към тях, съответстват на изчислените стойности.

Трансформаторът в режим на номинално натоварване изразходва и преобразува мощности, съответстващи на проектните стойности за целия осигурен за него ресурс.

Режим на празен ход

Той се създава, когато напрежението се подава към трансформатора от източника на захранване и натоварването се изключва на клемите на изходната намотка, тоест веригата е отворена. Това елиминира потока на тока през вторичната намотка.

Трансформаторът в режим на празен ход консумира най-ниската възможна мощност, определена от неговите конструктивни характеристики.

Режим на късо съединение

Това е ситуацията, когато натоварването, свързано към трансформатора, се оказва късо, плътно преместено от вериги с много ниско електрическо съпротивление и цялото захранване на източника на напрежение действа върху него.

В този режим потокът от огромни токове на късо съединение е практически неограничен. Те имат огромна топлинна енергия и са в състояние да изгорят проводници или оборудване. Освен това те действат, докато електрическата верига през вторичната или първичната намотка не изгори и се счупи на най-слабото място.

Това е най-опасният режим, който може да възникне по време на работа на трансформатора и във всеки един от най-неочакваните моменти във времето. Появата му може да се предвиди и развитието трябва да бъде ограничено. За тази цел те използват защити, които наблюдават превишаването на допустимите токове върху товара и ги изключват възможно най-бързо.

Режим на пренапрежение

Намотките на трансформатора са покрити със слой изолация, който е създаден да работи под определено напрежение. По време на работа той може да бъде надвишен поради различни причини, възникващи както в електрическата система, така и в резултат на излагане на атмосферни явления.

Във фабриката се определя стойността на допустимото излишно напрежение, което може да действа върху изолацията до няколко часа и краткотрайни пренапрежения, създадени от преходни процеси по време на превключване на оборудването.

За да предотвратят тяхното въздействие, те създават защита срещу пренапрежение, които в случай на авария изключват захранването от веригата в автоматичен режим или ограничават разрядните импулси.

Продължение на статията:Основните видове дизайни на трансформатори