Como o transformador é organizado e funcionando, quais características são levadas em consideração durante a operação

Em energia, eletrônica e outros ramos da engenharia elétrica aplicada, um grande papel é dado às transformações de energia eletromagnética de um tipo para outro. Vários dispositivos transformadores, criados para várias tarefas de produção, lidam com esse problema.

Alguns deles, com o design mais complexo, realizam a transformação de poderosos fluxos de energia de alta tensão, por exemplo. 500 ou 750 quilovolts em 330 e 110 kV ou na direção oposta.

Outros trabalham como parte de pequenos dispositivos de eletrodomésticos, dispositivos eletrônicos, sistemas de automação. Eles também são amplamente utilizados. em várias fontes de alimentação de dispositivos móveis.

Os transformadores operam apenas em circuitos CA de diferentes frequências e não se destinam ao uso em circuitos CC que usam outros tipos de conversores.

Os transformadores são divididos em dois grupos principais: monofásico, alimentado por uma rede de corrente alternada monofásica, e trifásico, alimentado por uma rede de corrente alternada trifásica.

Os transformadores são muito diversos em design. Os principais elementos do transformador são: um núcleo de aço fechado (núcleo magnético), enrolamentos e peças usadas para conectar o circuito magnético e as bobinas aos enrolamentos e instalar o transformador no dispositivo retificador. O tubo principal foi projetado para criar um caminho fechado para fluxo magnético.

As partes do circuito magnético em que os enrolamentos estão localizados são denominadas hastes, e as partes nas quais não existem enrolamentos e que servem para fechar o fluxo magnético no circuito magnético são denominadas garfos. O material para o circuito magnético do transformador é chapa de aço elétrica (aço do transformador). Este aço pode ser de vários tipos, espessuras, laminação a quente e a frio.

Princípios gerais de operação de transformadores

Sabemos que a energia eletromagnética é inextricável. Mas é habitual representá-lo em dois componentes:

1. elétrica;

2. magnético.

É mais fácil entender os fenômenos que ocorrem, descrever processos, fazer cálculos, projetar vários dispositivos e circuitos. Seções inteiras de engenharia elétrica são dedicadas a análises separadas da operação de circuitos elétricos e magnéticos.

A corrente elétrica, como o fluxo magnético, flui apenas ao longo de um circuito fechado com resistência (elétrica ou magnética). É criado por forças externas aplicadas - fontes de tensão das energias correspondentes.

No entanto, ao considerar os princípios operacionais dos dispositivos transformadores, será necessário estudar simultaneamente esses dois fatores e levar em conta seu efeito complexo na conversão de energia.

O transformador mais simples consiste em dois enrolamentos feitos por bobinas de enrolamento de um fio isolado, através do qual a corrente elétrica flui e uma linha para o fluxo magnético. É comumente chamado de núcleo ou núcleo magnético.

A tensão da fonte de energia elétrica U1 é aplicada à entrada de um enrolamento e, a partir dos terminais do segundo, após a conversão para U2, é fornecida à carga conectada R.

Sob a ação da tensão U1, uma corrente I1 flui em um circuito fechado no primeiro enrolamento, cujo valor depende da impedância Z, que consiste em dois componentes:

1. resistência ativa dos fios do enrolamento;

2. componente reativo com caráter indutivo.

A magnitude da indutância tem uma grande influência na operação do transformador.

A energia elétrica que flui através do enrolamento primário na forma da corrente I1 é uma parte da energia eletromagnética, cujo campo magnético é direcionado perpendicularmente ao movimento de cargas ou à localização das voltas do fio. O núcleo do transformador está localizado em seu plano - o circuito magnético, através do qual o fluxo magnético F.

Tudo isso está claramente refletido na imagem e é rigorosamente observado durante a fabricação. O circuito magnético em si também é fechado, embora, para certos fins, por exemplo, para reduzir o fluxo magnético, possam ser feitos intervalos nele, aumentando sua resistência magnética.

Devido ao fluxo da corrente primária através do enrolamento, o componente magnético do campo eletromagnético penetra no circuito magnético e circula através dele, cruzando as voltas do enrolamento secundário, que é fechado à resistência de saída R.

Sob a influência do fluxo magnético, uma corrente elétrica I2 é induzida no enrolamento secundário. Seu valor é afetado pelo valor da força do componente magnético aplicado e pela impedância do circuito, incluindo a carga conectada R.

Quando o transformador está operando dentro do circuito magnético, um fluxo magnético comum F e seus componentes F1 e F2 são criados.

Como o autotransformador é organizado e funciona

Entre os dispositivos transformadores, as construções simplificadas são especialmente populares, usando não dois enrolamentos diferentes feitos separadamente, mas um comum, dividido em seções. Eles são chamados de autotransformadores.

O princípio de operação de tal circuito praticamente permaneceu o mesmo: a energia eletromagnética de entrada é convertida em saída. As correntes primárias I1 fluem através dos enrolamentos do enrolamento W1, e as secundárias I2 fluem através de W2. O circuito magnético fornece um caminho para o fluxo magnético F.

O autotransformador possui uma conexão galvânica entre os circuitos de entrada e saída. Como nem toda a energia aplicada da fonte é convertida, mas apenas parte dela, é criada uma maior eficiência do que com um transformador convencional.

Tais projetos podem economizar em materiais: aço para o circuito magnético, cobre para enrolamentos. Eles têm menos peso e custo. Portanto, eles são efetivamente usados ​​no sistema de energia de 110 kV e acima.

Praticamente não há diferenças especiais nos modos de operação do transformador e do autotransformador.

Modos de operação do transformador

Durante a operação, qualquer transformador pode estar em um dos seguintes estados:

• fora do trabalho;

• modo avaliado;

• marcha lenta;

• curto-circuito;

• sobretensão.

Modo de desligamento

Para criá-lo, basta remover a tensão de alimentação da fonte de energia elétrica do enrolamento primário e, assim, excluir a passagem de corrente elétrica através dele, o que eles sempre fazem sem falhar com dispositivos semelhantes.

No entanto, na prática, ao trabalhar com estruturas complexas de transformadores, essa medida não fornece medidas de segurança completas: a tensão pode permanecer nos enrolamentos e causar danos ao equipamento, colocando em risco o pessoal devido à exposição acidental a descargas de corrente.

Como isso pode acontecer?

Para transformadores de tamanho pequeno que operam como fonte de alimentação, conforme mostrado na foto superior, a tensão externa não causará nenhum dano. Ele simplesmente não tem para onde tirar dali. E em equipamentos de energia, isso deve ser levado em consideração. Analisaremos duas causas comuns:

1. conectar uma fonte externa de eletricidade;

2. o efeito da tensão induzida.

Primeira opção

Em transformadores complexos, não um, mas vários enrolamentos são usados, que são usados ​​em diferentes circuitos. Todos eles devem estar com tensão desconectada.

Além disso, em subestações operadas em modo automático sem pessoal operacional constante, transformadores adicionais são conectados aos barramentos dos transformadores de potência, fornecendo às próprias necessidades da subestação energia elétrica de 0,4 kV.Eles são projetados para proteger proteções, dispositivos de automação, iluminação, aquecimento e outros fins.

Eles são chamados de - TSN ou transformadores auxiliares. Se a tensão for removida da entrada do transformador de potência e seus circuitos secundários estiverem abertos, e o trabalho for realizado no TSN, existe a possibilidade de transformação inversa quando a tensão de 220 volts do lado inferior penetra no alto através dos barramentos de energia conectados. Portanto, eles devem estar desligados.

Ação de tensão induzida

Se uma linha de alta tensão funcionando sob tensão passa perto dos barramentos de um transformador desconectado, as correntes que fluem através dela podem induzir tensão nos pneus. É necessário aplicar medidas para removê-lo.

Modo de operação avaliado

Este é o estado normal do transformador durante sua operação para a qual ele foi criado. As correntes nos enrolamentos e as tensões aplicadas a eles correspondem aos valores calculados.

O transformador no modo de carga nominal consome e converte as capacidades correspondentes aos valores de projeto para todo o recurso fornecido para ele.

Modo inativo

É criada quando a tensão é fornecida ao transformador a partir da fonte de energia e a carga é desconectada nos terminais do enrolamento de saída, ou seja, o circuito está aberto. Isso elimina o fluxo de corrente através do enrolamento secundário.

O transformador no modo inativo consome a menor potência possível, determinada por seus recursos de design.

Modo de curto-circuito

Essa é a situação em que a carga conectada ao transformador acaba sendo reduzida, fortemente desviada por correntes com resistências elétricas muito baixas e toda a fonte de alimentação da fonte de tensão atua sobre ele.

Nesse modo, o fluxo de grandes correntes de curto-circuito é praticamente ilimitado. Eles têm uma tremenda energia térmica e são capazes de queimar fios ou equipamentos. Além disso, eles agem até que o circuito de energia através do enrolamento secundário ou primário se queime, quebrando no ponto mais fraco.

Este é o modo mais perigoso que pode ocorrer durante a operação do transformador e, a qualquer momento, o momento mais inesperado no tempo. Sua aparência pode ser prevista e o desenvolvimento deve ser limitado. Para esse fim, use proteções que monitorem o excesso de correntes permitidas na carga e desconecte-as o mais rápido possível.

Modo de sobretensão

Os enrolamentos do transformador são cobertos com uma camada de isolamento, criada para funcionar sob uma certa tensão. Durante a operação, ele pode ser excedido por várias razões que surgem tanto dentro do sistema elétrico quanto como resultado da exposição a fenômenos atmosféricos.

Na fábrica, é determinado o valor da tensão excessiva permitida, que pode atuar no isolamento por até várias horas e sobretensões de curto prazo criadas pelos transitórios durante a troca de equipamentos.

Para evitar seu impacto, eles criam proteção contra sobretensão, que, em caso de emergência, desliga a energia do circuito no modo automático ou limita os pulsos de descarga.

Continuação do artigo:Os principais tipos de projetos de transformadores