มีการจัดเรียงและทำงานของหม้อแปลงอย่างไรลักษณะใดที่ถูกนำมาพิจารณาในระหว่างการใช้งาน

ในสาขาวิศวกรรมพลังงานอิเล็กทรอนิกส์และสาขาอื่น ๆ ของวิศวกรรมไฟฟ้าประยุกต์มีบทบาทสำคัญในการแปลงพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจากประเภทหนึ่งไปเป็นอีกประเภทหนึ่ง อุปกรณ์หม้อแปลงจำนวนมากซึ่งถูกสร้างขึ้นสำหรับงานการผลิตที่หลากหลายจัดการกับปัญหานี้

บางคนมีการออกแบบที่ซับซ้อนที่สุดทำการเปลี่ยนแปลงการไหลของพลังงานแรงดันสูงที่ทรงพลังเช่น 500 หรือ 750 กิโลโวลต์ใน 330 และ 110 kV หรือในทิศทางตรงกันข้าม

คนอื่นทำงานเป็นส่วนหนึ่งของอุปกรณ์ขนาดเล็กของเครื่องใช้ในครัวเรือน, อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์, ระบบอัตโนมัติ พวกเขายังใช้กันอย่างแพร่หลาย ในแหล่งจ่ายไฟต่างๆของอุปกรณ์มือถือ.

หม้อแปลงทำงานเฉพาะในวงจรไฟฟ้าสลับของความถี่ที่แตกต่างกันและไม่ได้มีไว้สำหรับใช้ในวงจร DC ที่ใช้คอนเวอร์เตอร์ชนิดอื่น

หม้อแปลงแบ่งออกเป็นสองกลุ่มหลัก: เฟสเดียว, ขับเคลื่อนโดยเครือข่ายกระแสสลับเฟสเดียวและสามเฟส, ขับเคลื่อนโดยเครือข่ายกระแสสลับสามเฟส

หม้อแปลงมีความหลากหลายในการออกแบบ องค์ประกอบหลักของหม้อแปลงไฟฟ้าคือแกนเหล็กปิด (แกนแม่เหล็ก) ขดลวดและชิ้นส่วนที่ใช้สำหรับยึดวงจรแม่เหล็กและขดลวดด้วยขดลวดและติดตั้งหม้อแปลงในอุปกรณ์ปรับกระแสไฟฟ้า ท่อแกนถูกออกแบบมาเพื่อสร้างเส้นทางปิดสำหรับฟลักซ์แม่เหล็ก

ชิ้นส่วนของวงจรแม่เหล็กที่ขดลวดเรียกว่าแท่งและส่วนที่ไม่มีขดลวดและทำหน้าที่ปิดฟลักซ์แม่เหล็กในวงจรแม่เหล็กเรียกว่าแอก วัสดุสำหรับวงจรแม่เหล็กของหม้อแปลงคือเหล็กแผ่นไฟฟ้า (หม้อแปลงเหล็ก) เหล็กชนิดนี้มีหลายเกรดความหนาการรีดร้อนและเย็น

หลักการทั่วไปของการทำงานของหม้อแปลง

เรารู้ว่าพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้านั้นหนีไม่พ้น แต่มันเป็นธรรมเนียมที่จะต้องแสดงมันในสององค์ประกอบ:

1. ไฟฟ้า

2. แม่เหล็ก

ง่ายต่อการเข้าใจปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นอธิบายกระบวนการทำการคำนวณออกแบบอุปกรณ์และวงจรต่าง ๆ ส่วนทั้งหมดของวิศวกรรมไฟฟ้ามีไว้เพื่อวิเคราะห์การทำงานของวงจรไฟฟ้าและแม่เหล็กแยกต่างหาก

กระแสไฟฟ้าเช่นฟลักซ์แม่เหล็กไหลเฉพาะในวงจรปิดที่มีความต้านทาน (ไฟฟ้าหรือแม่เหล็ก) มันถูกสร้างขึ้นโดยแรงที่กระทำภายนอก - แหล่งแรงดันของพลังงานที่สอดคล้องกัน

อย่างไรก็ตามเมื่อพิจารณาถึงหลักการใช้งานของอุปกรณ์หม้อแปลงไฟฟ้าจำเป็นต้องศึกษาพร้อมกันทั้งสองปัจจัยและคำนึงถึงผลกระทบที่ซับซ้อนต่อการแปลงพลังงาน

หม้อแปลงที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยขดลวดสองเส้นที่เกิดจากขดลวดของลวดหุ้มฉนวนที่กระแสไฟฟ้าไหลและหนึ่งเส้นสำหรับฟลักซ์แม่เหล็ก โดยทั่วไปเรียกว่าแกนหรือแกนแม่เหล็ก

แรงดันไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานไฟฟ้า U1 ถูกนำไปใช้กับอินพุตของขดลวดหนึ่งและจากขั้วที่สองของมันหลังจากแปลงเป็น U2 จะจ่ายให้กับโหลดที่เชื่อมต่อ R

ภายใต้การกระทำของแรงดันไฟฟ้า U1 กระแส I1 จะไหลในวงจรปิดในขดลวดแรกค่าที่ขึ้นอยู่กับอิมพีแดนซ์ Z ซึ่งประกอบด้วยสององค์ประกอบ:

1. ความต้านทานที่ใช้งานของสายของขดลวด

2. องค์ประกอบปฏิกิริยาที่มีอักขระอุปนัย

ขนาดของตัวเหนี่ยวนำมีอิทธิพลอย่างมากต่อการทำงานของหม้อแปลง

พลังงานไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิในรูปแบบของ I1 ปัจจุบันเป็นส่วนหนึ่งของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นสนามแม่เหล็กที่ตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าหรือตำแหน่งของขดลวด แกนหม้อแปลงตั้งอยู่ในระนาบของมัน - วงจรแม่เหล็กซึ่งฟลักซ์แม่เหล็ก F

ทั้งหมดนี้สะท้อนให้เห็นอย่างชัดเจนในภาพและสังเกตอย่างเคร่งครัดในระหว่างการผลิต วงจรแม่เหล็กเองก็ถูกปิดเช่นกันแม้ว่าจะมีจุดประสงค์บางอย่างเช่นเพื่อลดฟลักซ์แม่เหล็กช่องว่างก็สามารถทำได้เพิ่มความต้านทานของแม่เหล็ก

เนื่องจากการไหลของกระแสหลักผ่านขดลวดองค์ประกอบแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะแทรกซึมเข้าไปในวงจรแม่เหล็กและไหลผ่านมันผ่านการหมุนรอบที่สองของขดลวดทุติยภูมิซึ่งอยู่ใกล้กับความต้านทานเอาต์พุต R

ภายใต้อิทธิพลของฟลักซ์แม่เหล็กจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า I2 ในขดลวดทุติยภูมิ ค่าของมันจะได้รับผลกระทบจากค่าความแข็งแรงของส่วนประกอบแม่เหล็กที่ใช้และความต้านทานของวงจรรวมถึงโหลดที่เชื่อมต่อ R

เมื่อหม้อแปลงทำงานภายในวงจรแม่เหล็กฟลักซ์แม่เหล็กทั่วไป F และส่วนประกอบของ F1 และ F2 จะถูกสร้างขึ้น

วิธีการจัดเรียงอัตโนมัติและการทำงาน

ในบรรดาอุปกรณ์หม้อแปลงนั้นสิ่งก่อสร้างที่เรียบง่ายได้รับความนิยมเป็นพิเศษโดยใช้ขดลวดที่ไม่ได้แยกกันสองแบบ พวกมันถูกเรียกว่า

หลักการทำงานของวงจรดังกล่าวยังคงเหมือนเดิม: พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าอินพุตถูกแปลงเป็นเอาต์พุต กระแสปฐมภูมิ I1 ไหลผ่านขดลวดของขดลวด W1 และ I2 ทุติยภูมิไหลผ่าน W2 วงจรแม่เหล็กให้เส้นทางสำหรับฟลักซ์แม่เหล็ก F

ตัวแปลงสัญญาณอัตโนมัติมีการเชื่อมต่อแบบกระแสไฟฟ้าระหว่างวงจรอินพุทและเอาท์พุท เนื่องจากไม่ได้แปลงพลังงานที่ใช้ทั้งหมดของแหล่งที่มา แต่มีเพียงบางส่วนเท่านั้นประสิทธิภาพที่สูงกว่าจึงสร้างขึ้นจากหม้อแปลงทั่วไป

การออกแบบดังกล่าวสามารถประหยัดวัสดุ: เหล็กสำหรับวงจรแม่เหล็กทองแดงสำหรับขดลวด พวกเขามีน้ำหนักและค่าใช้จ่ายน้อยลง ดังนั้นจึงมีการใช้อย่างมีประสิทธิภาพในระบบพลังงานตั้งแต่ 110 kV ขึ้นไป

ไม่มีความแตกต่างเป็นพิเศษในโหมดการทำงานของหม้อแปลงและเครื่องเปลี่ยนรูปแบบอัตโนมัติ

โหมดการทำงานของหม้อแปลง

ระหว่างการใช้งานหม้อแปลงใด ๆ สามารถอยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่งต่อไปนี้:

• ไม่ทำงาน

• โหมดจัดอันดับ;

• idling;

• ไฟฟ้าลัดวงจร

• overexertion

โหมดปิดเครื่อง

ในการสร้างมันก็เพียงพอที่จะลบแรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงานไฟฟ้าออกจากขดลวดปฐมภูมิและดังนั้นจึงไม่รวมทางเดินของกระแสไฟฟ้าผ่านมันซึ่งพวกเขามักจะทำโดยไม่ล้มเหลวกับอุปกรณ์ที่คล้ายกัน

อย่างไรก็ตามในทางปฏิบัติเมื่อทำงานกับโครงสร้างของหม้อแปลงที่ซับซ้อนมาตรการนี้ไม่ได้จัดเตรียมมาตรการด้านความปลอดภัยไว้อย่างเต็มที่: แรงดันไฟฟ้าอาจยังคงอยู่ในขดลวดและทำให้เกิดอันตรายต่ออุปกรณ์

สิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้อย่างไร?

สำหรับหม้อแปลงขนาดเล็กที่ทำงานเป็นแหล่งจ่ายไฟดังแสดงในรูปด้านบนแรงดันจากภายนอกจะไม่ก่อให้เกิดอันตรายใด ๆ เขาไม่มีที่จะไปจากที่นั่น และต้องคำนึงถึงอุปกรณ์ไฟฟ้าด้วย เราจะวิเคราะห์สาเหตุทั่วไปสองประการ:

1. การเชื่อมต่อแหล่งไฟฟ้าภายนอก

2. ผลของแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

ตัวเลือกแรก

บนหม้อแปลงที่ซับซ้อนไม่ใช่หนึ่ง แต่ใช้หลายขดลวดซึ่งใช้ในวงจรที่แตกต่างกัน พวกเขาทั้งหมดจะต้องตัดการเชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้า

นอกจากนี้ที่สถานีย่อยที่ดำเนินการในโหมดอัตโนมัติโดยไม่มีเจ้าหน้าที่ปฏิบัติการคงที่หม้อแปลงเพิ่มเติมจะเชื่อมต่อกับรถเมล์ของหม้อแปลงไฟฟ้าให้ความต้องการของสถานีย่อยด้วยพลังงานไฟฟ้า 0.4 kVพวกเขาถูกออกแบบมาเพื่อป้องกันพลังงานอุปกรณ์อัตโนมัติ, ไฟ, ความร้อนและวัตถุประสงค์อื่น ๆ

พวกเขาถูกเรียกว่า - TSN หรือหม้อแปลงเสริม หากแรงดันไฟฟ้าถูกลบออกจากอินพุตของหม้อแปลงไฟฟ้าและวงจรที่สองของมันเปิดอยู่และทำงานบน TSN จะมีความเป็นไปได้ของการเปลี่ยนแปลงแบบย้อนกลับเมื่อแรงดันไฟฟ้า 220 โวลต์จากด้านล่างทะลุถึงสูงผ่านรถบัสพลังงานที่เชื่อมต่อ ดังนั้นพวกเขาจะต้องปิด

การกระทำของแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

หากสายไฟฟ้าแรงสูงที่ทำงานภายใต้แรงดันไฟฟ้าผ่านใกล้กับรถบัสของหม้อแปลงที่ตัดการเชื่อมต่อจากนั้นกระแสที่ไหลผ่านจะสามารถกระตุ้นแรงดันไฟฟ้าให้กับยางได้ มีความจำเป็นต้องใช้มาตรการเพื่อลบออก

จัดอันดับโหมดการทำงาน

นี่เป็นสถานะปกติของหม้อแปลงในระหว่างการทำงานที่มันถูกสร้างขึ้น กระแสในขดลวดและแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับพวกเขาสอดคล้องกับค่าที่คำนวณได้

หม้อแปลงในโหมดโหลดปกติจะใช้และแปลงความจุที่สอดคล้องกับค่าการออกแบบสำหรับทรัพยากรทั้งหมดที่มีให้

โหมดไม่ได้ใช้งาน

มันถูกสร้างขึ้นเมื่อแรงดันถูกจ่ายให้กับหม้อแปลงจากแหล่งจ่ายไฟและโหลดถูกตัดการเชื่อมต่อที่ขั้วของขดลวดเอาต์พุตนั่นคือวงจรเปิดอยู่ สิ่งนี้จะช่วยลดการไหลของกระแสผ่านขดลวดทุติยภูมิ

หม้อแปลงในโหมดว่างจะใช้พลังงานต่ำที่สุดที่กำหนดโดยคุณสมบัติการออกแบบ

โหมดลัดวงจร

นี่คือสถานการณ์เมื่อโหลดที่เชื่อมต่อกับหม้อแปลงกลายเป็น shorted, shunted อย่างแน่นหนาโดย chain ที่มีความต้านทานไฟฟ้าต่ำมากและแหล่งจ่ายไฟทั้งหมดของแหล่งจ่ายแรงดันทำหน้าที่กับมัน

ในโหมดนี้การไหลของกระแสลัดวงจรขนาดใหญ่นั้นไม่ จำกัด ในทางปฏิบัติ พวกเขามีพลังงานความร้อนสูงมากและสามารถเผาไหม้สายไฟหรืออุปกรณ์ได้ ยิ่งไปกว่านั้นมันจะทำหน้าที่ดังกล่าวจนกว่าวงจรกำลังไฟผ่านขดลวดทุติยภูมิหรือขดลวดปฐมภูมิจะไหม้จนแตกในที่ที่อ่อนแอที่สุด

นี่เป็นโหมดที่อันตรายที่สุดที่สามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างการทำงานของหม้อแปลงและในเวลาใด ๆ ที่ไม่คาดคิดที่สุด รูปร่างหน้าตาของมันสามารถมองเห็นได้และการพัฒนาควรมี จำกัด ด้วยเหตุนี้พวกเขาใช้การป้องกันที่ตรวจสอบกระแสเกินที่อนุญาตในการโหลดและปิดโดยเร็วที่สุด

โหมดแรงดันไฟฟ้าเกิน

ขดลวดหม้อแปลงถูกหุ้มด้วยชั้นของฉนวนซึ่งสร้างขึ้นเพื่อทำงานภายใต้แรงดันไฟฟ้าที่แน่นอน ในระหว่างการใช้งานอาจมีสาเหตุหลายประการที่เกิดขึ้นทั้งภายในระบบไฟฟ้าและเป็นผลมาจากการสัมผัสกับปรากฏการณ์ทางบรรยากาศ

ในโรงงานมีการกำหนดค่าของแรงดันไฟฟ้าส่วนเกินที่อนุญาตซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นฉนวนได้นานหลายชั่วโมงและเกิดแรงดันไฟฟ้าสูงในระยะสั้นที่เกิดขึ้นชั่วคราวระหว่างการสลับอุปกรณ์

เพื่อป้องกันผลกระทบของพวกเขาพวกเขาสร้างการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเพิ่มซึ่งในกรณีฉุกเฉินปิดไฟจากวงจรในโหมดอัตโนมัติหรือ จำกัด การปล่อยพัลส์

ความต่อเนื่องของบทความ:การออกแบบหม้อแปลงชนิดหลัก