Hvordan er transformeren arrangeret og fungerer, hvilke egenskaber der tages i betragtning under drift

Inden for energi, elektronik og andre grene inden for anvendt elektroteknik gives en stor rolle til transformationer af elektromagnetisk energi fra en type til en anden. Talrige transformatorenheder, der er oprettet til forskellige produktionsopgaver, håndterer dette problem.

Nogle af dem, der har det mest komplekse design, udfører for eksempel transformation af kraftige højspændingsenergistrømme. 500 eller 750 kilovolt i 330 og 110 kV eller i den modsatte retning.

Andre arbejder som en del af små enheder til husholdningsapparater, elektroniske enheder, automatiseringssystemer. De er også meget brugt. i forskellige strømforsyninger til mobile enheder.

Transformatorer fungerer kun i vekselstrømskredsløb med forskellige frekvenser og er ikke beregnet til brug i jævnstrømskredsløb, der bruger andre typer konvertere.

Transformatorer er opdelt i to hovedgrupper: enfaset, drevet af et enfaset vekselstrømsnetværk, og trefaset, drevet af et trefaset vekselstrømsnetværk.

Transformere er meget forskellige i design. Hovedelementerne i transformeren er: en lukket stålkerne (magnetisk kerne), viklinger og dele, der bruges til at fastgøre magnetkredsløbet og spoler med viklinger og installere transformeren i ensretterenheden. Kernerøret er designet til at skabe en lukket bane til magnetisk flux.

De dele af det magnetiske kredsløb, som viklingerne er placeret på, kaldes stænger, og de dele, hvorpå der ikke er viklinger, og som tjener til at lukke magnetfluxen i det magnetiske kredsløb, kaldes åge. Materialet til transformatorens magnetiske kredsløb er elektrisk stålplade (transformerstål). Dette stål kan være i forskellige kvaliteter, tykkelser, varm og kold valsning.

Generelle principper for drift af transformere

Vi ved, at elektromagnetisk energi er uløselig. Men det er sædvanligt at repræsentere det i to komponenter:

1. elektrisk;

2. magnetisk.

Det er lettere at forstå de fænomener, der opstår, beskrive processer, foretage beregninger, designe forskellige enheder og kredsløb. Hele dele af elektroteknik er afsat til separate analyser af driften af ​​elektriske og magnetiske kredsløb.

Elektrisk strøm, som magnetisk strøm, strømmer kun langs et lukket kredsløb med modstand (elektrisk eller magnetisk). Det er skabt af eksterne påførte kræfter - spændingskilder til de tilsvarende energier.

Når man overvejer driftsprincipperne for transformatorenheder, vil det imidlertid være nødvendigt samtidig at studere begge disse faktorer og tage hensyn til deres komplekse virkning på strømkonvertering.

Den enkleste transformer består af to viklinger lavet af viklingsspoler af en isoleret ledning, gennem hvilken elektrisk strøm strømmer og en linje til magnetisk flux. Det kaldes ofte en kerne eller magnetisk kerne.

Spændingen fra den elektriske strømkilde U1 tilføres indgangen til den ene vikling, og fra klemmerne på den anden leveres den efter konvertering til U2 til den tilsluttede belastning R.

Under virkningen af ​​spænding U1 strømmer en strøm I i et lukket kredsløb i den første vikling, hvis værdi afhænger af impedansen Z, der består af to komponenter:

1. aktiv modstand fra viklingens ledninger

2. reaktiv komponent med en induktiv karakter.

Størrelsen af ​​induktansen har stor indflydelse på betjeningen af ​​transformeren.

Den elektriske energi, der strømmer gennem den primære vikling i form af strøm I1, er en del af elektromagnetisk energi, hvis magnetfelt er rettet vinkelret på bevægelsen af ​​ladninger eller placeringen af ​​trådspændene. Transformorkernen er placeret i sit plan - det magnetiske kredsløb, gennem hvilket magnetfluxen F.

Alt dette afspejles tydeligt på billedet og overholdes nøje under fremstillingen. Selve magnetkredsløbet er også lukket, skønt der for visse formål, for eksempel for at reducere magnetisk flux, kan der dannes huller i det, hvilket øger dens magnetiske modstand.

På grund af strømmen af ​​den primære strøm gennem viklingen trænger den magnetiske komponent i det elektromagnetiske felt ind i magnetkredsløbet og cirkulerer gennem det og krydser svingningerne i den sekundære vikling, som er lukket for udgangsmodstanden R.

Under påvirkning af magnetisk flux induceres en elektrisk strøm I2 i den sekundære vikling. Dets værdi påvirkes af værdien af ​​den anvendte magnetiske komponentstyrke og impedansen i kredsløbet, inklusive den tilsluttede belastning R.

Når transformatoren fungerer inden i magnetkredsløbet, oprettes en fælles magnetisk flux F og dens komponenter F1 og F2.

Hvordan autotransformatoren er arrangeret og fungerer

Blandt transformatorenheder er forenklede konstruktioner især populære, idet de ikke bruger to forskellige separat fremstillede viklinger, men en fælles, opdelt i sektioner. De kaldes autotransformatorer.

Princippet for driften af ​​et sådant kredsløb er praktisk taget det samme: den elektromagnetiske indgangsenergi konverteres til output. Primære strømme I1 strømmer gennem viklingerne af den viklede W1, og sekundær I2 strømmer gennem W2. Det magnetiske kredsløb tilvejebringer en vej til magnetisk flux F.

Autotransformatoren har en galvanisk forbindelse mellem indgangs- og udgangskredsløbene. Da ikke al den anvendte kraft fra kilden konverteres, men kun en del af den, skabes en højere effektivitet end for en konventionel transformer.

Sådanne design kan spare på materialer: stål til magnetisk kredsløb, kobber til viklinger. De har mindre vægt og omkostninger. Derfor bruges de effektivt i energisystemet fra 110 kV og derover.

Der er praktisk taget ingen specielle forskelle i driftsformerne for transformatoren og autotransformatoren.

Transformatorens driftstilstande

Under drift kan enhver transformer være i en af ​​følgende tilstande:

• ude af arbejde;

• nominel tilstand;

• tomgang;

• kortslutning;

• overanstrengelse.

Luk tilstand

For at skabe det er det nok at fjerne forsyningsspændingen for den elektriske strømkilde fra den primære vikling og derved udelukke passage af elektrisk strøm gennem den, hvilket de altid gør uden fejl med lignende enheder.

I praksis, når man arbejder med komplekse transformatorkonstruktioner, giver denne foranstaltning imidlertid ikke fuldstændigt sikkerhedsforanstaltninger: spænding kan forblive på viklingerne og forårsage skade på udstyret, fare personale på grund af utilsigtet eksponering for strømudladninger.

Hvordan kan dette ske?

For små transformatorer, der fungerer som strømforsyning, som vist på øverste foto, vil ekstern spænding ikke forårsage nogen skade. Han har simpelthen ingen steder at tage derfra. Og på el-udstyr skal det tages i betragtning. Vi vil analysere to almindelige årsager:

1. tilslutning af en ekstern strømkilde;

2. effekten af ​​induceret spænding.

Første mulighed

På komplekse transformere bruges ikke en, men flere viklinger, der bruges i forskellige kredsløb. Alle af dem skal være frakoblet spænding.

Derudover er der ved transformatorstationer, der køres i en automatisk tilstand uden konstant driftspersonale, tilsluttet yderligere transformatorer til busserne fra krafttransformatorer, hvilket giver deres egne behov i transformatorstationen en elektrisk energi på 0,4 kV.De er designet til strømbeskyttelse, automatiseringsenheder, belysning, opvarmning og andre formål.

De kaldes så - TSN eller hjælpetransformatorer. Hvis spændingen fjernes fra indgangen til strømtransformatoren og dens sekundære kredsløb er åbne, og der udføres arbejde på TSN, er der en mulighed for omvendt transformation, når spændingen på 220 volt fra lavsiden trænger ind til den høje via de tilsluttede kraftbusser. Derfor skal de slukkes.

Fremkaldt spænding

Hvis en højspændingsledning, der kører under spænding, passerer nær busserne på en frakoblet transformer, kan strømmen, der strømmer gennem den, inducere spænding på dækkene. Det er nødvendigt at anvende foranstaltninger for at fjerne det.

Nominel driftstilstand

Dette er den normale tilstand af transformeren under dens drift, som den blev oprettet til. Strømmene i viklingerne og de anvendte spændinger svarer til de beregnede værdier.

Transformatoren i nominel belastningstilstand forbruger og konverterer kapaciteter svarende til designværdierne for hele den ressource, der er leveret til den.

Inaktiv tilstand

Det oprettes, når der tilføres spænding til transformatoren fra strømkilden, og belastningen frakobles ved terminalerne på udgangsviklingen, dvs. kredsløbet er åbent. Dette eliminerer strømmen af ​​strøm gennem sekundærviklingen.

Transformatoren i hviletilstand bruger den lavest mulige effekt, bestemt af dens designfunktioner.

Kortslutningstilstand

Dette er situationen, når belastningen, der er tilsluttet transformatoren, viser sig at være kortsluttet, tæt omskiftet af kæder med meget lave elektriske modstande, og hele strømforsyningen i spændingskilden virker på den.

I denne tilstand er strømmen af ​​enorme kortslutningsstrømme praktisk talt ubegrænset. De har enorm termisk energi og er i stand til at brænde ledninger eller udstyr. Derudover fungerer de, indtil strømkredsløbet gennem sekundær eller primær vikling brænder ud og bryder på det svageste sted.

Dette er den farligste tilstand, der kan forekomme under betjening af en transformer, og når som helst det mest uventede tidspunkt. Dets udseende kan forventes, og udvikling bør begrænses. Til dette formål bruger de beskyttelser, der overvåger overskydende tilladte strømme på belastningen og slukker dem så hurtigt som muligt.

Overspændingstilstand

Transformatorviklingerne er dækket med et isoleringslag, der er skabt til at arbejde under en bestemt spænding. Under drift kan det overskrides af forskellige grunde, der opstår både inde i det elektriske system og som et resultat af eksponering for atmosfæriske fænomener.

På fabrikken bestemmes værdien af ​​den tilladte overspænding, som kan virke på isoleringen i op til flere timer og kortsigtede overspændinger oprettet af transienter under omskiftning af udstyr.

For at forhindre deres påvirkning skaber de beskyttelse mod spændingsforøgelse, som i tilfælde af en nødsituation slukker for strømmen fra kredsløbet i automatisk tilstand eller begrænser afladningsimpulser.

Fortsættelse af artiklen:De vigtigste typer af transformer design

Comments

[#1 Ruslan]

Så fantastisk!