Hoe is de transformator opgesteld en werkt deze, met welke kenmerken wordt tijdens het gebruik rekening gehouden

In energietechniek, elektronica en andere takken van toegepaste elektrotechniek wordt een grote rol gegeven aan transformaties van elektromagnetische energie van het ene type naar het andere. Talrijke transformatorapparaten, die zijn gemaakt voor verschillende productietaken, behandelen dit probleem.

Sommigen van hen, met het meest complexe ontwerp, voeren bijvoorbeeld de transformatie van krachtige hoogspanningsenergiestromen uit. 500 of 750 kilovolt in 330 en 110 kV of in de tegenovergestelde richting.

Anderen werken als onderdeel van kleine apparaten van huishoudelijke apparaten, elektronische apparaten, automatiseringssystemen. Ze worden ook veel gebruikt. in verschillende voedingen van mobiele apparaten.

Transformatoren werken alleen in wisselstroomcircuits met verschillende frequenties en zijn niet bedoeld voor gebruik in DC-circuits die andere typen converters gebruiken.

Transformatoren zijn onderverdeeld in twee hoofdgroepen: eenfase, aangedreven door een wisselstroomnetwerk met één fase, en driefasen, aangedreven door een wisselstroomnetwerk met drie fasen.

Transformatoren zijn zeer divers in ontwerp. De belangrijkste elementen van de transformator zijn: een gesloten stalen kern (magnetische kern), wikkelingen en onderdelen die worden gebruikt om het magnetische circuit en spoelen met wikkelingen te bevestigen en de transformator in de gelijkrichter te installeren. De kernpijp is ontworpen om een ​​gesloten pad voor magnetische flux te creëren.

De delen van het magnetische circuit waarop de wikkelingen zich bevinden worden staven genoemd, en de delen waarop er geen wikkelingen zijn en die dienen om de magnetische flux in het magnetische circuit te sluiten, worden jukken genoemd. Het materiaal voor het transformatormagneetcircuit is elektrisch plaatstaal (transformatorstaal). Dit staal kan verschillende kwaliteiten, diktes hebben, warm en koud walsen.

Algemene werkingsprincipes van transformatoren

We weten dat elektromagnetische energie onlosmakelijk is. Maar het is gebruikelijk om het in twee componenten weer te geven:

1. elektrisch;

2. magnetisch.

Het is gemakkelijker om de verschijnselen die zich voordoen te begrijpen, processen te beschrijven, berekeningen te maken, verschillende apparaten en circuits te ontwerpen. Volledige secties van elektrotechniek zijn gewijd aan afzonderlijke analyses van de werking van elektrische en magnetische circuits.

Elektrische stroom, zoals magnetische flux, stroomt alleen langs een gesloten circuit met weerstand (elektrisch of magnetisch). Het wordt gecreëerd door externe uitgeoefende krachten - spanningsbronnen van de overeenkomstige energieën.

Bij het overwegen van de werkingsprincipes van transformatorapparaten zal het echter nodig zijn om beide factoren tegelijkertijd te bestuderen en rekening te houden met hun complexe effect op stroomconversie.

De eenvoudigste transformator bestaat uit twee wikkelingen gemaakt door spoelen van een geïsoleerde draad waardoor elektrische stroom vloeit en een lijn voor magnetische flux. Het wordt meestal een kern of magnetische kern genoemd.

De spanning van de elektrische stroombron U1 wordt aangelegd op de ingang van één wikkeling en vanaf de klemmen van de tweede wordt deze, na conversie naar U2, geleverd aan de aangesloten belasting R.

Onder invloed van spanning U1 in de eerste wikkeling stroomt een stroom I1 door een gesloten circuit, waarvan de waarde afhankelijk is van de impedantie Z, die uit twee componenten bestaat:

1. actieve weerstand van de draden van de wikkeling;

2. reactieve component met een inductief karakter.

De grootte van de inductie heeft een grote invloed op de werking van de transformator.

De elektrische energie die door de primaire wikkeling stroomt in de vorm van stroom I1 is een deel van elektromagnetische energie, waarvan het magnetische veld loodrecht op de beweging van ladingen of de locatie van de draadwindingen wordt gericht. De transformatorkern bevindt zich in zijn vlak - het magnetische circuit, waardoor de magnetische flux F.

Dit alles wordt duidelijk weerspiegeld in de afbeelding en wordt strikt nageleefd tijdens de productie. Het magnetische circuit zelf is ook gesloten, hoewel voor bepaalde doeleinden, bijvoorbeeld om de magnetische flux te verminderen, er gaten in kunnen worden gemaakt, waardoor de magnetische weerstand wordt verhoogd.

Vanwege de stroom van de primaire stroom door de wikkeling, penetreert de magnetische component van het elektromagnetische veld het magnetische circuit en circuleert erdoorheen en kruist de windingen van de secundaire wikkeling, die gesloten is voor de uitgangsweerstand R.

Onder invloed van magnetische flux wordt een elektrische stroom I2 geïnduceerd in de secundaire wikkeling. De waarde ervan wordt beïnvloed door de waarde van de toegepaste magnetische componentsterkte en de impedantie van het circuit, inclusief de aangesloten belasting R.

Wanneer de transformator in het magnetische circuit werkt, wordt een gemeenschappelijke magnetische flux F en zijn componenten F1 en F2 gecreëerd.

Hoe de autotransformator is gerangschikt en werkt

Onder transformatorinrichtingen zijn vereenvoudigde ontwerpen bijzonder populair, waarbij niet twee verschillende afzonderlijk gemaakte wikkelingen worden gebruikt, maar één gemeenschappelijke, verdeeld in secties. Ze worden autotransformers genoemd.

Het werkingsprincipe van een dergelijk circuit is vrijwel hetzelfde gebleven: de input elektromagnetische energie wordt omgezet in output. Primaire stromen I1 stromen door de wikkelingen van de wikkeling W1 en secundaire I2 stromen door W2. Het magnetische circuit biedt een pad voor magnetische flux F.

De autotransformator heeft een galvanische verbinding tussen de ingangs- en uitgangscircuits. Omdat niet alle toegepaste kracht van de bron wordt omgezet, maar slechts een deel ervan, wordt een hoger rendement gecreëerd dan met een conventionele transformator.

Dergelijke ontwerpen kunnen op materialen besparen: staal voor het magnetische circuit, koper voor wikkelingen. Ze hebben minder gewicht en kosten. Daarom worden ze effectief gebruikt in het energiesysteem vanaf 110 kV en hoger.

Er zijn praktisch geen speciale verschillen in de bedrijfsmodi van de transformator en autotransformator.

Transformator bedrijfsmodi

Tijdens bedrijf kan elke transformator zich in een van de volgende statussen bevinden:

• werkloos;

• nominale modus;

• stationair draaien;

• kortsluiting;

• overbelasting.

Uitschakelmodus

Om het te maken, volstaat het om de voedingsspanning van de elektrische stroombron van de primaire wikkeling te verwijderen en daardoor de doorgang van elektrische stroom erdoor uit te sluiten, wat ze altijd doen zonder fouten met vergelijkbare apparaten.

In de praktijk biedt deze maatregel bij het werken met complexe transformatorstructuren echter niet volledig veiligheidsmaatregelen: er kan spanning op de wikkelingen blijven en schade aan de apparatuur veroorzaken, personeel in gevaar brengen door onbedoelde blootstelling aan stroomontladingen.

Hoe kan dit gebeuren?

Voor kleine transformatoren die als voeding werken, zoals te zien op de bovenste foto, veroorzaakt externe spanning geen schade. Hij heeft eenvoudig nergens vanaf daar te nemen. En op krachtapparatuur moet hiermee rekening worden gehouden. We zullen twee veel voorkomende oorzaken analyseren:

1. aansluiten van een externe elektriciteitsbron;

2. het effect van geïnduceerde spanning.

Eerste optie

Op complexe transformatoren worden niet één, maar meerdere wikkelingen gebruikt, die in verschillende circuits worden gebruikt. Ze moeten allemaal spanningsloos zijn.

Bovendien worden bij onderstations die in een automatische modus worden gebruikt zonder constant bedienend personeel, extra transformatoren aangesloten op de bussen van vermogenstransformatoren, die voorzien in hun eigen behoeften van het onderstation met elektrische energie van 0,4 kV.Ze zijn ontworpen voor bescherming tegen stroomvoorziening, automatiseringsapparatuur, verlichting, verwarming en andere doeleinden.

Ze worden zo genoemd - TSN of hulptransformatoren. Als de spanning van de ingang van de vermogenstransformator wordt verwijderd en de secundaire circuits open zijn, en er wordt gewerkt aan de TSN, dan is er een mogelijkheid van omgekeerde transformatie wanneer de spanning van 220 volt van de lage kant via de aangesloten voedingsbussen naar de hoge doordringt. Daarom moeten ze worden uitgeschakeld.

Geïnduceerde spanningsactie

Als een hoogspanningslijn die onder spanning loopt langs de bussen van een losgekoppelde transformator loopt, kunnen de stromen die erdoorheen stromen spanning op de banden veroorzaken. Het is noodzakelijk om maatregelen toe te passen om het te verwijderen.

Nominale bedrijfsmodus

Dit is de normale status van de transformator tijdens de werking waarvoor deze is gemaakt. De stromen in de wikkelingen en de daarop aangebrachte spanningen komen overeen met de berekende waarden.

De transformator in nominale laadmodus verbruikt en converteert capaciteiten die overeenkomen met de ontwerpwaarden voor de volledige bron die ervoor is verstrekt.

Inactieve modus

Het wordt gecreëerd wanneer spanning wordt geleverd aan de transformator vanaf de stroombron en de belasting wordt losgekoppeld op de klemmen van de uitgangswikkeling, dat wil zeggen dat het circuit open is. Dit elimineert de stroom van stroom door de secundaire wikkeling.

De transformator in de inactieve modus verbruikt het laagst mogelijke vermogen, bepaald door zijn ontwerpkenmerken.

Kortsluitmodus

Dit is de situatie waarin de op de transformator aangesloten belasting kortgesloten blijkt te zijn, strak omgeleid door kettingen met zeer lage elektrische weerstanden en de gehele voeding van de spanningsbron erop inwerkt.

In deze modus is de stroom van enorme kortsluitstromen vrijwel onbeperkt. Ze hebben enorme thermische energie en kunnen draden of apparatuur verbranden. Bovendien werken ze totdat het stroomcircuit door de secundaire of primaire wikkeling opbrandt en op de zwakste plek breekt.

Dit is de gevaarlijkste modus die kan optreden tijdens de werking van de transformator en op elk moment het meest onverwachte moment. Het uiterlijk kan worden voorzien en de ontwikkeling moet beperkt zijn. Hiertoe gebruiken ze beveiligingen die het teveel aan toelaatbare stromen op de belasting controleren en deze zo snel mogelijk uitschakelen.

Overspanningsmodus

De transformatorwikkelingen zijn bedekt met een laag isolatie, die is gemaakt om onder een bepaalde spanning te werken. Tijdens bedrijf kan het worden overschreden om verschillende redenen die zowel in het elektrische systeem als als gevolg van blootstelling aan atmosferische verschijnselen optreden.

In de fabriek wordt de waarde van de toelaatbare overspanning bepaald, die tot enkele uren op de isolatie kan werken en op korte termijn overspanningen veroorzaakt door transiënten tijdens het schakelen van apparatuur.

Om hun impact te voorkomen, creëren ze bescherming tegen overspanning, die in geval van nood de stroom van het circuit in de automatische modus uitschakelt of de ontladingspulsen beperkt.

Vervolg van het artikel:De belangrijkste soorten transformatorontwerpen