Πώς ρυθμίζεται και λειτουργεί ο μετασχηματιστής, ποια χαρακτηριστικά λαμβάνονται υπόψη κατά τη λειτουργία

Στην ενέργεια, τα ηλεκτρονικά και άλλους κλάδους της εφαρμοσμένης ηλεκτρολογίας, ένας μεγάλος ρόλος δίνεται στις μετασχηματισμούς της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας από τον ένα τύπο στον άλλο. Πολλές συσκευές μετασχηματιστών, οι οποίες δημιουργούνται για διάφορες εργασίες παραγωγής, ασχολούνται με αυτό το ζήτημα.

Ορισμένοι από αυτούς, έχοντας τον πιο πολύπλοκο σχεδιασμό, εκτελούν τον μετασχηματισμό ισχυρών ενεργειακών ροών υψηλής τάσης, για παράδειγμα. 500 ή 750 kilovolts σε 330 και 110 kV ή στην αντίθετη κατεύθυνση.

Άλλοι λειτουργούν ως μέρος μικρού μεγέθους συσκευών οικιακών συσκευών, ηλεκτρονικών συσκευών, συστημάτων αυτοματισμού. Χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως. σε διάφορες πηγές τροφοδοσίας κινητών συσκευών.

Οι μετασχηματιστές λειτουργούν μόνο σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος διαφορετικών συχνοτήτων και δεν προορίζονται για χρήση σε κυκλώματα συνεχούς ρεύματος που χρησιμοποιούν άλλους τύπους μετατροπέων.

Οι μετασχηματιστές χωρίζονται σε δύο κύριες ομάδες: μονοφασική, τροφοδοτούμενη από ένα μονοφασικό δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος και τριφασική, τροφοδοτούμενη από ένα τριφασικό δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος.

Οι μετασχηματιστές είναι πολύ διαφορετικοί στο σχεδιασμό. Τα κυριότερα στοιχεία του μετασχηματιστή είναι: ένας κλειστός χαλύβδινος πυρήνας (μαγνητικός πυρήνας), οι περιελίξεις και τα μέρη που χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση του μαγνητικού κυκλώματος και των πηνίων με τις περιελίξεις και για την εγκατάσταση του μετασχηματιστή στη διάταξη ανορθωτή. Ο πυρήνας του σωλήνα έχει σχεδιαστεί για να δημιουργεί μια κλειστή διαδρομή για τη μαγνητική ροή.

Τα μέρη του μαγνητικού κυκλώματος στο οποίο βρίσκονται οι περιελίξεις ονομάζονται ράβδοι και τα μέρη στα οποία δεν υπάρχουν περιελίξεις και τα οποία χρησιμεύουν για το κλείσιμο της μαγνητικής ροής στο μαγνητικό κύκλωμα ονομάζονται ζεύξεις. Το υλικό για το μαγνητικό κύκλωμα του μετασχηματιστή είναι ηλεκτρικός χάλυβας από χάλυβα (μετασχηματιστής). Αυτός ο χάλυβας μπορεί να είναι διαφόρων βαθμών, πάχους, θερμής και ψυχρής έλασης.

Γενικές αρχές λειτουργίας μετασχηματιστών

Γνωρίζουμε ότι η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια είναι αναπόσπαστη. Αλλά είναι σύνηθες να την εκπροσωπείτε σε δύο συνιστώσες:

1. ηλεκτρικά.

2. μαγνητικό.

Είναι ευκολότερο να κατανοήσουμε τα φαινόμενα που συμβαίνουν, να περιγράψουμε τις διαδικασίες, να κάνουμε υπολογισμούς, να σχεδιάσουμε διάφορες συσκευές και κυκλώματα. Ολόκληρα τμήματα της ηλεκτρομηχανολογίας είναι αφιερωμένα σε ξεχωριστές αναλύσεις της λειτουργίας ηλεκτρικών και μαγνητικών κυκλωμάτων.

Το ηλεκτρικό ρεύμα, όπως και η μαγνητική ροή, ρέει μόνο κατά μήκος ενός κλειστού κυκλώματος με αντίσταση (ηλεκτρική ή μαγνητική). Δημιουργείται από εξωτερικές εφαρμοζόμενες δυνάμεις - πηγές τάσης των αντίστοιχων ενεργειών.

Ωστόσο, κατά την εξέταση των αρχών λειτουργίας των συσκευών μετασχηματιστών, θα είναι απαραίτητο να μελετηθούν ταυτόχρονα και οι δύο αυτοί παράγοντες και να ληφθεί υπόψη το πολύπλοκο αποτέλεσμα της μετατροπής ισχύος.

Ο απλούστερος μετασχηματιστής αποτελείται από δύο περιελίξεις που κατασκευάζονται με περιελίξεις περιέλιξης ενός μονωμένου σύρματος, μέσω του οποίου ρέει ηλεκτρικό ρεύμα και μία γραμμή για μαγνητική ροή. Ονομάζεται συνήθως πυρήνας ή μαγνητικός πυρήνας.

Η τάση από την πηγή ηλεκτρικής ενέργειας U1 εφαρμόζεται στην είσοδο μίας περιέλιξης και από τους ακροδέκτες της δεύτερης, μετά τη μετατροπή σε U2, τροφοδοτείται στο συνδεδεμένο φορτίο R.

Κάτω από τη δράση της τάσης U1, ένα ρεύμα Ιι ρέει σε ένα κλειστό κύκλωμα στην πρώτη περιέλιξη, η τιμή του οποίου εξαρτάται από την σύνθετη αντίσταση Ζ, η οποία αποτελείται από δύο συνιστώσες:

1. ενεργή αντίσταση των συρμάτων του τυλίγματος.

2. δραστικό συστατικό με επαγωγικό χαρακτήρα.

Το μέγεθος της επαγωγής έχει μεγάλη επίδραση στη λειτουργία του μετασχηματιστή.

Η ηλεκτρική ενέργεια που ρέει διαμέσου του πρωτογενούς τυλίγματος με τη μορφή ρεύματος 11 είναι μέρος ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας, το μαγνητικό πεδίο του οποίου κατευθύνεται κάθετα προς την κίνηση των φορτίων ή τη θέση των στροφών του σύρματος. Ο πυρήνας μετασχηματιστή βρίσκεται στο επίπεδο του - το μαγνητικό κύκλωμα, μέσω του οποίου η μαγνητική ροή F.

Όλα αυτά αντικατοπτρίζονται σαφώς στην εικόνα και τηρούνται αυστηρά κατά τη διάρκεια της κατασκευής. Το ίδιο το μαγνητικό κύκλωμα είναι επίσης κλειστό, αν και για ορισμένους σκοπούς, για παράδειγμα, για να μειωθεί η μαγνητική ροή, μπορούν να γίνουν κενά σε αυτό, αυξάνοντας τη μαγνητική του αντίσταση.

Λόγω της ροής του πρωτογενούς ρεύματος μέσω του τυλίγματος, το μαγνητικό στοιχείο του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου διαπερνά το μαγνητικό κύκλωμα και κυκλοφορεί διαμέσου αυτού, διασχίζοντας τις στροφές του δευτερεύοντος τυλίγματος, το οποίο είναι κλειστό στην αντίσταση εξόδου R.

Υπό την επίδραση της μαγνητικής ροής, ένα ηλεκτρικό ρεύμα I2 προκαλείται στο δευτερεύον τύλιγμα. Η αξία της επηρεάζεται από την τιμή της ισχύς του μαγνητικού στοιχείου που εφαρμόζεται και της σύνθετης αντίστασης του κυκλώματος, συμπεριλαμβανομένου του συνδεδεμένου φορτίου R.

Όταν ο μετασχηματιστής λειτουργεί εντός του μαγνητικού κυκλώματος, δημιουργείται μια κοινή μαγνητική ροή F και τα συστατικά του F1 και F2.

Πώς είναι τοποθετημένο και λειτουργεί ο αυτομετασχηματιστής

Μεταξύ των συσκευών μετασχηματιστών, οι απλοποιημένες κατασκευές είναι ιδιαίτερα δημοφιλείς, χρησιμοποιώντας όχι δύο διαφορετικά ξεχωριστά κατασκευασμένα περιελίξεις, αλλά ένα κοινό, χωρισμένο σε τμήματα. Ονομάζονται αυτομετασχηματιστές.

Η αρχή της λειτουργίας ενός τέτοιου κυκλώματος έχει παραμείνει ουσιαστικά η ίδια: η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια εισόδου μετατρέπεται σε έξοδο. Τα πρωτεύοντα ρεύματα I1 ρέουν μέσω των περιελίξεων της περιέλιξης W1 και της δευτερεύουσας ροής I2 μέσω του W2. Το μαγνητικό κύκλωμα παρέχει μια διαδρομή για τη μαγνητική ροή F.

Ο αυτόματος μετασχηματιστής έχει μια γαλβανική σύνδεση μεταξύ των κυκλωμάτων εισόδου και εξόδου. Δεδομένου ότι δεν μετατρέπεται όλη η εφαρμοζόμενη ισχύς της πηγής, αλλά μόνο ένα μέρος της, δημιουργείται υψηλότερη απόδοση από ότι συμβατικό μετασχηματιστή.

Τέτοια σχέδια μπορούν να εξοικονομούν υλικά: χάλυβα για το μαγνητικό κύκλωμα, χαλκό για περιελίξεις. Έχουν μικρότερο βάρος και κόστος. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται αποτελεσματικά στο ενεργειακό σύστημα από 110 kV και άνω.

Δεν υπάρχουν πρακτικά ιδιαίτερες διαφορές στους τρόπους λειτουργίας του μετασχηματιστή και του αυτομετασχηματιστή.

Λειτουργίες λειτουργίας μετασχηματιστή

Κατά τη λειτουργία, οποιοσδήποτε μετασχηματιστής μπορεί να βρίσκεται σε μία από τις ακόλουθες καταστάσεις:

• εκτός εργασίας

• ονομαστική λειτουργία.

• ρελαντί.

• βραχυκύκλωμα;

• υπέρταση.

Λειτουργία τερματισμού λειτουργίας

Για να το δημιουργήσετε, αρκεί να αφαιρέσετε την τάση τροφοδοσίας της πηγής ηλεκτρικής ενέργειας από το πρωτεύον κύλινδρο και έτσι να αποκλείσετε τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος διαμέσου αυτής, κάτι που πάντα συμβαίνει χωρίς να αποτύχει με παρόμοιες συσκευές.

Ωστόσο, στην πράξη, όταν εργάζεστε με σύνθετες δομές μετασχηματιστών, το μέτρο αυτό δεν παρέχει πλήρως μέτρα ασφαλείας: η τάση μπορεί να παραμείνει στις περιελίξεις και να προκαλέσει βλάβη στον εξοπλισμό, να θέσει σε κίνδυνο το προσωπικό λόγω ακούσιας έκθεσης στις τρέχουσες εκφορτίσεις.

Πώς μπορεί να συμβεί αυτό;

Για τους μετασχηματιστές μικρού μεγέθους που λειτουργούν ως τροφοδοτικό, όπως φαίνεται στην επάνω φωτογραφία, η εξωτερική τάση δεν θα προκαλέσει καμία ζημιά. Απλά δεν έχει πουθενά να πάρει από εκεί. Και στον εξοπλισμό ισχύος πρέπει να λαμβάνεται υπόψη. Θα αναλύσουμε δύο κοινές αιτίες:

1. τη σύνδεση μιας εξωτερικής πηγής ηλεκτρικής ενέργειας,

2. Η επίδραση της επαγόμενης τάσης.

Πρώτη επιλογή

Σε σύνθετους μετασχηματιστές, δεν χρησιμοποιείται ένα, αλλά χρησιμοποιούνται αρκετές περιελίξεις, οι οποίες χρησιμοποιούνται σε διαφορετικά κυκλώματα. Όλα αυτά πρέπει να είναι αποσυνδεδεμένη τάση.

Επιπρόσθετα, σε υποσταθμούς που λειτουργούν σε αυτόματο τρόπο χωρίς σταθερό προσωπικό λειτουργίας, επιπλέον μετασχηματιστές συνδέονται με τα λεωφορεία των μετασχηματιστών ισχύος, παρέχοντας τις δικές τους ανάγκες του υποσταθμού με ηλεκτρική ισχύ 0,4 kV.Έχουν σχεδιαστεί για να προστατεύουν την τροφοδοσία, συσκευές αυτοματισμού, φωτισμό, θέρμανση και άλλους σκοπούς.

Ονομάζονται έτσι - TSN ή βοηθητικοί μετασχηματιστές. Εάν η τάση αφαιρεθεί από την είσοδο του μετασχηματιστή ισχύος και τα δευτερεύοντα κυκλώματά του είναι ανοιχτά και εκτελούνται εργασίες στο TSN, τότε υπάρχει δυνατότητα αντίστροφης μετασχηματισμού όταν η τάση των 220 volts από την χαμηλή πλευρά διεισδύει στην υψηλή μέσω των συνδεδεμένων διαύλων ισχύος. Επομένως, πρέπει να απενεργοποιηθούν.

Επαγωγική δράση τάσης

Εάν μια γραμμή υψηλής τάσης που λειτουργεί υπό τάση περνάει κοντά στα λεωφορεία του μετασχηματιστή, τότε τα ρεύματα που ρέουν μέσω αυτού μπορούν να προκαλέσουν τάση στα λεωφορεία. Είναι απαραίτητο να εφαρμοστούν μέτρα για την κατάργησή της.

Ονομαστική λειτουργία

Αυτή είναι η κανονική κατάσταση του μετασχηματιστή κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του για την οποία δημιουργήθηκε. Τα ρεύματα των περιελίξεων και οι εφαρμοζόμενες τάσεις αντιστοιχούν στις υπολογισμένες τιμές.

Ο μετασχηματιστής σε λειτουργία ονομαστικού φορτίου καταναλώνει και μετατρέπει τις ικανότητες που αντιστοιχούν στις τιμές σχεδιασμού για ολόκληρο τον πόρο που του παρέχεται.

Λειτουργία αναμονής

Δημιουργείται όταν παρέχεται τάση στον μετασχηματιστή από την πηγή ισχύος και το φορτίο αποσυνδέεται στους ακροδέκτες της περιέλιξης εξόδου, δηλαδή το κύκλωμα είναι ανοιχτό. Αυτό εξαλείφει τη ροή ρεύματος διαμέσου του δευτερεύοντος τυλίγματος.

Ο μετασχηματιστής σε κατάσταση αναμονής καταναλώνει τη χαμηλότερη δυνατή ισχύ, που καθορίζεται από τα χαρακτηριστικά σχεδίασης του.

Λειτουργία βραχυκυκλώματος

Αυτή είναι η κατάσταση όταν το φορτίο που συνδέεται με το μετασχηματιστή αποδεικνύεται βραχυκυκλωμένο, απομακρύνεται στενά από αλυσίδες με πολύ χαμηλές ηλεκτρικές αντιστάσεις και όλη η τροφοδοσία της πηγής τάσης ενεργεί πάνω του.

Σε αυτή τη λειτουργία, η ροή των τεράστιων ρευμάτων βραχυκυκλώματος είναι ουσιαστικά απεριόριστη. Έχουν τεράστια θερμική ενέργεια και είναι σε θέση να κάψουν καλώδια ή εξοπλισμό. Επιπλέον, ενεργούν μέχρι το κύκλωμα ισχύος μέσω του δευτερεύοντος ή πρωτογενούς τυλίγματος να καεί, σπάζοντας το ασθενέστερο σημείο.

Αυτή είναι η πιο επικίνδυνη λειτουργία που μπορεί να συμβεί κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του μετασχηματιστή και, εν πάση περιπτώσει, η πιο απροσδόκητη χρονική στιγμή. Η εμφάνισή του μπορεί να προβλεφθεί και η ανάπτυξη πρέπει να είναι περιορισμένη. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούν προστατευτικά μέσα που παρακολουθούν την περίσσεια επιτρεπόμενων ρευμάτων στο φορτίο και τα απενεργοποιούν όσο το δυνατόν γρηγορότερα.

Λειτουργία υπέρτασης

Οι περιελίξεις του μετασχηματιστή καλύπτονται με ένα στρώμα μόνωσης, το οποίο δημιουργείται για να λειτουργεί υπό μια ορισμένη τάση. Κατά τη λειτουργία, μπορεί να ξεπεραστεί για διάφορους λόγους που προκύπτουν τόσο στο εσωτερικό του ηλεκτρικού συστήματος όσο και ως αποτέλεσμα της έκθεσης σε ατμοσφαιρικά φαινόμενα.

Στο εργοστάσιο, προσδιορίζεται η τιμή της επιτρεπόμενης περίσσειας τάσης, η οποία μπορεί να δράσει στη μόνωση για μερικές ώρες και βραχυπρόθεσμες υπερτάσεις που δημιουργούνται από μεταβατικές συνθήκες κατά την αλλαγή του εξοπλισμού.

Για να αποτρέψουν την πρόσκρουσή τους, δημιουργούν προστασία από την υπέρταση, η οποία, σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης, απενεργοποιεί την τροφοδοσία από το κύκλωμα σε αυτόματο τρόπο ή περιορίζει τους παλμούς απόρριψης.

Συνέχεια του άρθρου:Οι κύριοι τύποι σχεδίων μετασχηματιστών