Cum este aranjat și funcționat transformatorul, ce caracteristici sunt luate în considerare în timpul funcționării

În domeniul ingineriei energetice, al electronicii și al altor ramuri ale ingineriei electrice aplicate, un rol important este atribuit transformărilor de energie electromagnetică de la un tip la altul. Numeroase dispozitive transformatoare, create pentru diferite activități de producție, tratează această problemă.

Unii dintre ei, având designul cel mai complex, realizează transformarea unor fluxuri puternice de energie de înaltă tensiune, de exemplu. 500 sau 750 kilovolti în 330 și 110 kV sau în sens invers.

Alții lucrează ca o parte a dispozitivelor de dimensiuni mici ale aparatelor de uz casnic, dispozitivelor electronice, sistemelor de automatizare. De asemenea, sunt utilizate pe scară largă. în diverse surse de alimentare ale dispozitivelor mobile.

Transformatoarele funcționează numai în circuite de tensiune alternativă cu frecvențe diferite și nu sunt destinate utilizării în circuite CC care utilizează alte tipuri de convertoare.

Transformatoarele sunt împărțite în două grupe principale: monofazate, alimentate de o rețea de curent alternativ monofazat și trifazate, alimentate de o rețea de curent alternativ trifazat.

Transformatoarele sunt foarte diverse în materie de design. Elementele principale ale transformatorului sunt: ​​un miez închis de oțel (miez magnetic), înfășurări și piese utilizate pentru fixarea circuitului magnetic și bobine cu înfășurări și instalarea transformatorului în dispozitivul redresor. Țeava de miez este proiectată pentru a crea o cale închisă pentru fluxul magnetic.

Părțile circuitului magnetic pe care sunt amplasate înfășurările se numesc tije, iar părțile pe care nu există înfășurări și care servesc la închiderea fluxului magnetic în circuitul magnetic se numesc juguri. Materialul pentru circuitul magnetic al transformatorului este oțel electric din tablă (oțel transformator). Acest oțel poate fi de diferite grade, grosimi, laminare la cald și la rece.

Principii generale de funcționare a transformatoarelor

Știm că energia electromagnetică este inextricabilă. Dar este obișnuit să îl reprezentăm în două componente:

1. electric;

2. magnetice.

Este mai ușor să înțelegeți fenomenele care apar, să descrieți procese, să faceți calcule, să proiectați diverse dispozitive și circuite. Secțiuni complete de inginerie electrică sunt dedicate analizelor separate ale funcționării circuitelor electrice și magnetice.

Curentul electric, ca și fluxul magnetic, curge doar de-a lungul unui circuit închis cu rezistență (electric sau magnetic). Este creat de forțele externe aplicate - surse de tensiune ale energiilor corespunzătoare.

Cu toate acestea, atunci când se iau în considerare principiile de funcționare ale dispozitivelor transformatoare, va fi necesar să se studieze simultan ambii factori și să se țină seama de efectul lor complex asupra conversiei de putere.

Cel mai simplu transformator constă din două înfășurări realizate prin înfășurarea bobinelor unui fir izolat prin care curge curent electric și o linie pentru flux magnetic. Se numește în mod obișnuit nucleu sau miez magnetic.

Tensiunea de la sursa de energie electrică U1 se aplică la intrarea unei înfășurări, iar de la bornele celei de-a doua, după conversia în U2, este furnizată sarcinii conectate R.

Sub acțiunea tensiunii U1 în prima înfășurare, un curent I1 curge printr-un circuit închis, a cărui valoare depinde de impedanța Z, care constă din două componente:

1. rezistența activă a firelor înfășurării;

2. componentă reactivă cu caracter inductiv.

Mărimea inductanței are o influență mare asupra funcționării transformatorului.

Energia electrică care curge prin înfășurarea primară sub formă de curent I1 este o parte a energiei electromagnetice, al cărei câmp magnetic este direcționat perpendicular pe mișcarea sarcinilor sau locația virajelor sârmei. Nucleul transformatorului este situat în planul său - circuitul magnetic, prin care fluxul magnetic F.

Toate acestea se reflectă clar în imagine și sunt respectate cu strictețe în timpul fabricației. Circuitul magnetic în sine este de asemenea închis, deși în anumite scopuri, de exemplu, pentru a reduce fluxul magnetic, se pot face goluri în el, crescând rezistența sa magnetică.

Datorită curgerii curentului primar prin înfășurare, componenta magnetică a câmpului electromagnetic pătrunde în circuitul magnetic și circulă prin acesta, traversând virajele înfășurării secundare, care este închisă la rezistența de ieșire R.

Sub influența fluxului magnetic, un curent electric I2 este indus în înfășurarea secundară. Valoarea acestuia este afectată de valoarea rezistenței componentei magnetice aplicate și de impedanța circuitului, inclusiv a sarcinii R conectate.

Când transformatorul funcționează în interiorul circuitului magnetic, se creează un flux magnetic F comun și componentele sale F1 și F2.

Cum este aranjat și funcționat autotransformatorul

Printre dispozitivele transformatoare, construcțiile simplificate sunt deosebit de populare, folosind nu două înfășurări realizate separat, ci una comună, împărțită în secțiuni. Se numesc autotransformatori.

Principiul funcționării unui astfel de circuit a rămas practic același: energia electromagnetică de intrare este transformată în ieșire. Curenții primari I1 curg prin înfășurările W1, și I2 secundare curge prin W2. Circuitul magnetic asigură o cale pentru fluxul magnetic F.

Autotransformatorul are o conexiune galvanică între circuitele de intrare și ieșire. Deoarece nu toată puterea aplicată a sursei este convertită, ci doar o parte din ea, se creează o eficiență mai mare decât cea a unui transformator convențional.

Asemenea modele pot economisi materiale: oțel pentru circuitul magnetic, cupru pentru înfășurări. Au greutate și costuri mai puține. Prin urmare, sunt utilizate în mod eficient în sistemul energetic de la 110 kV și mai mult.

Practic nu există diferențe speciale în modurile de operare ale transformatorului și autotransformatorului.

Moduri de operare a transformatorului

În timpul funcționării, orice transformator poate fi într-una din următoarele stări:

• fără muncă;

• modul nominal;

• mers în gol;

• scurtcircuit;

• surmenaj.

Mod de închidere

Pentru a-l crea, este suficient să îndepărtați tensiunea de alimentare a sursei de energie electrică de la înfășurarea primară și, astfel, să excludeți trecerea curentului electric prin intermediul acesteia, lucru pe care îl fac întotdeauna fără a eșua cu dispozitive similare.

Cu toate acestea, în practică, atunci când lucrați cu structuri transformatoare complexe, această măsură nu oferă în totalitate măsuri de siguranță: tensiunea poate rămâne pe înfășurări și poate provoca daune echipamentului, punând în pericol personalul din cauza expunerii accidentale la descărcările de curent.

Cum se poate întâmpla asta?

Pentru transformatoarele de dimensiuni mici, care funcționează ca o sursă de alimentare, așa cum se arată în fotografia de sus, tensiunea externă nu va provoca niciun rău. Pur și simplu nu are unde să ia de acolo. Și la echipamentele electrice trebuie să fie luate în considerare. Vom analiza două cauze comune:

1. conectarea unei surse externe de electricitate;

2. efectul tensiunii induse.

Prima opțiune

La transformatoarele complexe, nu este folosit unul, ci mai multe înfășurări, care sunt utilizate în circuite diferite. Toate acestea trebuie să fie de tensiune deconectate.

În plus, la stațiile de operare în regim automat, fără personal de funcționare constant, transformatoarele suplimentare sunt conectate la autobuzele transformatoarelor de putere, oferindu-și propriile nevoi ale stației cu o putere electrică de 0,4 kV.Sunt concepute pentru protecții de putere, dispozitive de automatizare, iluminare, încălzire și alte scopuri.

Acestea sunt numite așa - TSN sau transformatoare auxiliare. Dacă tensiunea este îndepărtată de la intrarea transformatorului de putere și circuitele secundare ale acestuia sunt deschise, iar lucrarea este efectuată pe TSN, atunci există posibilitatea unei transformări inverse când tensiunea de 220 de volți din partea joasă pătrunde în cea înaltă prin intermediul autobuzelor conectate. Prin urmare, trebuie să fie oprite.

Acțiune de tensiune indusă

Dacă o linie de înaltă tensiune care circulă sub tensiune trece lângă autobuzele unui transformator deconectat, atunci curenții care circulă prin ea pot induce tensiune pe anvelope. Este necesar să se aplice măsuri pentru înlăturarea acestuia.

Mod de operare nominalizat

Aceasta este starea normală a transformatorului în timpul funcționării sale pentru care a fost creat. Curenții în înfășurări și tensiunile aplicate acestora corespund valorilor calculate.

Transformatorul în modul de încărcare nominală consumă și transformă capacitățile corespunzătoare valorilor de proiectare pentru întreaga resursă prevăzută pentru acesta.

Modul inactiv

Se creează atunci când tensiunea este furnizată transformatorului de la sursa de alimentare, iar sarcina este deconectată la bornele înfășurării de ieșire, adică circuitul este deschis. Aceasta elimină debitul de curent prin înfășurarea secundară.

Transformatorul în regim de ralanti consumă cea mai mică putere posibilă, determinată de caracteristicile sale de proiectare.

Mod de scurtcircuit

Aceasta este situația în care sarcina conectată la transformator se dovedește a fi scurtată, strânsă strâns de lanțuri cu rezistențe electrice foarte mici și întreaga sursă de alimentare a sursei de tensiune acționează asupra acesteia.

În acest mod, fluxul de curenți uriași de scurtcircuit este practic nelimitat. Au o energie termică extraordinară și sunt capabili să ardă fire sau echipamente. Mai mult, acestea acționează până când circuitul de alimentare prin înfășurarea secundară sau primară se arde, rupându-se în cel mai slab loc.

Acesta este modul cel mai periculos care poate apărea în timpul funcționării unui transformator și, în orice moment, cel mai neașteptat moment din timp. Aspectul său poate fi prevăzut, iar dezvoltarea ar trebui să fie limitată. În acest scop, utilizează protecții care monitorizează excesul de curenți admisibili pe sarcină și le opresc cât mai repede.

Modul de supratensiune

Înfășurările transformatorului sunt acoperite cu un strat de izolație, care este creat pentru a funcționa sub o anumită tensiune. În timpul funcționării, acesta poate fi depășit din diferite motive care apar atât în ​​interiorul sistemului electric, cât și ca urmare a expunerii la fenomene atmosferice.

În fabrică, se determină valoarea excesului de tensiune admisibil, care poate acționa asupra izolației până la câteva ore și a supratensiunilor pe termen scurt create de tranzitorii în timpul comutării echipamentului.

Pentru a preveni impactul lor, creează protecție împotriva creșterii tensiunii, care, în caz de urgență, oprește puterea din circuit în regim automat sau limitează impulsurile de descărcare.

Continuarea articolului:Principalele tipuri de modele de transformatoare