Како је трансформатор уређен и ради, које карактеристике се узимају у обзир током рада

У енергетици, електроници и другим гранама примењене електротехнике, велика улога се даје трансформацијама електромагнетне енергије из једне врсте у другу. Бројни трансформаторски уређаји који су створени за различите производне задатке баве се овом проблематиком.

Неки од њих, који имају најсложенији дизајн, на пример, врше трансформацију снажних високонапонских енергетских токова. 500 или 750 киловолта у 330 и 110 кВ или у супротном смеру.

Други раде као део уређаја малих кућанских апарата, електронских уређаја, система за аутоматизацију. Такође се широко користе. у разним изворима напајања мобилних уређаја.

Трансформатори раде само у измјеничним напонским круговима различитих фреквенција и нису намијењени употреби у истосмјерним круговима који користе друге врсте претварача.

Трансформатори су подељени у две главне групе: једнофазне, које покрећу једнофазна мрежа наизменичних струја, и трофазне, које покрећу трофазна мрежа наизменичних струја.

Трансформатори су врло разнолики у дизајну. Главни елементи трансформатора су: затворена челична језгра (магнетно језгро), намотаји и делови који се користе за причвршћивање магнетног круга и завојнице са намотима и уградњу трансформатора у исправљачки уређај. Језграна цев дизајнирана је тако да ствара затворену стазу за магнетни ток.

Делови магнетног круга на којима су намотаји називају се шипке, а делови на којима нема намотаја и који служе за затварање магнетног тока у магнетном кругу називају се витице. Материјал за магнетни круг трансформатора је лима електрични челик (трансформаторски челик). Овај челик може бити различитих врста, дебљина, врућег и хладног ваљања.

Општи принципи рада трансформатора

Знамо да је електромагнетна енергија нераскидива. Али уобичајено је да се представља у две компоненте:

1. електрични;

2. магнетно.

Лакше је разумјети појаве које се догађају, описати процесе, извршити прорачуне, дизајнирати разне уређаје и склопове. Читави одељци електротехнике посвећени су одвојеним анализама рада електричних и магнетних кола.

Електрична струја, попут магнетног тока, тече само дуж затвореног круга са отпором (електричним или магнетним). Ствара се спољним примењеним силама - изворима напона одговарајућих енергија.

Међутим, када се размотре принципи рада трансформаторских уређаја, биће потребно истовремено проучити оба ова фактора и узети у обзир њихов сложен утицај на претворбу енергије.

Најједноставнији трансформатор састоји се од два намотаја направљених намотавањем намотаја изоловане жице кроз коју струја струја и једне линије за магнетни ток. Обично се назива језгро или магнетно језгро.

Напон из извора електричне енергије У1 примењује се на улаз једног намота, а са терминала другог он се, након претварања у У2, доводи у прикључено оптерећење Р.

Под дејством напона У1 у првом намотају кроз затворени круг тече струја И1, чија вредност зависи од импеданце З, која се састоји од две компоненте:

1. активни отпор жица намота;

2. реактивна компонента с индуктивним карактером.

Јачина индуктивности има велики утицај на рад трансформатора.

Електрична енергија која пролази кроз примарни намот у облику струје И1 део је електромагнетне енергије, чије је магнетно поље усмерено окомито на кретање наелектрисања или место навоја жица. Језгра трансформатора налази се у његовој равнини - магнетном кругу, кроз који магнетни ток Ф.

Све се то јасно види на слици и строго се поштује током производње. Сам магнетни круг је такође затворен, мада се за одређене сврхе, на пример, да се смањи магнетни ток, у њему могу направити празнине, повећавајући његов магнетни отпор.

Због протока примарне струје кроз намотавање, магнетна компонента електромагнетног поља продире у магнетни круг и циркулише кроз њега, прелазећи обрте секундарног намотаја који је затворен до излазног отпора Р.

Под утицајем магнетног тока, у секундарном намоту индукује се електрична струја И2. На његову вредност утиче вредност примењене снаге магнетне компоненте и импеданције круга, укључујући прикључено оптерећење Р.

Када трансформатор ради унутар магнетног круга, ствара се заједнички магнетни ток Ф и његове компоненте Ф1 и Ф2.

Како је уређен и ради аутотрансформатор

Међу трансформаторским уређајима, нарочито су популарне поједностављене конструкције, које користе не два различита одвојена намотаја, већ један заједнички, подељен у секције. Називају их аутотрансформатори.

Принцип рада таквог круга практично је остао исти: улазна електромагнетна енергија се претвара у излазну. Примарне струје И1 теку кроз намоте намота В1, а секундарне И2 струје кроз В2. Магнетни круг обезбеђује путању магнетног флукса Ф.

Аутотрансформатор има галванску везу између улазног и излазног круга. Како се не претвара сва примењена снага извора, већ само његов део, ствара се већа ефикасност од уобичајене трансформатора.

Такви дизајни могу уштедети на материјалима: челик за магнетни круг, бакар за намотаје. Имају мању тежину и трошкове. Због тога се ефикасно користе у енергетском систему од 110 кВ и више.

Практично нема посебних разлика у режимима рада трансформатора и аутотрансформатора.

Начини рада трансформатора

Током рада, сваки трансформатор може бити у једном од следећих стања:

• без посла;

• номинални мод;

• у празном ходу;

• кратки спој;

• пренапонски напон

Режим искључивања

Да бисте га створили, довољно је уклонити напон напајања извора електричне енергије из примарног намотаја и на тај начин искључити пролазак електричне струје кроз њега, што увек раде без грешке код сличних уређаја.

Међутим, у пракси, када се ради са сложеним структурама трансформатора, ова мера не обезбеђује у потпуности безбедносне мере: напон може остати на намотима и нанети штету опреми, угрозити особље услед случајног излагања струјном пражњењу.

Како се то може догодити?

За трансформаторе мале величине који раде као извор напајања, као што је приказано на горњој фотографији, вањски напон неће нанијети никакву штету. Једноставно нема куда одатле. А о енергетској опреми то се мора узети у обзир. Анализираћемо два уобичајена узрока:

1. повезивање спољног извора електричне енергије;

2. ефекат индукованог напона.

Прва опција

На сложеним трансформаторима користи се не једно, већ неколико намотаја, који се користе у различитим круговима. Сви морају да буду искључени напоном.

Поред тога, на трафостаницама које раде у аутоматском режиму без сталног особља, додатни трансформатори прикључени су на аутобусе енергетских трансформатора, обезбеђујући сопствене потребе подстанице електричном снагом од 0,4 кВ.Дизајнирани су за заштиту од напајања, уређаје за аутоматизацију, осветљење, грејање и друге сврхе.

Називају се тако - ТСН или помоћним трансформаторима. Ако се напон уклони са улаза енергетског трансформатора и његови секундарни кругови отворени, а радови се изводе на ТСН-у, тада постоји могућност обрнуте трансформације када напон од 220 волти са ниске стране продре на високу преко прикључених водила снаге. Стога се морају искључити.

Индуковано напонско деловање

Ако високонапонски вод који иде под напоном пролази поред аутобуса искљученог трансформатора, тада струја која пролази кроз њега може индуцирати напон на магистрали. Неопходно је применити мере за његово уклањање.

Називни режим рада

Ово је нормално стање трансформатора током његовог рада за које је створен. Струје у намотима и напони који се примењују на њих одговарају израчунатим вредностима.

Трансформатор у режиму номиналног оптерећења троши и претвара капацитете који одговарају конструкцијским вредностима за целокупни ресурс који је за њега предвиђен.

Неактивни режим

Ствара се када напон доведе до трансформатора из извора напајања, а оптерећење се одспоји на прикључцима излазног намота, односно, круг је отворен. Ово елиминише проток струје кроз секундарни намот.

Трансформатор у режиму мировања троши најмању могућу снагу, што се одређује његовим конструкцијским карактеристикама.

Начин кратког споја

То је ситуација када се испостави да је оптерећење прикључено на трансформатор кратко, чврсто склопљено ланцима са врло малим електричним отпором и читаво напајање извора напона делује на њега.

У овом режиму је проток огромних струја кратког споја практично неограничен. Имају огромну топлотну енергију и могу да спаљују жице или опрему. Штавише, они делују док струјни круг кроз секундарни или примарни намот не изгоре, пробијајући се у најслабијем месту.

Ово је најопаснији режим који се може догодити током рада трансформатора и, у сваком тренутку, најнеочекиванији тренутак у времену. Његов изглед се може предвидјети, а развој треба ограничити. У ту сврху користе заштите које надгледају прекорачење дозвољених струја на оптерећењу и искључују их што је брже могуће.

Пренапонски режим

Намота трансформатора прекривена су слојем изолације, која је створена да ради под одређеним напоном. Током рада може се прекорачити из различитих разлога који настају како унутар електричног система, тако и због изложености атмосферским појавама.

У фабрици се одређује вредност дозвољеног вишка напона, који може деловати на изолацију до неколико сати и краткотрајне пренапонске вредности које стварају прелазни људи током пребацивања опреме.

Да би спречили њихов удар, стварају заштиту од пренапона који у случају нужде искључују струју из круга у аутоматском режиму или ограничавају импулсе пражњења.

Наставак чланка:Главне врсте дизајна трансформатора