Hur är transformatorn anordnad och fungerar, vilka egenskaper som beaktas under drift

Inom energi, elektronik och andra grenar inom tillämpad elektroteknik ges en stor roll för transformationer av elektromagnetisk energi från en typ till en annan. Många transformatorenheter som skapas för olika produktionsuppgifter hanterar denna fråga.

Några av dem, med den mest komplexa designen, utför omvandlingen av kraftfulla högspänningsenergiflöden, till exempel. 500 eller 750 kilovolt i 330 och 110 kV eller i motsatt riktning.

Andra arbetar som en del av små enheter av hushållsapparater, elektroniska apparater, automationssystem. De används också ofta. i olika strömförsörjningar av mobila enheter.

Transformatorer arbetar endast i växelströmskretsar med olika frekvenser och är inte avsedda för användning i likströmskretsar som använder andra typer av omvandlare.

Transformatorer är indelade i två huvudgrupper: enfas, drivs av ett enfas växelströmnät, och trefas, drivs av ett trefas växelströmnät.

Transformatorer är mycket olika i design. Huvudelementen i transformatorn är: en sluten stålkärna (magnetisk kärna), lindningar och delar som används för att fästa magnetkretsen och spolarna med lindningar och installera transformatorn i likriktarenheten. Kärnröret är utformat för att skapa en stängd väg för magnetiskt flöde.

Delarna av den magnetiska kretsen som lindningarna ligger på kallas stänger, och de delar på vilka det inte finns några lindningar och som tjänar till att stänga magnetflödet i magnetkretsen kallas ok. Materialet för transformatorns magnetkrets är elektriskt plåt (transformatorstål). Detta stål kan ha olika kvaliteter, tjocklekar, varm- och kallvalsning.

Allmänna principer för drift av transformatorer

Vi vet att elektromagnetisk energi är oöverskådlig. Men det är vanligt att representera det i två komponenter:

1. elektrisk;

2. magnetisk.

Det är lättare att förstå de fenomen som inträffar, beskriva processer, göra beräkningar, designa olika enheter och kretsar. Hela delar av elektroteknik ägnas åt separata analyser av driften av elektriska och magnetiska kretsar.

Elektrisk ström, liksom magnetflöde, flödar endast längs en sluten krets med motstånd (elektrisk eller magnetisk). Det skapas av externa applicerade krafter - spänningskällor för motsvarande energier.

När man överväger driftsprinciperna för transformatoranordningar kommer det emellertid att vara nödvändigt att samtidigt studera båda dessa faktorer och ta hänsyn till deras komplexa effekt på kraftomvandlingen.

Den enklaste transformatorn består av två lindningar gjorda av lindningsspolar av en isolerad tråd, genom vilken elektrisk ström flyter och en linje för magnetiskt flöde. Det kallas ofta en kärna eller magnetisk kärna.

Spänningen från den elektriska kraftkällan U1 appliceras på ingången till en lindning, och från anslutningarna på den andra tillförs den, efter omvandling till U2, till den anslutna belastningen R.

Under påverkan av spänningen U1 strömmar en ström I1 i en sluten krets i den första lindningen, vars värde beror på impedansen Z, som består av två komponenter:

1. aktivt motstånd hos lindningens ledningar;

2. reaktiv komponent med induktiv karaktär.

Induktansens storlek har ett stort inflytande på transformatorns drift.

Den elektriska energin som strömmar genom den primära lindningen i form av strömmen I1 är en del av elektromagnetisk energi, vars magnetfält riktas vinkelrätt mot laddningsrörelsen eller platsen för trådvarv. Transformatorkärnan är belägen i sitt plan - den magnetiska kretsen, genom vilken magnetflödet F.

Allt detta återspeglas tydligt i bilden och observeras strikt under tillverkningen. Själva magnetkretsen är också stängd, även om för vissa ändamål, till exempel för att minska magnetflödet, kan gap göras i den, vilket ökar dess magnetiska motstånd.

På grund av flödet av primärströmmen genom lindningen, tränger den magnetiska komponenten i det elektromagnetiska fältet in i magnetkretsen och cirkulerar genom den och passerar sekundärlindningens svängar, som är stängd för utgångsmotståndet R.

Under påverkan av magnetiskt flöde induceras en elektrisk ström I2 i sekundärlindningen. Dess värde påverkas av värdet på den applicerade magnetiska komponentstyrkan och kretsens impedans, inklusive den anslutna belastningen R.

När transformatorn arbetar inuti magnetkretsen skapas ett vanligt magnetiskt flöde F och dess komponenter F1 och F2.

Hur autotransformatorn är ordnad och fungerar

Bland transformatoranordningar är förenklade konstruktioner särskilt populära och använder inte två olika separat tillverkade lindningar, utan en gemensam, uppdelad i sektioner. De kallas autotransformatorer.

Funktionen för en sådan krets har praktiskt taget varit densamma: den ingående elektromagnetiska energin omvandlas till utgång. Primära strömmar I1 strömmar genom lindningarna av den lindande W1 och sekundära I2 strömmar genom W2. Magnetkretsen ger en väg för magnetiskt flöde F.

Autotransformatorn har en galvanisk anslutning mellan ingångs- och utgångskretsarna. Eftersom inte all källans applicerade kraft konverteras utan bara en del av den skapas en högre effektivitet än med en konventionell transformator.

Sådana konstruktioner kan spara på material: stål för magnetkretsen, koppar för lindningar. De har mindre vikt och kostnad. Därför används de effektivt i energisystemet från 110 kV och högre.

Det finns praktiskt taget inga speciella skillnader i driftsätten för transformatorn och autotransformatorn.

Transformatorens driftsätt

Under drift kan vilken transformator som helst vara i ett av följande tillstånd:

• utan arbete;

• nominellt läge;

• tomgång;

• kortslutning;

• överansträngning.

Avstängningsläge

För att skapa den räcker det att ta bort den elektriska kraftkällans matningsspänning från den primära lindningen och därmed utesluta elektrisk ström genom den, vilket de alltid gör utan problem med liknande anordningar.

Men i praktiken, när man arbetar med komplexa transformatorkonstruktioner, ger en sådan åtgärd inte helt säkerhetsåtgärder: spänning kan förbli på lindningarna och orsaka skador på utrustningen, riskera personal på grund av oavsiktlig exponering för strömutsläpp.

Hur kan detta hända?

För små transformatorer som fungerar som en strömförsörjning, som visas på översta fotot, kommer främmande spänning inte att orsaka någon skada. Han har helt enkelt ingenstans att ta därifrån. Och på kraftutrustning måste det beaktas. Vi kommer att analysera två vanliga orsaker:

1. ansluta en extern elkälla;

2. effekten av inducerad spänning.

Första alternativet

På komplexa transformatorer används inte en utan flera lindningar som används i olika kretsar. Alla måste vara frånkopplade spänningen.

Dessutom, vid transformatorstationer som drivs i ett automatiskt läge utan konstant driftpersonal, är ytterligare transformatorer anslutna till bussarna med krafttransformatorer, vilket ger deras behov hos transformatorstationen elektrisk energi på 0,4 kV.De är utformade för strömskydd, automatiseringsenheter, belysning, värme och andra ändamål.

De kallas så - TSN eller hjälptransformatorer. Om spänningen avlägsnas från ingången till krafttransformatorn och dess sekundära kretsar är öppna, och arbetet utförs på TSN, finns det en möjlighet till omvänd omvandling när spänningen på 220 volt från låg sida penetrerar till den höga via de anslutna kraftbussarna. Därför måste de stängas av.

Inducerad spänning

Om en högspänningsledning som går under spänning passerar nära bussarna på en frånkopplad transformator, kan strömmarna som strömmar genom den inducera spänningen på däcken. Det är nödvändigt att tillämpa åtgärder för att ta bort det.

Nominellt driftsläge

Detta är transformatorns normala tillstånd under den drift som den skapades för. Strömmarna i lindningarna och de spänningar som appliceras på dem motsvarar de beräknade värdena.

Transformatorn i nominellt belastningsläge förbrukar och konverterar kapaciteter som motsvarar designvärdena för hela den resurs som tillhandahålls för den.

Viloläge

Det skapas när spänningen matas till transformatorn från strömkällan, och lasten kopplas bort vid terminalens utgångslindning, det vill säga kretsen är öppen. Detta eliminerar strömflödet genom sekundärlindningen.

Transformatorn i viloläge förbrukar den lägsta möjliga effekten, bestämd av dess designfunktioner.

Kortslutningsläge

Detta är situationen när lasten ansluten till transformatorn visar sig vara kortsluten, tätt avstängd av kedjor med mycket låga elektriska motstånd och hela spänningskällans strömförsörjning verkar på den.

I detta läge är flödet av enorma kortslutningsströmmar praktiskt taget obegränsat. De har enorm värmeenergi och kan bränna ledningar eller utrustning. Dessutom verkar de tills strömkretsen genom sekundär- eller primärlindningen brinner ut och bryter på den svagaste platsen.

Detta är det farligaste läget som kan inträffa under drift av transformatorn, och när som helst det mest oväntade tidpunkten. Dess utseende kan förutses och utvecklingen bör begränsas. För detta ändamål använder de skydd som övervakar överskottet av tillåtna strömmar på lasten och stänger av dem så snabbt som möjligt.

Överspänningsläge

Transformatorlindningarna är täckta med ett isoleringsskikt som skapas för att fungera under en viss spänning. Under drift kan det överskridas av olika skäl som uppstår både i det elektriska systemet och som ett resultat av exponering för atmosfäriska fenomen.

På fabriken bestäms värdet på den tillåtna överspänningen, som kan verka på isoleringen i upp till flera timmar och kortvariga överspänningar som skapas av transienter under utrustningskoppling.

För att förhindra deras påverkan skapar de skydd mot spänningsökning, som i en nödsituation stänger av strömmen från kretsen i automatiskt läge eller begränsar urladdningspulserna.

Fortsättning av artikeln:De viktigaste typerna av transformatorkonstruktioner