Transformatorių tipai
Transformatorius yra statinis elektromagnetinis įtaisas, turintis nuo dviejų iki kelių ritinių, esančių bendroje magnetinėje grandinėje ir tokiu būdu indukciniu būdu sujungtos viena su kita. Jis naudojamas kaip transformatorius, paverčiantis elektros energiją iš kintamosios srovės elektromagnetinės indukcijos būdu, nekeičiant srovės dažnio. Transformatoriai naudojami tiek kintamosios srovės įtampai konvertuoti, tiek galvaninė izoliacija įvairiose elektros ir elektronikos inžinerijos srityse.
Sąžiningai pažymime, kad kai kuriais atvejais transformatoriuje gali būti tik viena apvija (autotransformatorius), o šerdies gali visai nebūti (HF – transformatorius), tačiau dauguma transformatorių turi šerdį (magnetinę grandinę), pagamintą iš minkšta magnetinė feromagnetinė medžiaga, ir dvi ar daugiau izoliuotų juostų arba vielos ritinių, padengtų bendru magnetiniu srautu, bet pirmiausia. Pažiūrėkime, kokių tipų transformatoriai yra, kaip jie išdėstyti ir kam jie naudojami.
Galios transformatorius
Šio tipo žemo dažnio (50-60 Hz) transformatoriai naudojami elektros tinkluose, taip pat elektros energijos priėmimo ir konvertavimo įrenginiuose. Kodėl tai vadinama galia? Mat būtent tokio tipo transformatoriai naudojami tiekti ir priimti elektrą iš ir iš elektros linijų, kur įtampa gali siekti 1150 kV.
Miesto elektros tinkluose įtampa siekia 10 kV. Per tiksliai galingi žemo dažnio transformatoriai įtampa taip pat nukrenta iki 0,4 kV, 380/220 voltų, kurių reikalauja vartotojai.
Struktūriškai tipiškame galios transformatoriuje gali būti dvi, trys ar daugiau apvijų, išdėstytų ant šarvuotos elektrinio plieno šerdies, kai kurios žemos įtampos apvijos tiekiamos lygiagrečiai (padalytos apvijos transformatorius).
Tai naudinga norint padidinti įtampą, gaunamą iš kelių generatorių vienu metu. Paprastai galios transformatorius dedamas į rezervuarą su transformatoriaus alyva, o ypač galingų egzempliorių atveju pridedama aktyvi aušinimo sistema.
Pastotėse ir elektrinėse montuojami iki 4000 kVA galios trifaziai galios transformatoriai. Trifazis yra labiau paplitęs, nes nuostoliai gaunami iki 15% mažiau nei naudojant tris vienfazius.
Tinklo transformatorius
1980-aisiais ir 1990-aisiais linijinių transformatorių buvo galima rasti beveik kiekviename elektros prietaise. Tinklo transformatoriaus (dažniausiai vienfazio) pagalba 220 voltų buitinio tinklo, kurio dažnis 50 Hz, įtampa sumažinama iki elektros prietaisui reikalingo lygio, pavyzdžiui, 5, 12, 24 arba 48 voltai.
Linijiniai transformatoriai dažnai gaminami su keliomis antrinėmis apvijomis, kad įvairioms grandinės dalims maitinti būtų galima naudoti kelis įtampos šaltinius. Visų pirma, TN (kaitinamieji transformatoriai) transformatoriai visada gali būti (ir vis dar gali būti) rasti grandinėse, kuriose yra radijo vamzdžių.
Šiuolaikiniai linijiniai transformatoriai yra sukonstruoti ant W formos, strypo arba toroidinių elektrinių plieno plokščių rinkinio, ant kurio suvyniotos ritės, šerdies. Toroidinė magnetinės grandinės forma leidžia gauti kompaktiškesnį transformatorių.
Jei palyginsime transformatorius, kurių bendra toroidinių ir W formos gyslų galia yra vienoda, toroidinis užims mažiau vietos, be to, toroidinės magnetinės grandinės paviršius yra visiškai padengtas apvijomis, nėra tuščio jungo, kaip ir korpusas su šarvuotais W formos arba strypais panašiais branduoliais. Į elektros tinklą visų pirma įeina suvirinimo transformatoriai, kurių galia iki 6 kW. Tinklo transformatoriai, žinoma, priskiriami žemo dažnio transformatoriams.
Autotransformatorius
Vienas žemo dažnio transformatorių tipų yra autotransformatorius, kuriame antrinė apvija yra pirminės arba pirminė yra antrinės. Tai yra, autotransformatoriuje apvijos yra sujungtos ne tik magnetiškai, bet ir elektra. Keli laidai yra pagaminti iš vienos ritės ir leidžia gauti skirtingą įtampą tik iš vienos ritės.
Pagrindinis autotransformatoriaus privalumas yra mažesnė kaina, nes apvijoms naudojama mažiau vielos, šerdies - mažiau plieno, todėl svoris yra mažesnis nei įprasto transformatoriaus.Trūkumas yra ritės galvaninės izoliacijos trūkumas.
Autotransformatoriai naudojami automatinio valdymo įrenginiuose, taip pat plačiai naudojami aukštos įtampos elektros tinkluose. Trifaziai autotransformatoriai su trifaziai arba žvaigždės jungtimi elektros tinkluose šiandien yra labai paklausūs.
Galios autotransformatoriai gali būti iki šimtų megavatų. Autotransformatoriai taip pat naudojami galingiems kintamosios srovės varikliams paleisti. Autotransformatoriai ypač naudingi esant žemiems transformacijos santykiams.
Laboratorinis autotransformatorius
Ypatingas autotransformatoriaus atvejis yra laboratorinis autotransformatorius (LATR). Tai leidžia sklandžiai reguliuoti vartotojui tiekiamą įtampą. LATR dizainas yra toroidinis transformatorius su viena apvija, kuri turi neizoliuotą "taką" nuo posūkio iki posūkio, tai yra, galima prisijungti prie kiekvieno iš apvijos vijų. Bėgio kontaktas užtikrinamas slankiojančiu anglies šepečiu, kuris valdomas sukamąja rankenėle.
Taigi apkrovoje galite gauti skirtingų dydžių efektyvią įtampą. Įprastos vienfazės pavaros leidžia priimti įtampą nuo 0 iki 250 voltų, o trifazės - nuo 0 iki 450 voltų. Elektros įrangos derinimo tikslais laboratorijose labai populiarūs LATR, kurių galia nuo 0,5 iki 10 kW.
Srovės transformatorius
Srovės transformatorius vadinamas transformatoriumi, kurio pirminė apvija yra prijungta prie srovės šaltinio, o antrinė apvija – prie apsauginių ar matavimo prietaisų, kurie turi mažą vidinę varžą. Labiausiai paplitęs srovės transformatoriaus tipas yra instrumentinis srovės transformatorius.
Srovės transformatoriaus pirminė apvija (dažniausiai tik vienas posūkis, vienas laidas) nuosekliai jungiama grandinėje, kurioje norima matuoti kintamąją srovę. Pasirodo, antrinės apvijos srovė yra proporcinga pirminės apvijos srovei, tuo tarpu antrinė apvija būtinai turi būti apkrauta, nes priešingu atveju antrinės apvijos įtampa gali būti pakankamai aukšta, kad nutrūktų izoliacija. Be to, jei atsidarys antrinė CT apvija, magnetinė grandinė tiesiog išdegs nuo sukeltų nekompensuotų srovių.
Srovės transformatoriaus konstrukcija yra šerdis, pagaminta iš laminuoto silicio šaltai valcuoto elektrinio plieno, ant kurio suvyniota viena ar daugiau izoliuotų antrinių apvijų. Pirminė apvija dažnai yra tiesiog šyna arba laidas, kurio išmatuota srovė praeina per magnetinės grandinės langą (beje, šį principą naudoja spaustuko matuoklis).Pagrindinė srovės transformatoriaus charakteristika yra transformacijos koeficientas, pavyzdžiui, 100/5 A.
Srovės transformatoriai plačiai naudojami srovei matuoti ir relės apsaugos grandinėse. Jie yra saugūs, nes išmatuotos ir antrinės grandinės yra galvaniškai izoliuotos viena nuo kitos. Paprastai pramoniniai srovės transformatoriai gaminami su dviem ar daugiau antrinių apvijų grupių, kurių viena jungiama prie apsauginių įtaisų, kita – su matavimo prietaisu, pavyzdžiui, skaitikliais.
Impulsinis transformatorius
Beveik visuose šiuolaikiniuose tinklo maitinimo šaltiniuose, įvairiuose inverteriuose, suvirinimo aparatuose ir kituose galios bei mažos galios elektros keitikliuose naudojami impulsiniai transformatoriai.Šiandien impulsinės grandinės beveik visiškai pakeitė sunkius žemo dažnio transformatorius laminuotomis plieninėmis šerdimis.
Tipiškas impulsinis transformatorius yra ferito šerdies transformatorius. Šerdies (magnetinės grandinės) forma gali būti visiškai skirtinga: žiedas, strypas, puodelis, W formos, U formos. Feritų pranašumas prieš transformatorių plieną yra akivaizdus – ferito pagrindu pagaminti transformatoriai gali veikti iki 500 kHz ar didesniu dažniu.
Kadangi impulsinis transformatorius yra aukšto dažnio transformatorius, jo matmenys žymiai sumažėja, kai dažnis didėja. Apvijoms reikia mažiau vielos, o lauko srovės pakanka aukšto dažnio srovei pirminėje kilpoje gauti, IGBT arba bipolinis tranzistorius, kartais keli, priklausomai nuo impulsinio maitinimo grandinės topologijos (pirmyn — 1, stūmimas — 2, pusiau tiltas — 2, tiltas — 4).
Teisybės dėlei pažymime, kad jei naudojama atvirkštinė maitinimo grandinė, transformatorius iš esmės yra dvigubas droselis, nes elektros kaupimosi ir išleidimo procesai antrinėje grandinėje yra atskirti laiku, tai yra, jie nevyksta. kartu su „flyback“ valdymo grandine vis tiek yra droselis, bet ne transformatorius.
Impulsinės grandinės su transformatoriais ir ferito droseliais šiandien yra visur – nuo energiją taupančių lempų balastų ir įvairių prietaisų įkroviklių iki suvirinimo aparatų ir galingų inverterių.
Impulsinis srovės transformatorius
Srovės dydžiui ir (ar) krypčiai išmatuoti impulsinėse grandinėse dažnai naudojami impulsinės srovės transformatoriai, kurie yra ferito šerdies, dažnai žiedo formos (toroidinės), su viena apvija.Per šerdies žiedą pravedamas laidas, kurio srovė turi būti tiriama, o pati ritė apkraunama ant rezistoriaus.
Pavyzdžiui, žiede yra 1000 vielos apsisukimų, tai pirminės (sriegiuotos vielos) ir antrinės apvijos srovių santykis bus 1000: 1. Jei žiedo apvija apkraunama žinomos vertės rezistorius, t. tada joje išmatuota įtampa bus proporcinga ritės srovei, o tai reiškia, kad išmatuota srovė yra 1000 kartų didesnė už srovę per šį rezistorių.
Pramonė gamina impulsų srovės transformatorius su skirtingais transformacijos koeficientais. Projektuotojui prie tokio transformatoriaus tereikia prijungti rezistorių ir matavimo grandinę. Jei norite sužinoti srovės kryptį, o ne jos dydį, tada srovės transformatoriaus apviją tiesiog įkrauna du priešingi zenerio diodai.
Ryšys tarp elektros mašinų ir transformatorių
Elektros transformatoriai visada įtraukiami į elektros mašinų kursus, studijuojamus visose mokymo įstaigų elektrotechnikos specialybėse. Iš esmės elektros transformatorius yra ne elektros mašina, o elektrinis aparatas, nes nėra judančių dalių, kurių buvimas yra būdingas bet kurios mašinos, kaip mechanizmo tipo, bruožas.Dėl šios priežasties minėti kursai, Siekiant išvengti nesusipratimų, reikėtų vadinti „elektros mašinų ir elektros transformatorių kursais“.
Transformatoriai įtraukiami į visus elektros mašinų kursus dėl dviejų priežasčių.Vienas iš jų yra istorinės kilmės: tos pačios gamyklos, kurios gamino kintamosios srovės elektros mašinas, taip pat gamino transformatorius, nes vien tik transformatorių buvimas suteikė kintamosios srovės mašinoms pranašumą prieš nuolatinės srovės mašinas, o tai galiausiai lėmė jų dominavimą pramonėje. Ir dabar neįmanoma įsivaizduoti didelės kintamosios srovės instaliacijos be transformatorių.
Tačiau vystantis kintamosios srovės mašinų ir transformatorių gamybai, atsirado būtinybė transformatorių gamybą koncentruoti specialiose transformatorių gamyklose. Faktas yra tas, kad dėl galimybės perduoti kintamąją srovę naudojant transformatorius dideliais atstumais, transformatorių didesnės įtampos padidėjimas buvo daug greitesnis nei kintamosios srovės elektros mašinų įtampos padidėjimas.
Dabartiniame kintamosios srovės elektros mašinų kūrimo etape didžiausia racionali įtampa joms yra 36 kV. Tuo pačiu metu realiai įdiegtuose elektros transformatoriuose didžiausia įtampa siekė 1150 kV. Tokios aukštos transformatorių įtampos ir jų veikimas oro linijose, kurias veikia žaibas, sukėlė labai specifines transformatorių problemas, kurios yra svetimos elektros mašinoms.
Tai paskatino gaminti technologines problemas, kurios taip skyrėsi nuo elektrotechnikos technologinių problemų, kad transformatorių atskyrimas į savarankišką gamybą tapo neišvengiamas. Taigi pirmoji priežastis – pramoninis ryšys, dėl kurio transformatoriai buvo arti elektros mašinų – išnyko.
Antroji priežastis yra esminio pobūdžio ir susideda iš to, kad praktikoje naudojami elektros transformatoriai, taip pat elektros mašinos yra pagrįstos elektromagnetinės indukcijos principas (Faradėjaus dėsnis), — tarp jų išlieka nepajudinamas ryšys. Tuo pačiu metu, norint suprasti daugelį kintamosios srovės mašinų reiškinių, būtina žinoti transformatoriuose vykstančius fizikinius procesus, be to, didelės kintamosios srovės mašinų klasės teorija gali būti redukuota į kintamosios srovės mašinų teoriją. transformatoriai, nes taip palengvina jų teorinį svarstymą.
Todėl kintamosios srovės mašinų teorijoje stiprią vietą užima transformatorių teorija, iš kurios, tačiau, neišplaukia, kad transformatorius galima vadinti elektros mašinomis. Be to, reikia turėti omenyje, kad transformatorių tikslų nustatymas ir energijos konversijos procesas skiriasi nuo elektros mašinų.
Elektros mašinos paskirtis – mechaninę energiją paversti elektros energija (generatorius) arba, atvirkščiai, elektros energiją mechanine (varikliu), tuo tarpu transformatoriuje mes susiduriame su kintamosios srovės elektros energijos rūšies pavertimu kintamąja. srovės elektros energija. kitokio pobūdžio srovė.