Transformatoru veidi
Transformators ir statiska elektromagnētiska ierīce, kas satur divas līdz vairākas spoles, kas atrodas kopējā magnētiskajā ķēdē un tādējādi ir induktīvi savienotas viena ar otru. Tas kalpo kā transformators, lai pārveidotu elektrisko enerģiju no maiņstrāvas ar elektromagnētiskās indukcijas palīdzību, nemainot strāvas frekvenci. Transformatori tiek izmantoti gan maiņstrāvas sprieguma pārveidošanai, gan galvaniskā izolācija dažādās elektrotehnikas un elektronikas inženierijas jomās.
Taisnības labad jāatzīmē, ka dažos gadījumos transformatorā var būt tikai viens tinums (autotransformators), un serdeņa var nebūt (HF — transformators), bet lielākajai daļai transformatoru ir serde (magnētiskā ķēde), kas izgatavota no mīksts magnētisks feromagnētisks materiāls, un divas vai vairākas izolētas lentes vai stiepļu spoles, kas pārklātas ar kopēju magnētisko plūsmu, bet vispirms vispirms. Apskatīsim, kāda veida transformatori tie ir, kā tie ir sakārtoti un kam tie tiek izmantoti.
Strāvas transformators
Šāda veida zemfrekvences (50-60 Hz) transformatorus izmanto elektrotīklos, kā arī elektroenerģijas saņemšanas un pārveidošanas instalācijās. Kāpēc to sauc par spēku? Jo tieši šāda veida transformatorus izmanto, lai padotu un saņemtu elektroenerģiju no un no elektrolīnijām, kur spriegums var sasniegt 1150 kV.
Pilsētas elektrotīklos spriegums sasniedz 10 kV. Precīzi cauri jaudīgi zemfrekvences transformatori spriegums arī samazinās līdz patērētājiem nepieciešamajam 0,4 kV, 380/220 voltiem.
Strukturāli tipisks jaudas transformators var saturēt divus, trīs vai vairākus tinumus, kas izvietoti uz bruņu elektrotērauda serdes, un daži zemsprieguma tinumi tiek baroti paralēli (dalītā tinuma transformators).
Tas ir noderīgi, lai palielinātu spriegumu, kas saņemts no vairākiem ģeneratoriem vienlaikus. Parasti jaudas transformators tiek ievietots tvertnē ar transformatora eļļu, un īpaši jaudīgu paraugu gadījumā tiek pievienota aktīvā dzesēšanas sistēma.
Apakšstacijās un elektrostacijās uzstādīti trīsfāzu spēka transformatori ar jaudu līdz 4000 kVA. Biežāk ir trīsfāzu, jo tiek iegūti līdz pat 15% mazāki zaudējumi nekā ar trīs vienfāzu.
Tīkla transformators
80. un 90. gados līniju transformatorus varēja atrast gandrīz katrā elektroierīcē. Ar tīkla transformatora (parasti vienfāzes) palīdzību 220 voltu mājsaimniecības tīkla spriegums ar frekvenci 50 Hz tiek samazināts līdz elektroierīcei nepieciešamajam līmenim, piemēram, 5, 12, 24 vai 48 volti.
Līnijas transformatori bieži tiek izgatavoti ar vairākiem sekundārajiem tinumiem, lai dažādu ķēdes daļu darbināšanai varētu izmantot vairākus sprieguma avotus. Jo īpaši TN (kvēlstrāvas transformatoru) transformatorus vienmēr var atrast (un joprojām var) atrast ķēdēs, kurās ir radiolampas.
Mūsdienu līnijas transformatori ir izgatavoti uz W-veida, stieņa vai toroidālas elektrotērauda plākšņu komplekta serdeņiem, uz kuriem ir uztītas spoles. Magnētiskās ķēdes toroidālā forma ļauj iegūt kompaktāku transformatoru.
Ja salīdzinām transformatorus ar vienādu toroidālo un W formas serdeņu kopējo jaudu, toroidālais aizņems mazāk vietas, turklāt toroidālās magnētiskās ķēdes virsmu pilnībā nosedz tinumi, nav tukša jūga, kā tas ir. korpuss ar bruņotiem W formas vai stieņiem līdzīgiem kodoliem. Elektrotīklā jo īpaši ietilpst metināšanas transformatori ar jaudu līdz 6 kW. Tīkla transformatori, protams, tiek klasificēti kā zemfrekvences transformatori.
Autotransformators
Viena veida zemfrekvences transformators ir autotransformators, kurā sekundārais tinums ir daļa no primārā vai primārais ir daļa no sekundārā. Tas ir, autotransformatorā tinumi ir savienoti ne tikai magnētiski, bet arī elektriski. Vairāki vadi ir izgatavoti no vienas spoles un ļauj iegūt dažādus spriegumus tikai no vienas spoles.
Autotransformatora galvenā priekšrocība ir tā zemākās izmaksas, jo tinumiem tiek izmantots mazāk stieples, mazāk tērauda serdei, un rezultātā svars ir mazāks nekā parastajam transformatoram.Trūkums ir spoļu galvaniskās izolācijas trūkums.
Autotransformatorus izmanto automātiskās vadības ierīcēs un plaši izmanto arī augstsprieguma elektrotīklos. Trīsfāzu autotransformatori ar trīsstūra vai zvaigžņu savienojumu elektriskajos tīklos šodien ir ļoti pieprasīti.
Jaudas autotransformatori ir pieejami ar jaudu līdz simtiem megavatu. Autotransformatori tiek izmantoti arī jaudīgu maiņstrāvas motoru iedarbināšanai. Autotransformatori ir īpaši noderīgi zemiem transformācijas koeficientiem.
Laboratorijas autotransformators
Īpašs autotransformatora gadījums ir laboratorijas autotransformators (LATR). Tas ļauj vienmērīgi pielāgot lietotājam piegādāto spriegumu. LATR dizains ir toroidālais transformators ar vienu tinumu, kuram ir neizolēta "sliede" no pagrieziena līdz pagriezienam, tas ir, ir iespēja pieslēgties katram no tinuma pagriezieniem. Sliežu ceļa kontaktu nodrošina bīdāma oglekļa suka, ko kontrolē ar rotējošu pogu.
Tātad jūs varat iegūt efektīvu spriegumu ar dažādiem slodzes lielumiem. Tipiski vienfāzes diskdziņi ļauj pieņemt spriegumu no 0 līdz 250 voltiem, bet trīsfāzu - no 0 līdz 450 voltiem. LATR ar jaudu no 0,5 līdz 10 kW ir ļoti populāri laboratorijās elektroiekārtu noskaņošanai.
Strāvas transformators
Strāvas transformators sauc par transformatoru, kura primārais tinums ir savienots ar strāvas avotu, bet sekundārais tinums ir savienots ar aizsargierīcēm vai mērierīcēm, kurām ir zema iekšējā pretestība. Visizplatītākais strāvas transformatoru veids ir instrumentu strāvas transformators.
Strāvas transformatora primārais tinums (parasti tikai viens pagrieziens, viens vads) ir virknē savienots ķēdē, kurā vēlaties izmērīt maiņstrāvu. Izrādās, ka sekundārā tinuma strāva ir proporcionāla primārā tinuma strāvai, savukārt sekundārais tinums obligāti ir jānoslogo, jo pretējā gadījumā sekundārā tinuma spriegums var būt pietiekami augsts, lai pārrautu izolāciju. Tāpat, ja atveras CT sekundārais tinums, magnētiskā ķēde vienkārši izdegs no inducētajām nekompensētām strāvām.
Strāvas transformatora konstrukcija ir serde, kas izgatavota no laminēta silīcija auksti velmēta elektrotērauda, uz kuras ir uztīts viens vai vairāki izolēti sekundārie tinumi. Primārais tinums bieži ir vienkārši kopne vai vads ar izmērītu strāvu, kas iziet cauri magnētiskās ķēdes logam (starp citu, šo principu izmanto skavas mērītājs).Strāvas transformatora galvenais raksturlielums ir transformācijas koeficients, piemēram, 100/5 A.
Strāvas transformatorus plaši izmanto strāvas mērīšanai un releju aizsardzības ķēdēs. Tie ir droši, jo mērītās un sekundārās ķēdes ir galvaniski izolētas viena no otras. Parasti rūpnieciskos strāvas transformatorus ražo ar divām vai vairākām sekundāro tinumu grupām, no kurām viena ir savienota ar aizsargierīcēm, otra - ar mērierīci, piemēram, skaitītājiem.
Impulsu transformators
Gandrīz visos mūsdienu elektrotīkla barošanas avotos, dažādos invertoros, metināšanas iekārtās un citos jaudas un mazjaudas elektriskajos pārveidotājos tiek izmantoti impulsu transformatori.Mūsdienās impulsu ķēdes ir gandrīz pilnībā aizstājušas smagos zemfrekvences transformatorus ar laminētām tērauda serdeņiem.
Tipisks impulsu transformators ir ferīta serdeņa transformators. Kodola forma (magnētiskā ķēde) var būt pilnīgi atšķirīga: gredzens, stienis, kauss, W-veida, U-veida. Ferītu priekšrocības salīdzinājumā ar transformatora tēraudu ir acīmredzamas — ferīta transformatori var darboties ar frekvencēm līdz 500 kHz vai vairāk.
Tā kā impulsu transformators ir augstfrekvences transformators, tā izmēri tiek ievērojami samazināti, palielinoties frekvencei. Tinumiem nepieciešams mazāk vadu, un lauka strāva ir pietiekama, lai primārajā kontūrā iegūtu augstfrekvences strāvu, IGBT vai bipolārs tranzistors, dažreiz vairāki, atkarībā no impulsa barošanas ķēdes topoloģijas (uz priekšu — 1, push-pull — 2, pustilts — 2, tilts — 4).
Taisnības labad jāatzīmē, ka, ja tiek izmantota apgrieztā strāvas padeves ķēde, tad transformators būtībā ir dubultā drosele, jo elektrības uzkrāšanās un izdalīšanās procesi sekundārajā ķēdē tiek atdalīti laikā, tas ir, tie neturpinās. Tāpēc vienlaikus ar flyback vadības ķēdi tas joprojām ir droselis, bet ne transformators.
Impulsu ķēdes ar transformatoriem un ferīta droseles mūsdienās ir atrodamas visur, sākot no energotaupības spuldžu balastiem un dažādu ierīču lādētājiem, līdz metināšanas iekārtām un jaudīgiem invertoriem.
Impulsu strāvas transformators
Lai mērītu strāvas lielumu un (vai) virzienu impulsu ķēdēs, bieži tiek izmantoti impulsu strāvas transformatori, kas ir ferīta serde, bieži vien gredzenveida (toroidāla), ar vienu tinumu.Caur serdes gredzenu tiek izvadīts vads, kura strāva ir jāpārbauda, un pati spole ir noslogota uz rezistora.
Piemēram, gredzenā ir 1000 stieples apgriezieni, tad primārā (vītņotā stieples) un sekundārā tinuma strāvu attiecība būs 1000 pret 1. Ja gredzena tinumu noslogo uz zināmas vērtības rezistoru, tad uz to mērītais spriegums būs proporcionāls spoles strāvai, kas nozīmē, ka izmērītā strāva ir 1000 reizes lielāka par strāvu caur šo rezistoru.
Nozare ražo impulsu strāvas transformatorus ar dažādiem transformācijas koeficientiem. Projektētājam šādam transformatoram tikai jāpievieno rezistors un mērīšanas ķēde. Ja vēlaties uzzināt strāvas virzienu, nevis tā lielumu, tad strāvas transformatora tinumu vienkārši uzlādē divas pretējās Zener diodes.
Komunikācija starp elektriskajām mašīnām un transformatoriem
Elektriskie transformatori vienmēr ir iekļauti elektrisko mašīnu kursos, kas tiek apgūti visās izglītības iestāžu elektrotehnikas specialitātēs. Elektriskais transformators pēc būtības nav elektriskā mašīna, bet gan elektrisks aparāts, jo tajā nav kustīgu detaļu, kuru klātbūtne ir raksturīga jebkurai mašīnai kā mehānisma tipam.Šī iemesla dēļ minētie kursi, š.g. lai izvairītos no pārpratumiem, jāsauc par "elektrisko mašīnu un elektrisko transformatoru kursiem".
Transformatoru iekļaušana visos elektrisko mašīnu kursos ir divu iemeslu dēļ.Vienai no tām ir vēsturiska izcelsme: tās pašas rūpnīcas, kas ražoja maiņstrāvas elektriskās mašīnas, būvēja arī transformatorus, jo tikai transformatoru klātbūtne deva maiņstrāvas iekārtām priekšrocības salīdzinājumā ar līdzstrāvas iekārtām, kas galu galā noveda pie to pārsvara šajā nozarē. Un tagad nav iespējams iedomāties lielu maiņstrāvas instalāciju bez transformatoriem.
Taču, attīstoties maiņstrāvas mašīnu un transformatoru ražošanai, radās nepieciešamība koncentrēt transformatoru ražošanu īpašās transformatoru rūpnīcās. Fakts ir tāds, ka, pateicoties iespējai pārraidīt maiņstrāvu, izmantojot transformatorus lielos attālumos, transformatoru augstākā sprieguma pieaugums bija daudz ātrāks nekā maiņstrāvas elektrisko mašīnu sprieguma pieaugums.
Pašreizējā maiņstrāvas elektrisko mašīnu attīstības stadijā tām augstākais racionālais spriegums ir 36 kV. Tajā pašā laikā augstākais spriegums faktiski realizētajos elektriskajos transformatoros sasniedza 1150 kV. Tik augsti transformatoru spriegumi un to darbība gaisvadu elektrolīnijās, kas pakļautas zibens iedarbībai, ir izraisījušas ļoti specifiskas transformatoru problēmas, kas ir svešas elektriskajām mašīnām.
Tas noveda pie tehnoloģisko problēmu ražošanas, kas tik ļoti atšķīrās no elektrotehnikas tehnoloģiskajām problēmām, ka transformatoru nodalīšana neatkarīgā ražošanā kļuva neizbēgama. Tādējādi pirmais iemesls — rūpnieciskais savienojums, kas padarīja transformatorus tuvu elektriskajām mašīnām — pazuda.
Otrs iemesls ir fundamentāls un sastāv no tā, ka praksē izmantotie elektriskie transformatori, kā arī elektriskās mašīnas ir balstītas uz elektromagnētiskās indukcijas princips (Faraday likums), — starp viņiem paliek nesatricināma saikne. Tajā pašā laikā, lai izprastu daudzas parādības maiņstrāvas mašīnās, ir absolūti nepieciešamas zināšanas par transformatoros notiekošajiem fizikālajiem procesiem, turklāt lielas maiņstrāvas mašīnu klases teoriju var reducēt uz teoriju par maiņstrāvas mašīnām. transformatori, tādējādi atvieglojot to teorētisko apsvēršanu.
Tāpēc maiņstrāvas mašīnu teorijā spēcīgu vietu ieņem transformatoru teorija, no kuras tomēr neizriet, ka transformatorus varētu saukt par elektriskām mašīnām. Turklāt jāņem vērā, ka transformatoriem ir atšķirīgs mērķu noteikšanas un enerģijas pārveidošanas process nekā elektriskajām mašīnām.
Elektriskās mašīnas mērķis ir pārveidot mehānisko enerģiju elektriskajā enerģijā (ģeneratorā) vai, otrādi, elektrisko enerģiju mehāniskajā enerģijā (motorā), savukārt transformatorā mēs nodarbojamies ar maiņstrāvas elektriskās enerģijas veida pārvēršanu maiņstrāvas enerģijā. pašreizējā elektriskā enerģija. cita veida strāva.