Třífázové a jednofázové transformátory: zařízení, princip činnosti, typy

Transformaci třífázové napěťové soustavy lze realizovat pomocí tří jednofázových transformátorů. Zároveň však bude použit přístroj značné hmotnosti a působivých rozměrů. Třífázový transformátor postrádá tyto nevýhody, protože jeho vinutí jsou umístěna na tyčích společného magnetického obvodu. Proto v sítích s kapacitou do 60 tis. kVA jeho aplikace je tou nejlepší volbou.

Účel třífázového transformátoru

Hlavní funkcí transformátorů je přenos elektřiny na velké vzdálenosti. Střídavá elektrická energie vzniká v elektrárnách. Při přenosu elektřiny dochází ke ztrátám pro ohřev vodičů. Lze je snížit snížením intenzity proudu. K tomu je nutné zvýšit napětí tak, aby jeho hodnota byla v rozmezí od 6 do 500 kV.

Faktor zvětšení závisí na hodnotě přenášeného výkonu a vzdálenosti k cíli. Výkon, který je v tomto případě přenášen, závisí na dvou parametrech: napětí a proudu. Hlavní charakteristikou ovlivňující změnu ztrát vodičů spojených s ohřevem je hodnota proudové síly. V souladu s tím, aby se snížily tepelné ztráty, je nutné snížit proud. Snížením proudu se musí odpovídajícím způsobem zvýšit hodnota napětí. Potom zůstane hodnota přenášeného výkonu nezměněna.

Po dodání napětí spotřebitelům by mělo být sníženo na požadovanou hodnotu. V souladu s tím je hlavním úkolem třífázových transformátorů zvýšit napětí před přenosem elektřiny a snížit ho po něm.

Definice a typy zařízení

Třífázový transformátor je statický přístroj se třemi páry vinutí. Zařízení je navrženo tak, aby převádělo napětí při přenosu energie na velké vzdálenosti.

Klasifikace fází:

• jednofázový;
• třífázový.

Jednofázové transformátory mají nízký výkon. Jejich hlavní oblastí použití je každodenní život a speciální práce (svařování, měření, zkoušení).

Výkonový rozsah třífázových transformátorů se velmi liší. Proto jejich oblast použití je velmi rozmanitá:

• pro napájení sběračů zvláštního určení;
• pro připojení měřicích zařízení;
• změnit hodnotu napětí během testování;
• pro zvýšení nebo snížení napětí při připojování osvětlení nebo silových zátěží.

Princip fungování

Jádrem třífázového transformátoru je magnetický obvod a vinutí. Každá fáze má své vlastní náběhové a klesající vinutí. Protože existují tři fáze, existuje šest vinutí. Nejsou vzájemně propojeny.

Princip činnosti třífázového transformátoru, stejně jako jednofázového, je založen na zákonu elektromagnetické indukce. Když je primární vinutí připojeno k síti, začne v něm proudit střídavý proud. Kvůli tomu se hlavní magnetický tok objevuje v jádru ocelového magnetického obvodu, který pokrývá vinutí v každé fázi. V každé zatáčce se objeví elektromotorická síla stejné hodnoty a velikosti.

Pokud je počet závitů sekundárního vinutí menší než počet závitů primárního, pak na výstupu bude napětí nižší hodnoty než na vstupu a naopak.

Skutečnost, že hodnota elektromotorické síly závisí pouze na počtu závitů určitého vinutí, potvrďte vzorce:

E 1 = 4, 44f 1 Ф W 1

E 2 = 4,44 f 1 Ф W 2

E 1, E 2 - hodnota elektromotorické síly v primárním a sekundárním vinutí, V;

f 1 - frekvence proudu v síti, Hz;

Ф je maximální hodnota hlavního magnetického toku, Wb;

W 1, W 2 - počet závitů v primárním a sekundárním vinutí.

Konstrukce transformátoru

Hlavní části měniče napětí jsou:

• magnetický obvod;
• vinutí vysokého a nízkého napětí;
• nádrž;
• vstupy a výstupy.

Mezi další vybavení patří:

• expanzní nádoba;
• výfukové potrubí;
• poruchová pojistka;
• zařízení pro ovládání a signalizaci.

Magnetický obvod je nutný pro upevnění všech částí přístroje. Jedná se o jakousi kostru měniče napětí. Jeho druhým úkolem je vytvořit směr pohybu pro hlavní magnetický tok. V závislosti na vlastnostech upevnění vinutí k jádru může být magnetický obvod transformátoru ze tří typů:

• pancéřová tyč;
• obrněný;
• stěžejní.

Pro výrobu vinutí transformátorů s nízkým výkonem se používá měděný drát s obdélníkovým nebo kruhovým průřezem.

Transformátorový olej je velmi důležitým prvkem v zařízení. Nepoužívá se v transformátorech s nízkým výkonem (suché). Při středním až vysokém výkonu je jeho použití povinné. Mějte transformátorový olej dva hlavní úkoly:

• chlazení vinutí zahřátím v důsledku proudu, který jimi protéká;
• zvýšená izolace.

Expanzní nádoba je instalována v transformátorech s vysokonapěťovým vinutím více než 6 kV a výkonem přístroje více než 75 kVA. Odebíráním tepla z vinutí se transformátorový olej postupně zahřívá a expanduje. Jeho přebytek vstupuje do expanzní nádrže. Funkcí expandéru je chránit olej před oxidací a vlhkostí.

U vysokovýkonných transformátorů je potrubí expandéru vybaveno plynovým relé a ventilem, který v případě potřeby odpojí expandér od nádrže.

Vstupy a výstupy jsou potřebné pro připojení konců vinutí k napájecímu vedení. Jsou umístěny na víku nádrže. Jsou vyrobeny ze skla nebo porcelánového izolátoru s vodivou měděnou tyčí uvnitř. Primární vinutí je připojeno ke vstupům a sekundární vinutí je připojeno ke svorkám.

Na víku nádrže je přepínač napětí (anzapfa). Pomocí tohoto zařízení můžete měnit počet připojených závitů vinutí současně ve třech fázích. Tato manipulace umožňuje podle potřeby zvýšit nebo snížit výstupní napětí.

Funkcí výfukového potrubí je zabránit poškození nádrže v případě nouze. V případě poruchy, zkratu se olej rychle zahřeje a objeví se plyny. V důsledku přítomnosti výfukového potrubí nádrž pod velkým tlakem nepraskne a je poškozena pouze skleněná membrána v potrubí. To umožňuje únik ropy a plynů.

Vedle vstupů a výstupů je instalována průrazná pojistka. Jeho účelem je chránit sítě nízkého napětí před výskytem vysokého napětí v nich.

Pro kontrolu teploty transformátorového oleje a pro signalizaci poplachu v případě přehřátí je zapotřebí termometrické signalizační zařízení.

Schémata a skupiny zapojení vinutí

U třífázových transformátorů je nutné propojit primární vinutí fázově a sekundární. Existují tři schémata připojení:

• hvězda;
• trojúhelník;
• cikcak.

Při spojení vinutí s hvězdou bude lineární napětí - mezi počátky fází - 1,73krát větší než fázové napětí (mezi začátkem a koncem fáze). Když jsou vinutí transformátoru zapojena do trojúhelníku, fázové a mezifázové napětí budou stejné.

Je výhodnější spojit vinutí s hvězdou při vysokém napětí a s trojúhelníkem - při významných proudech. Klikaté spojení vinutí umožňuje vyhladit asymetrii magnetizačních proudů. Nevýhodou tohoto způsobu připojení je však zvýšený odpad navíjecího materiálu.

Skupina spojování vinutí ukazuje zpoždění vektoru elektromotorické síly klesajícího vinutí od vektoru e. atd. s. stupňovité vinutí. Označte skupinu připojení řadou čísel od 0 do 11.

Ztráty a efektivita

Transformátor je typ elektrického stroje s minimálním množstvím ztrát. Jejich počet je zanedbatelný a činí 1–2 %.

Elektrické ztráty jdou do ohřevu vinutí přístroje a kolísají přímo úměrně se změnou zátěže. Magnetické ztráty vznikají v důsledku převrácení magnetizace jádra magnetického obvodu a závisí pouze na hodnotě napětí, které je přiváděno do primárního vinutí. Proto připojení transformátoru na vyšší napětí vede ke zvýšení magnetických ztrát.

Účinnost (účinnost) elektrického stroje je poměr užitečného výkonu na výstupu elektrického stroje k výkonu dodávanému na vstupu. Účinnost transformátoru nabývá maximální hodnoty při zatížení aparatury 45-65%.

Transformátory pro speciální účely

Napěťové měniče, které nejsou určeny k napájení osvětlení a výkonových zátěží, jsou speciální transformátory. Jsou několika typů: měřicí, svařovací, autotransformátory.

Měřicí převodníky napětí

Přístrojové transformátory se používají k zapínání měřicích zařízení ve vysokonapěťových obvodech. Jejich použití umožňuje:

• rozšířit hranice měření instalací střídavého proudu;
• zvýšit ochranu osob obsluhujících zařízení;
• k měření používejte přístroje malých rozměrů a hmotnosti.

Dělí se na transformátory proudu a transformátory napětí.

Primární vinutí přístrojových transformátorů je připojeno k síti a měřicí přístroje jsou připojeny k sekundárnímu.

svářecí zařízení

Svařovací transformátory snižují síťové napětí (220 V nebo 380 V) na požadovaných 60-70 V. Nízké svařovací napětí zajišťuje bezpečnost svářeče. Snížení hodnoty napětí pod 60 V je nepřijatelné vzhledem k tomu, že se oblouk jednoduše nezapálí.

Svařovací transformátory se nebojí zkratů, protože v tomto režimu provozu je proudová síla udržována v přípustných hodnotách po dlouhou dobu.

Autotransformátor s plynule proměnným napětím

Ve strojovnách se autotransformátory používají ke spouštění vysoce výkonných motorů a také v laboratořích při provádění různých typů zkoušek.

Hlavním rozlišovacím znakem autotransformátorů je přítomnost elektrického spojení mezi primárním a sekundárním vinutím. U snižujících autotransformátorů je tato skutečnost nevýhodou, protože při nedostatečném dodržování techniky bezpečnost, v případě havarijního režimu může dojít k poruše zařízení, ohrožení života a zdraví obsluhujícího personálu ohrožení.

Paralelní práce

Pro spolehlivý provoz velkého počtu pantografů jeden výkonový transformátor nestačí. Proto je v rozvodnách zapojeno několik měničů napětí. Připojení transformátorů ke skupině stejných spotřebičů se nazývá paralelní provoz. Není možné zahrnout žádné měniče napětí pro paralelní provoz. Je třeba splnit některé speciální požadavky.

Vynález transformátoru dal střídavému proudu šanci pevně vstoupit do rozvoje průmyslu a zaujmout jeho místo v každodenním životě a zemědělství.