Zařízení a principy činnosti transformátorů: účel, typy, kritéria výběru

Transformátorové instalace - měniče elektrické energie. Používají se ve většině elektrických spotřebičů, rozvodných sítích, automatizačních zařízeních, domácích spotřebičích a komunikačních zařízeních. Princip činnosti transformátorů je založen na Faradayově zákonu elektromagnetické indukce.

Transformátorové zařízení

Konstrukčně se transformátor skládá z jednoho nebo více izolovaných vinutí, která jsou navinuta na feromagnetickém jádru. V nejjednodušším schématu se jedná o primární a sekundární vinutí. Napětí je přivedeno na primární a odstraněno ze sekundárního. Vlivem střídavého proudu, který je přiváděn do primárního vinutí, vzniká v magnetickém obvodu sinusový magnetický tok F. Proniká do vinutí a indukuje v primárním vinutí elektromotorickou sílu samoindukce (EMF) a v sekundárním - EMF indukce.

Obě tyto elektromotorické síly jsou indukovány magnetickým tokem Ф, proto je EMF (E) v každém otočení stejné. Závity jsou zapojeny do série, takže EMF primárního vinutí bude E1 = E · w1. Pro sekundární je to poměr: E2 = E · w2, kde w1, w2 je počet závitů.

Když je sekundární vinutí otevřené, proud v něm neteče a napětí na koncích se rovná EMF, U2 = E2. Při malém proudu v primárním vinutí budou ztráty nevýznamné a U1 ≈ E1. Nahraďte E1 a E2 a pak bude poměr napětí vyjádřen nějakou konstantou K, nazývanou transformační poměr, U1 / U2 = E1 / E2 = w1 / w2 = K.

Typy měničů

Účel a princip činnosti transformátor spočívá ve schopnosti zvyšovat a snižovat napětí, měnit počet fází, převádět frekvenci. V závislosti na vykonávaných funkcích jsou transformátory rozděleny do následujících typů:

• Instalace výkonových transformátorů. Generátory v elektrárnách produkují výkon vysokého napětí 6-24 kV. Aby nedocházelo k velkým ztrátám v elektrických vedeních, je nutné zvýšit napětí na 750 kV. Pro distribuci energie mezi koncové uživatele je nutné snížit napětí na 380 V. Výkonové transformátory provádějí tyto úkoly převodu napětí.
• Instalace proudových transformátorů. Používají se pro měření v elektrických obvodech. Primární vinutí je připojeno k obvodu, ve kterém se má měřit proud, a sekundární slouží k připojení měřicích přístrojů. V sekundárním vinutí protéká proud úměrný primárnímu proudu.
• Instalace transformátorů napětí. Převádí vysoké napětí na nízké napětí.

Instalace svařovacích transformátorů. Používají se ve svařovacích jednotkách. Převádějí vysoké napětí na nízké napětí, zatímco proud stoupá na tisíce ampérů.

• Autotransformátory. Obě vinutí jsou spojena, je zde magnetické a elektrické spojení.
• Instalace pulsních transformátorů. Slouží pro převod impulsních signálů.

Podle počtu vinutí se rozlišují:

• Instalace s dvojitým vinutím.
• Instalace se třemi vinutími.
• Instalace vícefázových transformátorů.

Konstrukčně jsou transformátory suché a naplněné olejem. Při provozu transformátorových instalací dochází ke ztrátám tepla. U jednotek s malým výkonem jsou malé, tam se používá chlazení vzduchem. Jedná se o suché transformátory. Olejové transformátory jsou výkonnější a vyžadují kapalinové chlazení. K tomu jsou umístěny v nádržích s transformátorovým olejem, což přispívá k úplnějšímu chlazení a zlepšuje izolaci. Olejové agregáty jsou určeny pro provoz při napětí nad 6 tis. PROTI.

Provozní režimy transformátorových zařízení

Všechna zařízení mohou být nečinná, pod zátěží a zkratem. Volnoběh je pracovní stav, ve kterém není zátěž, sekundární vinutí je otevřené. V tomto režimu se počítají:

• Transformační poměry.
• Odpor magnetizační větve. K tomu je k sekundárnímu vinutí připojen voltmetr. Odpor by měl být takový, aby proud byl minimální.
• Faktor síly.
• Zkrat je provozní stav, při kterém jsou spojeny konce sekundárního vinutí. Když je jednotka v provozu, zkrat je nouzový režim. Primární a sekundární proudy se zvyšují desítkykrát. Aby se předešlo nehodě, jsou aktivovány ochranné mechanismy.

Zkratové napětí se stanoví za zkušebních podmínek. Toto je pasová charakteristika jednotky. Pro určení charakteristik se spojí konce sekundárního vinutí a napětí na primárním se sníží na takové, aby proud nepřekročil jmenovité hodnoty.

V takových zkouškách se společně se zkouškami naprázdno zjišťuje účinnost instalací.

Kritéria výběru zařízení

Při nákupu transformátorového zařízení je nutné zvážit jeho hlavní parametry:

• Napětí.
• Transformační poměr.
• Úhlová chyba pro proudové transformátory.

Zohledňují se i provozní podmínky. Pro výběr je velmi důležitá oblast použití, zatížení a zkratové napětí. Zejména je nutné zařízení správně obsluhovat. Existují normy pro spouštění, uvádění do provozu a používání jednotek. Hlavním bodem je údržba instalací, při které by se měl kontrolovat odpor na vinutí a proud.

Pravidelně kontrolujte hladinu oleje a čistotu izolace. Při splnění všech požadavků předpisů pro instalaci a údržbu jednotek bude zajištěna bezpečnost provozu a záruční doba zařízení.