La trasformazione di un sistema di tensione trifase può essere realizzata utilizzando tre trasformatori monofase. Ma allo stesso tempo verrà utilizzato un apparato di notevole peso e dimensioni impressionanti. Un trasformatore trifase è privo di questi svantaggi, poiché i suoi avvolgimenti si trovano sulle aste di un circuito magnetico comune. Pertanto, in reti con una capacità fino a 60 mila. kVA la sua applicazione è l'opzione migliore.
Contenuto
- Scopo di un trasformatore trifase
- Definizione e tipi di dispositivo
- Principio operativo
- Struttura del trasformatore
- Schemi e gruppi di collegamento degli avvolgimenti
- Perdite ed efficienza
-
Trasformatori per usi speciali
- Trasduttori di tensione di misura
- attrezzatura per saldatura
- Autotrasformatore a tensione variabile in continuo
- Lavoro parallelo
Scopo di un trasformatore trifase
La funzione principale dei trasformatori è quella di trasmettere elettricità su lunghe distanze. L'energia elettrica CA viene generata nelle centrali elettriche. Durante la trasmissione dell'elettricità, ci sono perdite per il riscaldamento dei fili. Possono essere ridotti abbassando l'amperaggio. Per fare ciò, è necessario aumentare la tensione in modo che il suo valore sia compreso tra 6 e 500 kV.
Il fattore di ingrandimento dipende dal valore della potenza trasmessa e dalla distanza dalla destinazione. La potenza che viene trasmessa in questo caso dipende da due parametri: tensione e corrente. La caratteristica principale che influenza la variazione delle perdite dei fili associate al riscaldamento è il valore della forza attuale. Di conseguenza, per ridurre le perdite di calore, è necessario ridurre l'amperaggio. Diminuendo la corrente, il valore della tensione deve essere aumentato di conseguenza. Quindi il valore della potenza che viene trasmessa rimarrà invariato.
Dopo che la tensione è stata fornita ai consumatori, dovrebbe essere ridotta al valore richiesto. Di conseguenza, il compito principale dei trasformatori trifase è aumentare la tensione prima della trasmissione di potenza e diminuire dopo di essa.
Definizione e tipi di dispositivo
Un trasformatore trifase è un apparato statico con tre coppie di avvolgimenti. Il dispositivo è progettato per convertire la tensione durante la trasmissione di potenza su lunghe distanze.
Classificazione di fase:
- monofase;
- trifase.
I trasformatori monofase sono a bassa potenza. Le loro principali aree di applicazione sono la vita quotidiana e il lavoro speciale (saldatura, misurazioni, test).
La gamma di potenza dei trasformatori trifase varia ampiamente. Ecco perchè il loro campo di applicazione è molto vario:
- per alimentazione di pantografi di uso speciale;
- per il collegamento di dispositivi di misurazione;
- per modificare il valore della tensione durante il test;
- per aumentare o diminuire la tensione quando si collegano carichi di illuminazione o di potenza.
Principio operativo
Il nucleo di un trasformatore trifase è un circuito magnetico e avvolgimenti. Ogni fase ha il proprio avvolgimento step-up e step-down. Poiché ci sono tre fasi, rispettivamente, ci sono sei avvolgimenti. Non sono collegati tra loro.
Il principio di funzionamento di un trasformatore trifase, come uno monofase, si basa sulla legge dell'induzione elettromagnetica. Quando l'avvolgimento primario è collegato alla rete, la corrente alternata inizia a fluire al suo interno. A causa di ciò, il flusso magnetico principale appare nel nucleo del circuito magnetico in acciaio, che copre gli avvolgimenti in ciascuna fase. Ad ogni giro appare una forza elettromotrice dello stesso valore e grandezza.
Se il numero di spire dell'avvolgimento secondario è inferiore al numero di spire del primario, l'uscita sarà una tensione di valore inferiore rispetto all'ingresso e viceversa.
Il fatto che il valore della forza elettromotrice dipende solo dal numero di spire di un certo avvolgimento, conferma le formule:
E 1 = 4, 44f 1 Ф W 1
E 2 = 4.44 f 1 W 2
E 1, E 2 - il valore della forza elettromotrice negli avvolgimenti primari e secondari, rispettivamente, V;
f 1 - frequenza della corrente nella rete, Hz;
è il valore massimo del flusso magnetico principale, Wb;
W 1, W 2 - il numero di spire rispettivamente negli avvolgimenti primari e secondari.
Struttura del trasformatore
Le parti principali del convertitore di tensione sono:
- circuito magnetico;
- avvolgimenti di alta e bassa tensione;
- carro armato;
- ingressi e uscite.
L'equipaggiamento aggiuntivo include:
- vaso di espansione;
- tubo di scarico;
- fusibile guasto;
- dispositivi di controllo e segnalazione.
Il circuito magnetico è necessario per il fissaggio di tutte le parti dell'apparecchio. È una specie di scheletro di un convertitore di tensione. Il suo secondo compito è creare una direzione di movimento per il flusso magnetico principale. A seconda delle caratteristiche di fissaggio degli avvolgimenti al nucleo, il circuito magnetico del trasformatore può essere di tre tipi:
- asta corazzata;
- blindato;
- fondamentale.
Per la produzione di avvolgimenti di trasformatori a bassa potenza, viene utilizzato un filo di rame con sezione rettangolare o circolare.
L'olio del trasformatore è un elemento molto importante nell'apparato. Non viene utilizzato nei trasformatori di bassa potenza (a secco). A potenza medio-alta, il suo utilizzo è obbligatorio. Avere olio per trasformatori due compiti principali:
- raffreddare gli avvolgimenti riscaldandosi a causa della corrente che li attraversa;
- maggiore isolamento.
Il vaso di espansione è installato in trasformatori con un avvolgimento ad alta tensione superiore a 6 kV e una potenza dell'apparato superiore a 75 kVA. Togliendo calore dagli avvolgimenti, l'olio del trasformatore si riscalda e si espande gradualmente. Il suo surplus entra nel vaso di espansione. La funzione dell'espansore è quella di proteggere l'olio dall'ossidazione e dall'umidità.
Nei trasformatori ad alta potenza, la tubazione dell'espansore è dotata di un relè del gas e una valvola che disconnette l'espansore dal serbatoio, se necessario.
Gli ingressi e le uscite sono necessari per collegare le estremità degli avvolgimenti alle linee elettriche. Si trovano sul coperchio del serbatoio. Sono realizzati in isolante in vetro o porcellana con all'interno un'asta di rame conduttiva. L'avvolgimento primario è collegato agli ingressi e l'avvolgimento secondario è collegato ai terminali.
C'è un interruttore di tensione (anzapfa) sul coperchio del serbatoio. Con l'aiuto di questo dispositivo, è possibile modificare contemporaneamente il numero di spire collegate degli avvolgimenti in tre fasi. Questa manipolazione consente di aumentare o diminuire la tensione di uscita secondo necessità.
La funzione del tubo di scarico è quella di prevenire danni al serbatoio in caso di emergenza. In caso di guasto, cortocircuito, l'olio si riscalda rapidamente e compaiono i gas. A causa della presenza di un tubo di scarico, il serbatoio non scoppia sotto una pressione significativa e solo la membrana di vetro nel tubo è danneggiata. Ciò consente la fuoriuscita di olio e gas.
Un fusibile di guasto è installato accanto agli ingressi e alle uscite. Il suo scopo è proteggere le reti a bassa tensione dalla comparsa di alta tensione in esse.
È necessario un dispositivo di segnalazione termometrica per controllare la temperatura dell'olio del trasformatore, nonché per dare un allarme in caso di surriscaldamento.
Schemi e gruppi di collegamento degli avvolgimenti
Nei trasformatori trifase è necessario interconnettere gli avvolgimenti primari nelle fasi e quelli secondari. Esistono tre schemi di connessione:
- stella;
- triangolo;
- zigzag.
Quando si collegano gli avvolgimenti con una stella, la tensione lineare - tra l'inizio delle fasi - sarà 1,73 volte maggiore della tensione di fase (tra l'inizio e la fine della fase). Quando gli avvolgimenti del trasformatore sono collegati a triangolo, le tensioni di fase e concatenate saranno le stesse.
È più redditizio collegare gli avvolgimenti con una stella ad alta tensione e con un triangolo - a correnti significative. La connessione a zigzag degli avvolgimenti consente di appianare l'asimmetria delle correnti magnetizzanti. Ma lo svantaggio di questo metodo di connessione è l'aumento dello spreco di materiale di avvolgimento.
Il gruppo di collegamento degli avvolgimenti mostra il ritardo del vettore della forza elettromotrice dell'avvolgimento step-down dal vettore e. eccetera. insieme a. avvolgimento graduale. Indica un gruppo di connessione con una serie di numeri da 0 a 11.
Perdite ed efficienza
Un trasformatore è un tipo di macchina elettrica con una quantità minima di perdite. Il loro numero è trascurabile e ammonta all'1-2%.
Le perdite elettriche vanno a riscaldare gli avvolgimenti dell'apparato e fluttuano in maniera direttamente proporzionale alla variazione di carico. Le perdite magnetiche compaiono a causa dell'inversione di magnetizzazione del nucleo del circuito magnetico e dipendono solo dal valore della tensione che viene fornita all'avvolgimento primario. Pertanto, collegare il trasformatore a una tensione più elevata comporta un aumento delle perdite magnetiche.
L'efficienza (efficienza) di una macchina elettrica è il rapporto tra la potenza utile all'uscita di una macchina elettrica e quella fornita all'ingresso. L'efficienza del trasformatore assume un valore massimo quando l'apparato è caricato del 45-65%.
Trasformatori per usi speciali
I convertitori di tensione che non sono progettati per fornire illuminazione e carichi di potenza sono trasformatori speciali. Sono di diversi tipi: misura, saldatura, autotrasformatori.
Trasduttori di tensione di misura
I trasformatori di strumenti vengono utilizzati per accendere i dispositivi di misurazione nei circuiti ad alta tensione. Il loro utilizzo consente:
- ampliare i confini della misurazione degli impianti in corrente alternata;
- aumentare la protezione delle persone al servizio dell'apparato;
- utilizzare dispositivi di piccole dimensioni e peso per la misurazione.
Suddiviso in trasformatori di corrente e trasformatori di tensione.
L'avvolgimento primario dei trasformatori di strumento è collegato alla rete e gli strumenti di misura sono collegati al secondario.
attrezzatura per saldatura
I trasformatori di saldatura riducono la tensione di rete (220 V o 380 V) ai 60-70 V richiesti. La bassa tensione di saldatura garantisce la sicurezza del saldatore. Abbassare il valore di tensione al di sotto di 60 V è inaccettabile a causa del fatto che l'arco potrebbe semplicemente non accendersi.
I trasformatori di saldatura non temono i cortocircuiti, poiché in questa modalità di funzionamento la forza attuale viene mantenuta entro i valori consentiti per lungo tempo.
Autotrasformatore a tensione variabile in continuo
Nelle sale macchine, gli autotrasformatori vengono utilizzati per avviare motori ad alta potenza, nonché nei laboratori durante l'esecuzione di vari tipi di test.
La principale caratteristica distintiva degli autotrasformatori è la presenza di una connessione elettrica tra gli avvolgimenti primari e secondari. Negli autotrasformatori step-down, questo fatto è uno svantaggio, poiché con un'aderenza insufficiente alla tecnica sicurezza, in caso di modalità di emergenza, guasto del dispositivo, la vita e la salute del personale operativo possono essere sotto minaccia.
Lavoro parallelo
Per il funzionamento affidabile di un gran numero di pantografi, un trasformatore di potenza non è sufficiente. Pertanto, nelle sottostazioni, sono collegati diversi convertitori di tensione per funzionare. Il collegamento dei trasformatori a un gruppo degli stessi consumatori è chiamato funzionamento in parallelo. È impossibile includere convertitori di tensione per il funzionamento in parallelo. È necessario soddisfare alcuni requisiti speciali.
L'invenzione del trasformatore ha dato alla corrente alternata la possibilità di entrare saldamente nello sviluppo dell'industria e di prendere il suo posto nella vita quotidiana e nell'agricoltura.
