Il dispositivo e i principi di funzionamento dei trasformatori: scopo, tipi, criteri di selezione

Impianti di trasformazione - convertitori di energia elettrica. Sono utilizzati nella maggior parte degli elettrodomestici, reti elettriche, dispositivi di automazione, elettrodomestici e dispositivi di comunicazione. Il principio di funzionamento dei trasformatori si basa sulla legge di Faraday dell'induzione elettromagnetica.

Dispositivo trasformatore

Strutturalmente, il trasformatore è costituito da uno o più avvolgimenti isolati che sono avvolti su un nucleo ferromagnetico. Nello schema più semplice, questi sono gli avvolgimenti primari e secondari. La tensione viene applicata al primario e rimossa dal secondario. Sotto l'influenza della corrente alternata, che viene fornita all'avvolgimento primario, nel circuito magnetico si forma un flusso magnetico sinusoidale F.. Penetrando negli avvolgimenti, induce nell'avvolgimento primario la forza elettromotrice di autoinduzione (EMF) e nel secondario - l'EMF di induzione.

Entrambe queste forze elettromotrici sono indotte dal flusso magnetico Ф, quindi l'EMF (E) è lo stesso in ogni giro. Le spire sono collegate in serie, quindi l'EMF dell'avvolgimento primario sarà E1 = E · w1. Per il secondario, questo è il rapporto: E2 = E · w2, dove w1, w2 è il numero di giri.

Quando l'avvolgimento secondario è aperto, la corrente non scorre al suo interno e la tensione alle estremità è uguale all'EMF, U2 = E2. Con una piccola corrente nell'avvolgimento primario, le perdite saranno insignificanti e U1 ≈ E1. Sostituisci E1 ed E2, quindi il rapporto di tensione sarà espresso da una certa costante K, chiamata rapporto di trasformazione, U1 / U2 = E1 / E2 = w1 / w2 = K.

Tipi di convertitori

Scopo e principio di funzionamento trasformatore consiste nella capacità di aumentare e diminuire la tensione, modificare il numero di fasi, convertire la frequenza. A seconda delle funzioni svolte, i trasformatori si dividono nelle seguenti tipologie:

• Impianti di trasformatori di potenza. I generatori nelle centrali elettriche producono potenza ad alta tensione di 6-24 kV. Per evitare grandi perdite nelle linee elettriche, è necessario aumentare la tensione a 750 kV. Per distribuire l'energia tra gli utenti finali è necessario abbassare la tensione a 380 V. I trasformatori di potenza eseguono queste attività di conversione della tensione.
• Impianti di trasformatori di corrente. Sono utilizzati per misurazioni nei circuiti elettrici. L'avvolgimento primario è collegato al circuito in cui deve essere misurata la corrente e il secondario è utilizzato per collegare gli strumenti di misura. Nell'avvolgimento secondario scorre una corrente proporzionale alla corrente primaria.
• Impianti di trasformatori di tensione. Converte l'alta tensione in bassa tensione.

Impianti di trasformatori di saldatura. Sono utilizzati nelle unità di saldatura. Convertono l'alta tensione in bassa tensione, mentre la corrente sale a migliaia di ampere.

• Autotrasformatori. Entrambi gli avvolgimenti sono collegati, c'è una connessione magnetica ed elettrica.
• Impianti trasformatori di impulsi. Servono per convertire i segnali di impulso.

Per il numero di avvolgimenti, si distinguono:

• Impianti a doppio avvolgimento.
• Impianti a tre avvolgimenti.
• Impianti di trasformatori multifase.

In base alla progettazione, i trasformatori sono asciutti e riempiti d'olio. Le perdite di calore si verificano durante il funzionamento degli impianti di trasformazione. Per le unità a bassa potenza, sono piccole, lì viene utilizzato il raffreddamento ad aria. Questi sono trasformatori a secco. I trasformatori a bagno d'olio sono più potenti e richiedono il raffreddamento a liquido. Per fare ciò, vengono collocati in serbatoi con olio per trasformatori, che contribuisce a un raffreddamento più completo e migliora l'isolamento. Le unità ad olio sono progettate per funzionare a tensioni superiori a 6 migliaia. v.

Modalità operative dei dispositivi trasformatore

Tutti i dispositivi possono essere inattivi, sotto carico e cortocircuito. Il minimo è una condizione di lavoro in cui non c'è carico, l'avvolgimento secondario è aperto. In questa modalità vengono calcolati:

• Rapporti di trasformazione.
• Resistenza del ramo di magnetizzazione. Per questo, un voltmetro è collegato all'avvolgimento secondario. La resistenza dovrebbe essere tale che la corrente sia minima.
• Fattore di potenza.
• Il cortocircuito è la condizione operativa in cui sono collegate le estremità dell'avvolgimento secondario. Quando l'unità è in funzione, un cortocircuito è una modalità di emergenza. Le correnti primarie e secondarie aumentano di decine di volte. Per prevenire un incidente, vengono attivati ​​meccanismi di protezione.

La tensione di cortocircuito viene determinata in condizioni di prova. Questa è la caratteristica del passaporto dell'unità. Per determinare le caratteristiche, vengono collegate le estremità dell'avvolgimento secondario e la tensione sul primario viene ridotta in modo tale che la corrente non superi i valori nominali.

In tali prove, unitamente alle prove a vuoto, viene determinata l'efficienza degli impianti.

Criteri di selezione dell'attrezzatura

Quando si acquistano apparecchiature per trasformatori, è necessario considerare i suoi parametri principali:

• Voltaggio.
• Rapporto di trasformazione.
• Errore angolare per trasformatori di corrente.

Vengono prese in considerazione anche le condizioni operative. L'area di applicazione, il carico e la tensione di cortocircuito sono molto importanti per la selezione. È particolarmente necessario far funzionare correttamente le unità. Esistono standard per l'avviamento, la messa in servizio e l'uso delle unità. Il punto principale è la manutenzione degli impianti, in cui è necessario controllare la resistenza sugli avvolgimenti e la corrente.

Il livello dell'olio e la pulizia dell'isolamento devono essere controllati periodicamente. Se sono soddisfatti tutti i requisiti delle normative per l'installazione e la manutenzione delle unità, sarà garantita la sicurezza del funzionamento e il periodo di garanzia dei dispositivi.