Transformatory trójfazowe i jednofazowe: urządzenie, zasada działania, typy

Transformację trójfazowego układu napięciowego można zrealizować za pomocą trzech transformatorów jednofazowych. Ale jednocześnie zostanie użyty aparat o znacznej wadze i imponujących wymiarach. Transformator trójfazowy pozbawiony jest tych wad, ponieważ jego uzwojenia znajdują się na prętach wspólnego obwodu magnetycznego. Dlatego w sieciach o przepustowości do 60 tys. kVA jego zastosowanie jest najlepszą opcją.

Cel transformatora trójfazowego

Główną funkcją transformatorów jest przesyłanie energii elektrycznej na duże odległości. Energia elektryczna prądu przemiennego jest wytwarzana w elektrowniach. Podczas przesyłu energii elektrycznej występują straty na nagrzewanie przewodów. Można je zmniejszyć, obniżając natężenie prądu. Aby to zrobić, konieczne jest zwiększenie napięcia, aby jego wartość mieściła się w zakresie od 6 do 500 kV.

Współczynnik powiększenia zależy od wartości przesyłanej mocy i odległości do celu. Moc, która jest w tym przypadku przesyłana, zależy od dwóch parametrów: napięcia i prądu. Główną cechą wpływającą na zmianę strat w przewodach związanych z nagrzewaniem jest wartość natężenia prądu. W związku z tym, aby zmniejszyć straty ciepła, konieczne jest zmniejszenie natężenia. Zmniejszając prąd, należy odpowiednio zwiększyć wartość napięcia. Wtedy wartość przesyłanej mocy pozostanie niezmieniona.

Po dostarczeniu napięcia do odbiorców należy je obniżyć do wymaganej wartości. W związku z tym głównym zadaniem transformatorów trójfazowych jest zwiększanie napięcia przed przesyłem energii elektrycznej i zmniejszanie go po nim.

Definicja i typy urządzeń

Transformator trójfazowy to aparat statyczny z trzema parami uzwojeń. Urządzenie jest przeznaczone do konwersji napięcia podczas przesyłania mocy na duże odległości.

Klasyfikacja faz:

• jednofazowy;
• trójfazowy.

Transformatory jednofazowe mają małą moc. Ich główne obszary zastosowania to życie codzienne i prace specjalne (spawanie, pomiary, testowanie).

Zakres mocy transformatorów trójfazowych jest bardzo zróżnicowany. Dlatego obszar ich zastosowania jest bardzo zróżnicowany:

• do zasilania pantografów specjalnego przeznaczenia;
• do podłączania urządzeń pomiarowych;
• zmienić wartość napięcia podczas testowania;
• do zwiększania lub zmniejszania napięcia podczas podłączania urządzeń oświetleniowych lub zasilających.

Zasada działania

Rdzeniem transformatora trójfazowego jest obwód magnetyczny i uzwojenia. Każda faza ma swoje własne uzwojenie podwyższające i obniżające. Ponieważ istnieją odpowiednio trzy fazy, istnieje sześć uzwojeń. Nie są ze sobą połączone.

Zasada działania transformatora trójfazowego, podobnie jak jednofazowego, opiera się na prawie indukcji elektromagnetycznej. Gdy uzwojenie pierwotne jest podłączone do sieci, zaczyna w nim płynąć prąd przemienny. Z tego powodu główny strumień magnetyczny pojawia się w rdzeniu stalowego obwodu magnetycznego, który obejmuje uzwojenia w każdej fazie. W każdym obrocie pojawia się siła elektromotoryczna o tej samej wartości i wielkości.

Jeżeli liczba zwojów uzwojenia wtórnego jest mniejsza niż liczba zwojów pierwotnego, to na wyjściu będzie napięcie o niższej wartości niż na wejściu i odwrotnie.

Fakt, że wartość siły elektromotorycznej zależy tylko od liczby zwojów danego uzwojenia, potwierdzić formuły:

E 1 = 4, 44f 1 Ф W 1

E 2 = 4,44 f 1 Ф W 2

E 1, E 2 - wartość siły elektromotorycznej odpowiednio w uzwojeniu pierwotnym i wtórnym, V;

f 1 - częstotliwość prądu w sieci, Hz;

Ф to maksymalna wartość głównego strumienia magnetycznego, Wb;

W 1, W 2 - liczba zwojów odpowiednio w uzwojeniu pierwotnym i wtórnym.

Struktura transformatora

Główne części konwertera napięcia to:

• obwód magnetyczny;
• uzwojenia wysokiego i niskiego napięcia;
• zbiornik;
• wejścia i wyjścia.

Dodatkowe wyposażenie obejmuje:

• zbiornik wyrównawczy;
• rura wydechowa;
• bezpiecznik awaryjny;
• urządzenia do sterowania i sygnalizacji.

Obwód magnetyczny jest niezbędny do mocowania wszystkich części aparatu. To rodzaj szkieletu przetwornika napięcia. Drugim zadaniem jest wyznaczenie kierunku ruchu głównego strumienia magnetycznego. W zależności od cech mocowania uzwojeń do rdzenia obwód magnetyczny transformatora może być: trzech rodzajów:

• pręt pancerny;
• opancerzony;
• kluczowy.

Do produkcji uzwojeń transformatorów małej mocy stosuje się drut miedziany o przekroju prostokątnym lub okrągłym.

Bardzo ważnym elementem aparatu jest olej transformatorowy. Nie jest stosowany w transformatorach małej mocy (suche). Przy średniej do dużej mocy jego użycie jest obowiązkowe. Mieć olej transformatorowy dwa główne zadania:

• chłodzenie uzwojeń nagrzewających się pod wpływem przepływającego przez nie prądu;
• zwiększona izolacja.

Zbiornik wyrównawczy jest instalowany w transformatorach o uzwojeniu wysokiego napięcia powyżej 6 kV i mocy aparatu powyżej 75 kVA. Odbierając ciepło z uzwojeń, olej transformatorowy stopniowo nagrzewa się i rozszerza. Jego nadwyżka dostaje się do zbiornika wyrównawczego. Funkcją ekspandera jest ochrona oleju przed utlenianiem i wilgocią.

W transformatorach dużej mocy rurociąg ekspandera jest wyposażony w przekaźnik gazowy i zawór, który w razie potrzeby odłącza ekspander od zbiornika.

Wejścia i wyjścia są potrzebne do podłączenia końców uzwojeń do linii energetycznych. Znajdują się na pokrywie zbiornika. Wykonane są z izolatora szklanego lub porcelanowego z przewodzącym prętem miedzianym wewnątrz. Uzwojenie pierwotne jest podłączone do wejść, a uzwojenie wtórne do zacisków.

Na pokrywie zbiornika znajduje się przełącznik napięcia (anzapfa). Za pomocą tego urządzenia można jednocześnie zmieniać liczbę połączonych zwojów uzwojeń w trzech fazach. Ta manipulacja pozwala w razie potrzeby zwiększyć lub zmniejszyć napięcie wyjściowe.

Zadaniem rury wydechowej jest zapobieganie uszkodzeniu zbiornika w przypadku awarii. W przypadku awarii, zwarcia, olej szybko się nagrzewa i pojawiają się gazy. Dzięki obecności rury wydechowej zbiornik nie pęka pod dużym ciśnieniem, a uszkodzeniu ulega jedynie szklana membrana w rurze. Pozwala to na ucieczkę oleju i gazów.

Bezpiecznik jest zainstalowany obok wejść i wyjść. Jego celem jest ochrona sieci niskiego napięcia przed pojawieniem się w nich wysokiego napięcia.

Sygnalizator termometryczny jest wymagany do kontroli temperatury oleju transformatorowego, a także do alarmu w przypadku przegrzania.

Schematy i grupy połączeń uzwojeń

W transformatorach trójfazowych konieczne jest połączenie uzwojeń pierwotnych w fazach i wtórnych. Istnieją trzy schematy połączeń:

• gwiazda;
• trójkąt;
• zygzak.

Przy łączeniu uzwojeń z gwiazdą napięcie liniowe - między początkiem faz - będzie 1,73 razy większe niż napięcie fazowe (między początkiem a końcem fazy). Gdy uzwojenia transformatora są połączone w trójkąt, napięcia fazowe i międzyfazowe będą takie same.

Bardziej opłaca się łączyć uzwojenia z gwiazdą przy wysokich napięciach i trójkątem - przy znacznych prądach. Zygzakowate połączenie uzwojeń umożliwia wygładzenie asymetrii prądów magnesujących. Ale wadą tej metody połączenia jest zwiększone marnotrawstwo materiału uzwojenia.

Grupa łączenia uzwojeń pokazuje opóźnienie wektora siły elektromotorycznej uzwojenia obniżającego od wektora e. itp. z. uzwojenie przyspieszające. Wskaż grupę połączeń szeregiem liczb od 0 do 11.

Straty i wydajność

Transformator to rodzaj maszyny elektrycznej o minimalnej ilości strat. Ich liczba jest znikoma i wynosi 1-2%.

Straty elektryczne trafiają do ogrzewania uzwojeń aparatu i zmieniają się wprost proporcjonalnie do zmiany obciążenia. Straty magnetyczne powstają w wyniku odwrócenia namagnesowania rdzenia obwodu magnetycznego i zależą tylko od wartości napięcia dostarczanego do uzwojenia pierwotnego. Dlatego podłączenie transformatora do wyższego napięcia prowadzi do wzrostu strat magnetycznych.

Sprawność (sprawność) maszyny elektrycznej to stosunek mocy użytecznej na wyjściu maszyny elektrycznej do mocy dostarczanej na wejściu. Sprawność transformatora przyjmuje wartość maksymalną przy obciążeniu aparatu 45-65%.

Transformatory specjalnego przeznaczenia

Przetworniki napięcia, które nie są przeznaczone do zasilania odbiorników oświetleniowych i mocy, to specjalne transformatory. Są kilku typów: pomiarowe, spawalnicze, autotransformatory.

Pomiarowe przetworniki napięcia

Przekładniki pomiarowe służą do włączania urządzeń pomiarowych w obwodach wysokiego napięcia. Ich zastosowanie pozwala:

• poszerzyć granice pomiaru instalacji prądu przemiennego;
• zwiększyć ochronę osób obsługujących aparat;
• do pomiaru używaj urządzeń o małych rozmiarach i wadze.

Podzielony na przekładniki prądowe i przekładniki napięciowe.

Uzwojenie pierwotne przekładników jest podłączone do sieci, a przyrządy pomiarowe są podłączone do wtórnego.

sprzęt spawalniczy

Transformatory spawalnicze obniżają napięcie sieciowe (220 V lub 380 V) do wymaganego 60-70 V. Niskie napięcie spawania zapewnia bezpieczeństwo spawacza. Obniżenie wartości napięcia poniżej 60 V jest niedopuszczalne ze względu na to, że łuk może po prostu nie zapalić się.

Transformatory spawalnicze nie boją się zwarć, ponieważ w tym trybie pracy natężenie prądu utrzymuje się przez długi czas w dopuszczalnych wartościach.

Autotransformator z płynną regulacją napięcia

W maszynowniach autotransformatory wykorzystywane są do uruchamiania silników dużej mocy, a także w laboratoriach przy przeprowadzaniu różnego rodzaju testów.

Główną cechą wyróżniającą autotransformatory jest obecność połączenia elektrycznego między uzwojeniem pierwotnym i wtórnym. W autotransformatorach step-down fakt ten jest wadą, ponieważ przy niedostatecznym przestrzeganiu techniki bezpieczeństwo, w przypadku trybu awaryjnego, awarii urządzenia, życie i zdrowie personelu obsługującego może być poniżej zagrożenie.

Praca równoległa

Do niezawodnej pracy dużej liczby pantografów nie wystarczy jeden transformator mocy. Dlatego w podstacjach podłączonych jest do pracy kilka przetworników napięcia. Łączenie transformatorów z grupą tych samych odbiorców nazywa się pracą równoległą. Nie można dołączyć żadnych konwerterów napięcia do pracy równoległej. Należy spełnić pewne specjalne wymagania.

Wynalezienie transformatora dało prąd przemienny szansę na zdecydowane wejście w rozwój przemysłu i zajęcie jego miejsca w życiu codziennym i rolnictwie.