Trojfázové a jednofázové transformátory: zariadenie, princíp činnosti, typy

Transformáciu trojfázového napäťového systému je možné realizovať pomocou troch jednofázových transformátorov. Zároveň sa však použije prístroj značnej hmotnosti a pôsobivých rozmerov. Trojfázový transformátor nemá tieto nevýhody, pretože jeho vinutia sú umiestnené na tyčiach spoločného magnetického obvodu. Preto v sieťach s kapacitou do 60 tis. kVA jeho aplikácia je najlepšou možnosťou.

Účel trojfázového transformátora

Hlavnou funkciou transformátorov je prenos elektriny na veľké vzdialenosti. V elektrárňach vzniká striedavá elektrická energia. Pri prenose elektriny dochádza k stratám na ohrev drôtov. Môžu byť znížené znížením intenzity prúdu. K tomu je potrebné zvýšiť napätie tak, aby jeho hodnota bola v rozmedzí od 6 do 500 kV.

Faktor zväčšenia závisí od hodnoty prenášaného výkonu a vzdialenosti do cieľa. Výkon, ktorý sa v tomto prípade prenáša, závisí od dvoch parametrov: napätia a prúdu. Hlavnou charakteristikou ovplyvňujúcou zmenu strát drôtov spojených s ohrevom je hodnota prúdovej sily. Preto, aby sa znížili tepelné straty, je potrebné znížiť intenzitu prúdu. Znížením prúdu sa musí príslušne zvýšiť hodnota napätia. Potom zostane hodnota prenášaného výkonu nezmenená.

Po dodaní napätia spotrebiteľom by sa malo znížiť na požadovanú hodnotu. V súlade s tým je hlavnou úlohou trojfázových transformátorov zvýšiť napätie pred prenosom elektriny a znížiť ho po ňom.

Definícia a typy zariadení

Trojfázový transformátor je statický prístroj s tromi pármi vinutí. Zariadenie je určené na konverziu napätia pri prenose energie na veľké vzdialenosti.

Klasifikácia fáz:

• jednofázový;
• trojfázový.

Jednofázové transformátory majú nízky výkon. Ich hlavnými oblasťami použitia sú každodenný život a špeciálne práce (zváranie, merania, skúšanie).

Výkonový rozsah trojfázových transformátorov sa značne líši. Preto ich oblasť použitia je veľmi rôznorodá:

• na napájanie zberačov špeciálneho účelu;
• na pripojenie meracích zariadení;
• zmeniť hodnotu napätia počas testovania;
• na zvýšenie alebo zníženie napätia pri pripájaní osvetlenia alebo výkonových záťaží.

Princíp fungovania

Jadrom trojfázového transformátora je magnetický obvod a vinutia. Každá fáza má svoje vlastné zostupné a zostupné vinutie. Pretože existujú tri fázy, existuje šesť vinutí. Nie sú navzájom prepojené.

Princíp činnosti trojfázového transformátora, podobne ako jednofázového, je založený na zákone elektromagnetickej indukcie. Keď je primárne vinutie pripojené k sieti, začne v ňom prúdiť striedavý prúd. Z tohto dôvodu sa hlavný magnetický tok objavuje v jadre oceľového magnetického obvodu, ktorý pokrýva vinutia v každej fáze. V každej zákrute sa objaví elektromotorická sila rovnakej hodnoty a veľkosti.

Ak je počet závitov sekundárneho vinutia menší ako počet závitov primárneho vinutia, potom bude na výstupe napätie nižšej hodnoty ako na vstupe a naopak.

Skutočnosť, že hodnota elektromotorickej sily závisí len od počtu závitov určitého vinutia, potvrďte vzorce:

E 1 = 4, 44f 1 Ф W 1

E2 = 4,44 f 1 Ф W 2

E 1, E 2 - hodnota elektromotorickej sily v primárnom a sekundárnom vinutí, V;

f 1 - frekvencia prúdu v sieti, Hz;

Ф je maximálna hodnota hlavného magnetického toku, Wb;

W 1, W 2 - počet závitov v primárnom a sekundárnom vinutí.

Konštrukcia transformátora

Hlavné časti meniča napätia sú:

• magnetický obvod;
• vinutia vysokého a nízkeho napätia;
• nádrž;
• vstupy a výstupy.

Dodatočné vybavenie zahŕňa:

• expanzná nádoba;
• výfukové potrubie;
• poruchová poistka;
• zariadenia na ovládanie a signalizáciu.

Magnetický obvod je potrebný na upevnenie všetkých častí zariadenia. Ide o akúsi kostru meniča napätia. Jeho druhou úlohou je vytvoriť smer pohybu pre hlavný magnetický tok. V závislosti od vlastností upevnenia vinutí k jadru môže byť magnetický obvod transformátora troch typov:

• pancierová tyč;
• obrnený;
• kľúčový.

Na výrobu vinutí transformátorov s nízkym výkonom sa používa medený drôt s obdĺžnikovým alebo kruhovým prierezom.

Transformátorový olej je veľmi dôležitým prvkom v zariadení. Nepoužíva sa v transformátoroch s nízkym výkonom (suché). Pri strednom až vysokom výkone je jeho použitie povinné. Majte transformátorový olej dve hlavné úlohy:

• ochladzovanie vinutia zahrievaním v dôsledku prúdu, ktorý cez ne preteká;
• zvýšená izolácia.

Expanzná nádrž je inštalovaná v transformátoroch s vysokonapäťovým vinutím viac ako 6 kV a výkonom prístroja viac ako 75 kVA. Odoberaním tepla z vinutí sa transformátorový olej postupne zahrieva a expanduje. Jeho prebytok vstupuje do expanznej nádrže. Funkciou expandéra je chrániť olej pred oxidáciou a vlhkosťou.

Vo vysokovýkonných transformátoroch je potrubie expandéra vybavené plynovým relé a ventilom, ktorý v prípade potreby odpojí expandér od nádrže.

Vstupy a výstupy sú potrebné na pripojenie koncov vinutí k elektrickým vedeniam. Sú umiestnené na veku nádrže. Sú vyrobené zo skla alebo porcelánového izolátora s vodivou medenou tyčou vo vnútri. Primárne vinutie je pripojené k vstupom a sekundárne vinutie je pripojené ku svorkám.

Na veku nádrže je prepínač napätia (anzapfa). Pomocou tohto zariadenia môžete meniť počet pripojených závitov vinutí súčasne v troch fázach. Táto manipulácia umožňuje podľa potreby zvýšiť alebo znížiť výstupné napätie.

Funkciou výfukového potrubia je zabrániť poškodeniu nádrže v prípade núdze. V prípade poruchy, skratu sa olej rýchlo zohreje a objavia sa plyny. V dôsledku prítomnosti výfukového potrubia nádrž pod veľkým tlakom nepraskne a je poškodená iba sklenená membrána v potrubí. To umožňuje únik ropy a plynov.

Vedľa vstupov a výstupov je inštalovaná poruchová poistka. Jeho účelom je chrániť siete nízkeho napätia pred výskytom vysokého napätia v nich.

Teplomerné signalizačné zariadenie je potrebné na kontrolu teploty transformátorového oleja, ako aj na spustenie alarmu v prípade prehriatia.

Schémy a skupiny pripojenia vinutí

V trojfázových transformátoroch je potrebné prepojiť primárne vinutia vo fázach a sekundárne. Existujú tri schémy pripojenia:

• hviezda;
• trojuholník;
• cikcak.

Pri spojení vinutí s hviezdou bude lineárne napätie - medzi začiatkami fáz - 1,73-krát väčšie ako fázové napätie (medzi začiatkom a koncom fázy). Keď sú vinutia transformátora zapojené do trojuholníka, fázové a medzifázové napätie bude rovnaké.

Je výhodnejšie spojiť vinutia s hviezdou pri vysokom napätí a s trojuholníkom - pri významných prúdoch. Kľukaté spojenie vinutí umožňuje vyhladiť asymetriu magnetizačných prúdov. Nevýhodou tohto spôsobu pripojenia je však zvýšený odpad navíjacieho materiálu.

Skupina spájania vinutí ukazuje oneskorenie vektora elektromotorickej sily znižovacieho vinutia od vektora e. atď. s stupňovité vinutie. Označte skupinu spojení sériou čísel od 0 do 11.

Straty a efektivita

Transformátor je typ elektrického stroja s minimálnym množstvom strát. Ich počet je zanedbateľný a predstavuje 1-2%.

Elektrické straty sú spôsobené ohrevom vinutia prístroja a kolíšu priamo úmerne so zmenou zaťaženia. Magnetické straty vznikajú v dôsledku obrátenia magnetizácie jadra magnetického obvodu a závisia iba od hodnoty napätia, ktoré je privádzané do primárneho vinutia. Preto pripojenie transformátora na vyššie napätie vedie k zvýšeniu magnetických strát.

Účinnosť (účinnosť) elektrického stroja je pomer užitočného výkonu na výstupe elektrického stroja k výkonu dodávanému na vstupe. Účinnosť transformátora nadobudne maximálnu hodnotu pri zaťažení prístroja o 45-65%.

Transformátory na špeciálne účely

Meniče napätia, ktoré nie sú určené na napájanie svetelných a energetických záťaží, sú špeciálne transformátory. Sú niekoľkých typov: meracie, zváracie, autotransformátory.

Meracie prevodníky napätia

Prístrojové transformátory sa používajú na zapínanie meracích zariadení vo vysokonapäťových obvodoch. Ich použitie umožňuje:

• rozšíriť hranice merania zariadení na striedavý prúd;
• zvýšiť ochranu osôb obsluhujúcich zariadenie;
• na meranie používajte prístroje malých rozmerov a hmotnosti.

Delí sa na transformátory prúdu a transformátory napätia.

Primárne vinutie prístrojových transformátorov je pripojené k sieti a meracie prístroje sú pripojené k sekundárnemu.

zváracie zariadenia

Zváracie transformátory znižujú sieťové napätie (220 V alebo 380 V) na požadovaných 60-70 V. Nízke zváracie napätie zaisťuje bezpečnosť zváračky. Zníženie hodnoty napätia pod 60 V je neprijateľné, pretože oblúk sa jednoducho nemôže zapáliť.

Zváracie transformátory sa neboja skratov, pretože v tomto režime prevádzky je prúdová sila dlhodobo udržiavaná v rámci prípustných hodnôt.

Plynule meniteľný autotransformátor

V strojovniach sa autotransformátory používajú na spúšťanie vysokovýkonných motorov, ako aj v laboratóriách pri vykonávaní rôznych typov testov.

Hlavným rozlišovacím znakom autotransformátorov je prítomnosť elektrického spojenia medzi primárnym a sekundárnym vinutím. U zostupných autotransformátorov je táto skutočnosť nevýhodou, pretože pri nedostatočnom dodržiavaní techniky bezpečnosť, v prípade núdzového režimu môže dôjsť k poruche zariadenia, k ohrozeniu života a zdravia obsluhujúceho personálu hrozba.

Paralelná práca

Pre spoľahlivú prevádzku veľkého počtu pantografov nestačí jeden výkonový transformátor. Preto je v rozvodniach niekoľko meničov napätia pripojených k práci. Pripojenie transformátorov k skupine rovnakých spotrebiteľov sa nazýva paralelná prevádzka. Pre paralelnú prevádzku nie je možné zahrnúť žiadne meniče napätia. Je potrebné splniť niektoré špeciálne požiadavky.

Vynález transformátora dal striedavému prúdu šancu pevne vstúpiť do rozvoja priemyslu a zaujať jeho miesto v každodennom živote a poľnohospodárstve.