Transzformátor

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. január 5-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzéshez 41 szerkesztés szükséges .

Elektromos transzformátor , köznyelvben gyakrabban csak egy transzformátor (a lat. transformare szóból – „transformare, átalakítani”) – statikus elektromágneses eszköz, amely két vagy több induktívan csatolt tekercseléssel rendelkezik egy mágneses áramkörön , és egy vagy több rendszer (feszültség ) elektromágneses indukcióval történő átalakítására szolgál. ) váltakozó áramot egy vagy több másik rendszerbe (feszültség) a frekvencia megváltoztatása nélkül [1] [2] .

A transzformátor váltakozó feszültség átalakítását és/vagy galvanikus leválasztását hajtja végre a legkülönfélébb alkalmazásokban – elektromos energia , elektronika és rádiótechnika területén .

Szerkezetileg egy transzformátor állhat egy ( autotranszformátor ) vagy több szigetelt huzal- vagy szalagtekercsből (tekercs), amelyek közös mágneses fluxussal vannak lefedve , és általában egy ferromágneses lágymágneses anyagból készült mágneses áramkörre (magra) vannak feltekerve.

Történelem

A transzformátorok létrehozásához szükséges volt az anyagok tulajdonságainak tanulmányozása: nemfémes, fémes és mágneses, elméletük megalkotása [3] .

Michael Faraday angol fizikus 1831- ben fedezte fel az elektromágneses indukció jelenségét , amely egy elektromos transzformátor működésének hátterében áll, miközben alapvető kutatásokat végzett az elektromosság területén. 1831. augusztus 29-én Faraday leírt naplójában egy kísérletet, amelyben két 15 és 18 cm hosszú rézhuzalt tekercselt egy 15 cm átmérőjű és 2 cm vastag vasgyűrűre. a kapcsok, a galvanométer a többi tekercs kapcsain. Mivel Faraday egyenárammal dolgozott, a primer tekercsben a maximális érték elérésekor a szekunder tekercsben megszűnt az áramerősség, és a transzformációs hatás visszaállításához szükséges volt az akkumulátor leválasztása és visszakötése a primer tekercsbe.

A jövőbeli transzformátor sematikus ábrázolása először 1831 -ben jelent meg M. Faraday és D. Henry munkáiban . Azonban sem egyik, sem a másik nem jegyezte meg készülékében a transzformátor olyan tulajdonságát, mint a feszültségek és áramok változása , vagyis a váltakozó áram átalakulása [4] .

1848-ban a német szerelő, G. Rumkorf feltalált egy speciálisan tervezett indukciós tekercset . Ő volt a transzformátor prototípusa [3] .

Alekszandr Grigorjevics Stoletov (a Moszkvai Egyetem professzora) megtette az első lépéseket ebbe az irányba. Felfedezte a hiszterézis hurkot és egy ferromágnes tartományszerkezetét (1872).

1876. november 30- a , Pavel Nikolaevich Yablochkov [5] szabadalmának kézhezvételének dátuma az első váltóáramú transzformátor születési dátuma. Ez egy nyitott magú transzformátor volt, amely egy rúd volt, amelyre a tekercsek fel voltak tekerve.

Az első zárt magú transzformátorokat 1884 -ben Angliában hozták létre John és Edward Hopkinson testvérek [4] .

1885-ben a Ganz & Co. Otto Blaty, Zypernowski Károly és Deri Miksha magyar mérnökei feltaláltak egy zárt láncú transzformátort, amely fontos szerepet játszott a transzformátortervezés továbbfejlesztésében.

A Hopkinson fivérek kidolgozták az elektromágneses áramkörök elméletét [3] . 1886-ban megtanulták a mágneses áramkörök kiszámítását.

Upton, az Edison alkalmazottja azt javasolta, hogy a magokat kötegben, külön lapokból készítsék el az örvényáram -veszteségek csökkentése érdekében .

A transzformátorok megbízhatóságának javításában fontos szerepet játszott az olajhűtés bevezetése ( 1880-as évek vége, D. Swinburne). Swinburn transzformátorokat helyezett olajjal töltött kerámia edényekbe , ami jelentősen növelte a tekercsszigetelés megbízhatóságát [ 6] .

A transzformátor feltalálásával műszaki érdeklődés mutatkozott a váltakozó áram iránt. Mihail Oszipovics Dolivo-Dobrovolszkij orosz villamosmérnök 1889-ben egy háromfázisú , három vezetékes váltóáramú rendszert javasolt (a háromfázisú, hat vezetékes váltóáram-rendszert Nikola Tesla találta fel , az Egyesült Államok szabadalma. aszinkron motor mókuskalitkás mókuskalitka tekercseléssel és háromfázisú tekercseléssel a forgórészen (Nikola Tesla által feltalált háromfázisú aszinkron motor, a No. US szabadalom, a mágneses áramkör három rúdja ugyanabban a síkban helyezkedik el. Az 1891-es frankfurti elektromos kiállításon Dolivo-Dobrovolsky egy kísérleti háromfázisú nagyfeszültségű erőátvitelt mutatott be, 175 km hosszúsággal. A háromfázisú generátor 230 kW teljesítményű volt 95 kV feszültség mellett.

1928 tekinthető a teljesítménytranszformátorok gyártása kezdetének a Szovjetunióban , amikor megkezdte működését a Moszkvai Transzformátorgyár (később a Moszkvai Elektromos Üzem ) [7] .

Az 1900-as évek elején Robert Hadfield angol kohászkutató kísérletsorozatot végzett az adalékanyagok vas tulajdonságaira gyakorolt hatásának meghatározására. Csak néhány évvel később sikerült az első tonna szilícium-adalékanyagot tartalmazó transzformátoracélt szállítania a vásárlóknak [8] .

A következő nagy ugrás az alaptechnológiában az 1930-as évek elején történt, amikor az amerikai kohász, Norman P. Gross megállapította, hogy a hengerlés és a hevítés együttes hatására a szilíciumacél jobb mágneses tulajdonságokkal rendelkezik a hengerlési irány mentén: a mágneses telítettség 50 -szeresére nőtt. % , a hiszterézis veszteségek 4-szeresére csökkentek , a mágneses permeabilitás pedig ötszörösére nőtt [8] .

Alapvető működési elvek

A transzformátor működése két alapelven alapul:

Az időben változó elektromos áram időben változó mágneses teret ( elektromágnesességet ) hoz létre.
A tekercsen áthaladó mágneses fluxus változása EMF -et hoz létre a tekercsben ( elektromágneses indukció ).

Az egyik tekercs, az úgynevezett primer tekercs , külső forrásból kap feszültséget. A primer tekercsen átfolyó váltakozó mágnesező áram váltakozó mágneses fluxust hoz létre a mágneses körben. Az elektromágneses indukció eredményeként a mágneses áramkörben a váltakozó mágneses fluxus minden tekercsben, beleértve a primert is, a mágneses fluxus első deriváltjával arányos indukciós EMF -et hoz létre , 90 ° -kal ellenkező irányban szinuszos árammal. a mágneses fluxushoz képest.

Egyes transzformátorokban, amelyek magas vagy ultramagas frekvencián működnek, előfordulhat, hogy a mágneses áramkör hiányzik.

A szekunder tekercsben lévő feszültség alakja meglehetősen bonyolult módon kapcsolódik a primer tekercs feszültség alakjához. Ennek a bonyolultságnak köszönhetően számos speciális transzformátort lehetett létrehozni, amelyek áramerősítőként, frekvenciaszorzóként, jelgenerátorként stb.

Ez alól kivételt képez a transzformátor . A P. Yablochkov által javasolt klasszikus váltakozó áramú transzformátor esetében a bemeneti feszültség szinuszosát a szekunder tekercs kimenetén azonos szinuszos feszültséggé alakítja.

Faraday törvénye

A szekunder tekercsben keletkező EMF Faraday törvényéből számítható ki, amely kimondja:

U_{2}=-N_{2}{\frac {d\Phi }{dt}}~,

ahol:

U_{2}

- feszültség a szekunder tekercsen;

N_2

- fordulatok száma a szekunder tekercsben;

\Phi

- teljes mágneses fluxus , a tekercs egy fordulaton keresztül.

Ha a tekercs menetei merőlegesek a mágneses mező vonalaira, akkor a fluxus arányos lesz a mágneses térrel és azzal a területtel , amelyen áthalad. $B$ $S$

Az elsődleges tekercsben létrehozott emf rendre egyenlő:

U_{1}=-N_{1}{\frac {d\Phi }{dt}}~,

ahol:

U_{1}

- pillanatnyi feszültségérték a primer tekercs végein;

N_1

az elsődleges tekercs meneteinek száma.

Az egyenletet -vel elosztva a [ 9] arányt kapjuk : $U_{2}$ $U_{1}$

{\frac {U_{2}}{U_{1}}}={\frac {N_{2}}{N_{1}}}~.

Ideális transzformátoregyenletek

Ideális transzformátor az a transzformátor, amelynek nincs energiavesztesége a hiszterézis, örvényáramok és tekercselés szivárgási fluxusai miatt [10] . Egy ideális transzformátorban minden erővonal áthalad mindkét tekercs minden menetén, és mivel a változó mágneses tér minden menetben ugyanazt az EMF-et generálja, a tekercsben indukált teljes EMF arányos a tekercseinek teljes számával. Egy ilyen transzformátor az elsődleges áramkörből érkező összes energiát mágneses mezővé, majd a szekunder áramkör energiájává alakítja. Ebben az esetben a bejövő energia egyenlő az átalakított energiával:

P_{1}=I_{1}\cdot U_{1}=P_{2}=I_{2}\cdot U_{2}~,

ahol:

P_1

- a transzformátorra betáplált teljesítmény pillanatnyi értéke, amely a primer körben fordul elő;

P_2

- a szekunder körbe belépő transzformátor által átalakított teljesítmény pillanatnyi értéke.

Ezt az egyenletet a tekercsek végén lévő feszültségek arányával kombinálva megkapjuk az ideális transzformátor egyenletét:

{\frac {U_{2}}{U_{1}}}={\frac {N_{2}}{N_{1}}}={\frac {I_{1}}{I_{2 }}}=n~,

[tizenegy]

hol a transzformációs arány . $n$

Így a szekunder tekercs végein lévő feszültség növekedésével a szekunder áramkör árama csökken . $U_{2}$ $én_{2}$

Ahhoz, hogy az egyik áramkör ellenállását a másik ellenállására konvertáljuk, meg kell szorozni az értéket az arány négyzetével [12] . Például, ha az ellenállás a szekunder tekercs végeihez van csatlakoztatva, akkor annak csökkentett értéke az elsődleges áramkörhöz képest . Ez a szabály az elsődleges áramkörre is vonatkozik: $Z_{2}$ $Z'_{2}=Z_{2}\!\left(\!{\tfrac {N_{1}}{N_{2}}}\!\right)^{2}$ $Z'_{1}=Z_{1}\!\left(\!{\tfrac {N_{2}}{N_{1}}}\!\right)^{2}~,$

Formálisan egy ideális transzformátort a négyterminális modell segítségével írnak le .

Valódi transzformátor modell

Az egyszerűség kedvéért az ideális transzformátor modellje nem vesz figyelembe néhány olyan jelenséget, amelyeket a gyakorlatban megfigyelnek, és amelyeket nem mindig lehet figyelmen kívül hagyni:

Nem nulla üresjárati áram jelenléte

Általános esetben egy magnetoelektromos rendszernél, amely egyben valódi transzformátor is, a mágneses térerősség vektorának körforgása az áramkör mentén megegyezik az áramkörön belüli teljes árammal. $L$

Matematikailag ezt a jelenséget a teljes áram egyenletével írjuk le . Az SI rendszerben ez így fog kinézni:

\oint {\vec {H}}\cdot d{\vec {l}}=\int {\vec {j}}\cdot d{\vec {s}}+{\frac {\partial } {\partial t}}\int {\vec {D}}\cdot d{\vec {s}}~,

ahol:

{\vec {H}}

a mágneses térerősség vektor, [A/m];

d{\vec {l}}

— az integrációs körvonal elemi szakasza (vektorérték), [m];

\int {\vec j}\cdot d{\vec {s}}

az integrációs áramkör által lefedett teljes áram;

{\frac {\partial }{\partial t))\int {\vec {D))\cdot d{\vec {s))

- a transzformátorban fellépő tranziens áramok.

Terhelés alatt működő kéttekercses transzformátorra vonatkoztatva a teljes áramtörvény leegyszerűsített formában így írható fel:

H\cdot L=I_{1}\cdot W_{1}+I_{2}\cdot W_{2}~,

ahol:

H

- a mágneses térerősség a mágneses áramkörben (állandónak feltételezve);

L

- a mágneses áramkör középvonalának hossza;

I_{1}\cdot W_{1}

- a primer tekercs magnetomotoros ereje (a továbbiakban: MMF);

I_{2}\cdot W_{2}

- a szekunder tekercs MDS;

én_{1}, én_{2}

- a tekercseken átfolyó áramok;

W_{1}, W_{2}

a tekercsek fordulatszáma.

Alapjáratra, vagyis mikor , honnan és akkor mikor kapjuk meg az ideális áramváltó arányát: $I_{2}=0$ $H\cdot L=I_{1}\cdot W_{1}$ ${\displaystyle \textstyle I_{xx}={\frac {H\cdot L}{W_{1))))$ ${\displaystyle \textstyle I_{xx}=I_{1}+{\frac {I_{2}\cdot W_{2}}{W_{1))))$ $I_{{xx}}=0$ ${\frac {I_{1}}{I_{2}}}=-{\frac {W_{2}}{W_{1}}}~.$

Bizonyos esetekben az üresjárati áram figyelembevétele kötelező:

A transzformátor bekapcsolása feszültség alatt. Ebben az esetben a transzformátor primer tekercsén rövid távú áramkitörések figyelhetők meg, amelyek (a csúcson) a névleges primer áram többszörösét érik el. A csúcsok magassága függ a terheléstől, a bekapcsolás pillanatától (a legnagyobb érték terheletlen transzformátor bekapcsolásakor, abban a pillanatban, amikor a hálózati feszültség pillanatnyi értéke nulla), a teljesítménytől és a transzformátor szerkezeti paramétereitől. . A primer áram túlfeszültségének jelenségét figyelembe veszik a transzformátor áramvédelmének kiszámításakor, a kapcsolóberendezések, tápvezetékek és így tovább kiválasztásakor.
Az üresjárati áram jelenléte azt a tényt eredményezi, hogy az elsődleges és a szekunder tekercsben lévő áramok nem tolódnak el egymáshoz képest 180 ° -kal. A kölcsönös eltolódás tényleges és ideális szöge közötti különbséget "hibaszögnek" nevezzük . Ezenkívül az áramok modulo aránya nem lesz . Az áramok tényleges aránya és az ideális arány közötti különbséget "nagysághibának" nevezik. A szög- és nagyságrendi hibákat pontossági osztályok szerinti arányosítás formájában veszik figyelembe az áramváltók gyártása során (különösen a villamosenergia-mérő áramkörökben). A védelemre szánt áramváltóknál a teljes hiba értéke kerül bevezetésre (az elsődleges és a szekunder áram vektorai közötti különbségként kapva), figyelembe véve a nagyságrendi és szögbeli hibákat - a védelem megfelelő működéséhez nem lehet több 10%-nál (a lehető legnagyobb rövidzárlatnál). $\delta$ $\textstyle {\frac {W_{2}}{W_{1}}}$

A tekercselési, rétegközi és interturn kapacitások jelenléte

A dielektrikummal elválasztott vezetők jelenléte parazita kapacitásokhoz vezet a tekercsek, rétegek és menetek között. Ennek a jelenségnek a modellezése az ún. hosszanti és keresztirányú tartályok. A keresztirányúak közé tartoznak a rétegek és a tekercselési kapacitások. Hosszanti irányban - interturn és intercoil. A nagyfrekvenciás interferencia áthatolhat a primer tekercstől a szekunder tekercsig terjedő kapacitásokon, ami bizonyos transzformátoralkalmazásoknál nemkívánatos (egy tekercses földelt árnyékolás kiküszöböli). Ezek az egyenértékű kapacitások csak az első közelítésben tekinthetők koncentráltnak; valójában ezek a mennyiségek eloszlanak . A szivárgási induktivitások is megoszlanak. Normál üzemben a feszültség egyenletesen oszlik el a tekercseken, lineárisan változó fordulatokban és rétegekben (földelt tekercseknél - fázisértéktől nulláig). Különféle tranziens folyamatok esetén, amelyek a tekercs feszültségének éles változásához kapcsolódnak, hullámfolyamatok indulnak el az elosztott kapacitások miatt. Ez különösen szembetűnő villám- és kapcsolási túlfeszültségek esetén, amelyek nagyon meredek (villámimpulzusoknál több mikroszekundumos, kapcsolóimpulzusoknál több tíz mikroszekundumos nagyságrendű) éllel rendelkeznek, az ilyen interferencia spektruma nagy amplitúdójú, nagyfrekvenciás harmonikusokkal rendelkezik. Ebben az esetben a kezdeti időpillanatban a feszültség eloszlása a tekercsek mentén rendkívül egyenetlenné válik, és a feszültség nagy része a fáziskapcsokhoz közelebb eső meneteken és rétegeken esik le, a tekercsnek ezek a részei vannak leginkább kitéve a meghibásodásnak, amelyeket a transzformátorok (főleg a nagyfeszültségű teljesítménytranszformátorok) tervezésénél figyelembe kell venni. Ezenkívül az elosztott (hosszirányú és keresztirányú) kapacitások és induktivitások jelenléte parazita oszcillációs áramkörök létrehozásához vezet a transzformátorban, és a transzformátor tekercsébe behatoló feszültségimpulzusok esetén nagyfrekvenciás csillapított oszcillációs folyamat lép fel (a kezdeti időszakban, a feszültség a tekercs kezdeti fordulataira kerül, majd a tekercselés eloszlása megfordul, és a legtöbb már a végső menetekre vonatkozik, stb.). Ezt a hatást bizonyos transzformátor-konstrukcióknál is figyelembe kell venni [13] .

Ezenkívül a tekercsek reaktív paraméterei, valamint a valódi transzformátor magjának frekvenciatulajdonságai meghatározzák annak működési frekvenciájának tartományát, amelyben a transzformációs arány , fáziseltolódás és a kimeneti feszültség alakja nem nagyon függ frekvencia (fontos a jeláramkörök transzformátorainak leválasztásához és illesztéséhez ).

Nemlineáris mágnesezési görbe jelenléte

A legtöbb transzformátor ferromágneses magokat használ a szekunder tekercsekben indukált EMF növelésére. A ferromágnesek rendkívül nemlineáris mágnesezési karakterisztikával rendelkeznek telítettséggel és kétértelműséggel (hiszterézis), amely meghatározza a transzformátor feszültségeinek és áramainak természetét: a transzformátor mély telítettsége esetén a primer áram élesen megnő, alakja nem szinuszos lesz: harmadik harmonikus komponensek jelennek meg benne. A nemlineáris induktivitás (a nemlineáris mágnesezési görbe jelenlétével összefüggésben) külső kapacitív terheléssel (transzformátor és hálózati kapacitás) kombinálva ferrorezonáns üzemmódot hozhat létre, amely a transzformátor meghibásodásának veszélyével jár (erre a feszültségtranszformátorok különösen érzékenyek ) . A hiszterézis további veszteségeket okoz a magban és a maradék mágnesezésben. A mag fűtési veszteségeit örvényáramok okozzák , amelyek csökkentésére lemezekből álló mágneses áramkörök előállítása (keverés) és nagy ellenállású ferromágnesek alkalmazása (szilícium transzformátor acél, ferritek) szükséges.

Transzformátor üzemmódok

Készenléti üzemmód . Ezt az üzemmódot egy nyitott transzformátor szekunder áramkör jellemzi, aminek következtében nem folyik benne áram. A primer tekercsen üresjárati áram folyik át, melynek fő összetevője a reaktív mágnesező áram. Az üresjárati tapasztalatok segítségével meghatározható a transzformátor hatásfoka , transzformációs aránya , valamint magveszteségei (ún. "acél veszteségek").
terhelési mód . Ezt az üzemmódot a transzformátor működése jellemzi, amelyhez a primer áramkörben csatlakoztatott forrás, és a transzformátor szekunder áramkörében terhelés van. A terhelési áram a szekunder tekercsben folyik, az áram pedig a primerben, ami a terhelési áram (a tekercsek fordulatszámának és a szekunder áram arányából számolva) és az üresjárati áram összegeként ábrázolható. terhelési áram. Ez az üzemmód a transzformátor fő üzemmódja.
Rövidzárási mód . Ez az üzemmód a szekunder áramkör rövidre zárásával érhető el. Ez egy olyan típusú terhelési mód, amelyben a szekunder tekercs ellenállása az egyetlen terhelés. Rövidzárlati teszt segítségével meghatározható a transzformátorkör tekercseinek fűtési vesztesége („rézveszteség”). Ezt a jelenséget az aktív ellenállást használó valódi transzformátor egyenértékű áramkörében veszik figyelembe.
Az egyvégű flyback konverter üzemmódban a transzformátor primer tekercsét energiatárolási induktorként használják | energia az átalakítás első ciklusában (előre löket), ami megkülönbözteti ezt az üzemmódot az üresjárati üzemmódtól. Amikor az elsődleges tekercset elektronikus kulcson keresztül egy állandó feszültségforráshoz csatlakoztatja, az elsődleges tekercsen áthaladó áram megközelítőleg lineárisan növekszik, és a transzformátor mágneses mezőben tárolja az energiát. Ebben a ciklusban nem folyik áram a szekunder tekercsen, mivel egy dióda sorba van kapcsolva a tekercs terhelésével. A primer tekercsben egy bizonyos áramérték elérése után a primer tekercset egy elektronikus kulccsal leválasztják a feszültségforrásról, a rajta áthaladó áram leáll, és a szekunder tekercsen, a diódán ellentétes polaritású önindukciós EMF impulzus jelenik meg. kinyílik, és a szekunder tekercs árama a terhelésre kerül, leadva a transzformátor mágneses térben tárolt energiáját. Továbbá a leírt eljárást időszakonként megismételjük. A transzformátor használatának előnyei ebben az áramkörben az induktorhoz képest: galvanikusan le van választva a primer és a szekunder kör, egyszerű áramátalakítás lehetséges a primer és szekunder tekercsek különböző fordulatszámával, valamint különböző szakaszok használata tekercsvezetők.

Készenléti mód

Amikor a szekunder áram egyenlő nullával (üresjárat), az indukciós EMF a primer tekercsben szinte teljesen kompenzálja az áramforrás feszültségét, így a primer tekercsen átfolyó áram egyenlő a váltakozó mágnesező árammal, nincs terhelés áramlatok. Mágnesesen lágy anyagból (ferromágneses anyag, transzformátoracél) készült transzformátor esetén az üresjárati áram jellemzi a magban keletkező veszteségek mértékét (örvényáramok és hiszterézis esetén) és a mágnesezettség megfordításának meddőképességét. mágneses áramkör. A teljesítményveszteség úgy számítható ki, hogy az üresjárati áram aktív komponensét megszorozzuk a transzformátorra táplált feszültséggel.

A ferromágneses mag nélküli transzformátornál nincs újramágnesezési veszteség, az üresjárati áramot pedig a primer tekercs induktivitásának ellenállása határozza meg , amely arányos a váltakozó áram frekvenciájával és az induktivitás nagyságával.

A transzformátor alapjárati feszültségeinek és áramainak vektordiagramja a tekercsek mássalhangzói beépítésével [14] az 1.8b. ábrán látható [14] .

A szekunder tekercs feszültségét első közelítésként Faraday törvénye határozza meg .

Ezt a módot a feszültségtranszformátorok mérésére használják .

Rövidzárási mód

Rövidzárlatos üzemmódban a transzformátor primer tekercsére kis váltakozó feszültség kerül, a szekunder tekercs vezetékei rövidre záródnak. A bemeneti feszültség úgy van beállítva, hogy a rövidzárlati áram egyenlő legyen a transzformátor névleges (számított) áramával. Ilyen körülmények között a rövidzárlati feszültség értéke jellemzi a transzformátor tekercseinek veszteségeit, az ohmos ellenállás veszteségeit. A rövidzárlati teszt során kapott rövidzárlati feszültség (a névleges feszültség %-ában meghatározva) a transzformátor egyik fontos paramétere. A teljesítményveszteség úgy számítható ki, hogy a rövidzárlati feszültséget megszorozzuk a zárlati árammal . ${\displaystyle U_{kz))$ ${\displaystyle I_{kz))$

Ezt a módot széles körben használják az áramváltók mérésére .

Betöltési mód

Amikor terhelést csatlakoztatunk a szekunder tekercshez, a szekunder körben terhelési áram keletkezik, amely a mágneses áramkörben mágneses fluxust hoz létre, amely ellentétes az elsődleges tekercs által létrehozott mágneses fluxussal. Ennek eredményeként az indukciós EMF és az áramforrás EMF egyenlősége megsérül az elsődleges áramkörben, ami az elsődleges tekercs áramának növekedéséhez vezet, amíg a mágneses fluxus el nem éri majdnem ugyanazt az értéket.

Sematikusan az átalakítási folyamat a következőképpen ábrázolható:

U_{1}\to I_{1}\to I_{1}\cdot N_{1}\to \Phi \varepsilon _{2}\to I_{2}~.

A transzformátor mágneses áramkörében a pillanatnyi mágneses fluxust a primer tekercsben lévő EMF pillanatnyi értékének időintegrálja határozza meg, és szinuszos feszültség esetén az EMF-hez képest 90 °-kal eltolódik. A szekunder tekercsekben indukált EMF arányos a mágneses fluxus első deriváltjával, és bármely áramforma esetén fázisban és formában egybeesik a primer tekercs EMF-jével.

A feszültségek és áramok vektordiagramja egy olyan transzformátorban, amelynek terhelése a tekercsek mássalhangzó-beillesztése mellett látható [14] az 1.6 c. ábrán.

A transzformátorok elmélete

Vonaltranszformátor egyenletek

Legyen , - az áram pillanatnyi értéke az elsődleges és a szekunder tekercsben, - az elsődleges tekercs pillanatnyi feszültsége, - a terhelési ellenállás. Akkor: $i_1$ $i_2$ $u_{1}$ $R_{H}$

u_{1}=L_{1}{di_{1} \over dt}+L_{12}{di_{2} \over dt}+i_{1}R_{1}~,

L_{2}{di_{2} \over dt}+L_{12}{di_{1} \over dt}+i_{2}R_{2}=-i_{2}R_{H}~ ,

itt:

L_{1}

, - a primer tekercs induktivitása és aktív ellenállása;

R_{1}

L_{2}

, - ugyanaz a szekunder tekercsnél;

R_{2}

L_{{12}}

a tekercsek kölcsönös induktivitása.

Ha a primer tekercs mágneses fluxusa teljesen áthatol a szekunderen, vagyis ha nincs szórt tér, akkor . A tekercsek induktivitása az első közelítésben arányos a bennük lévő fordulatok számának négyzetével. ${\displaystyle L_{12}={\sqrt {L_{1}L_{2))))$

Lineáris differenciálegyenletrendszert kapunk a tekercsekben lévő áramokra. Ezeket a differenciálegyenleteket a komplex amplitúdók módszerével át lehet alakítani közönséges algebrai egyenletekké . Ehhez vegyük figyelembe a rendszer válaszát egy szinuszos jelre ( , ahol a jel frekvenciája, a képzeletbeli egység ). $u_{1}=U_{1}e^{{-j\omega t}}$ $\omega =2\pi f$ $f$ $j$

Ekkor stb., csökkentve az exponenciális tényezőket, kapjuk: $i_{1}=I_{1}e^{{-j\omega t}}$

{\begin{matrix}U_{1}=-j\omega L_{1}I_{1}-j\omega L_{12}I_{2}+I_{1}R_{1}~,\ \-j\omega L_{2}I_{2}-j\omega L_{12}I_{1}+I_{2}R_{2}=-I_{2}Z_{H}~.\end{mátrix }}

Az összetett amplitúdók módszere lehetővé teszi, hogy ne csak egy tisztán aktív, hanem egy tetszőleges terhelést is feltárjon, miközben elegendő a terhelési ellenállást az impedanciájával helyettesíteni . A kapott lineáris egyenletekből könnyen kifejezheti a terhelésen áthaladó áramot az Ohm-törvény segítségével - a terhelés feszültsége stb. $R_{H}$ $Z_{H}$

T-alakú transzformátor egyenértékű áramkör

Itt a transzformációs arány , a primer tekercs „hasznos” induktivitása, , a primer és szekunder tekercs szivárgási induktivitása, , az elsődleges és a szekunder tekercs aktív ellenállása, a terhelési impedancia. $T$ $L_{{12}}$ $L_{{1n}}$ $L_{{2n}}$ $R_{{1n}}$ $R_{{2n}}$ $Z_{n}$

Veszteségek a transzformátorokban

Magvesztés

A veszteségek mértéke (és a hatásfok csökkenése ) a transzformátorban főként a "transzformátorvas" ( elektromos acél ) minőségétől, kialakításától és anyagától függ. A vasveszteség főként magmelegedésből, hiszterézisből és örvényáram -veszteségből áll . A veszteségek egy olyan transzformátorban, ahol a "vas" monolit, sokkal nagyobbak, mint egy olyan transzformátorban, ahol sok szakaszból áll (mivel ebben az esetben az örvényáramok mennyisége csökken). A gyakorlatban monolit acélmagokat nem használnak. A transzformátor mágneses áramkörében bekövetkező veszteségek csökkentése érdekében a mágneses áramkör speciális minőségű transzformátoracélból készülhet szilícium hozzáadásával, ami növeli a vas fajlagos ellenállását az elektromos árammal szemben, és magukat a lemezeket lakkozzák, hogy elszigeteljék őket. Egyéb.

Tekercsveszteségek

A "vasveszteségeken" kívül a transzformátorban "rézveszteségek" is vannak, a tekercsek nem nulla aktív ellenállása miatt (ami gyakran nem tehető elhanyagolhatóvá , mert szükséges a vezeték keresztmetszetének növelése, ami a mag szükséges méreteinek növelésére). A "rézveszteségek" a tekercsek felmelegedéséhez vezetnek terhelés alatt, és megsértik a fordulatok száma és a tekercsek feszültsége közötti arányt, ami igaz egy ideális transzformátorra:

{\frac {U_{2}}{U_{1}}}={\frac {N_{2}}{N_{1}}}~.

Teljes teljesítmény

A transzformátor teljes teljesítményét a következő képlet írja le:

P_{gab}={\frac {P_{1}+P_{2}}{2}}={\frac {U_{1}I_{1}+U_{2}I_{2}}{ 2}}~,

$_{egy}$ - primer tekercselés;
$_2$ - szekunder tekercs.

Az összteljesítményt, ahogy a név is sugallja, a mag és az anyag mérete , mágneses és frekvencia tulajdonságai határozzák meg.

Transzformátor hatékonysága

A transzformátor hatásfokát a következő képlet határozza meg:

\eta ={\frac {1}{1+{\frac {P_{0}+P_{L}\cdot n^{2}}{P_{2}\cdot n))))~,

ahol:

P_0

- üresjárati veszteségek névleges feszültség mellett;

P_{L}

- terhelési veszteségek névleges áramerősség mellett;

P_2

- a terhelést tápláló aktív teljesítmény;

n

— relatív terhelési fok (terhelési tényező). névleges áramon .

n=1

Építkezés

A transzformátor tervezésének fő részei a következők:

mágneses áramkör;
tekercsek;
keret tekercsekhez;
elszigeteltség ;
hűtőrendszer;
egyéb elemek (szereléshez, tekercskapcsokhoz való hozzáféréshez, transzformátorvédelemhez stb.).

A transzformátor tervezése során a gyártó három különböző alapkoncepció közül választ:

Rúd;
Páncélozott;
Toroidális.

Ezen koncepciók egyike sem befolyásolja a transzformátor teljesítményét vagy használhatóságát, de jelentős különbségek vannak a gyártási folyamatukban. Minden gyártó kiválasztja azt a koncepciót, amelyet a gyártás szempontjából a legkényelmesebbnek tart, és igyekszik ezt a koncepciót alkalmazni a teljes gyártási mennyiségben.

Míg a rúd típusú tekercsek egy magot, a páncélozott típusú tekercsek a tekercseket. Ha megnézzük a rúd típusú aktív komponenst (azaz a tekercsekkel ellátott magot), akkor a tekercsek jól láthatóak, de mögöttük elrejtik a mag mágneses rendszerének rúdjait - csak a mag felső és alsó jármája látható. . A páncélozott kivitelben éppen ellenkezőleg, a mag elrejti a tekercsek fő részét.

Mágneses rendszer (mágneses mag)

A transzformátor mágneses rendszere ( mágneses áramköre ) elektromos acélból , permalloyból , ferritből vagy más ferromágneses anyagból készül, meghatározott geometriai alakban. Úgy tervezték, hogy lokalizálja a transzformátor fő mágneses mezőjét benne.

A mágneses áramkör anyagtól és kiviteltől függően lemezekből összeállítható, préselhető, vékony szalagról feltekerhető, 2, 4 vagy több „patkóból” összeállítható. A teljesen összeszerelt mágneses rendszert az összes csomóponttal és részekkel együtt, amelyek az egyes alkatrészek egyetlen szerkezetbe rögzítésére szolgálnak, transzformátormagnak nevezzük .

A mágneses rendszer azon részét, amelyen a transzformátor fő tekercsei találhatók, rúdnak nevezzük .
A transzformátor mágneses rendszerének azt a részét, amely nem hordozza a fő tekercseket, és a mágneses áramkör lezárására szolgál, járomnak [1] nevezzük .

A rudak térbeli elrendezésétől függően vannak:

Lapos mágneses rendszer - olyan mágneses rendszer, amelyben az összes rúd és járom hossztengelye ugyanabban a síkban helyezkedik el
térmágneses rendszer - olyan mágneses rendszer, amelyben a rudak vagy jármák, vagy rudak és jármák hossztengelyei különböző síkban helyezkednek el
Szimmetrikus mágneses rendszer - olyan mágneses rendszer, amelyben minden rúd azonos alakú, kialakítású és méretű, és bármely rúd relatív helyzete az összes járomhoz képest minden rúd esetében azonos
Aszimmetrikus mágneses rendszer - olyan mágneses rendszer, amelyben az egyes rudak alakja, kialakítása vagy mérete tekintetében eltérhet más rudaktól, vagy bármely rúd relatív helyzete a többi rúdhoz vagy járomhoz képest eltérhet bármely másik rúd helyétől.

Toroid szalagos mágnesmag és az arra épülő transzformátor
Páncéllemez
Rúdszalag és toroid

Mágneses áramkör réssel

A transzformátorok túlnyomó többsége zárt mágneses áramkörrel rendelkezik (a mágneses erővonalak nagy mágneses permeabilitással záródnak a mag anyagán keresztül ). Ez lehetővé teszi a tekercsek maximális kölcsönös induktivitásának elérését egy adott mérethez, és csökkenti a transzformátoron keresztüli nem kívánt meddőáramot.

Egyes alkalmazásokban azonban a transzformátoron átmenő meddőáramok hasznosak, és szükségessé válik a tekercsek induktivitásának csökkentése. Egy tipikus alkalmazás az egyvégű kapcsolókonverterek , amelyekben a transzformátort energiatároló induktorként, a primer és szekunder tekercset pedig felváltva használják. Ebben az esetben a túlzottan magas induktivitás káros, ha nagy frekvencián működik.

A mágneses körben lévő légrés használata a következő következményekkel jár:

A rés mágneses permeabilitása általában nagyságrendekkel kisebb, mint a mágneses mag mágneses permeabilitása . Ebben a tekintetben még egy viszonylag kis szélességi rés is jelentősen megnövelheti az áramkör mágneses ellenállását , arányosan csökkentheti a tekercsek induktivitását, és a mágneses energiasűrűség képlete szerint növelheti a tárolt mágneses energia mennyiségét azonos értékkel. mágneses indukció . Ugyanakkor a rés viszonylag kis szélessége csak korlátozottan növeli a mágneses fluxus szivárgását a mágneses rendszeren kívül. $\mu$ $\textstyle w={\frac {B^{2}}{2\mu _{0}\mu }}$ $B$
Ceteris paribus, a rés bevezetése a mágneses áramkörbe csekély hatással van annak a korlátozó mágneses fluxusnak a nagyságára, amelynél a mágneses áramkör telítettsége bekövetkezik, mivel ez elsősorban a keresztmetszeti területtől és a mágneses áramkör anyagától függ. Ugyanebből az okból kifolyólag a rés kevéssé befolyásolja a transzformátor karakterisztikáját , amely közvetlenül összefügg és jellemzi az átvitt impulzus maximális megengedett időtartamát a feszültségimpulzus amplitúdóján . ${\displaystyle \Phi _{max))$ ${\displaystyle \Phi _{max))$ ${U}\cdot {T}$ ${\displaystyle \Phi _{max))$ $T$ $U$
A képlet szerint a transzformátor tekercsén áthaladó áramerősség és a tekercs azonos fordulatszáma mellett , de kisebb a tekercselés induktivitása mellett a tekercselésen áthaladó áram által létrehozott mágneses fluxus csökken . Emiatt a transzformátor mágneses áramköre a tekercsen áthaladó nagyobb áramértékeknél telítődik , ami különösen fontos, ha az áramnak állandó összetevője van . $\displaystyle \Psi =N\Phi =LI$ $én$ $N$ $L$ $\Phi$
A képlet szerint azonos mennyiségű mágneses fluxus mellett az induktivitásban tárolt energia az induktivitás fordítottan növekszik . Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a tekercsen azonos feszültségérték mellett a tekercsen áthaladó áram gyorsabban növekszik, és nagyobb értékeket ér el, ami növeli az átvitt teljesítményt is, ami arányos -val . $\textstyle W={\frac {LI^{2}}{2}}={\frac {\Psi ^{2}}{2L}}={\frac {(N\Phi )^{2 }}{2L}}$ $\Phi$ $W$ $L$ $U$ $én$ $U\cdot {I}$
A megnövekedett meddőáram hozzájárul az ohmos veszteségek növekedéséhez .

Tekercsek

A tekercs fő eleme egy tekercs - egy elektromos vezető vagy párhuzamosan kapcsolt vezetékek sorozata (sodort mag), amely a transzformátor mágneses rendszerének egy részét körültekerve, amelynek elektromos árama más vezetékek áramaival együtt az ilyen vezetők és a transzformátor egyéb részei a transzformátor mágneses terét hozzák létre, és amelyben ennek a mágneses térnek a hatására elektromotoros erő indukálódik.

Tekercselés - olyan fordulatok halmaza, amelyek elektromos áramkört alkotnak, amelyben a fordulatokban indukált EMF összegződik. A háromfázisú transzformátorban a tekercselés általában azonos feszültségű háromfázisú, egymással összekapcsolt tekercskészletet jelent.

Az erősáramú transzformátorok tekercsvezetőjének keresztmetszete általában négyzet alakú, hogy a lehető leghatékonyabb legyen a rendelkezésre álló hely kihasználása (a magablak kitöltési tényezőjének növelése érdekében). A vezető keresztmetszeti területének növekedésével két vagy több párhuzamos vezető elemre osztható a tekercs örvényáram-veszteségének csökkentése és a tekercs működésének megkönnyítése érdekében. A négyzet alakú vezetőképes elemet lakóépületnek nevezzük.

Mindegyik mag papírtekerccsel vagy zománcozott lakkal van szigetelve . Két külön-külön szigetelt és párhuzamosan összekapcsolt magnak néha közös papírszigetelése lehet. Két ilyen szigetelt magot egy közös papírszigetelésben kábelnek nevezünk.

A tekercsvezető speciális fajtája a folyamatosan transzponált kábel. Ez a kábel két réteg zománcozott lakkal szigetelt szálakból áll, amelyek tengelyirányban helyezkednek el egymáshoz képest, amint az az ábrán látható. Folyamatosan transzponált kábelt úgy kapunk, hogy az egyik réteg külső szálát állandó osztással a következő rétegre mozgatjuk, és közös külső szigetelést alkalmazunk [15] .

A kábel papírtekercsei vékony (több tíz mikrométeres) több centiméter széles papírcsíkokból készülnek, amelyeket a mag köré tekernek. A papírt több rétegbe csomagolják a kívánt teljes vastagság eléréséhez.

A tekercsek a következők szerint vannak felosztva:

Időpont egyeztetés
- A főbbek a transzformátor tekercsei, amelyekre az átalakított váltóáram energiáját táplálják, vagy amelyekről az átalakított váltóáram energiáját eltávolítják.
- Szabályozás - alacsony tekercsárammal és nem túl széles szabályozási tartománnyal a tekercsben csapok helyezhetők el a feszültség transzformációs arány szabályozására.
- Kiegészítő - tekercsek, amelyeket például arra terveztek, hogy a segédhálózatot a transzformátor névleges teljesítményénél lényegesen kisebb teljesítménnyel táplálják, a harmadik harmonikus mágneses mező kompenzálására, a mágneses rendszer egyenárammal történő előfeszítésére stb.
Végrehajtás
- Közönséges tekercselés - a tekercs menetei tengelyirányban helyezkednek el a tekercs teljes hosszában. A következő fordulatokat szorosan egymáshoz tekerjük, közbenső teret nem hagyva.
- Helikális tekercselés - A spirális tekercs lehet egy többrétegű tekercs változata, ahol a tekercselés egyes fordulatai vagy menetei közötti távolságok vannak.
- Lemeztekercselés – A lemeztekercselés sorba kapcsolt lemezek sorozatából áll. Mindegyik tárcsában a tekercsek sugárirányban spirális mintázatban vannak feltekerve befelé és kifelé a szomszédos tárcsákon.
- Fólia tekercselés - a fóliatekercsek széles réz- vagy alumíniumlemezből készülnek, amelynek vastagsága tizedmillimétertől több milliméterig terjed.

Sémák és csoportok háromfázisú transzformátorok tekercseinek csatlakoztatásához

Három fő módja van a háromfázisú transzformátor mindkét oldalának fázistekercseinek csatlakoztatásának:

$Y$ -csatlakozás ("csillag"), ahol minden tekercs az egyik végén egy közös ponthoz van kötve, amelyet semlegesnek neveznek. Létezik egy "csillag" egy közös pontból származó következtetéssel (megjelölés vagy ) és anélkül ( ); $Y_{0}$ $Y_{n}$ $Y$
$\Delta$ - csatlakozás ("háromszög"), ahol három fázistekercs van sorba kötve;
$Z$ kapcsolat ("cikkcakk"). Ezzel a csatlakozási móddal minden fázistekercs két egyforma részből áll, amelyek a mágneses áramkör különböző rúdjain vannak elhelyezve, és egymással szemben sorba vannak kapcsolva. Az így kapott háromfázisú tekercseket egy közös ponton kötjük össze, hasonlóan a „csillaghoz”. Általában a "cikcakkot" egy közös pontból ( ) származó elágazással használják. $Z_0$

A transzformátor primer és szekunder tekercsét a fent bemutatott három mód bármelyikével, bármilyen kombinációban csatlakoztathatjuk. A konkrét módszert és kombinációt a transzformátor rendeltetése határozza meg.

$Y$ - a csatlakozást általában nagyfeszültségű tekercsekhez használják. Ennek számos oka lehet:

a háromfázisú autotranszformátor tekercseit csak "csillagban" lehet csatlakoztatni;
ha egy nagy teljesítményű háromfázisú transzformátor helyett három egyfázisú autotranszformátort használnak ezek más módon történő csatlakoztatására;
amikor a transzformátor szekunder tekercse táplálja a nagyfeszültségű vezetéket, a földelt nulla jelenléte csökkenti a túlfeszültségeket a villámcsapás során. Semleges földelés nélkül lehetetlen a vezeték differenciálvédelmét működtetni, a földre való szivárgás szempontjából. Ebben az esetben az ezen a vonalon lévő összes vevőtranszformátor primer tekercsének nem szabad földelt nullával rendelkeznie;
a feszültségszabályozók (csapos kapcsolók) kialakítása jelentősen leegyszerűsödik. A tekercscsapok „semleges” végről történő elhelyezése biztosítja az érintkezőcsoportok minimális számát. A kapcsoló szigetelési követelményei csökkennek, mivel a földhöz viszonyított minimális feszültségen működik;
ez a vegyület technológiailag a legfejlettebb és a legkevésbé fémigényes.

A delta csatlakozást olyan transzformátoroknál használják, ahol az egyik tekercs már csillaggal van bekötve, különösen a nulla kivezetéssel.

A ma is elterjedt transzformátorok Y / Y 0 sémával történő üzemeltetése akkor indokolt, ha fázisainak terhelése azonos (háromfázisú motor, háromfázisú villanykályha, szigorúan számított közvilágítás stb.) Ha a terhelés aszimmetrikus (háztartási és egyéb egyfázisú), ekkor a magban lévő mágneses fluxus kibillent egyensúlyból, és a kompenzálatlan mágneses fluxus (ún. "nulla sorrendű fluxus") bezárul a burkolaton és a tartályon, amitől azok felmelegednek. és rezeg. A primer tekercs nem tudja kompenzálni ezt az áramlást, mivel a vége egy virtuális nullához csatlakozik, amely nincs csatlakoztatva a generátorhoz. A kimeneti feszültségek torzulnak ("fázis-kiegyensúlyozatlanság" lesz). Egyfázisú terhelés esetén az ilyen transzformátor lényegében egy nyitott mag fojtótekercs, és az impedanciája nagy. Az egyfázisú rövidzárlat áramát nagymértékben alábecsülik a számítotthoz képest (háromfázisú zárlat esetén), ami megbízhatatlanná teszi a védőfelszerelések működését.

Ha a primer tekercs háromszögbe van kötve (transzformátor Δ / Y 0 sémával ), akkor az egyes rudak tekercseinek két-két vezetéke van mind a terheléshez, mind a generátorhoz, és a primer tekercs minden rudat külön-külön mágnesezhet anélkül, hogy befolyásolná a másik kettő és a mágneses egyensúly megsértése nélkül. Egy ilyen transzformátor egyfázisú ellenállása közel lesz a számítotthoz, a feszültség torzulása gyakorlatilag megszűnik.

Másrészt a háromszög tekercselésnél a leágazó kapcsoló (nagyfeszültségű érintkezők) kialakítása bonyolultabbá válik.

A tekercs háromszöggel való összekapcsolása lehetővé teszi, hogy az áram harmadik és többszörös felharmonikusa keringhessen a három sorba kapcsolt tekercs által alkotott gyűrűn belül. A harmadik harmonikus áramok zárása szükséges ahhoz, hogy a transzformátor ellenállását csökkentsük a nem szinuszos terhelési áramokkal szemben (nem lineáris terhelés), és a feszültség szinuszos maradjon. A harmadik áramharmonikus mindhárom fázisban azonos irányú, ezek az áramok nem keringhetnek olyan tekercsben, amelyet csillaggal köt össze, elszigetelt nullával.

A hármas szinuszos áramok hiánya a mágnesező áramban az indukált feszültség jelentős torzulásához vezethet, ha a mag 5 rudas, vagy páncélozott kivitelben készül. A delta-csatlakozású transzformátor tekercs kiküszöböli ezt a zavart, mivel a delta-csatlakozású tekercs csillapítja a harmonikus áramokat. Néha a transzformátorok harmadlagos Δ-csatlakozású tekercset biztosítanak, amely nem töltésre szolgál, hanem megakadályozza a feszültség torzulását és a nulla sorrendű impedancia csökkenését. Az ilyen tekercselést kompenzációnak nevezik. A töltésre szánt elosztótranszformátorok a fázis és a nulla között a primer oldalon általában delta tekercseléssel vannak ellátva. A delta tekercsben lévő áram azonban nagyon alacsony lehet a minimális névleges teljesítmény eléréséhez, és a szükséges tekercsvezető mérete rendkívül kényelmetlen a gyári gyártáshoz. Ilyenkor a nagyfeszültségű tekercs csillagba, a szekunder tekercs cikcakkba köthető. A cikk-cakk tekercs két leágazásában keringő nulla sorrendű áramok kiegyenlítik egymást, a szekunder oldal nulla sorrendű impedanciáját elsősorban a tekercs két ága közötti szórt mágneses tér határozza meg, és egy nagyon kisszámú.

Egy tekercspár különböző módon történő csatlakoztatásával különböző fokú előfeszítési feszültség érhető el a transzformátor oldalai között.

Az elsődleges és szekunder tekercsek EMF -je közötti fáziseltolódást általában vegyületcsoporttal fejezik ki . A primer és szekunder vagy primer és tercier tekercsek közötti előfeszítési feszültség leírására hagyományosan az óralap példáját használják. Mivel ez a fáziseltolódás 0° és 360° között változhat, és az eltolási arány 30°, egy 1-től 12-ig terjedő számsort választunk egy olyan vegyületcsoport megjelölésére, amelyben minden egység 30°-os eltolási szögnek felel meg. . Az elsődleges fázis egyik fázisa a 12-re mutat, a másik oldal megfelelő fázisa pedig egy másik számra mutat a tárcsán.

Az Yd11 leggyakrabban használt kombinációja például egy 30º-os semleges elmozdulást jelent a két oldal feszültségei között.

Sémák és csoportok háromfázisú kéttekercses transzformátorok tekercseinek csatlakoztatására [16] [17] (nem kész, folyamatban)

Tekercselés csatlakozási rajza		Nyitott áramköri feszültségvektor diagram 1. megjegyzés	Szimbólum _
VN	HH	Nyitott áramköri feszültségvektor diagram 1. megjegyzés	Szimbólum _
			U/D-11

Megjegyzés: az ábrán a "csillag" tekercselési vektorok zölddel , a "háromszög" kékkel és az AB vektor eltolása pirossal vannak jelölve.

A vasúti transzformátorokban "nyitott delta - hiányos csillag" kapcsolatok csoportja is megtalálható.

Buck

A tartály elsősorban a transzformátorolaj tartálya , és fizikai védelmet is nyújt az aktív komponens számára. Segédeszközök és vezérlőberendezések tartószerkezeteként is szolgál.

Mielőtt a tartályt olajjal töltené fel az aktív komponenssel, minden levegő kiürül belőle, ami veszélyeztetheti a transzformátor szigetelésének dielektromos szilárdságát (ezért a tartályt úgy tervezték, hogy minimális deformációval ellenálljon a légkör nyomásának).

A transzformátor névleges teljesítményének növekedésével a transzformátoron belüli és kívüli nagy áramok hatása befolyásolja a tervezést. Ugyanez történik a tartályon belüli szivárgó mágneses fluxussal. A nagyáramú perselyek körüli nem mágneses betétek csökkentik a túlmelegedés kockázatát. A tartály nagy vezetőképességű pajzsokból készült belső burkolata megakadályozza, hogy az áramlás bejusson a tartály falain keresztül. Másrészt az alacsony reluktanciájú anyag elnyeli a fluxust, mielőtt az áthaladna a tartály falain.

A tartályok tervezésénél figyelembe vett másik jelenség a transzformátormag által keltett hangfrekvenciák és a tartályrészek rezonanciafrekvenciáinak egybeesése , ami felerősítheti a környezetbe sugárzott zajt.

Verziók

A tartály kialakítása lehetővé teszi az olaj hőmérsékletfüggő expanzióját. Ennek alapján a transzformátor tartályokat tervezésük szerint osztják fel:

Transzformátorok sima tartállyal bővítő nélkül (ezt a kialakítást 10 kVA teljesítményig használják), a kapcsok a fedélre vannak szerelve. Az olajtágulás hőmérséklet-kompenzációja a tartály hiányos feltöltése és a felső részben légpárna létrehozása miatt történik.
Transzformátorok tágulási tartállyal (63 kVA-ig), kapcsok a fedélen találhatók.
Transzformátorok tágulási tartállyal és radiátorokkal, kapcsok a fedélen találhatók. A régi kivitelekben a radiátorokat a tartályhoz hegesztett hajlított csövek formájában készítettek - az ún. "cső alakú tartály".
Transzformátorok tágulási tartállyal, radiátorokkal és kivezetésekkel a tartály falain speciális karimákon (karimás rögzítés). Az ilyen típusú transzformátorok megnevezésében az "F" betű szerepel, és közvetlenül a gyártóhelyiségbe történő beépítésre szolgál ("üzletváltozat").
Transzformátorok radiátorral, bővítő nélkül, karimás rögzítéssel. Az olaj hőtágulását úgy kompenzálják, hogy gázpárnát hoznak létre egy inert gáz - nitrogén - felső részében (hogy a levegő ne oxidálja az olajat). Az ilyen transzformátorok szintén a bolti típushoz tartoznak, és a „З” betűvel rendelkeznek a megjelölésben - védett változat. A nyomás vészleengedése a speciális szeleppel történik.
Transzformátorok bővítő nélkül, radiátorok nélkül hullámkarton tartállyal. A legmodernebb dizájn. Az olajtérfogat hőmérséklet-változásainak kompenzálása egy speciális , vékony acélból készült , hullámos falú tartály kialakításával történik (hullámos tartály). Az olaj tágulása a tartály hullámainak tágulásával jár együtt. Az olajnyomás vészhelyzeti kiengedését (például belső sérülés esetén) egy speciális szelep végzi. Az ilyen transzformátorok "G" betűvel rendelkeznek a jelölésben - hermetikus kialakítás.

Transzformátorok típusai

Lásd még: Egyéb transzformátoralkalmazások című részt .

Erőátviteli transzformátor

Váltakozó áramú táptranszformátor - olyan transzformátor, amely az elektromos hálózatokban és az elektromos energia fogadására és felhasználására tervezett berendezésekben elektromos energiát alakít. A "teljesítmény" szó az ilyen típusú, nagy teljesítményű transzformátorok munkáját tükrözi [18] . A transzformátorok alkalmazásának szükségességét a villamos vezetékek (35-750 kV), a városi villamos hálózatok (általában 6,10 kV), a végfelhasználóknak szolgáltatott feszültség (0,4 kV, ezek is 380/220 V) eltérő üzemi feszültségei, ill. az elektromos gépek és elektromos készülékek működéséhez szükséges feszültség (volt mértékegységtől több száz kilovoltig a legváltozatosabb).

A váltakozó áramú táptranszformátort egyenfeszültség átalakítására használják váltakozó áramú áramkörökben. A "teljesítmény" kifejezés az ilyen transzformátorok és a mérőtranszformátorok közötti különbséget mutatja a speciális transzformátoroktól.

Autotranszformátor

Az autotranszformátor a transzformátor olyan változata, amelyben a primer és a szekunder tekercsek közvetlenül vannak csatlakoztatva, és ennek köszönhetően nemcsak elektromágneses, hanem elektromos csatlakozással is rendelkeznek. Az autotranszformátor tekercsének több vezetéke van (legalább 3), amelyekhez csatlakoztatva különböző feszültségeket kaphat. Az autotranszformátor előnye a nagyobb hatásfok, mivel a teljesítménynek csak a töredéke alakul át - ez különösen fontos, ha a bemeneti és a kimeneti feszültségek kissé eltérnek.

Hátránya az elektromos leválasztás (galvanikus leválasztás) hiánya az elsődleges és a szekunder áramkörök között. Az autotranszformátorok használata gazdaságilag indokolt a hagyományos transzformátorok helyett a hatékonyan földelt hálózatok csatlakoztatásához , legalább 110 kV feszültséggel, legfeljebb 3-4 transzformációs arány mellett. Jelentős előnye az alacsonyabb acélmag-felhasználás, a tekercseknél a réz fogyasztása, a kisebb súly és méretek, és ennek következtében az alacsonyabb költség.

Áramváltó

Az áramváltó olyan transzformátor, amelynek primer tekercsét áramforrás táplálja . Tipikus alkalmazás a primer tekercs áramának megfelelő értékre csökkentése, amelyet a mérési, védelmi, vezérlő- és jelzőáramkörökben használnak, emellett az áramváltó galvanikus leválasztást biztosít (ellentétben a sönt árammérő áramkörökkel). Jellemzően a közönséges transzformátorok szekunder tekercs áramának névleges értéke 1 A vagy 5 A. Az áramváltó primer tekercsét sorba kötik a terhelő áramkörrel, amelyben a váltóáramot kell szabályozni, és mérőműszerekkel vagy működtető és jelzőberendezések, például relék a szekunder tekercsben találhatók .

Az áramváltó szekunder tekercsének a rövidzárlati üzemmódhoz közeli üzemmódban kell működnie. A szekunder tekercs áramkörének véletlen vagy szándékos megszakadása esetén nagyon magas feszültség indukálódik rajta, ami a szigetelés meghibásodását és a csatlakoztatott eszközök károsodását okozhatja.

Amikor a szekunder tekercs rövidzárlati üzemmódban van, a tekercsáramok aránya közel van (ideális esetben egyenlő) az átalakítási arányhoz .

Feszültségváltó

Feszültségtranszformátor - feszültségforrásról táplált transzformátor . Egy tipikus alkalmazás a nagyfeszültség alacsony feszültséggé alakítása az áramkörökben, a mérőáramkörökben és az RPA áramkörökben . A feszültségváltó használata lehetővé teszi a védelmi logikai és mérőáramkörök leválasztását a nagyfeszültségű áramkörtől.

Impulzus transzformátor

Az impulzustranszformátor olyan transzformátor, amelyet arra terveztek, hogy az impulzusjeleket akár több tíz mikroszekundumos impulzusidővel alakítsa át az impulzus alakjának minimális torzításával [19] . A fő alkalmazás egy négyszögletes elektromos impulzus átvitelében van (maximális meredek él és vágás, viszonylag állandó amplitúdó). A rövid távú feszültségű videoimpulzusok átalakítására szolgál, amelyek rendszerint periodikusan ismétlődnek nagy munkaciklus mellett . A legtöbb esetben az IT-vel szemben támasztott fő követelmény a transzformált feszültségimpulzusok alakjának torzításmentes átvitele; amikor az IT bemenetre valamilyen formájú feszültséget kapcsolunk, a kimeneten kívánatos azonos alakú, de esetleg eltérő amplitúdójú vagy eltérő polaritású feszültségimpulzust kapni.

Hegesztő transzformátor

Hegesztő transzformátor - különféle típusú hegesztéshez tervezett transzformátor.

A hegesztőtranszformátor a hálózati feszültséget (220 vagy 380 V) alacsony feszültséggé alakítja, az áramot pedig alacsonyról magasra, akár több ezer amperre.

A hegesztőáramot a transzformátor induktív reaktanciájának vagy másodlagos nyitott feszültségének változtatásával szabályozzák, amelyet a primer vagy szekunder tekercs menetszámának szekciójával hajtanak végre. Ez fokozatos áramszabályozást biztosít.

Leválasztó transzformátor

A leválasztó transzformátor olyan transzformátor, amelynek primer tekercse nincs elektromosan csatlakoztatva a szekunder tekercsekhez. A teljesítményleválasztó transzformátorok célja az elektromos hálózatok biztonságának javítása, véletlen egyidejű érintkezés a földdel és a feszültség alatt álló részekkel vagy nem feszültség alatt álló részekkel, amelyek feszültség alá kerülhetnek a szigetelés károsodása esetén [20] . A jelleválasztó transzformátorok az elektromos áramkörök galvanikus leválasztását biztosítják.

Hozzáillő transzformátor

Illesztő transzformátor - olyan transzformátor, amelyet az elektronikus áramkörök különböző részeinek (kaszkádjainak) ellenállásának összehangolására használnak a hullámforma minimális torzításával. Ugyanakkor egy megfelelő transzformátor biztosítja az áramköri szakaszok közötti galvanikus leválasztást.

Peak transzformátor

Csúcstranszformátor - olyan transzformátor, amely a szinuszos feszültséget impulzusfeszültséggé alakítja, félciklusonként változó polaritással.

Kettős fojtószelep

Kettős fojtó (ellen induktív szűrő) - szerkezetileg egy transzformátor két azonos tekercseléssel. A tekercsek kölcsönös indukciója miatt hatékonyabb, mint a hagyományos fojtó, azonos méreteknél. A kettős fojtótekercseket széles körben használják tápegység bemeneti szűrőjeként; digitális vonalak differenciális jelszűrőiben, valamint az audiotechnikában.

Transfluxor

A transzfluxor az információ tárolására használt transzformátor típusa [21] [22] . A fő különbség a hagyományos transzformátoroktól a mágneses áramkör nagymértékű maradék mágnesezettsége. Más szavakkal, a transzfluxorok memóriaelemként működhetnek. Ezenkívül a transzfluxorokat gyakran további tekercsekkel látták el, amelyek biztosították a kezdeti mágnesezést és beállították működési módjukat. Ez a funkció lehetővé tette (más elemekkel kombinálva) vezérelt generátorok, összehasonlító elemek és mesterséges neuronok áramköreinek felépítését transzfluxorokon.

Forgó transzformátor

Arra használják, hogy jelet továbbítsanak forgó tárgyakhoz, például egy mágneses fejblokk dobjához a videomagnókban [23] . A mágneses áramkör két feléből áll, mindegyik saját tekercseléssel, amelyek közül az egyik minimális hézaggal forog a másikhoz képest. Lehetővé teszi nagy forgási sebesség megvalósítását, amelynél a jelfelvétel érintkezési módja lehetetlen.

Levegő- és olajtranszformátorok

A transzformátorok besorolása – egyéb paraméterek mellett – a munkakörnyezet szerint történik, amelyben az induktív csatolású tekercsek találhatók.

A légtranszformátorok általában kisebb teljesítménnyel működnek, mint az olajtranszformátorok, mivel az olaj keringése biztosítja a tekercsek jobb hűtését. Ezzel szemben az impulzus- és nagyfeszültségű transzformátorok általában levegőből készülnek, mivel az előbbieknél a levegő alacsony dielektromos állandója jobb átvitelt biztosít az impulzus alakjának, az utóbbinál pedig az olajöregedés és a transzformátor meredek növekedése. az elektromos meghibásodás valószínűsége tűnik a korlátozó tényezőnek.

Szerkezetileg a veszteségek csökkentése érdekében az olajtranszformátorok általában zárt mágneses áramkörrel rendelkeznek, míg a kis teljesítményű légtranszformátorok (például elektronikus eszközökben az egyik áramkör elektromos leválasztására vagy a teljesítmény illesztésére) szerkezetileg koaxiális tekercsként is kialakíthatók. ferromágneses magon.

Háromfázisú transzformátor

Ez egy elektromos energia átalakítására szolgáló eszköz egy háromfázisú áramkörben. Szerkezetileg a mágneses áramkör három rúdjából áll, amelyeket a felső és az alsó járom köt össze. Az egyes fázisok magas és alacsony feszültségű tekercseit minden rúdra helyezik.

Megnevezés a diagramokon

Az ábrákon a transzformátort az ábrán látható módon jelöltük.

Általános esetben a transzformátor magját sematikusan egy olyan vonallal ábrázoljuk, amelynek vastagsága megegyezik a tekercseiben lévő félkörvonalakkal. Ha szükség van a mag anyagi vagy szerkezeti jellemzőinek hangsúlyozására a diagramon, akkor annak megnevezése némileg eltérhet. Tehát a ferritmagot félkövér vonal jelzi. Mágneses hézaggal rendelkező mag - vékony vonal, amelynek közepén rés van. Vékony pontozott vonal jelzi a magnetodielektromos magot. Ha nem mágneses magot használnak, például rezet, akkor egy vékony folytonos vonal mellett a maganyag megjelölését egy kémiai elem szimbólumaként írják: "Cu".

A kimenet közelében vastag ponttal ellátott transzformátor kijelölésekor a tekercsek eleje jelezhető (legalább két tekercsen, ezeken a kimeneteken a pillanatnyi EMF előjele megegyezik). A közbenső transzformátorok kijelölésekor erősítő (átalakító) fokozatokban a szin- vagy antifázis hangsúlyozására, valamint több (primer vagy szekunder) tekercs esetén, ha bekötésük „polaritásának” betartása szükséges az áramkör többi részének vagy magának a transzformátornak a helyes működése [24] . Ha a tekercsek eleje nincs kifejezetten feltüntetve, akkor feltételezzük, hogy mindegyik ugyanabba az irányba van irányítva (egy tekercs vége után a következő eleje).

A háromfázisú transzformátorok áramköreiben a "tekercsek" a "mag"-ra merőlegesen helyezkednek el (W-alakú, a szekunder tekercsek a megfelelő primer tekercsekkel szemben vannak), az összes tekercs kezdete a "mag" felé irányul.

Alkalmazás

Leggyakrabban a transzformátorokat elektromos hálózatokban és különféle eszközök tápegységeiben használják.

Mivel a huzal fűtési veszteségei arányosak a vezetéken áthaladó áram négyzetével, előnyös a nagyon nagy feszültségek és kis áramok alkalmazása az elektromosság nagy távolságra történő átvitelénél. Biztonsági okokból és a szigetelés tömegének csökkentése érdekében a mindennapi életben kívánatos nem túl magas feszültség alkalmazása. Ezért a villamos energia legjövedelmezőbb szállítása érdekében a villamosenergia-hálózatban az erőátviteli transzformátorokat ismételten használják: először az erőművek generátorainak feszültségének növelésére az áram szállítása előtt, majd az elektromos vezeték feszültségének csökkentésére elfogadható szintre. fogyasztók.

Mivel az elektromos hálózatban három fázis van, háromfázisú transzformátorokat használnak a feszültség átalakítására , vagy három egyfázisú transzformátorból álló csoportot, amelyek csillag- vagy deltaáramkörbe vannak kapcsolva. A háromfázisú transzformátornak közös magja van mindhárom fázishoz.

A transzformátor nagy hatásfoka (nagy teljesítményű transzformátoroknál - több mint 99%) ellenére a nagyon nagy teljesítményű hálózati transzformátorok sok energiát bocsátanak ki hő formájában (például egy tipikus 1 GW-os erőművi egységnél a teljesítmény max. több megawatt szabadulhat fel a transzformátoron). Ezért a hálózati transzformátorok speciális hűtőrendszert használnak: a transzformátort transzformátorolajjal vagy speciális, nem gyúlékony folyadékkal töltött tartályba helyezik. Az olaj konvekcióval vagy erővel kering a tartály és az erős hűtő között . Néha az olajat vízzel lehűtik. A "száraz" transzformátorokat viszonylag kis teljesítményen használják.

Alkalmazások tápegységekben

Az elektromos készülékek különböző alkatrészeinek táplálásához sokféle feszültségre van szükség. A több, különböző méretű feszültséget igénylő eszközök tápegységei több szekunder tekercses transzformátort tartalmaznak, vagy további transzformátorokat tartalmaznak az áramkörben. Például egy TV -n transzformátorok segítségével 5 V-tól (mikroáramkörök és tranzisztorok táplálásához) több kilovoltig ( a kineszkóp anódjának feszültségszorzón keresztül történő táplálásához ) feszültséget kapunk.

Régebben elsősorban a hálózati frekvencián, azaz 50-60 Hz-en működő transzformátorokat alkalmaztak.

A modern rádiótechnika és elektronikai eszközök áramköreiben (például személyi számítógépek tápegységeiben ) széles körben használják a nagyfrekvenciás impulzustranszformátorokat. A kapcsolóüzemű tápegységeknél a váltakozó hálózati feszültséget először egyenirányítják , majd egy inverter segítségével nagyfrekvenciás impulzusokká alakítják át. Az impulzusszélesség-modulációt ( PWM ) használó vezérlőrendszer lehetővé teszi a feszültség stabilizálását. Ezt követően a nagyfrekvenciás impulzusokat egy impulzustranszformátorba táplálják, amelynek kimenetén egyenirányítás és szűrés után stabil állandó feszültséget kapunk.

A múltban a hálózati transzformátor (50-60 Hz-en) sok készülék egyik legnehezebb alkatrésze volt. A helyzet az, hogy a transzformátor lineáris méreteit a rájuk továbbított teljesítmény határozza meg, és kiderül, hogy a hálózati transzformátor lineáris mérete megközelítőleg arányos az 1/4 teljesítményével. A transzformátor mérete az AC frekvencia növelésével csökkenthető. Ezért az azonos teljesítményű modern kapcsolóüzemű tápegységek sokkal könnyebbek.

Az 50-60 Hz-es transzformátorokat hiányosságaik ellenére továbbra is használják tápáramkörökben, olyan esetekben, amikor biztosítani kell a magas frekvenciájú interferencia minimális szintjét, például kiváló minőségű hangvisszaadással.

A transzformátor egyéb alkalmazásai

Leválasztó transzformátorok (transzformátor galvanikus leválasztás ). Az elektromos hálózat nulla vezetéke érintkezhet a "földdel", ezért amikor egy személy megérinti a fázisvezetéket (valamint a rossz szigetelésű készülék házát) és egy földelt tárgyat, az emberi test lezárja az elektromos áramkört. , ami áramütés veszélyét okozza. Ha a készülék transzformátoron keresztül csatlakozik a hálózathoz, akkor az eszköz egy kézzel való megérintése meglehetősen biztonságos, mivel a transzformátor szekunder áramköre nem érintkezik a földeléssel.
Impulzus transzformátorok (IT). A fő alkalmazás téglalap alakú elektromos impulzusok átvitelében van (maximális meredek él és vágás, viszonylag állandó amplitúdó ). A rövid távú feszültségű videoimpulzusok átalakítására szolgál, amelyek rendszerint periodikusan ismétlődnek nagy munkaciklus mellett. A legtöbb esetben az IT-vel szemben támasztott fő követelmény a transzformált feszültségimpulzusok alakjának torzításmentes átvitele; amikor az IT bemenetre valamilyen formájú feszültséget kapcsolunk, a kimeneten kívánatos azonos alakú, de esetleg eltérő amplitúdójú vagy eltérő polaritású feszültségimpulzust kapni.
Mérőtranszformátorok ( áramváltók, feszültségváltók ). Nagyon nagy vagy nagyon kicsi váltakozó feszültségek és áramkörök mérésére szolgálnak Relévédelem és automatizálás .
Mérő egyenáramú transzformátor. Valójában ez egy mágneses erősítő , amely erős váltóáramot vezérel kis teljesítményű egyenárammal. Egyenirányító használatakor a kimeneti áram állandó lesz, és a bemeneti jel nagyságától függ.
Mérő- és teljesítménytranszformátorok. Széles körben használják kis és közepes teljesítményű (megawattig) váltakozó áramú áramkörökben, például dízelgenerátorokban . Az ilyen transzformátor egy mérőáram-transzformátor, amelynek primer tekercselése sorba van kapcsolva a generátor terhelésével. A szekunder tekercsből váltakozó feszültséget távolítanak el, amelyet az egyenirányító után a rotor előfeszítő tekercsére táplálnak. (Ha a generátor háromfázisú, akkor háromfázisú transzformátort is kell használni). Így a generátor kimeneti feszültsége stabilizálódik - minél nagyobb a terhelés, annál erősebb az előfeszítési áram, és fordítva.

Hozzáillő transzformátorok . A primer és szekunder tekercsek feszültség- és áramátalakításának törvényeiből látható, hogy a primer tekercs áramkörének oldaláról a szekunder tekercs bármely ellenállása sokszorosának tűnik. Ezért illesztő transzformátorokat használnak arra, hogy kis ellenállású terhelést kapcsoljanak olyan elektronikus eszközök kaszkádjaihoz, amelyek nagy bemeneti vagy kimeneti impedanciával rendelkeznek . Például egy hangfrekvenciás erősítő kimeneti fokozata nagy kimeneti impedanciával rendelkezhet , különösen, ha lámpákra van felszerelve , miközben a hangszórók impedanciája nagyon alacsony. Az illesztő transzformátorok rendkívül hasznosak a nagyfrekvenciás vonalakon is , ahol a vonal és a terhelési impedancia különbségei a jel visszaverődését eredményezik a vonal végén, és ezáltal nagy veszteségeket. $\textstyle \left(I_{1}={\frac {{I_{2}}{W_{2}}}{W_{1}}},U_{1}={\frac {{U_{ 2}}{W_{1}}}{W_{2}}}\jobbra)$ $\textstyle \left({\frac {W_{1}}{W_{2}}}\right)^{2}$
Fázisváltó transzformátorok. A transzformátor csak a jel változó komponensét továbbítja, ezért még akkor is, ha az áramkörben az összes egyenfeszültség előjele azonos a közös vezetékhez képest, a transzformátor szekunder tekercsének kimenetén a jel pozitív és negatív is lesz. félhullámok, sőt, ha a transzformátor szekunder tekercsének középpontja a közös vezetékhez van csatlakoztatva , akkor ennek a tekercsnek a két szélső kivezetésén a feszültség ellentétes fázisú lesz . A széles körben elérhető npn bipoláris tranzisztorok megjelenése előtt fázisinvertáló transzformátorokat használtak az erősítők push-pull kimeneti fokozataiban, hogy ellentétes polaritású jeleket tápláljanak a kaszkád két tranzisztorának alapjaira. Ráadásul az "ellentétes elektrontöltésű csövek" hiánya miatt a push-pull kimeneti fokozatú csöves erősítőkben fázisfordító transzformátorra van szükség.

Kihasználás

Élettartam

A transzformátor élettartama két kategóriába sorolható:

Gazdasági élettartam – A gazdasági élettartam akkor ér véget, ha egy meglévő transzformátor folyamatos üzemeltetésének aktivált költsége meghaladja az adott transzformátor üzemeltetéséből származó bevétel aktivált költségét. Vagy a transzformátor (mint eszköz) gazdasági élettartama akkor ér véget, amikor a segítségével az energiaátalakítás fajlagos költsége magasabb lesz, mint az energiaátalakítási piacon elérhető hasonló szolgáltatások fajlagos költsége.
Műszaki élettartam

Párhuzamos munkavégzés

A transzformátorok párhuzamos működésére nagyon egyszerű okból van szükség. Alacsony terhelésen egy nagy teljesítményű transzformátor nagy üresjárati veszteséggel rendelkezik, ezért több kisebb transzformátor van bekötve helyette, amelyeket lekapcsolnak, ha nincs rájuk szükség.

Két vagy több transzformátor párhuzamos csatlakoztatásakor a következő [25] szükséges :

Csak olyan transzformátorok működhetnek párhuzamosan, amelyeknek a primer és szekunder feszültség között azonos szöghibája van.
A nagy- és kisfeszültségű oldalon azonos polaritású pólusokat párhuzamosan kell kötni [26] .
A transzformátoroknak megközelítőleg azonos feszültségaránnyal kell rendelkezniük.
A rövidzárlati impedancia feszültségének ±10%-on belül meg kell egyeznie.
A transzformátorok teljesítményaránya nem térhet el 1:3-nál nagyobb mértékben.
A fordulatok számának kapcsolóinak olyan helyzetben kell lenniük, hogy a feszültségerősítés a lehető legközelebb legyen.

Más szóval ez azt jelenti, hogy a leginkább hasonló transzformátorokat kell használni. A transzformátorok azonos modelljei a legjobb megoldás. A fenti követelményektől a vonatkozó ismeretek felhasználásával el lehet térni.

Gyakoriság

Ugyanezen primer feszültségeknél az 50 Hz -re tervezett transzformátor használható 60 Hz-en, de fordítva nem. Ebben az esetben figyelembe kell venni, hogy szükség lehet a csatolt elektromos berendezések cseréjére. A névlegesnél kisebb frekvencián a mágneses áramkörben az indukció növekszik, ami annak telítéséhez vezethet, és ennek eredményeként az üresjárati áram éles növekedéséhez és alakjának megváltozásához vezethet. A névleges értéknél nagyobb frekvencián a mágneses áramkörben a parazita áramok nagysága megnő, a mágneses áramkör és a tekercsek felmelegedése, ami a szigetelés felgyorsult öregedéséhez és tönkremeneteléhez vezet.

Transzformátor feszültségszabályozás

Az elektromos hálózat terhelésétől függően változik a feszültsége . A fogyasztói elektromos vevőkészülékek normál működéséhez szükséges, hogy a feszültség ne térjen el a megadott szinttől a megengedett határértékeknél nagyobb mértékben, ezért a hálózat feszültségének szabályozására különféle módszereket alkalmaznak [27] .

Transzformátor szigetelés

A transzformátor szigetelése működés közben veszít szilárdságából a hőmérséklet hatására. A jelenlegi javítások során ellenőrizni kell az aktív rész és a transzformátorolaj szigetelésének állapotát az elektromos berendezések tesztelésére vonatkozó szabványok szerint. A transzformátor szigetelésének jellemzőit a transzformátor útlevelébe kell beírni [28] .

Hibaelhárítás

A meghibásodás típusa	Ok
Túlmelegedés	Túlterhelés
Túlmelegedés	Alacsony olajszint
Túlmelegedés	bezárás
Túlmelegedés	Elégtelen hűtés
Bontás	Túlterhelés
Bontás	Olajszennyeződés
Bontás	Alacsony olajszint
Bontás	Kapcsolja be a szigetelés öregedését
szikla	Gyenge forrasztási minőség
szikla	Erős elektromechanikus deformációk rövidzárlat során
Fokozott zúgás	A laminált mágneses áramkör krimpelésének gyengülése
Fokozott zúgás	Túlterhelés
Fokozott zúgás	Kiegyensúlyozatlan terhelés
Fokozott zúgás	Rövidzárlat a tekercsben
A levegő megjelenése a gázrelében (termoszifon szűrővel)	A termoszifon szűrő dugós, a dugón keresztül levegő jut a gázrelébe

Túlfeszültség transzformátor

Használat közben a transzformátorok működési paramétereiket meghaladó feszültségnek lehetnek kitéve. Ezeket a túlfeszültségeket időtartamuk szerint két csoportra osztják:

A rövid távú túlfeszültség egy relatív időtartamú teljesítményfrekvenciás feszültség, amely kevesebb, mint 1 másodperctől több óráig terjed.
Tranziens túlfeszültség - tranziens túlfeszültség, amely nanoszekundumtól néhány milliszekundumig terjed. Az emelkedési idő néhány nanoszekundumtól néhány milliszekundumig terjedhet. A tranziens túlfeszültség lehet oszcilláló és nem rezgő. Általában egyirányú cselekvéssel rendelkeznek.

A transzformátort tranziens és tranziens túlfeszültség kombinációjának is ki lehet téve. A tranziens túlfeszültségek azonnal követhetik a tranziens túlfeszültségeket.

A túlfeszültségeket eredetük alapján két fő csoportba soroljuk:

Légköri hatások okozta túlfeszültségek . A tranziens túlfeszültségek leggyakrabban a transzformátorhoz csatlakoztatott nagyfeszültségű távvezetékek közelében fordulnak elő villámlás miatt, de néha villámimpulzus is becsaphat a transzformátorba vagy magába a távvezetékbe. A csúcsfeszültség értéke a villámimpulzus áramától függ, és statisztikai változó. 100 kA feletti villámimpulzusáramokat regisztráltak. A nagyfeszültségű vezetékeken végzett mérések szerint az esetek 50%-ában a villámáramok csúcsértéke 10-20 kA között van. A transzformátor és a villámimpulzus ütközési pontja közötti távolság befolyásolja a transzformátort érő impulzus felfutási idejét, minél rövidebb a távolság a transzformátortól, annál rövidebb az idő.
Az áramrendszerben keletkezett túlfeszültség . Ebbe a csoportba tartoznak mind a rövid távú, mind a tranziens túlfeszültségek, amelyek a villamosenergia-rendszer működési és karbantartási körülményeinek változásából erednek. Ezeket a változásokat a kapcsolási folyamat megsértése vagy meghibásodás okozhatja. Az átmeneti túlfeszültségeket földzárlatok, terhelésvesztés vagy alacsony frekvenciájú rezonancia jelenségek okozzák. Tranziens túlfeszültségek akkor fordulnak elő, ha a rendszert gyakran leválasztják vagy csatlakoztatják. Akkor is előfordulhatnak, amikor a külső szigetelés meggyullad. A reaktív terhelés kapcsolásakor a tranziens feszültség akár 6-7-szeresére is emelkedhet a megszakító tranziens áramának számos megszakadása miatt, az impulzus növekedési ideje akár néhány mikroszekundum töredéke is lehet.

A transzformátor túlfeszültség-álló képessége

A transzformátoroknak át kell menniük bizonyos dielektromos szilárdsági teszteken , mielőtt elhagyják a gyárat. Ezen tesztek teljesítése jelzi a transzformátor megszakítás nélküli működésének valószínűségét.

A teszteket nemzetközi és nemzeti szabványok írják le . A tesztelt transzformátorok megerősítik a magas működési megbízhatóságot.

A nagyfokú megbízhatóság további feltétele az elfogadható túlfeszültségi határértékek biztosítása, mivel a transzformátor üzem közben a tesztvizsgálati körülményekhez képest komolyabb túlfeszültségnek is kitéve lehet.

Hangsúlyozni kell a villamosenergia-rendszerben előforduló minden típusú túlfeszültség tervezésének és elszámolásának rendkívüli fontosságát. Ennek a feltételnek a normál teljesítéséhez meg kell érteni a különböző típusú túlfeszültségek eredetét. A különböző típusú túlfeszültségek nagysága statisztikai változó. A szigetelés túlfeszültség-tűrő képessége szintén statisztikai változó.

Lásd még

Jegyzetek

↑ 1 2 GOST 16110-82. Erőátviteli transzformátorok. Kifejezések és meghatározások.
↑ A 809451 számú találmány szabadalma, Szovjetunió. 03/01/78.
↑ 1 2 3 Kharlamova T. E. Tudomány- és technikatörténet. Energiaipar . Tankönyv.Szentpétervár: SZTU, 2006. 126 p.
↑ 1 2 Kislitsyn A.L. Transformers: Tankönyv az "Elektromechanika" kurzushoz .- Uljanovszk: UlGTU, 2001. - 76 ISBN 5-89146-202-8
↑ 115793. sz. francia szabadalom Jablochkoff nevére, 1876. november 30-án, "Disposition de courants, destinée à l'éclairage par la lumière électrique" címmel . Találmányok (Brevets D 'Invention) Franciaországban engedélyezett 1791-től 1876-ig (beleértve) . - Washington, 1883. - S. 248.
↑ Ph.D. Savintsev Yu. M. Erőátviteli transzformátorok: a fejlesztés fő mérföldkövei // 2010.01.25 .
↑ D. t. n., prof. Popov G. V. Erőátviteli transzformátor: a fejlődés szakaszai a transform.ru oldalon /2.08.2008/
↑ 1 2 A transzformátor története 2009. január 2-i archivált példány a Wayback Machine - n // energoportal.ru / elérhető 2008. 02. 08-án / (hozzáférhetetlen hivatkozás 2013. 05. 22-től [3451 nap] - előzmények , másolat )
↑ Tekercselők. A teljesítménytranszformátor alapelvei és alkalmazásai . - P. 20-21.
↑ Tolmacsev - 8. előadás
↑ A transzformátor tekercseinek abszolút menetszáma nem választható meg önkényesen, csak a szükséges transzformációs arány alapján. Ez egy fontos tervezési paramétertől függ - az 1 voltonkénti fordulatok számától (vagy a reciprok - egy fordulat effektív EMF- jétől ), amely viszont a mag keresztmetszetétől és végső soron a teljes teljesítménytől függ. a transzformátor. (Részletekért lásd: Másodlagos tápegység#Transzformátor méretei ). Ezenkívül a valódi transzformátor fordulatszámát korrigálják, hogy figyelembe vegyék a magban és a tekercsekben bekövetkező energiaveszteségeket.
↑ Flanagan , William M. Transformer Design and Applications kézikönyve . - McGraw-Hill Education , 1993. - P. Chap. 1. o. 1-2. — ISBN 0070212910 .
↑ Kitaev V.E. Transformers. Felsőiskola, M: 1974.
↑ 1 2 http://model.expponenta.ru/electro/0070.htm Archív másolat 2009. március 30-án a Wayback Machine Dubovitsky G.P. Transformersnél
↑ ABB Transformer Handbook // ABB.com
↑ GOST 11677-85. TÁJÉKOZTATÓ: Általános előírások
↑ Katsman M. M. Elektromos gépek és transzformátorok. Tankönyv műszaki iskolák számára villamos és energetikai szakokra. M., "Felsőiskola", 1971, 416. o.
↑ A minimális teljesítményű (több wattos) tápegységekben használt transzformátort azonban teljesítménynek is nevezik.
↑ Benzar szótár
↑ GOST 30030-93 Leválasztó transzformátorok és biztonsági leválasztó transzformátorok. Műszaki adatok (IEC 742-83)
↑ Asszociatív tárolóeszköz - cikk a Great Soviet Encyclopedia- ból (3. kiadás)
↑ Nem tévesztendő össze a "transzfluktorral", amely szűrőként működik.
↑ Rádiómagazin, 1989. 2. szám, 40. o.
↑ Például több szekunder tekercs feszültségének összegzéséhez azokat úgy kell sorba kötni, hogy az egyik tekercs vége a másik elejéhez kapcsolódjon. (Éppen ellenkezőleg, ha az egyik tekercs végét a másik végéhez csatlakoztatja, akkor a szélsőséges következtetéseknél feszültségkülönbség lesz, ami néha szükséges is). És több tekercs áramának összegzéséhez (a menetek számában és a huzalvastagságban azonos!), Pontosan így kell párhuzamosan csatlakoztatni őket: csatlakoztassa az összes kezdetet egy ponton, és az összes végét a másikon.
↑ IEC 60076-8. Teljesítménytranszformátorok – Alkalmazási útmutató, 6. tétel, 81-91. oldal.
↑ Ez azt jelenti, hogy egy ponton az összes kezdetet, egy másik ponton pedig a primer tekercs összes végét össze kell kötni, ugyanígy a szekunder tekercseknél.
↑ Rozhkova L. D., Kozulin V. S. Állomások és alállomások elektromos berendezései: Tankönyv a műszaki iskolák számára. - 3. kiadás, átdolgozva. és további — M.: Energoatomizdat, 1987. — 648 p.: ill. BBK 31 277,1 R63
↑ Fedorov A. A., Popov Yu. P. Ipari vállalkozások elektromos berendezéseinek üzemeltetése. - M .: Energoatomizdat, 1986. - Példányszám 35 000 példány. - Val vel. 229

Irodalom

Sapozhnikov A. V. Transzformátorok tervezése. M.: Gosenergoizdat . 1959.
Piotrovsky L. M. Elektromos gépek, L., " Energia ", 1972.
Woldek A. I. Elektromos gépek, L., "Energia", 1974
Tikhomirov P. M. . Transzformátorok számítása. Tankönyv egyetemek számára. M.: Energia, 1976. - 544 p.
Transzformátorok és reaktorok elektromágneses számításai. - M .: Energia, 1981-392 p.
Elektromos gépek: Transzformátorok: Tankönyv egyetemek elektromechanikai szakterületeihez / B. N. Sergeenkov, V. M. Kiselev, N. A. Akimova; Szerk. I. P. Kopylova . - M .: Magasabb. iskola, 1989—352 p. ISBN 5-06-000450-3
Erőátviteli transzformátorok. Tájékoztató könyv / Szerk. S. D. Lizunova, A. K. Lokhanina . M .: Energoizdat 2004. - 616, ISBN 5-98073-004-4
Atabekov G. I. A láncok elméletének alapjai, Lan, Szentpétervár, - M., - Krasznodar, 2006.
Kotenev SV, Evseev AN Toroid transzformátorok számítása és optimalizálása. - M . : Forró vonal - Telecom, 2011. - 287 p. - 1000 példányban. - ISBN 978-5-9912-0186-5 .
Evseev A. N. A toroid transzformátorok és fojtótekercsek számítása és optimalizálása. - 2. kiadás, átdolgozva. és további - M . : Forró vonal - Telecom, 2017. - 368 p. - 500 példányban. - ISBN 978-5-9912-0618-1 .
V. G. Geraszimov, E. V. Kuznyecov, O. V. Nyikolajeva. Elektromos és elektronikai. Könyv. 1. Elektromos és mágneses áramkörök. - M. : Energoatomizdat, 1996. - 288 p. — ISBN 5-283-05005-X .

Előírások

GOST 7746-2001. Áramváltók. Általános előírások . Szövetségi Műszaki Szabályozási és Metrológiai Ügynökség (2003. január 1.). Hozzáférés dátuma: 2009. február 25. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 23. (határozatlan)
GOST 18685-73. Áram- és feszültségváltók. Kifejezések és meghatározások . Szövetségi Műszaki Szabályozási és Metrológiai Ügynökség (1974. július 1.). Hozzáférés dátuma: 2009. február 25. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 23. (határozatlan)
GOST 1983-2001. Feszültség transzformátorok. Általános előírások . Szövetségi Műszaki Szabályozási és Metrológiai Ügynökség (2003. január 1.). Hozzáférés dátuma: 2009. február 25. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 23. (határozatlan)
GOST 8.216-88. A mérések egységességét biztosító állami rendszer. Feszültség transzformátorok. Ellenőrzési módszer . Szövetségi Műszaki Szabályozási és Metrológiai Ügynökség (1989. január 1.). Hozzáférés dátuma: 2009. február 25. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 23. (határozatlan)
GOST 8.217-2003. A mérések egységességét biztosító állami rendszer. Áramváltók. ellenőrzési módszer. . Szövetségi Műszaki Szabályozási és Metrológiai Ügynökség (2004. április 1.). Hozzáférés dátuma: 2009. február 25. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 23. (határozatlan)

Linkek

Elektromos transzformátor // Topsel - Uzhenye. - M . : Szovjet Enciklopédia, 1956. - S. 151-155. - ( Nagy Szovjet Enciklopédia : [51 kötetben] / főszerkesztő B. A. Vvedensky ; 1949-1958, 43. v.).
A transzformátor alapvető definíciói és működési elve
A transzformátorok osztályozása // radiolamp.ru
Dubovitsky G.P. Transformers
Transzformátorok. Könyvtár.
Transzformátorok és autotranszformátorok szimbolikus alfanumerikus jelölésének megfejtése

Szótárak és enciklopédiák

Bibliográfiai katalógusokban
BNF : 11933696q GND : 4130713-6 J9U : 987007538472905171 LCCN : sh85042014 NDL : 00563086 NKC : ph126713

A transzformátorok típusai
Erőátviteli transzformátor Autotranszformátor Transzreaktor Áramváltó feszültség transzformátor impulzus transzformátor Leválasztó transzformátor csúcs transzformátor

Elektromos alkatrészek
Passzív	Ellenállás Változtatható ellenállás Trimmer ellenállás Varisztor fotoellenállás Kondenzátor változtatható kondenzátor Trimmer kondenzátor Varikond Induktor Transzformátor Kvarc rezonátor Biztosíték Visszaállítható biztosíték Memristor barett
Aktív szilárd állapot	Dióda Fénykibocsátó dióda Fotodióda lézer dióda Schottky dióda zener dióda Stabistor Varicap Magnetodióda Dióda híd Gunn dióda alagút dióda Lavina dióda Lavina dióda Tranzisztor bipoláris tranzisztor Mezőhatású tranzisztor CMOS tranzisztor unijunction tranzisztor Fototranzisztor Kompozit tranzisztor ballisztikus tranzisztor Integrált áramkör Digitális integrált áramkör Analóg integrált áramkör Analóg-digitális integrált áramkör hibrid integrált áramkör Tirisztor Triac Dinistor fototirisztor Optocsatoló ( Ellenállás optocsatoló ) Hall érzékelő
Aktív vákuum és gázkisülés	Vákuumlámpák Elektrovákuum dióda ( Kenotron ) Trióda tetróda gerenda tetróda Háromrácsos cső hexod Heptod ( Pentagrid ) okt Nonod mechatron Kisülő lámpák zener dióda Thyratron Ignitron Krytron Trigatron Decathron Magnetron Klisztron Amplitron ( Platinotron ) Utazó hullám lámpa Hátsó hullám lámpa Katódsugárcső
Kijelző eszközök	Katódsugárcső LCD kijelzö Fénykibocsátó dióda Kisülésjelző Vákuum fluoreszcens jelző Blinker eredménytábla Hétszegmenses jelző Mátrix indikátor Képcső
Akusztikus	Mikrofon Hangszóró Nyújtásmérő Piezokerámia emitter Berregő telefon kapszula
Termoelektromos	Termisztor Hőelem A Peltier elem