Typer transformatorer

En transformator er en statisk elektromagnetisk enhet som inneholder to til flere spoler plassert på en felles magnetisk krets og dermed induktivt koblet til hverandre. Den fungerer som en transformator for å konvertere elektrisk energi fra vekselstrøm ved hjelp av elektromagnetisk induksjon uten å endre frekvensen til strømmen. Transformatorer brukes til både AC-spenningskonvertering og galvanisk isolasjon innen ulike felt innen elektro- og elektronikkteknikk.

For rettferdighets skyld merker vi at transformatoren i noen tilfeller kan inneholde bare en vikling (autotransformator), og kjernen kan være helt fraværende (HF — transformator), men de fleste av transformatorene har en kjerne (magnetisk krets) laget av mykt magnetisk ferromagnetisk materiale, og to eller flere isolerte bånd eller trådspoler dekket av en vanlig magnetisk fluks, men først i utgangspunktet. La oss se på hvilke typer transformatorer det er, hvordan de er ordnet og hva de brukes til.

Krafttransformator

Denne typen lavfrekvente (50-60 Hz) transformatorer brukes i elektriske nettverk, så vel som i installasjoner for mottak og konvertering av elektrisk energi. Hvorfor kalles det makt? For det er denne typen transformatorer som brukes til å levere og motta strøm fra og fra kraftledninger, hvor spenningen kan komme opp i 1150 kV.

I urbane elektriske nettverk når spenningen 10 kV. Gjennom nøyaktig kraftige lavfrekvente transformatorer spenningen synker også til 0,4 kV, 380/220 volt som kreves av forbrukere.

Strukturelt sett kan en typisk krafttransformator inneholde to, tre eller flere viklinger anordnet på en pansret elektrisk stålkjerne, med noen av lavspentviklingene matet parallelt (delt viklingstransformator).

Dette er nyttig for å øke spenningen mottatt fra flere generatorer samtidig. Som regel plasseres krafttransformatoren i en tank med transformatorolje, og ved spesielt kraftige prøver legges det til et aktivt kjølesystem.

Tre-fase krafttransformatorer med en kapasitet på opptil 4000 kVA er installert på nettstasjoner og kraftverk. Trefase er mer vanlig, da tap oppnås opptil 15 % mindre enn med tre enfase.

Netttransformator

På 1980- og 1990-tallet fantes linjetransformatorer i nesten alle elektriske apparater. Ved hjelp av en netttransformator (vanligvis enfaset) reduseres spenningen til et 220 volt husholdningsnettverk med en frekvens på 50 Hz til nivået som kreves av et elektrisk apparat, for eksempel 5, 12, 24 eller 48 volt.

Linjetransformatorer er ofte laget med flere sekundære viklinger slik at flere spenningskilder kan brukes til å drive forskjellige deler av kretsen. Spesielt kan TN-transformatorer (glødelampetransformator) alltid (og kan fortsatt) finnes i kretser der radiorør er tilstede.

Moderne linjetransformatorer er konstruert på W-formede, stavformede eller toroidale kjerner av et sett med elektriske stålplater som spolene er viklet på. Den ringformede formen til den magnetiske kretsen gjør det mulig å få en mer kompakt transformator.

Hvis vi sammenligner transformatorer med samme totale effekt av toroidale og W-formede kjerner, vil toroidale kjerner ta opp mindre plass, i tillegg er overflaten av den toroidale magnetiske kretsen fullstendig dekket av viklingene, det er ikke noe tomt åk, som er etuiet med pansrede W-formede eller stavlignende kjerner. Det elektriske nettverket inkluderer spesielt sveisetransformatorer med en effekt på opptil 6 kW. Netttransformatorer er selvfølgelig klassifisert som lavfrekvente transformatorer.

Autotransformator

En type lavfrekvent transformator er en autotransformator der sekundærviklingen er en del av primær eller primær er en del av sekundær. Det vil si at i autotransformatoren er viklingene koblet ikke bare magnetisk, men også elektrisk. Flere ledninger er laget av en spole og lar deg få forskjellige spenninger fra bare en spole.

Hovedfordelen med autotransformatoren er dens lavere kostnad, siden mindre ledning brukes til viklingene, mindre stål for kjernen, og som et resultat er vekten mindre enn en konvensjonell transformator.Ulempen er mangelen på galvanisk isolasjon av spolene.

Autotransformatorer brukes i automatiske kontrollenheter og er også mye brukt i høyspente elektriske nettverk. Trefasede autotransformatorer med delta- eller stjernekobling i elektriske nettverk er etterspurt i dag.

Kraftautotransformatorer er tilgjengelige i kapasiteter opp til hundrevis av megawatt. Autotransformatorer brukes også til å starte kraftige AC-motorer. Autotransformatorer er spesielt nyttige for lave transformasjonsforhold.

Laboratorie autotransformator

Et spesielt tilfelle av en autotransformator er en laboratorieautotransformator (LATR). Den lar deg jevnt justere spenningen som leveres til brukeren. LATR-designet er toroidal transformator med en enkelt vikling som har et uisolert "spor" fra sving til sving, det vil si at det er mulig å koble til hver av svingene på viklingen. Sporkontakt er gitt av en glidende kullbørste som styres av en roterende knott.

Så du kan få den effektive spenningen med forskjellige størrelser på lasten. Typiske enfasede stasjoner lar deg akseptere spenninger fra 0 til 250 volt, og trefasede - fra 0 til 450 volt. LATR-er med effekt fra 0,5 til 10 kW er veldig populære i laboratorier med det formål å justere elektrisk utstyr.

Strømtransformator

Strømtransformator kalles en transformator hvis primærvikling er koblet til en strømkilde og sekundærviklingen til beskyttelses- eller måleenheter som har lav indre motstand. Den vanligste typen strømtransformator er en instrumentstrømtransformator.

Primærviklingen til strømtransformatoren (vanligvis bare en omdreining, en ledning) er koblet i serie i kretsen der du ønsker å måle vekselstrømmen. Det viser seg at strømmen til sekundærviklingen er proporsjonal med strømmen til primærviklingen, mens sekundærviklingen nødvendigvis må belastes, fordi ellers kan spenningen til sekundærviklingen være høy nok til å bryte isolasjonen. Dessuten, hvis sekundærviklingen til CT-en åpnes, vil den magnetiske kretsen ganske enkelt brenne ut fra de induserte ukompenserte strømmene.

Konstruksjonen av strømtransformatoren er en kjerne laget av laminert silisium kaldvalset elektrisk stål som en eller flere isolerte sekundærviklinger er viklet på. Primærviklingen er ofte ganske enkelt en samleskinne eller ledning med en målt strøm som går gjennom vinduet til den magnetiske kretsen (forresten, dette prinsippet brukes av klemmemåler).Hovedkarakteristikken til en strømtransformator er transformasjonsforholdet, for eksempel 100/5 A.

Strømtransformatorer er mye brukt til strømmåling og i relébeskyttelseskretser. De er trygge fordi de målte og sekundære kretsene er galvanisk isolert fra hverandre. Vanligvis er industrielle strømtransformatorer produsert med to eller flere grupper av sekundærviklinger, hvorav den ene er koblet til beskyttelsesenheter, den andre til en måleenhet, for eksempel målere.

Pulstransformator

I nesten alle moderne nettstrømforsyninger, i ulike vekselrettere, i sveisemaskiner og i andre kraft- og laveffekts elektriske omformere, brukes pulstransformatorer.I dag har pulskretser nesten fullstendig erstattet tunge lavfrekvente transformatorer med laminerte stålkjerner.

En typisk pulstransformator er en ferrittkjernetransformator. Formen på kjernen (magnetisk krets) kan være helt annerledes: ring, stang, kopp, W-formet, U-formet. Fordelen med ferritt fremfor transformatorstål er åpenbar - ferrittbaserte transformatorer kan operere ved frekvenser opp til 500 kHz eller mer.

Siden pulstransformatoren er en høyfrekvent transformator, reduseres dens dimensjoner betydelig ettersom frekvensen øker. Mindre ledning er nødvendig for viklingene og feltstrømmen er tilstrekkelig til å oppnå en høyfrekvent strøm i primærsløyfen, IGBT eller en bipolar transistor, noen ganger flere, avhengig av topologien til den pulsede strømforsyningskretsen (forover - 1, push-pull - 2, halvbro - 2, bro - 4).

For å være rettferdig, merker vi at hvis en omvendt strømforsyningskrets brukes, er transformatoren i hovedsak en dobbel choke, siden prosessene med akkumulering og frigjøring av elektrisitet i sekundærkretsen separeres i tid, det vil si at de ikke fortsetter samtidig, derfor, med flyback-kontrollkrets, er det fortsatt en choke, men ikke en transformator.

Pulskretser med transformatorer og ferrittchoker finnes overalt i dag, fra forkoblinger av energisparende lamper og ladere av ulike dingser, til sveisemaskiner og kraftige vekselrettere.

Pulsstrømtransformator

For å måle størrelsen og (eller) strømretningen i impulskretser, brukes ofte impulsstrømtransformatorer, som er en ferrittkjerne, ofte ringformet (toroidformet), med en vikling.En ledning føres gjennom ringen til kjernen, strømmen som skal undersøkes, og selve spolen belastes en motstand.

For eksempel inneholder ringen 1000 omdreininger med ledning, så vil forholdet mellom strømmene til den primære (gjengede ledningen) og sekundærviklingen være 1000 til 1. Hvis ringens vikling er belastet på en motstand med en kjent verdi, da vil spenningen målt over den være proporsjonal med strømmen til spolen, noe som betyr at den målte strømmen er 1000 ganger strømmen gjennom denne motstanden.

Industrien produserer impulsstrømtransformatorer med ulike transformasjonsforhold. Designeren trenger kun å koble en motstand og en målekrets til en slik transformator. Hvis du vil vite retningen til strømmen, ikke dens størrelse, blir viklingen til strømtransformatoren ganske enkelt ladet av to motstående zenerdioder.

Kommunikasjon mellom elektriske maskiner og transformatorer

Elektriske transformatorer er alltid inkludert i de elektriske maskinkursene som studeres i alle elektrotekniske spesialiteter ved utdanningsinstitusjoner. I hovedsak er en elektrisk transformator ikke en elektrisk maskin, men et elektrisk apparat, siden det ikke er noen bevegelige deler, hvis tilstedeværelse er et karakteristisk trekk ved enhver maskin som en type mekanisme. Av denne grunn er de nevnte kursene, i for å unngå misforståelser, bør kalles "elektriske maskiner og elektriske transformatorer kurs".

Inkluderingen av transformatorer i alle kurs i elektriske maskiner er av to grunner.Den ene er av historisk opprinnelse: de samme fabrikkene som bygde AC-elektriske maskiner bygde også transformatorer, fordi bare tilstedeværelsen av transformatorer ga AC-maskiner en fordel fremfor DC-maskiner, noe som til slutt ble ført til deres overvekt i industrien. Og nå er det umulig å forestille seg en stor AC-installasjon uten transformatorer.

Men med utviklingen av produksjonen av vekselstrømsmaskiner og transformatorer ble det nødvendig å konsentrere produksjonen av transformatorer i spesielle transformatorfabrikker. Faktum er at på grunn av muligheten for å overføre vekselstrøm ved hjelp av transformatorer over lange avstander, var økningen i den høyere spenningen til transformatorer mye raskere enn økningen i spenningen til elektriske vekselstrømsmaskiner.

På det nåværende utviklingsstadiet av elektriske vekselstrømsmaskiner er den høyeste rasjonelle spenningen for dem 36 kV. Samtidig nådde den høyeste spenningen i faktisk implementerte elektriske transformatorer 1150 kV. Slike høye transformatorspenninger og deres drift på luftledninger utsatt for lynnedslag har ført til svært spesifikke transformatorproblemer som er fremmed for elektriske maskiner.

Dette førte til produksjon av teknologiske problemer så forskjellige fra de teknologiske problemene ved elektroteknikk at separasjonen av transformatorer til uavhengig produksjon ble uunngåelig. Dermed forsvant den første årsaken - den industrielle forbindelsen som gjorde at transformatorer var nær elektriske maskiner.

Den andre grunnen er av grunnleggende karakter og består i at de elektriske transformatorene som brukes i praksis, samt de elektriske maskinene, er basert på prinsippet om elektromagnetisk induksjon (Faradays lov), — forblir et urokkelig bånd mellom dem. Samtidig, for å forstå mange fenomener i vekselstrømmaskiner, er kunnskap om de fysiske prosessene som skjer i transformatorer helt nødvendig, og dessuten kan teorien om en stor klasse vekselstrømmaskiner reduseres til teorien om transformatorer, som dermed letter deres teoretiske vurdering.

Derfor, i teorien om vekselstrømmaskiner, inntar teorien om transformatorer en sterk plass, hvorfra det imidlertid ikke følger at transformatorer kan kalles elektriske maskiner. I tillegg bør man huske på at transformatorer har en annen målsetting og energikonverteringsprosess enn elektriske maskiner.

Formålet med en elektrisk maskin er å konvertere mekanisk energi til elektrisk energi (generator) eller omvendt elektrisk energi til mekanisk energi (motor), mens i en transformator har vi å gjøre med konvertering av en type elektrisk vekselstrøm til vekselstrøm. gjeldende elektrisk energi. strøm av en annen type.