Transformatörün çalışma prensibi. Güç transformatörlerinin amacı ve cihazı

trafo genellikle dönüştürmek için tasarlanmış iki (veya daha fazla) sargıya sahip statik bir elektromanyetik cihazdır. alternatif akım bir voltajı başka bir voltajın alternatif akımına dönüştürür. Transformatördeki enerjinin dönüşümü, alternatif bir manyetik alan tarafından gerçekleştirilir. Transformatörler iletimde yaygın olarak kullanılmaktadır. elektrik enerjisi Açık uzun mesafeler, alıcılar arasındaki ve ayrıca çeşitli doğrultucu, yükseltici, sinyalizasyon ve diğer cihazlarda dağıtımı.

Elektrik enerjisi bir elektrik santralinden tüketicilere iletilirken, hattaki akım gücü bu hatta enerji kayıplarına ve cihazı için demir dışı metallerin tüketimine neden olur. Aynı iletilen güçle voltaj artırılırsa, akım gücü aynı ölçüde azalacak ve bu nedenle daha küçük kesitli teller kullanmak mümkün olacaktır. Bu, bir elektrik hattının montajı sırasında demir dışı metallerin tüketimini azaltacak ve içindeki enerji kayıplarını azaltacaktır.

Elektrik enerjisi santrallerde üretilir senkron jeneratörler 11-20 kV voltajda; bazı durumlarda 30-35 kV'luk bir voltaj kullanılır. Bu tür voltajlar, imalat ve evsel uygulamalarda doğrudan kullanım için çok yüksek olsa da elektriğin uzun mesafelere ekonomik iletimi için yeterli değildir. Güç hatlarındaki voltajın daha da arttırılması (750 kV'a kadar veya daha fazla), yükseltici transformatörler tarafından gerçekleştirilir.

Elektrik enerjisi alıcıları (akkor lambalar, elektrik motorları, vb.) güvenlik nedeniyle daha düşük bir gerilime (110-380 V) güvenirler. Ek olarak, yüksek voltaj için elektrikli aparatların, aletlerin ve makinelerin imalatı, bu cihazların akım taşıyan parçaları yüksek voltajda güçlendirilmiş yalıtım gerektirdiğinden, önemli tasarım zorluklarıyla ilişkilidir. Bu nedenle, enerjinin aktarıldığı yüksek voltaj, alıcılara güç sağlamak için doğrudan kullanılamaz ve alıcılara düşürücü transformatörler aracılığıyla sağlanır.

AC elektrik enerjisi üretildiği santralden tüketiciye giden yolda 3-4 kez dönüştürülmek zorundadır. İÇİNDE dağıtım ağları düşürücü transformatörler eş zamanlı olmayan bir şekilde yüklenir ve tam kapasitede değildir. Dolayısıyla elektriğin iletim ve dağıtımında kullanılan trafoların toplam gücü, santrallerde kurulu jeneratörlerin gücünün 7-8 katıdır.

Transformatördeki enerjinin dönüşümü, bir manyetik devre kullanılarak alternatif bir manyetik alan tarafından gerçekleştirilir.

Birincil ve ikincil sargıların voltajları genellikle aynı değildir. Birincil voltaj ikincilden daha düşükse, transformatöre ikincilden daha fazla ise kademeli olarak adlandırılır - düşürücü. Herhangi bir transformatör hem yükseltici hem de düşürücü olarak kullanılabilir. Elektriği uzun mesafelere iletmek için yükseltici transformatörler kullanılır ve tüketiciler arasında dağıtmak için düşürücü transformatörler kullanılır.

Amaca göre güç trafoları, ölçü gerilim trafoları ve akım trafoları ayırt edilir.

Güç transformatörleri tüketicilere elektrik sağlamak için bir voltajın alternatif akımını başka bir voltajın alternatif akımına dönüştürmek. Amaca bağlı olarak, yükseltebilir veya alçaltabilirler. Dağıtım ağlarında, kural olarak, 6 ve 10 kV voltajını 0,4 kV voltaja dönüştüren üç fazlı iki sargılı düşürücü transformatörler kullanılır. (Ana transformatör türleri TMG, TMZ, TMF, TMB, TME, TMGSO, TM, TMZH, TDTN, TRDN, TSZ, TSZN, TSZGL ve diğerleri.)

Ölçüm gerilim trafoları- bunlar, ölçüm cihazlarının yüksek voltajlarda açıldığı ara transformatörlerdir. Bu nedenle, ölçüm cihazları ağdan izole edilir, bu da standart cihazların kullanılmasını (ölçeklerinin yeniden kalibre edilmesiyle) mümkün kılar ve böylece ölçülen gerilimlerin sınırlarını genişletir.

Gerilim trafoları hem gerilimi, gücü, enerjiyi ölçmek hem de güç otomasyon devrelerini, alarmları ve güç hatlarının toprak arızalarından röle korumasını sağlamak için kullanılır.

Bazı durumlarda gerilim trafoları, düşük güçlü düşürücü güç trafoları veya yükseltici test trafoları (elektrikli cihazların yalıtımını test etmek için) olarak kullanılabilir.

Rusya pazarında aşağıdaki gerilim trafosu türleri sunulmaktadır:

3NOL.06, ZNOLP, ZNOLPM, ZNOL.01PMI, 3xZNOL.06, 3xZNOLP, 3xZNOLPM, NOL.08, NOL.11-6.O5, NOL.12 OM3, ZNOL.06-35 (ZNOLE-35), ZNOL 35 , NOL 35, NOL-35 III, NAMIT-10, ZNIOL, ZNIOL-10-1, ZNIOL-10-P, ZNIOL-20, ZNIOL-20-P, ZNIOL-35, ZNIOL-35-P, ZNIOL-35 -1, NİOL -20, NOL-35, NOL-SESH -10, NOL-SESH -10-1, NOL-SESH-6, NOL-SESH-6-1, NOL-SESH-20, NOL-SESH-35 , 3xZNOL-SESH-6, 3xZNOL-SESH-10, NALI-SESH-10, NALI-SESH-6, NTMI 6, NTMI 10, NAMI 6, NAMI 10, NAMI 35, NAMI 110, ZNAMIT-6, ZNAMIT-10 , ZNOMP 35, NOM 6, NOM 10, NOM 35, NKF 110, NKF 150, NKF 220 ve diğerleri.

Gerilim ölçen transformatörler için birincil sargı 3000/√3, 6000/√3, 10000/√3, 13800/√3, 18000/√3, 24000/√3, 27000/√3, 35000/√3, 66000'dir. /√3 , 110000/√3, 150000/√3, 220000/√3, 330000/√3, 400000/√3, 500000/√3 ve ikincil 100/√3 veya 110/√3.

Akım trafosu sekonder akımın pratik olarak primer akımla orantılı olduğu ve AC devrelerdeki ölçü aletlerini ve röleleri içerecek şekilde tasarlanmış bir yardımcı cihazdır.

Doğruluk sınıfı ile birlikte verilir: 0,5; 0,5S; 0,2; 0.2 S.

Akım trafoları, herhangi bir değerdeki akımı ve voltajı, standart cihazlarla (5 A) ölçmek, akım rölesi sargılarına güç vermek, cihazları kesmek ve ayrıca cihazları ve personelini yüksek voltajdan izole etmek için uygun bir akıma dönüştürmek için kullanılır.

ÖNEMLİ! Ölçme akım trafoları aşağıdaki dönüştürme oranları ile tedarik edilir: 5/5, 10/5, 15/5, 20/5, 30/5, 40/5, 50/5, 75/5, 100/5, 150/5 , 200/5, 300/5, 400/5, 500/5, 600/5, 800/5, 1000/5, 1500/5, 2000/5, 2500/5, 3000/5, 5000/5, 8000 /5 , 10000/5.
Rusya pazarında akım trafoları aşağıdaki modellerle temsil edilmektedir:

TOP-0.66, TSHP-0.66, TOP-0.66-I, TSHP-0.66-I, TSHL-0.66, TNShL-0.66, TNSh-0.66, TOL-10, TLO-10, TOL-10-I, TOL-10- M, TOL-10-8, TOL-10-IM, TOL-10 III, TSHL-10, TLSh-10, TPL-10-M, TPOL-10 , TPOL-10M, TPOL-10 III, TL-10, TL-10-M, TPLC-10, TOLK-6, TOLK-6-1, TOLK-10, TOLK-10-2, TOLK-10-1, TOL-20, TSHL-20-I, TPL-20, TPL-35, TOL-35, TOL-35-III-IV, TOL-35 II-7.2, TLK-35, TV, TLK-10, TPL-10S , TLM-10, TShLP-10, TPK-10, TVLM -10, TVK-10, TVLM-6, TLC-20, TLC-35-1, TLC-35-2, TLC-35-3, TOL-SESH 10, TOL-SESH-20, TOL-SESH-35, TSHL-SESH 0,66, transformatörler Ritz, TPL-SESH 10, TZLK(R)-SESH 0,66, TV-SESH-10, TV-SESH-20 , TV-SESH-35, TSHL-SESH-10, TSHL-SESH-20 , TZLV-SESH-10 ve diğerleri.

Gerilim trafolarının sınıflandırılması

Gerilim trafoları farklıdır:

A) faz sayısına göre - tek fazlı ve üç fazlı;
b) sargı sayısına göre - iki sargı, üç sargı, dört sargı.
Örnek 0,5/0,5S/10P;
c) doğruluk sınıfına göre, yani izin verilen hata değerlerine göre;
d) soğutma yöntemine göre - yağ soğutmalı (yağ), doğal hava soğutmalı (kuru ve döküm yalıtımlı) transformatörler;
e) kurulum türüne göre - dahili kurulum için, harici kurulum için ve komple anahtarlama cihazları (KRU) için.

6-10 kV'a kadar olan gerilimler için gerilim trafoları kuru, yani doğal hava soğutmalı yapılır. 6-10 kV'un üzerindeki gerilimler için yağlı gerilim trafoları kullanılır.

Bina içi transformatörler, -40 ile + 45°С arasındaki ortam sıcaklığında ve %80'e kadar bağıl nemde çalışacak şekilde tasarlanmıştır.

İÇİNDE tek fazlı transformatörler 6 ila 10 kV'da voltaj, esas olarak dökme yalıtım kullanılır. Dökme reçineli transformatörler, tamamen veya kısmen (bir sargı) bir yalıtım kütlesi (epoksi reçine) ile doldurulmuştur. Bina içi kurulum için tasarlanmış bu tür transformatörler, yağ transformatörlerine göre avantajlıdır: daha az ağırlığa sahiptirler ve boyutlar ve neredeyse hiç bakım gerektirmez.

Üç fazlı iki sargılı transformatörler gerilimler geleneksel üç çubuklu manyetik çekirdeklere sahiptir ve üç sargılı olanlar tek fazlı zırhlı olanlara sahiptir.
Üç fazlı üç sargılı transformatör sargıları uygun şemaya göre bağlanmış üç tek fazlı tek kutuplu üniteden oluşan bir gruptur. Eski serinin (1968-1969'a kadar) üç fazlı üç sargılı gerilim trafoları, zırhlı manyetik çekirdeklere sahipti. Üç fazlı bir transformatör, ağırlık ve boyut olarak üç tek fazlı transformatör grubundan daha küçüktür. Rezerv için üç fazlı bir trafo çalıştırırken, tam güçte başka bir trafoya sahip olmanız gerekir.
Yağlı trafolarda ana izolasyon ve soğutma ortamı trafo yağıdır.

yağ trafosu bir manyetik devre, sargılar, bir depo, girişleri olan bir kapaktan oluşur. Manyetik devre, birbirinden izole edilmiş soğuk haddelenmiş elektrikli çelik saclardan monte edilir (girdap akımı kayıplarını azaltmak için). Sargılar bakır veya alüminyum telden yapılır. Gerilimi düzenlemek için, HV sargısının şaltere bağlı dalları vardır. Transformatörlerde iki tip kademe değiştirme sağlanır: yük altında - yük altında kademe değiştirici (yük altında kontrol) ve trafo şebekeden ayrıldıktan sonra yüksüz - PBV (uyarma olmadan anahtarlama). İkinci voltaj düzenleme yöntemi, en basit olduğu için en yaygın olanıdır.

Yukarıda belirtilen yağ soğutmalı transformatörlere (Transformer TM) ek olarak, yağın hava ile iletişim kurmadığı ve bu nedenle hızlandırılmış oksidasyonu ve nemi dışarıda bırakan hermetik olarak kapatılmış transformatörler (TMG) üretilir. Yağ sızdırmaz transformatörler tamamen trafo yağı ile doldurulur ve genleştirici içermez ve ısıtma ve soğutma sırasında hacmindeki sıcaklık değişiklikleri, tank duvarlarının oluklarının hacmindeki bir değişiklikle telafi edilir. Bu transformatörler, yalıtımlarının dielektrik dayanımını artıran vakum altında yağ ile doldurulur.

Kuru trafo, yağın yanı sıra, koruyucu bir mahfaza içine alınmış bir manyetik devre, YG ve AG sargılarından oluşur. Ana yalıtım ve soğutma ortamı atmosferik havadır. Ancak hava, trafo yağından daha az mükemmel bir yalıtım ve soğutma ortamıdır. Bu nedenle kuru trafolarda tüm izolasyon boşlukları ve havalandırma kanalları yağlı trafolara göre daha geniş yapılır.

Kuru transformatörler, ısı direnci sınıfı B (TSZ) cam yalıtımlı sargılar ve ayrıca H sınıfı (TSZK) silikon cilalar üzerinde yalıtım ile üretilir. Higroskopisiteyi azaltmak için sargılar özel verniklerle emprenye edilir. Yalıtım olarak cam elyafı veya asbest sargılarının kullanılması önemli ölçüde artırabilir Çalışma sıcaklığı sarımlar ve pratik olarak yanmaz bir kurulum elde edin. Kuru transformatörlerin bu özelliği, tesisatın yangın güvenliğinin sağlanmasının belirleyici bir faktör olduğu durumlarda, kuru odalarda kurulum için kullanılmasını mümkün kılar. Bazen kuru transformatörler daha pahalı ve üretimi zor sovetolovye ile değiştirilir.

Kuru tip transformatörler, yağlı olanlardan biraz daha büyük boyutlara ve ağırlığa (TSZ transformatör) ve daha düşük aşırı yük kapasitesine sahiptir ve bağıl nemin %80'den fazla olmadığı iç mekanlarda çalışmak için kullanılır. Kuru transformatörlerin avantajları arasında yangın güvenliği (yağsız), tasarımın görece basitliği ve nispeten düşük işletme maliyetleri yer alır.

Akım trafolarının sınıflandırılması

Akım trafoları çeşitli kriterlere göre sınıflandırılır:

1. Amaca göre, akım trafoları ölçüm (TOL-SESH-10, TLM-10), koruyucu, ara (ölçüm cihazlarını röle koruma akım devrelerine dahil etmek için, diferansiyel koruma devrelerindeki akımları eşitlemek için vb.) olarak ayrılabilir. ve laboratuvar (yüksek doğruluk ve birçok dönüşüm oranı ile).

2. Kurulum tipine göre akım trafoları ayırt edilir:
a) dış mekan kurulumu için, açık anahtarlama sistemine kurulu (TLK-35-2.1 UHL1);
b) bina içi kurulum için;
c) elektrikli cihaz ve makinelerde yerleşik: şalterler, transformatörler, jeneratörler, vb.;
d) sevk irsaliyeleri - izolatör izolatörüne yukarıdan asılır (örneğin, bir güç trafosunun yüksek voltaj girişine);
e) taşınabilir (için kontrol ölçümleri ve laboratuvar testleri).

3. Birincil sargının tasarımına göre akım trafoları ayrılır:
a) çok turlu (bobin, ilmek sargılı ve sekiz sargılı);
b) tek dönüşlü (çubuk);
c) lastik (TSh-0.66).

4. Kurulum yöntemine göre, dahili ve harici kurulum için akım trafoları ayrılır:
a) gözden geçirmeler (TPK-10, TPL-SESH-10);
b) destek (TLK-10, TLM-10).

5. İzolasyon yaparak akım trafoları gruplara ayrılabilir:
a) kuru yalıtımlı (porselen, bakalit, dökme epoksi yalıtım, vb.);
b) kağıt-yağ izolasyonlu ve kondansatör kağıt-yağ izolasyonlu;
c) bileşik dolgulu.

6. Transformasyon kademe sayısına göre akım trafoları vardır:
a) tek aşamalı;
b) iki aşamalı (kademeli).

7. Çalışma voltajına göre transformatörler ayırt edilir:
a) 1000 V'un üzerindeki beyan gerilimi için;
b) 1000 V'a kadar anma gerilimi için.

Farklı kombinasyonu sınıflandırma özellikleri harf ve sayısal kısımlardan oluşan akım trafosu tipinin tanımına girilir.

Akım trafoları, anma akımı, gerilimi, doğruluk sınıfı ve tasarımı ile karakterize edilir. 6-10 kV'luk bir voltajda, doğruluk sınıfı 0.2 olan bir ve iki sekonder sargı ile referans ve geçişler olarak yapılırlar; 0,5; 1 ve 3. Doğruluk sınıfı, akım trafosunun ölçüm sonuçlarına getirdiği marjinal hatayı gösterir. Laboratuvar ölçümleri için minimum hataya sahip 0.2 doğruluk sınıfındaki transformatörler, 0.5 - sayaçlara güç sağlamak için, 1 ve 3 - rölelerin ve teknik ölçüm cihazlarının akım sargılarına güç sağlamak için kullanılır. Güvenli çalışma için sekonder sargılar topraklanmalı ve açık devre yapılmamalıdır.
6-10 kV gerilimli şalt cihazlarının montajında ​​​​döküm ve porselen yalıtımlı akım trafoları ve 1000 V'a kadar gerilimlerde - dökme, pamuk ve porselen yalıtımlı akım trafoları kullanılır.

Bir örnek, 10 kV anma gerilimi için dökme reçineli TOL-SESH-10 tabanlı 2 sargılı akım trafosu, tasarım versiyonu 11, sekonder sargılı:

Doğruluk sınıfı 0,5 ve yük 10 VA olan ölçüm devrelerini bağlamak için;
- 10P doğruluk sınıfı ve 15 VA yük ile koruma devrelerini bağlamak için;

150 Amper anma birincil akımı, 5 Amper anma sekonder akımı, CJSC VolgaEnergoKomplekt ile üretim siparişi verirken GOST 15150-69 uyarınca yerleştirme kategorisi 2'nin iklimsel versiyonu "U" için:

TOL-SESH-10-11-0.5 / 10R-10 / 15-150 / 5 U2 - anma birincil akımla - 150A, ikincil - 5A.

Transformatörün eylemi, karşılıklı indüksiyon olgusuna dayanır. Transformatörün birincil sargısı bir AC kaynağına bağlıysa, içinden alternatif bir akım akacak ve bu da transformatör çekirdeğinde alternatif bir manyetik akı oluşturacaktır. İkincil sargının dönüşlerine nüfuz eden bu manyetik akı, onu indükleyecektir. elektrik hareket gücü(EMF). İkincil sargı herhangi bir enerji alıcısına kapalıysa, indüklenen EMF'nin etkisi altında, bu sargıdan ve enerji alıcısından bir akım akmaya başlayacaktır.

Aynı zamanda, birincil sargıda bir yük akımı da görünecektir. Böylece dönüştürülen elektrik enerjisi, Birincil ağ ikincil ağa bağlı enerji alıcısının tasarlandığı voltajda ikincil olana.

Birincil ve ikincil sargılar arasındaki manyetik bağlantıyı iyileştirmek için çelik bir manyetik devre üzerine yerleştirilirler. Sargılar hem birbirinden hem de manyetik devreden izole edilmiştir. Daha yüksek gerilim sargısına sargı denir. daha yüksek voltaj(HV) ve düşük gerilim sargısı - sargısı alçak gerilim(NN). Bir elektrik enerjisi kaynağının ağına dahil olan sargıya birincil denir; alıcıya enerjinin sağlandığı sargı ikincildir.

Tipik olarak, birincil ve ikincil sargıların voltajları aynı değildir. Birincil voltaj ikincilden daha düşükse, transformatöre ikincilden daha fazla ise kademeli olarak adlandırılır - düşürücü. Herhangi bir transformatör hem yükseltici hem de düşürücü olarak kullanılabilir. Elektriği uzun mesafelere iletmek için yükseltici transformatörler kullanılır ve tüketiciler arasında dağıtmak için düşürücü transformatörler kullanılır.

Üç sargılı transformatörlerde manyetik devre üzerine birbirinden izole edilmiş üç sargı yerleştirilmiştir. Sargıların birinden beslenen böyle bir transformatör, iki farklı gerilim alıp iki farklı alıcı grubuna elektrik enerjisi sağlamayı mümkün kılar. Yüksek ve alçak gerilim sargılarına ek olarak, üç sargılı bir transformatör orta gerilim (OG) sargısına sahiptir.

Transformatörün sargılarına ağırlıklı olarak silindirik bir şekil verilir ve bunları yuvarlak yalıtımlı bir bakır telden düşük akımlarda ve dikdörtgen bakır çubuklardan yüksek akımlarda gerçekleştirir.

Manyetik devreye daha yakın bir alçak gerilim sargısı bulunur, çünkü onu ondan izole etmek yüksek voltajlı bir sargıdan daha kolaydır.

Alçak gerilim sargısı, bir miktar yalıtım malzemesi tabakası ile çubuktan izole edilmiştir. Aynı yalıtım contası, yüksek ve alçak gerilim sargıları arasına yerleştirilir.

Silindirik sargılarda, sargıların kapladığı alanda manyetik olmayan boşluklar olmaması için manyetik devrenin çekirdeğinin enine kesitine yuvarlak bir şekil verilmesi istenir. Manyetik olmayan boşluklar ne kadar küçük olursa, sargıların dönüşlerinin uzunluğu ve dolayısıyla çelik çubuğun belirli bir enine kesit alanı için bakır kütlesi o kadar küçük olur.

Ancak yuvarlak çubukların üretimi zordur. Manyetik çekirdek, ince çelik levhalardan birleştirilir ve yuvarlak bir çubuk elde etmek için, çeşitli genişliklerde çok sayıda çelik levhaya ihtiyaç duyulacak ve bu, birçok kalıbın imalatını gerektirecektir. Bu nedenle transformatörlerde yüksek güççubuk, adım sayısı 15-17'den fazla olmayan kademeli bir enine kesite sahiptir. Çubuğun kesitinin adım sayısı, dairenin dörtte birindeki köşe sayısıyla belirlenir. Manyetik devrenin boyunduruğu, yani çubukları birbirine bağlayan kısmı da kademeli bir enine kesite sahiptir.

İçin daha iyi soğutma manyetik çekirdeklerde ve ayrıca güçlü transformatörlerin sargılarında, havalandırma kanalları çelik sac düzlemine paralel ve dik düzlemlerde düzenlenir.
Düşük güçlü transformatörlerde telin kesit alanı küçüktür ve sargılar basitleştirilmiştir. Bu tür transformatörlerin manyetik devreleri dikdörtgen bir kesite sahiptir.

Trafo derecesi

Transformatörün ısıtma koşullarına göre tasarlandığı faydalı güce, yani sekonder sargısının tam (anma) yükteki gücüne, transformatörün anma gücü denir. Bu güç, görünen güç birimleriyle - voltamper (VA) veya kilovolt-amper (kVA) cinsinden ifade edilir. Watt veya kilovat cinsinden, transformatörün aktif gücü, yani elektrikten mekanik, termik, kimyasal, ışık vb. , herhangi bir elektrikli aparat veya elektrikli makine gibi, akımın veya aktif gücün aktif bileşeni tarafından değil, iletken boyunca akan toplam akım tarafından belirlenir ve bu nedenle, tam güç. Transformatörün tasarlandığı koşullar altında çalışmasını karakterize eden diğer tüm büyüklükler de nominal olarak adlandırılır.

Her transformatör, atmosferik etkilere maruz kalmayan bir malzemeden yapılmış bir kalkanla donatılmıştır. Kalkan, trafo tankına görünür bir yere takılır ve aşındırma, oyma, nakavt veya işaretlerin dayanıklılığını sağlayan başka bir şekilde uygulanan nominal verilerini içerir. Aşağıdaki veriler transformatör etiketinde belirtilmiştir:

1. Üreticinin markası.
2. Çıkış yılı.
3. Seri numarası.
4. Tip tanımlaması.
5. Üretilen transformatörün uyduğu standardın numarası.
6. Nominal güç (kVA). (Üç sargı için her sargının gücünü belirtiniz.)
7. Anma gerilimleri ve sargı kademelerinin gerilimleri (V veya kV).
8. Her sargının anma akımları (A).
9. Faz sayısı.
10. Mevcut frekans (Hz).
11. Transformatör sargılarının bağlantı şeması ve grubu.
12. Voltaj kısa devre (%).
13. Kurulum türü (dahili veya harici).
14. Soğutma yöntemi.
15. Transformatörün brüt ağırlığı (kg veya t).
16. Petrol kütlesi (kg veya t).
17. Aktif kısmın kütlesi (kg veya t).
18. Anahtar konumları aktüatör üzerinde işaretlenmiştir.

Yapay hava soğutmalı bir transformatör için, gücü ek olarak soğutma kapalıyken gösterilir. Transformatörün seri numarası ayrıca kalkanın altındaki tankta, A fazının YG girişinin yanındaki kapakta ve manyetik devre boyunduruk kirişinin üst rafının sol ucunda damgalanmıştır. Transformatörün sembolü alfabetik ve sayısal kısımlardan oluşmaktadır. Harfler şu anlama gelir:

T - üç fazlı,
O - tek fazlı,
M - doğal yağ soğutması,
D - püskürtmeli yağ soğutma (yapay hava ve doğal yağ sirkülasyonu),
C - su soğutucudan zorla yağ sirkülasyonu ile yağ soğutması,
DC - patlama ve zorlamalı yağ sirkülasyonlu yağ,
G - yıldırıma dayanıklı trafo,
Tanımın sonunda H - yük altında voltaj regülasyonu olan bir transformatör,
H ikinci sırada - yanıcı olmayan bir sıvı dielektrik ile doldurulmuş,
Üçüncü sırada yer alan T, üç sargılı bir transformatördür.

Transformatörün harf tanımından sonraki ilk sayı, anma gücünü (kVA), ikinci sayı - YG sargısının anma gerilimini (kV) gösterir. Bu nedenle, TM 6300/35 tipi, 6300 kVA güce ve 35 kV YG sargı voltajına sahip doğal yağ soğutmalı üç fazlı iki sargılı bir transformatör anlamına gelir. Transformatör tipinin tanımındaki A harfi, ototransformatör anlamına gelir. Üç sargılı ototransformatörlerin tanımlanmasında, A harfi ya birinciye ya da sonuncuya yerleştirilir. Ototransformatör devresi ana ise (YG ve OG sargıları bir ototransformer oluşturur ve AG sargısı ektir), A harfi önce, ototransformer devresi ek ise, A harfi en sonda yer alır.

Bir transformatörün çalışması iki temele dayanır. temel prensipler:

1. Zamanla değişen elektrik bir manyetik alan oluşturur (elektromanyetizma)

2. Sargıdan geçen manyetik akıdaki bir değişiklik bu sargıda bir EMF oluşturur (elektromanyetik indüksiyon)

Birincil sargıda akan alternatif akım, manyetik devrede alternatif bir manyetik akı yaratır, bu da ikincil sargıdan geçerek içinde alternatif bir EMF oluşturan değişikliklerdir.

Pirinç. 1 Transformatörün şematik yerleşimi. 1 - birincil sargı, 2 - ikincil

Faraday Yasası

İkincil sargıda üretilen EMF, aşağıdakileri belirten Faraday yasasından hesaplanabilir:

N2, ikincil sargıdaki dönüş sayısıdır,

Φ - sargının bir dönüşü boyunca toplam manyetik akı. Sargının dönüşleri manyetik alanın çizgilerine dik ise, akı orantılı olacaktır. manyetik alan B ve içinden geçtiği alan S.

Sırasıyla birincil sargıda üretilen EMF:

U1 - birincil sargının uçlarındaki anlık voltaj değeri,

N1, birincil sargıdaki sarım sayısıdır.

U2 denklemini U1'e bölerek oranı elde ederiz:

İdeal trafo denklemleri

İkincil sargı bir yüke bağlanırsa, elektrik enerjisi birincil devreden ikincil devreye aktarılacaktır. İdeal olarak, transformatör birincil devreden gelen tüm enerjiyi bir manyetik alana ve ardından ikincil devrenin enerjisine dönüştürür. Bu durumda, gelen enerji dönüştürülen enerjiye eşittir.

P1 - birincil devreden gelen transformatöre sağlanan gücün anlık değeri,

P2, sekonder devreye giren trafo tarafından dönüştürülen gücün anlık değeridir.

Bu denklemi sargı uçlarındaki gerilim oranıyla birleştirerek, ideal bir transformatör için denklemi elde ederiz:

Böylece, sekonder sargı U2'nin uçlarındaki voltajın artmasıyla sekonder devre I2'nin akımının azaldığını elde ederiz.

Bir devrenin direncini diğerinin direncine dönüştürmek için, değeri oranın karesiyle çarpmanız gerekir. Örneğin, sekonder sargının uçlarına Z2 direnci bağlanır, birincil devreye indirgenmiş değeri şu olacaktır: . Bu kural ikincil devre için de geçerlidir: .

Transformatörün çalışması elektromanyetik indüksiyon fenomenine dayanmaktadır. Birincil sargı adı verilen sargılardan biri şu şekilde enerjilenir: dış kaynak. Birincil sargıdan akan alternatif akım, manyetik devrede, birincil sargıdaki gerilime göre 90 ° sinüsoidal bir akımla fazda kaydırılmış bir alternatif manyetik akı oluşturur. Elektromanyetik indüksiyonun bir sonucu olarak, manyetik devredeki alternatif bir manyetik akı, birincil sargı da dahil olmak üzere tüm sargılarda, manyetik akının birinci türevi ile orantılı bir indüksiyon EMF'si oluşturur ve sinüzoidal akım 90 ° kaydırılır. ters taraf manyetik akı ile ilgili olarak. İkincil sargılar herhangi bir şeye bağlı olmadığında (boşta modu), birincil sargıdaki endüksiyon EMF, güç kaynağının voltajını neredeyse tamamen telafi eder, bu nedenle birincil sargıdan geçen akım küçüktür ve esas olarak onun tarafından belirlenir. Endüktif reaktans. Boş modda ikincil sargılardaki endüksiyon voltajı, karşılık gelen sargı w2'nin dönüş sayısının birincil sargı w1'in dönüş sayısına oranı ile belirlenir:

İkincil sargı yüke bağlandığında, üzerinden akım akmaya başlar. Bu akım aynı zamanda manyetik devrede bir manyetik akı oluşturur ve birincil sargı tarafından oluşturulan manyetik akıya zıt yönde yönlendirilir. Sonuç olarak, birincil sargıda endüksiyon EMF telafisi ihlal edilir ve kaynak emf manyetik akı neredeyse aynı değere ulaşana kadar birincil sargıdaki akımda bir artışa yol açan besleme. Bu modda, birincil ve ikincil sargıların akımlarının oranı, sargıların sarım sayısının ters oranına eşittir.

ilk yaklaşımdaki gerilimlerin oranı da aynı kalır. Sonuç olarak, birincil devrede kaynaktan tüketilen güç neredeyse tamamen ikincil devrede aktarılır.

Şematik olarak, yukarıdakiler aşağıdaki gibi temsil edilebilir:

U1 → I1 → I1w1 → Ф → ε2 → I2

Transformatörün manyetik devresindeki anlık manyetik akı, birincil sargıdaki EMF'nin anlık değerinin zaman integrali ile belirlenir ve sinüzoidal bir voltaj olması durumunda, EMF'ye göre 90 ° faz kaymasıdır. . İkincil sargılarda indüklenen EMF, manyetik akının birinci türevi ile orantılıdır ve herhangi bir akım biçimi için, birincil sargıdaki EMF ile faz ve form olarak çakışır.

trafo- bir voltajın alternatif akımını, aynı frekanstaki başka bir voltajın alternatif akımına dönüştürmek için statik bir elektromanyetik cihaz. Transformatörler kullanılır elektrik devreleri elektrik enerjisinin iletilmesi ve dağıtılmasının yanı sıra kaynak, ısıtma, elektrik tesisatlarının doğrultulması ve çok daha fazlasında.

Transformatörler, faz sayısı, sargı sayısı ve soğutma yöntemi ile ayırt edilir. Güç transformatörleri esas olarak elektrik devrelerinde gerilimi artırmak veya azaltmak için kullanılır.

Cihaz ve çalışma prensibi

Tek fazlı iki sargılı bir transformatörün şeması aşağıda gösterilmiştir.

Diyagram ana parçaları göstermektedir: bir ferromanyetik çekirdek, çekirdek üzerinde iki sargı. İlk sargı ve onunla ilgili tüm miktarlar (i1-akım, u1-voltaj, n1-dönüş sayısı, Ф1 - manyetik akı) birincil olarak adlandırılır, ikinci sargı ve karşılık gelen miktarlar ikincil olarak adlandırılır.

Birincil sargı, alternatif voltajlı bir ağa bağlanır, mıknatıslama kuvveti i1n1, manyetik devrede her iki sargıya bağlı olan ve içlerinde bir EMF'yi indükleyen alternatif bir manyetik akı Ф oluşturur e1= -n1 dФ/dt, e2= -n2dФ/dt. Manyetik akı Ф \u003d Фm sinωt'deki sinüzoidal bir değişiklikle, EMF e \u003d Em sin (ωt-π / 2) eşittir. EMF'nin etkin değerini hesaplamak için, E \u003d 4.44 f n Фm formülünü kullanmanız gerekir; burada f, döngüsel frekanstır, n, dönüş sayısıdır, Фm, manyetik akının genliğidir. Ayrıca herhangi bir sargıdaki EMF değerini hesaplamak isterseniz n yerine bu sargıdaki sarım sayısını yazmanız gerekir.

Yukarıdaki formüllerden, EMF'nin manyetik akı süresinin dörtte biri kadar gerisinde kaldığı ve trafo sargılarındaki EMF oranının sarım sayısının E1/E2=n1/n2 oranına eşit olduğu sonucuna varabiliriz.

İkinci sargı yük altında değilse, trafo boş moddadır. Bu durumda, i2 = 0 ve u2=E2, i1 akımı küçüktür ve birincil sargıdaki voltaj düşüşü küçüktür, dolayısıyla u1≈E1 ve EMF oranı u1/u2 = n1/ voltaj oranı ile değiştirilebilir. n2 = E1/E2 = k. Bundan, sargıların dönüş sayısının oranına bağlı olarak, ikincil voltajın birincil voltajdan daha az veya daha büyük olabileceği sonucuna varabiliriz. Primer voltajın sekonder voltaja oranı rölanti transformatöre dönüşüm oranı k denir.

Sekonder sargı yüke bağlanır bağlanmaz devrede i2 akımı belirir yani enerji onu şebekeden alan trafodan yüke aktarılır. Transformatörün kendisinde enerji transferi, manyetik akı F nedeniyle gerçekleşir.

Transformatörler gibi genellikle çıkış gücü ve giriş gücü yaklaşık olarak eşittir. elektrikli makineler güzel ile yüksek verim, ancak daha doğru bir hesaplama yapmak istiyorsanız, o zaman verimlilik bir oran olarak bulunur. aktif güççıkışta aktif güce girişte η = P2/P1.

Transformatörün manyetik devresi, 0,5 veya 0,35 mm kalınlığında elektrikli çelik saclardan monte edilmiş kapalı bir çekirdektir. Montajdan önce levhalar her iki taraftan vernikle yalıtılır.

Yapım tipine göre çubuk (L-şeklinde) ve zırhlı (W-şeklinde) manyetik devreler ayırt edilir. Yapılarına bakalım.

Çubuk transformatör, üzerinde sargıların olduğu iki çubuktan ve çubukları birbirine bağlayan bir boyunduruktan oluşur, aslında bu yüzden adını almıştır. Bu tip transformatörler, zırhlı transformatörlerden çok daha sık kullanılır.

Zırh trafosu içinde sargılı bir çubuk olan bir boyunduruktur. Boyunduruk, çubuğu olduğu gibi korur, bu nedenle transformatöre zırhlı denir.

sarma

Sargıların tasarımı, izolasyonu ve çubuklara sabitleme yöntemleri, transformatörün gücüne bağlıdır. Üretimleri için, pamuk ipliği veya kablo kağıdı ile yalıtılmış, yuvarlak ve dikdörtgen kesitli bakır teller kullanılır. Sargılar güçlü, esnek, düşük enerji kayıplarına sahip olmalı ve üretimi basit ve ucuz olmalıdır.

Soğutma

Transformatörün sargısında ve çekirdeğinde, ısının açığa çıkması sonucu enerji kayıpları gözlenir. Bu bağlamda, transformatör soğutma gerektirir. Bazı küçük güç transformatörleri, ısılarını çevreye verirken, sabit durum sıcaklığı transformatörün çalışmasını etkilemez. Bu tür transformatörlere "kuru" denir, yani. doğal hava soğutmalı. Ancak orta ve yüksek güçlerde, hava soğutma başa çıkmaz, bunun yerine sıvı veya daha doğrusu yağ kullanırlar. Bu tür transformatörlerde sargı ve manyetik devre, sargıların manyetik devreden elektriksel yalıtımını artıran ve aynı zamanda soğutmaya yarayan trafo yağı içeren bir tanka yerleştirilir. Yağ, sargılardan ve manyetik devreden ısı alır ve ısının çevreye dağıldığı tankın duvarlarına verir. Aynı zamanda, ısı transferini iyileştiren, sıcaklık farkı olan yağ tabakaları dolaşır. Gücü 20-30 kVA'ya kadar olan transformatörler için düz duvarlı bir tankın soğutulması yeterlidir, ancak yüksek güçlerde oluklu duvarlı tanklar kurulur. Ayrıca, ısıtıldığında yağın hacim olarak artma eğiliminde olduğu da dikkate alınmalıdır, bu nedenle yüksek güçlü transformatörlere yedek tanklar ve egzoz boruları takılır (yağ kaynarsa, bir çıkışa ihtiyaç duyan buharlar ortaya çıkar). Daha düşük güce sahip transformatörlerde, yağın kapağa kadar dökülmemesi ile sınırlıdır.

Enerji santrallerinde bulunan jeneratörler çok güçlü bir EMF üretir. Uygulamada, böyle bir gerilime nadiren ihtiyaç duyulur. Bu nedenle, bu voltajın dönüştürülmesi gerekir.

transformatörler

Gerilimi dönüştürmek için transformatör adı verilen cihazlar kullanılır. Transformatörler voltajı yükseltebilir veya azaltabilir. Gerilimi yükseltmeyen veya düşürmeyen dengeleyici transformatörler de vardır.

Aşağıdaki şekilde trafo cihazını düşünün.

resim

Transformatörün cihazı ve çalışması

Transformatör, tel sargılı iki bobinden oluşur. Bu bobinler çelik bir çekirdeğe konur. Çekirdek yekpare değildir, ancak ince plakalardan birleştirilir.

Sargılardan birine birincil denir. Bu sargıya bağlı alternatif akım voltajı, jeneratörden gelen ve dönüştürülmesi gereken. Diğer sargıya ikincil denir. Üzerine bir yük bağlanmıştır. Yük, enerji tüketen tüm cihazlar ve cihazlardır.

Aşağıdaki şekil gösterir sembol transformatör.

resim

Transformatörün çalışması elektromanyetik indüksiyon fenomenine dayanmaktadır. Birincil sargıdan alternatif bir akım geçtiğinde, çekirdekte alternatif bir manyetik akı oluşur. Çekirdek ortak olduğu için, manyetik akı diğer bobinde bir akım indükler.

Transformatörün birincil sargısında N1 dönüşleri vardır, toplam endüksiyon EMF'si e1 = N1 * e'ye eşittir, burada e, tüm dönüşlerde endüksiyon EMF'nin anlık değeridir. Her iki bobinin tüm dönüşleri için aynıdır.

Sekonder sargıda N2 dönüşleri vardır. İçinde EMF e2 = N2*e indüklenir.

Buradan:

Sargı direnci ihmal edilmiştir. Bu nedenle, indüksiyon ve voltajın EMF değerleri mutlak değerde yaklaşık olarak eşit olacaktır:

İkincil sargının açık devresinde akım akmaz, bu nedenle:

EMF e1, e2'nin anlık değerleri bir fazda dalgalanır. Oranları, etkin EMF değerlerinin oranı ile değiştirilebilir: E1 ve E2. Ve anlık gerilim değerlerinin oranı efektif gerilim değerleri ile değiştirilecektir. Biz:

E1/E2 ≈U1/U2 ≈N1/N2 = K

K, dönüşüm katsayısıdır. -de K>0 trafo voltajı yükseltir K<0 - Transformatör gerilimi düşürür. İkincil sargının uçlarına bir yük bağlanırsa, ikinci devrede çekirdekte başka bir manyetik akının görünmesine neden olacak bir alternatif akım görünecektir.

Bu manyetik akı, çekirdeğin manyetik akısındaki değişimi azaltacaktır. İçin yüklendi transformatör, aşağıdaki formül geçerli olacaktır:

U1/U2 ≈ I2/I1.

Yani, voltaj birkaç kez artırıldığında akımı aynı miktarda azaltacağız.

Transformatörün çalışma prensibi, elektromanyetik indüksiyon prensibi ile bağlantılıdır. Birincil sargıya akan akım, manyetik devrede bir manyetik akı oluşturur.

Transformatörün çalışması elektromanyetik indüksiyon fenomenine dayanmaktadır. Birincil sargı adı verilen sargılardan birine harici bir kaynaktan enerji verilir. Birincil sargıdan akan alternatif akım, manyetik devrede, birincil sargıdaki akıma göre 90 ° sinüsoidal bir akımla fazda kaydırılmış bir alternatif manyetik akı oluşturur. Elektromanyetik indüksiyonun bir sonucu olarak, manyetik devredeki alternatif bir manyetik akı, birincil sargı da dahil olmak üzere tüm sargılarda, manyetik akının birinci türevi ile orantılı bir indüksiyon EMF'si oluşturur ve sinüzoidal akım 90 ° kaydırılır. manyetik akı. İkincil sargılar herhangi bir şeye bağlı olmadığında (boşta modu), birincil sargıdaki endüksiyon EMF, güç kaynağının voltajını neredeyse tamamen telafi eder, bu nedenle birincil sargıdan geçen akım küçüktür ve esas olarak endüktif reaktansı ile belirlenir. . Boş modda ikincil sargılardaki endüksiyon voltajı, karşılık gelen sargı w2'nin sarım sayısının birincil sargının w1 sarım sayısına oranıyla belirlenir: U2=U1w2/w1.

İkincil sargı yüke bağlandığında, üzerinden akım akmaya başlar. Bu akım aynı zamanda manyetik devrede bir manyetik akı oluşturur ve birincil sargı tarafından oluşturulan manyetik akıya zıt yönde yönlendirilir. Sonuç olarak, birincil sargıda, endüksiyon EMF'sinin ve güç kaynağının EMF'sinin telafisi bozulur, bu da manyetik akı neredeyse aynı değere ulaşana kadar birincil sargıdaki akımda bir artışa yol açar. Bu modda, birincil ve ikincil sargıların akımlarının oranı, sargıların sarım sayısının ters oranına eşittir (I1=I2w2/w1,), birinci yaklaşımdaki gerilim oranı da aynı kalır.

Şematik olarak, yukarıdakiler aşağıdaki gibi temsil edilebilir:

U1 > I1 > I1w1 > Ф > ε2 > I2.

Transformatörün manyetik devresindeki manyetik akı, birincil sargıdaki akıma göre fazda 90° kaydırılır. İkincil sargıdaki EMF, manyetik akının birinci türevi ile orantılıdır. Sinüzoidal sinyaller için sinüsün birinci türevi kosinüstür ve sinüs ile kosinüs arasındaki faz kayması 90°'dir. Sonuç olarak, sargılar sessiz bir şekilde açıldığında, transformatör fazı yaklaşık 180 ° kaydırır. Sargılar ters yönde açıldığında 180°'lik ek bir faz kayması eklenir ve transformatörün toplam faz kayması yaklaşık 360°'dir.

Boşta kalma deneyimi

Transformatörü test etmek için bir açık devre testi ve bir kısa devre testi kullanılır.

Transformatörün rölanti deneyimi sırasında sekonder sargısı açıktır ve bu sargıda akım yoktur (/2-0).

Transformatörün birincil sargısı bir AC elektrik güç kaynağına bağlıysa, bu sargıda, transformatörün anma akımına kıyasla küçük bir değer olan yüksüz akım I0 akacaktır. Yüksek güçlü transformatörlerde, yüksüz akım, anma akımının %5-10 mertebesindeki değerlere ulaşabilir. Düşük güçlü transformatörlerde bu akım, anma akımının %25-30'una ulaşır. Yüksüz akım I0, transformatörün manyetik devresinde bir manyetik akı oluşturur. Manyetik akıyı uyarmak için, transformatör ağdan reaktif güç tüketir. Transformatörün rölantide tükettiği aktif güç ise manyetik devrede histerezis ve girdap akımlarından kaynaklanan güç kayıplarını karşılamak için harcanır.

Çünkü reaktif güç trafo rölantideyken çok daha aktif güçtür, o zaman güç faktörü cos φ çok küçüktür ve genellikle 0,2-0,3'e eşittir.