Transformator

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 5 ianuarie 2021; verificarea necesită 41 de modificări .

Transformator electric , în mod colocvial mai des doar un transformator (din lat. transformare - „a transforma, transforma”) - dispozitiv electromagnetic static având două sau mai multe înfășurări cuplate inductiv pe un circuit magnetic și conceput pentru a converti unul sau mai multe sisteme (tensiuni ) prin inducție electromagnetică ) curent alternativ în unul sau mai multe alte sisteme (tensiuni) fără modificarea frecvenței [1] [2] .

Transformatorul realizează conversia tensiunii AC și/sau izolarea galvanică într-o mare varietate de aplicații - energie electrică , electronică și inginerie radio .

Din punct de vedere structural, un transformator poate consta dintr-un ( autotransformator ) sau mai multe înfășurări izolate de sârmă sau bandă (bobine) acoperite de un flux magnetic comun , înfăşurat, de regulă, pe un circuit magnetic (miez) din material magnetic moale feromagnetic .

Istorie

Pentru a crea transformatoare, a fost necesar să se studieze proprietățile materialelor: nemetalice, metalice și magnetice, pentru a crea teoria acestora [3] .

În 1831, fizicianul englez Michael Faraday a descoperit fenomenul inducției electromagnetice , care stă la baza funcționării unui transformator electric, în timp ce efectuează cercetări fundamentale în domeniul electricității. La 29 august 1831, Faraday a descris în jurnalul său un experiment în care a înfășurat două fire de cupru lungi de 15 și 18 cm pe un inel de fier de 15 cm în diametru și 2 cm grosime. Când o înfășurare a unei baterii de celule galvanice a fost conectată la bornele, galvanometrul pe bornele celorlalte înfăşurări. Întrucât Faraday a lucrat cu curent continuu, când a fost atinsă valoarea maximă în înfășurarea primară, curentul din înfășurarea secundară a dispărut, iar pentru a relua efectul de transformare a fost necesară deconectarea și reconectarea bateriei la înfășurarea primară.

O reprezentare schematică a viitorului transformator a apărut pentru prima dată în 1831 în lucrările lui M. Faraday și D. Henry . Cu toate acestea, nici unul, nici celălalt nu au notat în dispozitivul lor o astfel de proprietate a transformatorului ca schimbarea tensiunilor și a curenților , adică transformarea curentului alternativ [4] .

În 1848, mecanicul german G. Rumkorf a inventat o bobină de inducție special concepută . Ea a fost prototipul transformatorului [3] .

Alexander Grigoryevich Stoletov (Profesorul Universității din Moscova) a făcut primii pași în această direcție. El a descoperit bucla de histerezis și structura domeniului unui feromagnet (1872).

30 noiembrie 1876 , data primirii brevetului de către Pavel Nikolaevich Yablochkov [5] , este considerată data nașterii primului transformator de curent alternativ. Era un transformator cu miez deschis, care era o tijă pe care erau înfășurate înfășurările.

Primele transformatoare cu miez închis au fost create în Anglia în 1884 de frații John și Edward Hopkinson [4] .

În 1885, inginerii maghiari ai Ganz & Co. Otto Blaty, Karoly Zypernowski și Miksha Deri au inventat un transformator cu circuit închis, care a jucat un rol important în dezvoltarea ulterioară a modelelor de transformatoare.

Frații Hopkinson au dezvoltat teoria circuitelor electromagnetice [3] . În 1886 au învățat cum să calculeze circuitele magnetice.

Upton, un angajat al Edison , a propus să facă miezurile în stive, din foi separate, pentru a reduce pierderile de curenți turbionari .

Un rol important în îmbunătățirea fiabilității transformatoarelor l-a jucat introducerea răcirii cu ulei (sfârșitul anilor 1880, D. Swinburne). Swinburn a plasat transformatoare în vase ceramice umplute cu ulei , ceea ce a crescut semnificativ fiabilitatea izolației înfășurării [6] .

Odată cu inventarea transformatorului, a existat un interes tehnic pentru curentul alternativ. Inginerul electric rus Mihail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky a propus în 1889 un sistem de curent alternativ trifazat cu trei fire (un sistem de curent alternativ trifazat cu șase fire a fost inventat de Nikola Tesla , brevetul SUA nr. , a construit primul trifazat motor asincron cu o înfășurare în cușcă de veveriță și o înfășurare trifazată pe rotor (motor asincron trifazat inventat de Nikola Tesla, brevet SUA nr. cu trei tije ale circuitului magnetic situate în același plan. La expoziția electrică de la Frankfurt pe Main din 1891, Dolivo-Dobrovolsky a demonstrat o transmisie trifazată de putere de înaltă tensiune, cu o lungime de 175 km. Generatorul trifazat avea o putere de 230 kW la o tensiune de 95 kV.

1928 poate fi considerat începutul producției de transformatoare de putere în URSS , când a început să funcționeze Uzina de transformare din Moscova (mai târziu Uzina electrică de la Moscova ) [7] .

La începutul anilor 1900, cercetătorul metalurgist englez Robert Hadfield a efectuat o serie de experimente pentru a determina efectul aditivilor asupra proprietăților fierului. Doar câțiva ani mai târziu a reușit să furnizeze clienților prima tonă de oțel pentru transformatoare cu aditivi de siliciu [8] .

Următorul salt major în tehnologia de bază a fost făcut la începutul anilor 1930, când metalurgistul american Norman P. Gross a descoperit că, sub efectul combinat al laminarii și încălzirii, oțelul cu siliciu avea proprietăți magnetice îmbunătățite de-a lungul direcției de laminare: saturația magnetică a crescut cu 50 % , pierderile de histerezis au fost reduse de 4 ori , iar permeabilitatea magnetică a crescut de 5 ori [8] .

Principii de bază de funcționare

Funcționarea unui transformator se bazează pe două principii de bază:

Un curent electric care variază în timp creează un câmp magnetic variabil în timp ( electromagnetism ).
O modificare a fluxului magnetic care trece printr-o înfășurare creează un EMF în acea înfășurare ( inducție electromagnetică ).

Una dintre înfășurări, numită înfășurare primară , este alimentată de la o sursă externă. Curentul de magnetizare alternativ care curge prin înfășurarea primară creează un flux magnetic alternativ în circuitul magnetic. Ca urmare a inducției electromagnetice, un flux magnetic alternant în circuitul magnetic creează în toate înfășurările, inclusiv în cea primară, un EMF de inducție proporțional cu derivata întâi a fluxului magnetic, cu un curent sinusoidal deplasat cu 90 ° în sens opus. în raport cu fluxul magnetic.

La unele transformatoare care funcționează la frecvențe înalte sau ultra înalte , circuitul magnetic poate fi absent.

Forma tensiunii în înfășurarea secundară este legată de forma tensiunii în înfășurarea primară într-un mod destul de complicat. Datorită acestei complexități, a fost posibilă crearea unui număr de transformatoare speciale care pot servi ca amplificatoare de curent, multiplicatori de frecvență, generatoare de semnal etc.

Excepție este transformatorul de putere . În cazul transformatorului de curent alternativ clasic propus de P. Yablochkov, acesta transformă sinusoida tensiunii de intrare în aceeași tensiune sinusoidală la ieșirea înfășurării secundare.

Legea lui Faraday

EMF generat în înfășurarea secundară poate fi calculat din legea lui Faraday, care spune:

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

Unde:

U_{2}

- tensiunea pe infasurarea secundara;

N_2

- numarul de spire in infasurarea secundara;

\Phi

- flux magnetic total , printr-o tură a înfășurării.

Dacă spirele înfășurării sunt perpendiculare pe liniile câmpului magnetic, atunci fluxul va fi proporțional cu câmpul magnetic și cu aria prin care trece. $B$ $S$

EMF creată în înfășurarea primară este, respectiv, egală cu:

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

Unde:

U_{1}

- valoarea tensiunii instantanee la capetele înfăşurării primare;

N_1

este numărul de spire din înfășurarea primară.

Împărțind ecuația la , obținem raportul [9] : $U_{2}$ $U_{1}$

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

Ecuații transformatoare ideale

Un transformator ideal este un transformator care nu are pierderi de energie din cauza histerezisului, curenților turbionari și fluxurilor de scurgere în înfășurare [10] . Într-un transformator ideal, toate liniile de forță trec prin toate spirele ambelor înfășurări și, deoarece câmpul magnetic în schimbare generează același EMF în fiecare tură, EMF total indus în înfășurare este proporțional cu numărul total de spire. Un astfel de transformator transformă toată energia de intrare din circuitul primar într-un câmp magnetic și apoi în energia circuitului secundar. În acest caz, energia de intrare este egală cu energia convertită:

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

Unde:

P_1

- valoarea instantanee a puterii furnizate transformatorului, care apare in circuitul primar;

P_2

- valoarea instantanee a puterii convertite de transformatorul care intră în circuitul secundar.

Combinând această ecuație cu raportul tensiunilor de la capetele înfășurărilor, obținem ecuația pentru un transformator ideal:

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

[unsprezece]

unde este raportul de transformare . $n$

Astfel, cu creșterea tensiunii la capetele înfășurării secundare , curentul circuitului secundar scade . $U_{2}$ $eu_{2}$

Pentru a converti rezistența unui circuit în rezistența altuia, trebuie să înmulțiți valoarea cu pătratul raportului [12] . De exemplu, dacă rezistența este conectată la capetele înfășurării secundare, valoarea sa redusă la circuitul primar va fi . Această regulă se aplică și circuitului primar: $Z_{2}$ $Z'_{2}=Z_{2}\!\left(\!{\tfrac {N_{1}}{N_{2}}}\!\right)^{2}$ $Z'_{1}=Z_{1}\!\left(\!{\tfrac {N_{2}}{N_{1}}}\!\right)^{2}~,$

În mod oficial, un transformator ideal este descris folosind modelul cu patru terminale .

Model de transformator real

Pentru simplitate, modelul unui transformator ideal nu ține cont de unele fenomene care sunt observate în practică și care nu pot fi întotdeauna neglijate:

Prezența unui curent fără sarcină diferit de zero

În cazul general, pentru un sistem magnetoelectric, care este și un transformator real, circulația vectorului intensității câmpului magnetic de-a lungul circuitului este egală cu curentul total din interiorul circuitului. $L$

Din punct de vedere matematic, acest fenomen este descris folosind ecuația curentului total . În sistemul SI, va arăta astfel:

\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}}~,

Unde:

{\vec {H}}

este vectorul intensității câmpului magnetic, [A/m];

d{\vec {l}}

— secțiune elementară a conturului de integrare (valoare vectorială), [m];

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

este curentul total acoperit de circuitul de integrare;

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

- curenți tranzitori care apar în transformator.

Așa cum se aplică unui transformator cu două înfășurări care funcționează sub sarcină, legea curentului total poate fi scrisă într-o formă simplificată ca:

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

Unde:

H

- intensitatea câmpului magnetic în circuitul magnetic (presupusă a fi constantă);

L

- lungimea liniei centrale a circuitului magnetic;

I_{1}\cdot W_{1}

- forta magnetomotoare (denumita in continuare MMF) a infasurarii primare;

I_{2}\cdot W_{2}

- MDS al înfășurării secundare;

eu_{1}, eu_{2}

- curenții care curg prin înfășurări;

W_{1},W_{2}

este numărul de spire din înfășurări.

Pentru ralanti, adică când obținem , de unde și apoi de când obținem raportul pentru un transformator de curent ideal: $I_{2}=0$ $H\cdot L=I_{1}\cdot W_{1}$ $\textstyle I_{xx}={\frac {H\cdot L}{W_{1)}}$ ${\displaystyle \textstyle I_{xx}=I_{1}+{\frac {I_{2}\cdot W_{2}}{W_{1))))$ $I_{{xx}}=0$ ${\frac {I_{1}}{I_{2}}}=-{\frac {W_{2}}{W_{1}}}~.$

În unele cazuri, contabilizarea curentului fără sarcină este obligatorie:

Pornirea transformatorului sub tensiune. În acest caz, se vor observa explozii de curent pe termen scurt pe înfășurarea primară a transformatorului, atingând o valoare (la vârf) de câteva ori mai mare decât curentul primar nominal. Înălțimea vârfurilor depinde de sarcină, momentul pornirii (cea mai mare valoare atunci când un transformator fără sarcină este pornit, în momentul în care valoarea instantanee a tensiunii de rețea este zero), puterea și parametrii structurali ai transformatorului . Fenomenul de supratensiuni ale curentului primar este luat în considerare la calcularea protecției curentului a transformatorului, alegerea echipamentului de comutare, a liniilor de alimentare și așa mai departe.
Prezența curentului fără sarcină duce la faptul că curenții din înfășurările primare și secundare nu sunt deplasați unul față de celălalt cu 180 °. Diferența dintre unghiurile reale și ideale de deplasare reciprocă se numește „unghi de eroare” . În plus, raportul curenților modulo nu va fi . Diferența dintre raportul real al curenților și raportul ideal se numește „eroare de magnitudine”. Erorile de unghi și mărime sunt luate în considerare sub forma raționalizării pe clase de precizie la fabricarea transformatoarelor de curent (în special în circuitele de măsurare a energiei electrice). Pentru transformatoarele de curent destinate protecției se introduce valoarea erorii totale (obținută ca diferență între vectorii curentului primar și cel secundar), ținând cont de erorile atât de mărime, cât și de unghi - pentru funcționarea corectă a protecției trebuie să nu fie mai mare de 10% (la scurtcircuit de curent maxim posibil). $\delta$ $\textstyle {\frac {W_{2}}{W_{1}}}$

Prezența capacităților de întreținere, interstrat și interturn

Prezența conductoarelor separate printr-un dielectric duce la capacități parazite între înfășurări, straturi și spire. Modelarea acestui fenomen se realizează prin introducerea așa-numitului. rezervoare longitudinale și transversale. Cele transversale includ capacități de interstrat și de întrepătrundere. La longitudinal - interturn și intercoil. Interferența de înaltă frecvență poate pătrunde prin capacitățile de la înfășurarea primară la cea secundară, ceea ce este nedorit pentru unele aplicații de transformator (eliminat de un scut împământat între înfășurare). Aceste capacități echivalente pot fi considerate concentrate doar în prima aproximare; de fapt, aceste cantități sunt distribuite . Sunt distribuite și inductanțe de scurgere. În funcționare normală, tensiunea este distribuită uniform peste înfășurări, variind liniar în spire și straturi (pentru înfășurări împământate - de la valoarea fazei la zero). Cu diferite procese tranzitorii asociate cu o schimbare bruscă a tensiunii de pe înfășurare, procesele ondulatorii încep datorită capacităților distribuite. Acest lucru este deosebit de pronunțat pentru fulgere și supratensiuni de comutare cu un front foarte abrupt (de ordinul a câteva microsecunde pentru impulsurile de fulger și câteva zeci de microsecunde pentru impulsurile de comutare), o astfel de interferență are un spectru cu armonici de înaltă frecvență de amplitudine mare. În acest caz, distribuția tensiunii în momentul inițial de timp de-a lungul înfășurărilor devine extrem de neuniformă și majoritatea căderilor de tensiune pe spire și straturile situate mai aproape de bornele fazei, aceste părți ale înfășurării sunt cel mai expuse riscului de defectare, care trebuie luate în considerare la proiectarea transformatoarelor (în principal transformatoare de putere de înaltă tensiune). În plus, prezența capacităților și inductanțelor distribuite (longitudinale și transversale) duce la crearea de circuite oscilatorii parazite în transformator și, cu impulsurile de tensiune care pătrund în înfășurarea transformatorului, are loc un proces oscilator amortizat de înaltă frecvență (în perioada inițială, tensiunea va fi aplicată la spirele inițiale ale înfășurării, apoi distribuția pe înfășurare este inversată și cea mai mare parte este deja aplicată spirelor finale etc.). Acest efect trebuie luat în considerare și pentru unele modele de transformatoare [13] .

În plus, parametrii reactivi ai înfășurărilor, precum și proprietățile de frecvență ale miezului unui transformator real, determină gama de frecvențe de funcționare a acestuia, în care raportul de transformare , defazarea și forma tensiunii de ieșire nu depind prea mult de frecvență (importantă pentru izolarea și potrivirea transformatoarelor din circuitele de semnal).

Prezența unei curbe de magnetizare neliniare

Majoritatea transformatoarelor folosesc miezuri feromagnetice pentru a crește EMF indus în înfășurările secundare. Feromagneții au o caracteristică de magnetizare extrem de neliniară cu saturație și ambiguitate (histereză), care determină natura tensiunilor și curenților din transformator: la saturarea profundă a transformatorului, curentul primar crește brusc, forma sa devine nesinusoidală: în ea apar componente armonice a treia. Inductanța neliniară (asociată cu prezența unei curbe de magnetizare neliniară) în combinație cu o sarcină capacitivă externă (transformator și capacitatea rețelei) poate crea un mod ferorezonant cu pericolul defecțiunii transformatorului ( transformatoarele de tensiune sunt deosebit de sensibile la acest lucru ) . Histerezisul cauzează pierderi suplimentare în miez și magnetizare reziduală. Pierderile de încălzire în miez sunt cauzate de efectul curenților turbionari , pentru a reduce care este necesar să se producă circuite magnetice formate din plăci (amestecare) și să se utilizeze feromagneți cu rezistivitate ridicată (oțel transformator siliciu, ferite).

Moduri de funcționare a transformatorului

Modul inactiv . Acest mod este caracterizat printr-un circuit secundar al transformatorului deschis, ca urmare a căruia nu curge curent în el. Un curent inactiv curge prin înfășurarea primară, a cărei componentă principală este curentul de magnetizare reactiv. Cu ajutorul experienței fără sarcină, este posibil să se determine eficiența transformatorului, raportul de transformare , precum și pierderile de miez (așa-numitele „pierderi de oțel”).
modul de încărcare . Acest mod se caracterizează prin funcționarea unui transformator cu o sursă conectată în primar și o sarcină în circuitul secundar al transformatorului. Curentul de sarcină curge în înfășurarea secundară, iar curentul curge în primar, care poate fi reprezentat ca suma curentului de sarcină (calculat din raportul dintre numărul de spire ale înfășurărilor și curentul secundar) și nu- curent de sarcină. Acest mod este principalul mod de funcționare pentru transformator.
Modul de scurtcircuit . Acest mod se obține prin scurtcircuitarea circuitului secundar. Acesta este un tip de mod de sarcină în care rezistența înfășurării secundare este singura sarcină. Cu ajutorul unui test de scurtcircuit, este posibil să se determine pierderile de încălzire ale înfășurărilor din circuitul transformatorului („pierderi de cupru”). Acest fenomen este luat în considerare în circuitul echivalent al unui transformator real folosind rezistența activă.
În modul convertor cu flyback cu un singur capăt , înfășurarea primară a transformatorului este utilizată ca inductor pentru stocarea energiei | energie pe primul ciclu (curs înainte) al conversiei, care distinge acest mod de modul inactiv. Când conectați înfășurarea primară printr- o cheie electronică la o sursă de tensiune constantă, curentul prin înfășurarea primară crește aproximativ liniar, iar transformatorul stochează energie într-un câmp magnetic. În acest ciclu, nu trece curent prin înfășurarea secundară, deoarece o diodă este conectată în serie cu sarcina înfășurării. După atingerea unei anumite valori a curentului în înfășurarea primară, înfășurarea primară este deconectată de la sursa de tensiune printr-o cheie electronică, curentul prin aceasta se oprește și pe înfășurarea secundară apare un impuls EMF de autoinducție cu polaritate opusă, dioda. se deschide, iar curentul înfășurării secundare este furnizat sarcinii, eliberând miezul transformatorului de energie stocat în câmpul magnetic. În plus, procesul descris este repetat periodic. Avantajele utilizării unui transformator în acest circuit în comparație cu un inductor: există o izolație galvanică a circuitelor primare și secundare, o transformare simplă a curentului este posibilă cu un număr diferit de spire ale înfășurărilor primare și secundare și utilizarea diferitelor secțiuni. a conductoarelor de înfăşurare.

Modul inactiv

Când curentul secundar este egal cu zero (în gol), EMF de inducție în înfășurarea primară compensează aproape complet tensiunea sursei de alimentare, astfel încât curentul care curge prin înfășurarea primară este egal cu curentul de magnetizare alternativ, nu există sarcină. curenti. Pentru un transformator cu miez din material moale magnetic (material ferromagnetic, oțel pentru transformator), curentul fără sarcină caracterizează cantitatea de pierderi în miez (pentru curenți turbionari și pentru histerezis) și puterea reactivă a inversării magnetizării circuit magnetic. Pierderea de putere poate fi calculată înmulțind componenta activă a curentului fără sarcină cu tensiunea furnizată transformatorului.

Pentru un transformator fără miez feromagnetic, nu există pierderi de remagnetizare, iar curentul fără sarcină este determinat de rezistența inductanței înfășurării primare, care este proporțională cu frecvența curentului alternativ și cu mărimea inductanței.

Diagrama vectorială a tensiunilor și curenților din transformatorul la ralanti cu includerea consoanelor înfășurărilor este prezentată [14] în Fig. 1.8 b.

Tensiunea de pe înfășurarea secundară este, ca primă aproximare, determinată de legea lui Faraday .

Acest mod este utilizat la măsurarea transformatoarelor de tensiune .

Modul de scurtcircuit

În modul de scurtcircuit, o tensiune alternativă mică este aplicată înfășurării primare a transformatorului, conductoarele înfășurării secundare sunt scurtcircuitate. Tensiunea de intrare este setată astfel încât curentul de scurtcircuit să fie egal cu curentul nominal (calculat) al transformatorului. In astfel de conditii, valoarea tensiunii de scurtcircuit caracterizeaza pierderile in infasurarile transformatorului, pierderile in rezistenta ohmica. Tensiunea de scurtcircuit (determinată ca % din tensiunea nominală) obținută în urma testului de scurtcircuit este unul dintre parametrii importanți ai unui transformator. Pierderea de putere poate fi calculată prin înmulțirea tensiunii de scurtcircuit cu curentul de scurtcircuit . $U_{kz)$ $I_{kz)$

Acest mod este utilizat pe scară largă în măsurarea transformatoarelor de curent .

Modul de încărcare

Când o sarcină este conectată la înfășurarea secundară, în circuitul secundar apare un curent de sarcină, care creează un flux magnetic în circuitul magnetic, îndreptat opus fluxului magnetic creat de înfășurarea primară. Ca urmare, egalitatea EMF de inducție și EMF a sursei de energie este încălcată în circuitul primar, ceea ce duce la o creștere a curentului în înfășurarea primară până când fluxul magnetic atinge aproape aceeași valoare.

Schematic, procesul de transformare poate fi descris după cum urmează:

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

Fluxul magnetic instantaneu în circuitul magnetic al transformatorului este determinat de integrala de timp a valorii instantanee a EMF în înfășurarea primară și, în cazul unei tensiuni sinusoidale, este defazată cu 90 ° față de EMF. EMF indus în înfășurările secundare este proporțional cu prima derivată a fluxului magnetic și pentru orice formă de curent coincide în fază și formă cu EMF din înfășurarea primară.

Diagrama vectorială a tensiunilor și curenților într-un transformator cu o sarcină cu o includere consanică a înfășurărilor este prezentată [14] în Fig. 1.6 c.

Teoria transformatoarelor

Ecuații transformatoare de linie

Fie , - valorile instantanee ale curentului în înfășurările primare și, respectiv, secundare, - tensiunea instantanee pe înfășurarea primară, - rezistența la sarcină. Apoi: $i_1$ $i_2$ $tu_{1}$ $R_{H}$

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}~ ,

Aici:

L_{1}

, - inductanța și rezistența activă a înfășurării primare;

R_{1}

L_{2}

, - acelasi lucru pentru infasurarea secundara;

R_{2}

L_{{12}}

este inductanța reciprocă a înfășurărilor.

Dacă fluxul magnetic al înfășurării primare pătrunde complet în secundar, adică dacă nu există un câmp parazit, atunci . Inductanța înfășurărilor în prima aproximare este proporțională cu pătratul numărului de spire din ele. $L_{12}={\sqrt {L_{1}L_{2)))$

Se obţine un sistem de ecuaţii diferenţiale liniare pentru curenţii din înfăşurări. Este posibilă convertirea acestor ecuații diferențiale în ecuații algebrice obișnuite folosind metoda amplitudinilor complexe . Pentru a face acest lucru, luați în considerare răspunsul sistemului la un semnal sinusoidal ( , unde este frecvența semnalului, este unitatea imaginară ). $u_{1}=U_{1}e^{{-j\omega t}}$ $\omega =2\pi f$ $f$ $j$

Apoi , etc., reducând factorii exponențiali, obținem: $i_{1}=I_{1}e^{{-j\omega t}}$

{\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{matrice }}

Metoda amplitudinilor complexe vă permite să explorați nu numai o sarcină pur activă, ci și o sarcină arbitrară, în timp ce este suficient să înlocuiți rezistența la sarcină cu impedanța sa . Din ecuațiile liniare rezultate, puteți exprima cu ușurință curentul prin sarcină, folosind legea lui Ohm - tensiunea pe sarcină etc. $R_{H}$ $Z_{H}$

Circuit echivalent transformator în formă de T

Aici este raportul de transformare , este inductanța „utilă” a înfășurării primare, , sunt inductațele de scurgere ale înfășurărilor primare și secundare, , sunt rezistențele active ale înfășurărilor primare și secundare, respectiv, este impedanța de sarcină. $T$ $L_{{12}}$ $L_{{1n}}$ $L_{{2n}}$ $R_{{1n}}$ $R_{{2n}}$ $Z_{n}$

Pierderi la transformatoare

Pierderea miezului

Gradul de pierderi (și de reducere a eficienței ) într-un transformator depinde în principal de calitatea, designul și materialul „fierului de transformare” ( oțel electric ). Pierderile de fier constau în principal din încălzirea miezului, histerezis și pierderi de curenți turbionari . Pierderile la un transformator în care „fierul” este monolitic sunt mult mai mari decât la un transformator în care este alcătuit din mai multe secțiuni (deoarece cantitatea de curenți turbionari este redusă în acest caz). În practică, miezurile de oțel monolitice nu sunt utilizate. Pentru a reduce pierderile în circuitul magnetic al transformatorului, circuitul magnetic poate fi realizat din clase speciale de oțel pentru transformator cu adaos de siliciu, care crește rezistența specifică a fierului la curentul electric, iar plăcile în sine sunt lacuite pentru a se izola de fiecare. alte.

Pierderi de lichidare

Pe lângă „pierderile de fier”, există „pierderi de cupru” în transformator, din cauza rezistenței active diferite de zero a înfășurărilor (care adesea nu poate fi neglijată , deoarece necesită o creștere a secțiunii transversale a firului, ceea ce duce la o creştere a dimensiunilor necesare ale miezului). „Pierderile de cupru” duc la încălzirea înfășurărilor atunci când funcționează sub sarcină și la o încălcare a raportului dintre numărul de spire și tensiunea înfășurărilor, ceea ce este adevărat pentru un transformator ideal:

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

Puterea totală

Puterea totală a transformatorului este descrisă prin următoarea formulă:

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

$_{unu}$ - infasurare primara;
$_2$ - înfăşurare secundară.

Puterea totală, după cum sugerează și numele, este determinată de dimensiunile miezului și materialului, proprietățile sale magnetice și de frecvență.

Eficiența transformatorului

Eficiența unui transformator se găsește prin următoarea formulă:

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

Unde:

P_0

- pierderi în gol la tensiunea nominală;

P_{L}

- pierderi de sarcina la curent nominal;

P_2

- puterea activă furnizată sarcinii;

n

— gradul relativ de încărcare (factor de încărcare). La curent nominal .

n=1

Constructii

Principalele părți ale designului transformatorului sunt:

miez magnetic;
înfăşurări;
cadru pentru înfăşurări;
izolare ;
sistem de răcire;
alte elemente (pentru montaj, acces la bornele de înfășurare, protecția transformatorului etc.).

Atunci când proiectează un transformator, un producător alege între trei concepte de bază diferite:

Tijă;
Blindat;
Toroidal.

Oricare dintre aceste concepte nu afectează performanța sau funcționalitatea transformatorului, dar există diferențe semnificative în procesul lor de fabricație. Fiecare producător alege conceptul pe care îl consideră cel mai convenabil din punct de vedere al producției și se străduiește să aplice acest concept pe întregul volum de producție.

În timp ce înfășurările de tip tijă înglobează un miez, un miez de tip blindat cuprinde înfășurări. Dacă vă uitați la componenta activă (adică miezul cu înfășurări) a tipului de tijă, înfășurările sunt clar vizibile, dar ele ascund în spatele lor tijele sistemului magnetic al miezului - sunt vizibile doar jugurile superioare și inferioare ale miezului. . Într-un design blindat, dimpotrivă, miezul ascunde partea principală a înfășurărilor.

Sistem magnetic (miez magnetic)

Sistemul magnetic ( circuitul magnetic ) al transformatorului este realizat din oțel electric , permalloy , ferită sau alt material feromagnetic într-o anumită formă geometrică. Proiectat pentru a localiza câmpul magnetic principal al transformatorului din acesta.

Circuitul magnetic, în funcție de material și design, poate fi asamblat din plăci, presat, înfășurat dintr-o bandă subțire, asamblat din 2, 4 sau mai multe „potcoave”. Un sistem magnetic complet asamblat, împreună cu toate nodurile și părțile care servesc la fixarea pieselor individuale într-o singură structură, se numește miez de transformator .

Partea sistemului magnetic pe care se află înfășurările principale ale transformatorului se numește tijă .
Partea sistemului magnetic al transformatorului care nu poartă înfășurările principale și servește la închiderea circuitului magnetic se numește jug [1] .

În funcție de aranjarea spațială a tijelor, există:

Sistem magnetic plat - un sistem magnetic în care axele longitudinale ale tuturor tijelor și jugurilor sunt situate în același plan
Sistem magnetic spațial - un sistem magnetic în care axele longitudinale ale tijelor sau jugurilor, sau tijelor și jugurilor sunt situate în planuri diferite
Sistem magnetic simetric - un sistem magnetic în care toate tijele au aceeași formă, design și dimensiuni, iar poziția relativă a oricărei tije în raport cu toate jugurile este aceeași pentru toate tijele
Sistem magnetic asimetric - un sistem magnetic în care tijele individuale pot diferi de alte tije ca formă, design sau dimensiune, sau poziția relativă a oricărei tije în raport cu alte tije sau juguri poate diferi de locația oricărei alte tije

Miez magnetic de bandă toroidală și transformator bazat pe acesta
Placa de blindaj
Bandă de tijă și toroidală

Circuit magnetic cu un gol

Marea majoritate a transformatoarelor au un circuit magnetic închis (liniile de câmp magnetic sunt închise prin materialul miezului într-o permeabilitate magnetică ridicată ). Acest lucru vă permite să obțineți inductanța reciprocă maximă a înfășurărilor pentru o dimensiune dată și să reduceți curenții reactivi nedoriți prin transformator.

Cu toate acestea, în unele aplicații, curenții reactivi prin transformator sunt utili și devine necesară reducerea inductanței înfășurărilor. O aplicație tipică sunt convertoarele cu comutare cu un singur capăt , în care transformatorul este utilizat ca inductor de stocare a energiei, iar înfășurările primare și secundare sunt utilizate alternativ. În acest caz, inductanța excesiv de mare este dăunătoare atunci când funcționează la frecvență înaltă.

Utilizarea unui spațiu de aer în circuitul magnetic are următoarele consecințe:

Permeabilitatea magnetică a golului, de regulă, este cu ordine de mărime mai mică decât permeabilitatea magnetică a miezului magnetic . În acest sens, chiar și un spațiu relativ mic în lățime poate crește semnificativ rezistența magnetică a circuitului, poate reduce proporțional inductanța înfășurărilor și, conform formulei pentru densitatea energiei magnetice , poate crește cantitatea de energie magnetică stocată cu aceeași valoare. de inductie magnetica . În același timp, lățimea relativ mică a spațiului mărește doar în mod limitat scurgerea fluxului magnetic în afara sistemului magnetic. $\mu$ $\textstyle w={\frac {B^{2}}{2\mu _{0}\mu }}$ $B$
Ceteris paribus, introducerea unui spațiu în circuitul magnetic are un efect redus asupra mărimii fluxului magnetic limitator la care are loc saturația circuitului magnetic, deoarece depinde în primul rând de aria secțiunii transversale și de materialul circuitului magnetic. Din același motiv, decalajul are un efect redus asupra caracteristicii transformatorului , care este direct legată de și caracterizează durata maximă admisă a impulsului transmis la amplitudinea impulsului de tensiune . ${\displaystyle \Phi _{max})$ ${\displaystyle \Phi _{max})$ ${U}\cdot {T}$ ${\displaystyle \Phi _{max})$ $T$ $U$
Conform formulei , cu aceeași valoare a curentului prin înfășurarea transformatorului și cu același număr de spire în înfășurare , dar cu o valoare mai mică a inductanței înfășurării , fluxul magnetic creat de curentul prin înfășurare scade . Din acest motiv, circuitul magnetic al transformatorului este saturat la valori mai mari ale curentului prin înfășurare , ceea ce este deosebit de important dacă curentul are o componentă constantă . $\displaystyle \Psi =N\Phi =LI$ $eu$ $N$ $L$ $\Phi$
Conform formulei , pentru aceeași cantitate de flux magnetic , energia stocată în inductanță crește invers cu inductanța . Acest lucru se datorează faptului că la aceeași valoare a tensiunii pe înfășurare , curentul prin înfășurare crește mai repede și atinge valori mai mari, ceea ce crește și puterea transmisă, care este proporțională cu . $\textstyle W={\frac {LI^{2}}{2}}={\frac {\Psi ^{2}}{2L}}={\frac {(N\Phi )^{2 }}{2L}}$ $\Phi$ $W$ $L$ $U$ $eu$ $U\cdot {I}$
Curentul reactiv crescut contribuie la creșterea pierderilor ohmice .

Înfășurări

Elementul principal al înfășurării este o bobină - un conductor electric sau o serie de astfel de conductori conectați în paralel (miez torsadat), odată ce se înfășoară în jurul unei părți a sistemului magnetic al transformatorului, al cărui curent electric, împreună cu curenții altor astfel de conductori și alte părți ale transformatorului, creează un câmp magnetic al transformatorului și în care, sub acțiunea acestui câmp magnetic, este indusă o forță electromotoare.

Înfășurare - un set de spire care formează un circuit electric în care se însumează EMF indus în spire. Într-un transformator trifazat, o înfășurare înseamnă de obicei un set de înfășurări de aceeași tensiune de trei faze conectate între ele.

Secțiunea transversală a conductorului de înfășurare în transformatoarele de putere este de obicei de formă pătrată pentru a utiliza cât mai eficient spațiul disponibil (pentru a crește factorul de umplere în fereastra miezului). Cu o creștere a secțiunii transversale a conductorului, acesta poate fi împărțit în două sau mai multe elemente conductoare paralele pentru a reduce pierderile de curent turbionar în înfășurare și pentru a facilita funcționarea înfășurării. Un element conductor de formă pătrată se numește rezidențial.

Fiecare miez este izolat fie cu bobinaj de hârtie, fie cu lac emailat. Două miezuri izolate individual și conectate în paralel pot avea uneori o izolație comună de hârtie. Două astfel de miezuri izolate dintr-o izolație de hârtie obișnuită se numesc cablu.

Un tip special de conductor de înfășurare este un cablu transpus continuu. Acest cablu este format din fire izolate cu două straturi de lac emailat, situate axial unul față de celălalt, așa cum se arată în figură. Un cablu transpus continuu se obtine prin mutarea firului exterior al unui strat la stratul urmator la pas constant si aplicarea unei izolatii exterioare comune [15] .

Înfășurarea de hârtie a cablului este realizată din benzi de hârtie subțiri (câteva zeci de micrometri) de câțiva centimetri lățime, înfășurate în jurul miezului. Hârtia este înfășurată în mai multe straturi pentru a obține grosimea totală necesară.

Înfășurările sunt împărțite în funcție de:

Programare
- Principalele sunt înfășurările transformatorului, cărora li se furnizează energia curentului alternativ convertit sau din care se îndepărtează energia curentului alternativ convertit.
- Reglare - cu un curent de înfășurare scăzut și un domeniu de reglare nu prea mare, în înfășurare pot fi prevăzute robinete pentru reglarea raportului de transformare a tensiunii.
- Auxiliar - înfășurări concepute, de exemplu, pentru a alimenta rețeaua auxiliară cu o putere semnificativ mai mică decât puterea nominală a transformatorului, pentru a compensa al treilea câmp magnetic armonic, pentru a polariza sistemul magnetic cu curent continuu etc.
Execuţie
- Înfășurare obișnuită - spirele înfășurării sunt situate pe direcția axială pe toată lungimea înfășurării. Turnurile ulterioare sunt înfășurate strâns unele pe altele, fără a lăsa spațiu intermediar.
- Înfășurare elicoidală - O înfășurare elicoidală poate fi o variantă a unei înfășurări multistrat cu distanțe între fiecare tură sau cursă a înfășurării.
- Înfășurare disc - O înfășurare disc constă dintr-o serie de discuri conectate în serie. În fiecare disc, bobinele sunt înfășurate radial într-un model elicoidal spre interior și spre exterior pe discurile adiacente.
- Înfășurarea foliei - înfășurările foliei sunt realizate dintr-o foaie largă de cupru sau aluminiu cu o grosime de la zecimi de milimetru până la câțiva milimetri.

Scheme și grupuri pentru conectarea înfășurărilor transformatoarelor trifazate

Există trei moduri principale de a conecta înfășurările de fază ale fiecărei părți a unui transformator trifazat:

$Y$ -conexiune („stea”), unde fiecare înfășurare este conectată la un capăt la un punct comun, numit neutru. Există o „stea” cu o concluzie dintr-un punct comun (desemnare sau ) și fără ea ( ); $Y_{0}$ $Y_{n}$ $Y$
$\Delta$ - conexiune („triunghi”), unde înfășurările trifazate sunt conectate în serie;
$Z$ conexiune („zig-zag”). Cu această metodă de conectare, fiecare înfășurare de fază este formată din două părți identice așezate pe tije diferite ale circuitului magnetic și conectate în serie, opuse. Înfășurările trifazate rezultate sunt conectate la un punct comun, similar cu o „stea”. De obicei, un „zigzag” este folosit cu o ramură dintr-un punct comun ( ). $Z_0$

Atât înfășurările primare, cât și cele secundare ale transformatorului pot fi conectate în oricare dintre cele trei moduri prezentate mai sus, în orice combinație. Metoda și combinația specifică sunt determinate de scopul transformatorului.

$Y$ - conexiunea este de obicei folosită pentru înfășurările de înaltă tensiune. Acest lucru se datorează mai multor motive:

înfășurările unui autotransformator trifazat pot fi conectate numai într-o „stea”;
când în loc de un transformator trifazat de mare putere, se folosesc trei autotransformatoare monofazate pentru a le conecta în alt mod;
când înfășurarea secundară a transformatorului alimentează linia de înaltă tensiune, prezența unui neutru împământat reduce supratensiunile în timpul unei lovituri de trăsnet. Fără împământare neutră, este imposibil să se opereze protecția diferențială a liniei, în ceea ce privește scurgerea la pământ. În acest caz, înfășurările primare ale tuturor transformatoarelor de recepție de pe această linie nu ar trebui să aibă un neutru împământat;
proiectarea regulatoarelor de tensiune (comutatoare) este mult simplificată. Plasarea robinetelor de înfășurare de la capătul „neutru” asigură un număr minim de grupuri de contact. Cerințele de izolație ale comutatorului sunt reduse, deoarece funcționează la o tensiune minimă față de pământ;
acest compus este cel mai avansat tehnologic și cel mai puțin intensiv metal.

Conexiunea delta este utilizată în transformatoare unde o înfășurare este deja conectată în stea, în special cu borna neutră.

Funcționarea transformatoarelor încă răspândite cu schema Y / Y 0 este justificată dacă sarcina pe fazele sale este aceeași (motor trifazat, cuptor electric trifazat, iluminat stradal strict calculat etc.). Dacă sarcina este asimetric (intern și altele monofazate), apoi fluxul magnetic din miez se dezechilibrează, iar fluxul magnetic necompensat (așa-numitul „flux de secvență zero”) se închide prin capac și rezervor, determinând încălzirea acestora și vibrează. Înfășurarea primară nu poate compensa acest flux, deoarece capătul său este conectat la un neutru virtual care nu este conectat la generator. Tensiunile de ieșire vor fi distorsionate (va exista „dezechilibru de fază”). Pentru o sarcină monofazată, un astfel de transformator este în esență o bobine cu miez deschis, iar impedanța sa este mare. Curentul unui scurtcircuit monofazat va fi mult subestimat în comparație cu cel calculat (pentru un scurtcircuit trifazat), ceea ce face ca funcționarea echipamentului de protecție să fie nesigură.

Dacă înfășurarea primară este conectată într-un triunghi (transformator cu schema Δ / Y 0 ), atunci înfășurările fiecărei tije au două fire atât la sarcină, cât și la generator, iar înfășurarea primară poate magnetiza fiecare tijă separat, fără a afecta celelalte două și fără a încălca echilibrul magnetic. Rezistența monofazată a unui astfel de transformator va fi apropiată de cea calculată, distorsiunea de tensiune este practic eliminată.

Pe de altă parte, cu o înfășurare triunghiulară, proiectarea comutatorului (contacte de înaltă tensiune) devine mai complicată.

Legarea înfășurării cu un triunghi permite armonicilor a treia și multiple ale curentului să circule în interiorul inelului format din trei înfășurări conectate în serie. Închiderea curenților armonici a treia este necesară pentru a reduce rezistența transformatorului la curenții de sarcină nesinusoidali (sarcină neliniară) și pentru a-și menține tensiunea sinusoidală. A treia armonică de curent în toate cele trei faze are aceeași direcție, acești curenți nu pot circula într-o înfășurare conectată printr-o stea cu un neutru izolat.

Lipsa curenților sinusoidali ternari în curentul de magnetizare poate duce la o distorsiune semnificativă a tensiunii induse, în cazurile în care miezul are 5 tije, sau este realizat în variantă blindată. O înfășurare a transformatorului conectată în delta va elimina această perturbare, deoarece o înfășurare conectată în delta va amortiza curenții armonici. Uneori, transformatoarele asigură prezența unei înfășurări terțiare Δ-conectate, prevăzută nu pentru încărcare, ci pentru a preveni distorsiunea tensiunii și scăderea impedanței cu secvență zero. Astfel de înfășurări se numesc compensare. Transformatoarele de distribuție destinate încărcării, între fază și neutru pe partea primară, sunt de obicei echipate cu o înfășurare în triunghi. Cu toate acestea, curentul în înfășurarea delta poate fi foarte scăzut pentru a atinge puterea nominală minimă, iar dimensiunea necesară a conductorului de înfășurare este extrem de incomod pentru fabricarea din fabrică. În astfel de cazuri, înfășurarea de înaltă tensiune poate fi conectată într-o stea, iar înfășurarea secundară în zig-zag. Curenții de ordine zero care circulă în cele două prize ale unei înfășurări în zig-zag se vor echilibra reciproc, impedanța de ordine zero a părții secundare este determinată în principal de câmpul magnetic parazit dintre cele două ramuri ale înfășurărilor și este exprimată ca un numar mic.

Prin utilizarea conexiunii unei perechi de înfășurări în moduri diferite, este posibil să se obțină diferite grade de tensiune de polarizare între părțile laterale ale transformatorului.

Schimbarea de fază între EMF al înfășurărilor primare și secundare este de obicei exprimată printr-un grup de compuși . Pentru a descrie tensiunea de polarizare dintre înfășurările primar și secundar sau primar și terțiar, se folosește în mod tradițional exemplul unui cadran de ceas. Deoarece această schimbare de fază poate varia de la 0° la 360°, iar raportul de deplasare este de 30°, se alege o serie de numere de la 1 la 12 pentru a desemna un grup de compuși, în care fiecare unitate corespunde unui unghi de deplasare de 30°. . O fază a primarului indică 12, iar faza corespunzătoare a celeilalte părți indică un număr diferit de pe cadran.

Cea mai des folosită combinație de Yd11 înseamnă, de exemplu, prezența unei deplasări neutre de 30º între tensiunile celor două laturi.

Scheme și grupuri de conectare a înfășurărilor transformatoarelor trifazate cu două înfășurări [16] [17] (nefinalizate, în curs)

Schema de conectare a înfășurării		Diagrama vectorială a tensiunii în circuit deschis Nota 1	Simbol _
VN	HH	Diagrama vectorială a tensiunii în circuit deschis Nota 1	Simbol _
			U/D-11

Notă: în diagramă , vectorii de înfășurare „Star” sunt marcați cu verde , „Triunghi” cu albastru și decalajul vectorului AB cu roșu .

La transformatoarele de cale ferată se găsește și un grup de conexiuni „delta deschisă – stea incompletă”.

Buck

Rezervorul este în primul rând un rezervor pentru uleiul de transformator și oferă, de asemenea, protecție fizică pentru componenta activă. De asemenea, servește ca structură de sprijin pentru dispozitivele auxiliare și echipamentele de control.

Înainte de a umple rezervorul cu componenta activă cu ulei, tot aerul este evacuat din acesta, ceea ce poate pune în pericol rezistența dielectrică a izolației transformatorului (prin urmare, rezervorul este proiectat să reziste la presiunea atmosferei cu deformare minimă).

Pe măsură ce puterea nominală a transformatorului crește, impactul curenților mari în interiorul și în exteriorul transformatorului afectează proiectarea. Același lucru se întâmplă cu fluxul magnetic de scurgere din interiorul rezervorului. Inserțiile nemagnetice din jurul bucșelor de curent ridicat reduc riscul de supraîncălzire. Căptușeala interioară a rezervorului din scuturi foarte conductoare împiedică pătrunderea fluxului prin pereții rezervorului. Pe de altă parte, materialul cu reluctanță scăzută absoarbe fluxul înainte de a trece prin pereții rezervorului.

Un alt fenomen luat în considerare la proiectarea rezervoarelor este coincidența frecvențelor de sunet produse de miezul transformatorului și frecvențele de rezonanță ale părților rezervorului, care pot amplifica zgomotul radiat către mediu.

Versiuni

Designul rezervorului permite extinderea uleiului în funcție de temperatură. Pe baza acestui fapt, rezervoarele de transformare sunt împărțite în funcție de designul lor:

Transformatoare cu un rezervor neted fără un expander (acest design este folosit pentru puteri de până la 10kVA), bornele sunt montate pe capac. Compensarea temperaturii expansiunii uleiului se realizează datorită umplerii incomplete a rezervorului și creării unei perne de aer în partea superioară.
Transformatoare cu vas de expansiune (până la 63 kVA), bornele amplasate pe capac.
Transformatoarele cu vas de expansiune și radiatoare, bornele sunt amplasate pe capac. În vechile modele, radiatoarele erau realizate sub formă de țevi îndoite sudate pe rezervor - așa-numitele. „rezervor tubular”.
Transformatoare cu vas de expansiune, radiatoare și prize pe pereții rezervorului pe flanșe speciale (montare cu flanșă). Acest tip de transformator are litera „F” în denumire și este destinat instalării directe într-o cameră de producție („versiunea magazin”).
Transformatoare cu radiatoare, fara expandor, montaj pe flansa. Compensarea expansiunii termice a uleiului se realizează prin crearea unei perne de gaz în partea superioară a unui gaz inert - azot (pentru a împiedica aerul să oxideze uleiul). Astfel de transformatoare aparțin, de asemenea, tipului de magazin și au litera „З” în denumirea - versiunea protejată. Eliberarea de urgență a presiunii se face prin supapa specială.
Transformatoare fara expandor, fara calorifere cu rezervor ondulat. Cel mai modern design. Compensarea schimbărilor de temperatură a volumului de ulei are loc cu ajutorul unui design special al rezervorului cu pereți ondulați din oțel subțire (rezervor ondulat). Expansiunea uleiului este însoțită de extinderea ondulațiilor rezervorului. Eliberarea de urgență a presiunii uleiului (de exemplu, în caz de deteriorare internă) este efectuată de o supapă specială. Astfel de transformatoare au litera „G” în denumire - design ermetic.

Tipuri de transformatoare

Vezi și secțiunea: Alte aplicații pentru transformatoare .

Transformator de putere

Transformator de curent alternativ - un transformator conceput pentru a converti energia electrică în rețelele electrice și în instalații destinate să primească și să utilizeze energie electrică. Cuvântul „putere” reflectă munca acestui tip de transformatoare cu puteri mari [18] . Necesitatea folosirii transformatoarelor de putere se datorează tensiunilor diferite de funcționare ale liniilor electrice (35-750 kV), rețelelor de energie urbană (de obicei 6,10 kV), tensiunii furnizate consumatorilor finali (0,4 kV, acestea fiind tot 380/220 V) și tensiunea necesară pentru funcționarea mașinilor electrice și a aparatelor electrice (cele mai diverse de la unități de volți la sute de kilovolți).

Transformatorul de putere AC este utilizat pentru conversia tensiunii directe în circuitele AC. Termenul „putere” arată diferența dintre astfel de transformatoare de la transformatoarele de măsurare și cele speciale.

Autotransformator

Un autotransformator este o variantă a unui transformator în care înfășurările primare și secundare sunt conectate direct, și datorită acestui fapt au nu numai o conexiune electromagnetică, ci și una electrică. Înfășurarea autotransformatorului are mai multe fire (cel puțin 3), la care se conectează, puteți obține tensiuni diferite. Avantajul unui autotransformator este o eficiență mai mare, deoarece doar o fracțiune din putere este convertită - acest lucru este deosebit de important atunci când tensiunile de intrare și de ieșire diferă ușor.

Dezavantajul este lipsa izolației electrice (izolare galvanică) între circuitele primar și secundar. Utilizarea autotransformatoarelor este justificată din punct de vedere economic în locul transformatoarelor convenționale pentru conectarea rețelelor efectiv împământate cu o tensiune de 110 kV și mai mare, cu un raport de transformare de cel mult 3-4. Un avantaj semnificativ este consumul mai mic de oțel pentru miez, cupru pentru înfășurări, greutate și dimensiuni mai mici și, ca urmare, costuri mai mici.

Transformator de curent

Un transformator de curent este un transformator a cărui înfășurare primară este alimentată de o sursă de curent . O aplicație tipică este reducerea curentului înfășurării primare la o valoare convenabilă utilizată în circuitele de măsurare, protecție, control și semnalizare, în plus, transformatorul de curent asigură izolarea galvanică (spre deosebire de circuitele de măsurare a curentului în șunt). De obicei, valoarea nominală a curentului de înfășurare secundară a transformatoarelor comune este de 1 A sau 5 A. Înfășurarea primară a transformatorului de curent este conectată în serie la circuitul de sarcină, curentul alternativ în care trebuie controlat, iar instrumentele de măsură sau de acționare . și dispozitivele indicatoare, de exemplu, releele sunt incluse în înfășurarea secundară .

Înfășurarea secundară a transformatorului de curent trebuie să funcționeze într-un mod apropiat de modul de scurtcircuit. În cazul unei întreruperi accidentale sau deliberate a circuitului de înfășurare secundară, este indusă o tensiune foarte mare asupra acestuia, care poate provoca defectarea izolației și deteriorarea dispozitivelor conectate.

Când înfășurarea secundară este în modul de scurtcircuit, raportul curenților înfășurării este aproape (ideal egal cu) raportul de transformare .

Transformator de tensiune

Transformator de tensiune - un transformator alimentat de o sursă de tensiune . O aplicație tipică este conversia de înaltă tensiune în joasă tensiune în circuite, în circuitele de măsurare și în circuitele RPA . Utilizarea unui transformator de tensiune face posibilă izolarea logicii de protecție și a circuitelor de măsurare de circuitul de înaltă tensiune.

Transformator de impulsuri

Un transformator de impulsuri este un transformator conceput pentru a converti semnale de impuls cu o durată de impuls de până la zeci de microsecunde cu o distorsiune minimă a formei impulsului [19] . Aplicația principală este în transmiterea unui impuls electric dreptunghiular (marginea abruptă și tăietura maximă, amplitudine relativ constantă). Servește la transformarea impulsurilor video de tensiune pe termen scurt, care sunt de obicei repetate periodic cu un ciclu de lucru ridicat . În cele mai multe cazuri, principala cerință pentru IT este transferul nedistorsionat al formei impulsurilor de tensiune transformate; când la intrarea IT se aplică o tensiune de o formă sau alta, la ieșire este de dorit să se obțină un impuls de tensiune de aceeași formă, dar, poate, de o amplitudine diferită sau o polaritate diferită.

Transformator de sudare

Transformator de sudură - un transformator conceput pentru diferite tipuri de sudare.

Transformatorul de sudură transformă tensiunea rețelei (220 sau 380 V) în tensiune joasă, iar curentul de la scăzut la mare, până la mii de amperi.

Curentul de sudare este reglat prin modificarea valorii fie a reactanței inductive, fie a tensiunii secundare de circuit deschis a transformatorului, care se realizează prin secţionarea numărului de spire ale înfășurării primare sau secundare. Aceasta oferă o reglementare curentă treptat.

Transformator de izolare

Un transformator de izolare este un transformator a cărui înfășurare primară nu este conectată electric la înfășurările secundare. Transformatoarele de izolare a puterii sunt concepute pentru a îmbunătăți siguranța rețelelor electrice, cu contact accidental simultan cu pământul și părțile sub tensiune sau părțile nesub tensiune care pot fi sub tensiune în caz de deteriorare a izolației [20] . Transformatoarele de izolare a semnalului asigură izolarea galvanică a circuitelor electrice.

Transformator potrivit

Transformator de potrivire - un transformator folosit pentru a potrivi rezistența diferitelor părți (cascade) ale circuitelor electronice cu o distorsiune minimă a formei de undă. În același timp, un transformator de potrivire asigură crearea unei izolații galvanice între secțiunile circuitului.

Peak transformator

Transformator de vârf - un transformator care transformă o tensiune sinusoidală într-o tensiune pulsată, cu polaritatea schimbându-se la fiecare jumătate de ciclu.

Dual Choke

Choke dual (filtru contra inductiv) - din punct de vedere structural, este un transformator cu două înfășurări identice. Datorită inducției reciproce a bobinelor, este mai eficient decât un șoc convențional pentru aceleași dimensiuni. Choke-urile duble sunt utilizate pe scară largă ca filtre de intrare pentru sursa de alimentare; în filtrele de semnal diferenţial ale liniilor digitale, precum şi în tehnologia audio.

Transfluxor

Un transfluxor este un tip de transformator folosit pentru a stoca informații [21] [22] . Principala diferență față de un transformator convențional este cantitatea mare de magnetizare reziduală a circuitului magnetic. Cu alte cuvinte, transfluxorii pot acționa ca elemente de memorie. În plus, transfluxorii erau adesea echipați cu înfășurări suplimentare care asigurau magnetizarea inițială și le stabileau modurile de funcționare. Această caracteristică a făcut posibilă (în combinație cu alte elemente) construirea de circuite de generatoare controlate, elemente de comparație și neuroni artificiali pe transfluxori.

Transformator rotativ

Este folosit pentru a transmite un semnal către obiecte care se rotesc, de exemplu, către tamburul unui bloc de cap magnetic în aparatele video [23] . Este alcătuit din două jumătăți ale circuitului magnetic, fiecare cu propria înfășurare, dintre care una se rotește față de cealaltă cu un spațiu minim. Permite realizarea unor viteze mari de rotație, la care metoda de contact de captare a semnalului este imposibilă.

Transformatoare de aer și ulei

Clasificarea transformatoarelor, printre alți parametri, se realizează în funcție de mediul de lucru în care se află înfășurările cuplate inductiv.

Transformatoarele de aer tind să funcționeze la o putere mai mică decât transformatoarele de ulei deoarece circulația uleiului asigură o răcire mai bună a înfășurărilor. Transformatoarele de impulsuri și de înaltă tensiune, dimpotrivă, sunt de obicei fabricate din aer, deoarece pentru primele, constanta dielectrică scăzută a aerului asigură o transmitere mai bună a formei impulsului, iar pentru cele din urmă, îmbătrânirea uleiului și o creștere bruscă a probabilitatea defecțiunii electrice pare a fi factorul limitativ.

Din punct de vedere structural, pentru a reduce pierderile, transformatoarele de ulei au de obicei un circuit magnetic închis, în timp ce transformatoarele de aer de putere mică (de exemplu, utilizate în dispozitivele electronice pentru izolarea electrică a unui circuit de altul sau pentru potrivirea puterii) pot fi proiectate structural ca înfășurări coaxiale amplasate. pe un miez feromagnetic.

Transformator trifazat

Este un dispozitiv pentru transformarea energiei electrice într-un circuit trifazat. Din punct de vedere structural, este format din trei tije ale circuitului magnetic conectate prin jugurile superioare și inferioare. Pe fiecare tijă sunt puse înfășurări de înaltă și joasă tensiune ale fiecărei faze.

Desemnarea pe diagrame

În diagrame, transformatorul este desemnat așa cum se arată în figură.

În cazul general, miezul transformatorului este reprezentat schematic printr-o linie având aceeași grosime ca și liniile de semicercuri din înfășurările sale. Dacă este necesar să se sublinieze caracteristicile materiale sau structurale ale miezului pe diagramă, atunci denumirile sale pot diferi oarecum. Deci, miezul de ferită este indicat printr-o linie aldine. Un miez cu un spațiu magnetic - o linie subțire care are un spațiu în mijloc. O linie subțire punctată este folosită pentru a indica miezul magnetodielectric. Dacă se folosește un miez nemagnetic, de exemplu, cupru, atunci lângă o linie continuă subțire, denumirea materialului miezului este scrisă sub forma unui simbol al unui element chimic: „Cu”.

La desemnarea unui transformator cu un punct gros lângă ieșire, se pot indica începuturile bobinelor (cel puțin pe două bobine, semnele EMF instantanee pe aceste ieșiri sunt aceleași). Se utilizează la desemnarea transformatoarelor intermediare în trepte de amplificare (conversie) pentru a sublinia sin- sau antifazat, precum și în cazul mai multor înfășurări (primare sau secundare), dacă este necesară respectarea „polarității” conexiunii lor pentru funcţionarea corectă a restului circuitului sau a transformatorului propriu-zis [24] . Dacă începuturile înfășurărilor nu sunt indicate în mod explicit, atunci se presupune că toate sunt îndreptate în aceeași direcție (după sfârșitul unei înfășurări, începutul următoarei).

În circuitele transformatoarelor trifazate, „înfășurările” sunt situate perpendicular pe „miez” (în formă de W, înfășurările secundare sunt opuse celor primare corespunzătoare), începuturile tuturor înfășurărilor sunt îndreptate spre „miez”.

Aplicație

Cel mai adesea, transformatoarele sunt utilizate în rețelele electrice și în sursele de alimentare pentru diferite dispozitive.

Deoarece pierderile de încălzire ale firului sunt proporționale cu pătratul curentului care trece prin fir , este avantajos să se utilizeze tensiuni foarte mari și curenți mici atunci când se transmite energie electrică pe distanțe lungi. Din motive de siguranță și pentru a reduce masa izolației în viața de zi cu zi, este de dorit să folosiți tensiuni nu atât de înalte. Prin urmare, pentru cel mai profitabil transport al energiei electrice în rețeaua electrică, transformatoarele de putere sunt utilizate în mod repetat : în primul rând, pentru a crește tensiunea generatoarelor la centralele electrice înainte de a transporta energie electrică și apoi pentru a reduce tensiunea liniei electrice la un nivel acceptabil pentru consumatori.

Deoarece există trei faze în rețeaua electrică, transformatoarele trifazate sunt utilizate pentru a converti tensiunea sau un grup de trei transformatoare monofazate conectate într-un circuit stea sau triunghi. Un transformator trifazat are un miez comun pentru toate cele trei faze.

În ciuda eficienței ridicate a transformatorului (pentru transformatoare de putere mari - peste 99%), transformatoarele de rețea electrică foarte puternice eliberează multă putere sub formă de căldură (de exemplu, pentru o unitate tipică de centrală electrică de 1 GW, putere de până la pe transformator pot fi eliberați câțiva megawați). Prin urmare, transformatoarele rețelei electrice folosesc un sistem special de răcire: transformatorul este plasat într-un rezervor umplut cu ulei de transformator sau un lichid special neinflamabil. Uleiul circulă prin convecție sau prin forță între rezervor și radiatorul puternic . Uneori uleiul este răcit cu apă. Transformatoarele „uscate” sunt folosite la o putere relativ scăzută.

Aplicații în surse de alimentare

Este necesară o mare varietate de tensiuni pentru alimentarea diferitelor componente ale aparatelor electrice. Sursele de alimentare din dispozitivele care au nevoie de mai multe tensiuni de diferite dimensiuni conțin transformatoare cu mai multe înfășurări secundare sau conțin transformatoare suplimentare în circuit. De exemplu, pe un televizor , cu ajutorul transformatoarelor, se obțin tensiuni de la 5 volți (pentru alimentarea microcircuitelor și tranzistoarelor) la câțiva kilovolți (pentru alimentarea anodului cinescopului printr- un multiplicator de tensiune ).

În trecut, transformatoarele care funcționau la frecvența rețelei, adică 50-60 Hz, erau utilizate în principal.

În circuitele de alimentare ale ingineriei radio moderne și ale dispozitivelor electronice (de exemplu, în sursele de alimentare pentru computerele personale ), transformatoarele de impulsuri de înaltă frecvență sunt utilizate pe scară largă. La comutarea surselor de alimentare, tensiunea de rețea alternativă este mai întâi redresată și apoi convertită folosind un invertor în impulsuri de înaltă frecvență. Sistemul de control care utilizează modularea lățimii impulsului ( PWM ) vă permite să stabilizați tensiunea. După aceea, impulsurile de înaltă frecvență sunt alimentate la un transformator de impulsuri, la ieșirea căruia, după rectificare și filtrare, se obține o tensiune constantă stabilă.

În trecut, transformatorul de rețea (la 50-60 Hz) era una dintre cele mai grele părți ale multor aparate. Faptul este că dimensiunile liniare ale transformatorului sunt determinate de puterea transmisă acestora și se dovedește că dimensiunea liniară a transformatorului de rețea este aproximativ proporțională cu puterea la puterea de 1/4. Dimensiunea transformatorului poate fi redusă prin creșterea frecvenței AC. Prin urmare, sursele de alimentare cu comutație moderne cu aceeași putere sunt mult mai ușoare.

Transformatoarele 50-60 Hz, în ciuda deficiențelor lor, continuă să fie utilizate în circuitele de alimentare, în cazurile în care este necesar să se asigure un nivel minim de interferență de înaltă frecvență, de exemplu, cu o reproducere a sunetului de înaltă calitate.

Alte aplicații ale transformatorului

Transformatoare de izolare ( izolație galvanică a transformatorului ). Firul neutru al rețelei electrice poate avea contact cu „pământul”, prin urmare, atunci când o persoană atinge firul de fază (precum și cazul dispozitivului cu izolație slabă) și un obiect împământat, corpul uman închide circuitul electric , ceea ce creează un risc de electrocutare. Dacă dispozitivul este conectat la rețea printr-un transformator, atingerea dispozitivului cu o mână este destul de sigură, deoarece circuitul secundar al transformatorului nu are contact cu pământul.
Transformatoare de impulsuri (IT). Aplicația principală este transmisia unui impuls electric dreptunghiular (marginea abruptă și decupajul maxim, amplitudine relativ constantă ). Servește la transformarea impulsurilor video de tensiune pe termen scurt, care sunt de obicei repetate periodic cu un ciclu de lucru ridicat. În cele mai multe cazuri, principala cerință pentru IT este transferul nedistorsionat al formei impulsurilor de tensiune transformate; când la intrarea IT se aplică o tensiune de o formă sau alta, la ieșire este de dorit să se obțină un impuls de tensiune de aceeași formă, dar, poate, de o amplitudine diferită sau o polaritate diferită.
Transformatoare de masura (transformatoare de curent , transformatoare de tensiune ). Sunt folosite pentru a măsura tensiuni și curenți alternativi foarte mari sau foarte mici în circuite.Protecția și automatizarea releelor .
Transformator de măsurare DC. De fapt, este un amplificator magnetic , care controlează un curent alternativ puternic cu un curent continuu de mică putere. Când utilizați un redresor, curentul de ieșire va fi constant și depinde de mărimea semnalului de intrare.
Transformatoare de masura si putere. Ele sunt utilizate pe scară largă în circuitele de curent alternativ de putere mică și medie (până la un megawatt), de exemplu, în generatoarele diesel . Un astfel de transformator este un transformator de măsurare a curentului cu o înfășurare primară conectată în serie cu sarcina generatorului. O tensiune alternativă este îndepărtată din înfășurarea secundară, care, după redresor, este alimentată în înfășurarea de polarizare a rotorului. (Dacă generatorul este trifazat, trebuie folosit și un transformator trifazat). Astfel, se realizează stabilizarea tensiunii de ieșire a generatorului - cu cât sarcina este mai mare, cu atât este mai puternic curentul de polarizare și invers.

Transformatoare potrivite . Din legile conversiei tensiunii și curentului pentru înfășurările primare și secundare , se poate observa că din partea circuitului înfășurării primare, orice rezistență din înfășurarea secundară pare de multe ori mai mare. Prin urmare, transformatoarele de potrivire sunt utilizate pentru a conecta o sarcină cu rezistență scăzută la cascade de dispozitive electronice care au o impedanță mare de intrare sau de ieșire . De exemplu, treapta de ieșire a unui amplificator de frecvență audio poate avea o impedanță de ieșire mare , mai ales dacă este asamblată pe lămpi , în timp ce difuzoarele au impedanță foarte scăzută. Transformatoarele de potrivire sunt, de asemenea, extrem de utile pe liniile de înaltă frecvență , unde diferențele de impedanță de linie și de sarcină ar duce la reflexii ale semnalului la capetele liniei și, prin urmare, pierderi mari. $\textstyle \left(I_{1}={\frac {{I_{2}}{W_{2}}}{W_{1}}}, U_{1}={\frac {{U_{ 2}}{W_{1}}}{W_{2}}}\right)$ $\textstyle \left({\frac {W_{1}}{W_{2}}}\right)^{2}$
Transformatoare inversoare de fază. Transformatorul transmite doar componenta variabilă a semnalului, prin urmare, chiar dacă toate tensiunile continue din circuit au același semn față de firul comun, semnalul de la ieșirea înfășurării secundare a transformatorului va conține atât pozitiv, cât și negativ. semi-unde, în plus, dacă centrul înfășurării secundare a transformatorului este conectat la firul comun , atunci tensiunea la cele două borne extreme ale acestei înfășurări va avea faza opusă . Înainte de apariția tranzistoarelor bipolare npn disponibile pe scară largă, transformatoarele cu inversare de fază au fost utilizate în etapele de ieșire push-pull ale amplificatoarelor pentru a furniza semnale de polaritate opusă bazelor celor două tranzistoare din cascadă. În plus, din cauza lipsei „tuburilor cu sarcina de electroni opusă”, este nevoie de un transformator cu inversare de fază în amplificatoarele cu tuburi cu o etapă de ieșire push-pull.

Exploatarea

Durată de viață

Durata de viață a unui transformator poate fi împărțită în două categorii:

Durata de viață economică - Durata de viață economică se termină atunci când costul capitalizat al funcționării continue a unui transformator existent depășește costul capitalizat al veniturilor din exploatarea acelui transformator. Sau viața economică a unui transformator (ca activ) se termină atunci când costurile unitare pentru transformarea energiei cu ajutorul acestuia devin mai mari decât costul unitar al serviciilor similare de pe piața de transformare a energiei.
Durata de viata tehnica

Lucrând în paralel

Funcționarea în paralel a transformatoarelor este necesară dintr-un motiv foarte simplu. La sarcină mică, un transformator puternic are pierderi mari fără sarcină, așa că în locul lui sunt conectate mai multe transformatoare mai mici, care sunt oprite dacă nu sunt necesare.

Când conectați două sau mai multe transformatoare în paralel, este necesar următorul [25] :

Doar transformatoarele cu aceeași eroare unghiulară între tensiunile primare și secundare pot funcționa în paralel.
Polii cu aceeași polaritate pe părțile de înaltă și joasă tensiune trebuie conectați în paralel [26] .
Transformatoarele ar trebui să aibă aproximativ același raport de tensiune.
Tensiunea impedanței de scurtcircuit trebuie să fie aceeași în ±10%.
Raportul de putere al transformatoarelor nu trebuie să devieze mai mult de 1:3.
Comutatoarele pentru numărul de spire ar trebui să fie în poziții care să ofere câștigul de tensiune cât mai aproape posibil.

Cu alte cuvinte, aceasta înseamnă că ar trebui folosite cele mai asemănătoare transformatoare. Modelele identice de transformatoare sunt cea mai bună opțiune. Sunt posibile abateri de la cerințele de mai sus cu ajutorul cunoștințelor relevante.

Frecvență

Pentru aceleași tensiuni primare, un transformator proiectat pentru 50 Hz poate fi utilizat la 60 Hz, dar nu invers. În acest caz, trebuie luat în considerare faptul că poate fi necesară înlocuirea echipamentului electric atașat. La o frecvență mai mică decât cea nominală, inducția în circuitul magnetic crește, ceea ce poate duce la saturarea acestuia și, ca urmare, la o creștere bruscă a curentului în gol și la modificarea formei acestuia. La o frecvență mai mare decât valoarea nominală, mărimea curenților paraziți din circuitul magnetic crește, încălzirea crescută a circuitului magnetic și a înfășurărilor, ducând la îmbătrânirea accelerată și distrugerea izolației.

Reglarea tensiunii transformatorului

În funcție de sarcina rețelei electrice, tensiunea acesteia se modifică . Pentru funcționarea normală a receptoarelor electrice de consum, este necesar ca tensiunea să nu se abate de la nivelul specificat mai mult decât limitele admise și, prin urmare, sunt utilizate diferite metode de reglare a tensiunii în rețea [27] .

Izolație transformator

Izolația transformatorului în timpul funcționării își pierde rezistența sub influența temperaturii. În timpul reparațiilor curente, este necesar să se controleze starea izolației părții active și a uleiului de transformator conform standardelor de testare a echipamentelor electrice. Caracteristicile izolației transformatorului sunt trecute în pașaportul transformatorului [28] .

Depanare

Tip de defecțiune	Cauză
Supraîncălzi	Supraîncărcare
Supraîncălzi	Nivel scăzut al uleiului
Supraîncălzi	închidere
Supraîncălzi	Răcire insuficientă
Dărâma	Supraîncărcare
Dărâma	Contaminarea cu ulei
Dărâma	Nivel scăzut al uleiului
Dărâma	Întoarceți îmbătrânirea izolației
faleza	Calitate slabă a lipirii
faleza	Deformari electromecanice puternice in timpul unui scurtcircuit
Zumzet crescut	Slăbirea sertării circuitului magnetic laminat
Zumzet crescut	Supraîncărcare
Zumzet crescut	Sarcina dezechilibrata
Zumzet crescut	Scurtcircuit în înfășurare
Apariția aerului în releul de gaz (cu filtru termosifon)	Filtrul termosifonului este astupat, aerul intră în releul de gaz prin dop

Transformator de supratensiune

În timpul utilizării, transformatoarele pot fi supuse unor tensiuni care depășesc parametrii lor de funcționare. Aceste creșteri sunt clasificate în funcție de durata lor în două grupe:

Supratensiunea de scurtă durată este o tensiune de frecvență a puterii cu o durată relativă cuprinsă între mai puțin de 1 secundă și câteva ore.
Supratensiune tranzitorie - supratensiune tranzitorie variind de la nanosecunde la câteva milisecunde. Timpul de creștere poate varia de la câteva nanosecunde la câteva milisecunde. Supratensiunea tranzitorie poate fi oscilatoare și neoscilatoare. De obicei au acțiune unidirecțională.

Transformatorul poate fi de asemenea supus unei combinații de supratensiuni tranzitorii și tranzitorii. Supratensiunile tranzitorii pot urma imediat supratensiunile tranzitorii.

Supratensiunile sunt clasificate în două grupe principale, caracterizându-le originea:

Supratensiuni cauzate de influențele atmosferice . Cel mai adesea, supratensiunile tranzitorii apar din cauza fulgerelor în apropierea liniilor de transmisie de înaltă tensiune conectate la un transformator, dar uneori un impuls de fulger poate lovi un transformator sau chiar linia de transmisie. Valoarea tensiunii de vârf depinde de curentul de impuls al fulgerului și este o variabilă statistică. Au fost înregistrați curenți de impuls de fulger de peste 100 kA. În conformitate cu măsurătorile efectuate pe liniile electrice de înaltă tensiune, în 50% din cazuri, valoarea de vârf a curenților de impuls de fulger este în intervalul de la 10 la 20 kA. Distanța dintre transformator și punctul de impact al impulsului fulgerului afectează timpul de creștere al impulsului care lovește transformatorul, cu cât distanța până la transformator este mai mică, cu atât timpul este mai scurt.
Supratensiune generată în interiorul sistemului de alimentare . Această grupă acoperă atât supratensiunile de scurtă durată, cât și supratensiunile tranzitorii rezultate din modificările condițiilor de funcționare și întreținere ale sistemului de alimentare. Aceste modificări pot fi cauzate de o încălcare a procesului de comutare sau de o defecțiune. Supratensiunile temporare sunt cauzate de defecțiuni la pământ, decăderea sarcinii sau fenomene de rezonanță de joasă frecvență. Supratensiunile tranzitorii apar atunci când sistemul este frecvent deconectat de la sau conectat la acesta. Ele pot apărea și atunci când izolația exterioară se aprinde. La comutarea unei sarcini reactive, tensiunea tranzitorie poate crește de până la 6-7 ori din cauza numeroaselor întreruperi ale curentului tranzitoriu în întrerupătorul de circuit cu un timp de creștere a impulsului de până la câteva fracțiuni de microsecunde.

Capacitatea unui transformator de a rezista la supratensiuni

Transformatoarele trebuie să treacă anumite teste de rezistență dielectrică înainte de a părăsi fabrica. Trecerea acestor teste indică probabilitatea de funcționare neîntreruptă a transformatorului.

Testele sunt descrise în standardele internaționale și naționale . Transformatoarele testate confirmă fiabilitatea operațională ridicată.

O condiție suplimentară pentru un grad ridicat de fiabilitate este asigurarea unor limite acceptabile de supratensiune, deoarece transformatorul în timpul funcționării poate fi supus la supratensiuni mai grave în comparație cu condițiile de testare.

Este necesar să se sublinieze importanța extremă a planificării și contabilizării tuturor tipurilor de supratensiuni care pot apărea în sistemul de alimentare. Pentru îndeplinirea normală a acestei condiții, este necesar să înțelegem originea diferitelor tipuri de supratensiuni. Mărimea diferitelor tipuri de supratensiuni este o variabilă statistică. Capacitatea izolației de a rezista la supratensiuni este, de asemenea, o variabilă statistică.

Vezi și

Note

↑ 1 2 GOST 16110-82. Transformatoare de putere. Termeni și definiții.
↑ Brevet de invenție 809451, URSS. 03/01/78.
↑ 1 2 3 Kharlamova T. E. Istoria științei și tehnologiei. Industria energetică . Manual.Sankt Petersburg: SZTU, 2006. 126 p.
↑ 1 2 Kislitsyn A.L. Transformers: Manual pentru cursul „Electromecanica” .- Ulyanovsk: UlGTU, 2001. - 76 cu ISBN 5-89146-202-8
↑ Brevetul francez nr. 115793 pe numele lui Jablochkoff din 30 noiembrie 1876 intitulat „Disposition de courants, destinée à l'éclairage par la lumière électrique”, o notă de subsol la acesta apare în următoarea ediție: Subject-Matter Index of Patents for Invenții (Brevets D 'Invention) Acordate în Franța între 1791 și 1876 inclusiv . - Washington, 1883. - S. 248.
↑ Ph.D. Savintsev Yu. M. Transformatoare de putere: principalele repere ale dezvoltării // 25.01.2010
↑ D. t. n., prof. Popov G. V. Transformator de putere: etape de evoluție pe transform.ru /2.08.2008/
↑ 1 2 Istoricul transformatorului Copie arhivată din 2 ianuarie 2009 pe Wayback Machine // energoportal.ru / disponibil la 08/02/2008 / (link inaccesibil din 22/05/2013 [3451 zile] - istoric , copie )
↑ Winders. Principii și aplicații ale transformatorului de putere . - P. 20-21.
↑ Tolmachev - prelegerea 8
↑ Numărul absolut de spire din înfășurările unui transformator nu poate fi ales în mod arbitrar, doar pe baza raportului de transformare necesar. Depinde de un parametru de proiectare important - numărul de spire pe 1 volt (sau reciprocul - EMF efectiv de o tură ), care, la rândul său, depinde de secțiunea transversală a miezului și, în cele din urmă, de puterea totală a transformatorul . (Consultați sursa de alimentare secundară #Dimensiunile transformatorului pentru detalii ). În plus, numărul de spire ale unui transformator real este corectat pentru a ține cont de pierderile de energie din miez și înfășurări.
↑ Flanagan, William M. Handbook of Transformer Design and Applications . - McGraw-Hill Education , 1993. - P. Cap. 1, p. 1-2. — ISBN 0070212910 .
↑ Kitaev V.E. Transformers. Liceu, M: 1974.
↑ 1 2 http://model.exponenta.ru/electro/0070.htm Copie de arhivă din 30 martie 2009 la Wayback Machine Dubovitsky G.P. Transformers
↑ ABB Transformer Handbook // ABB.com
↑ GOST 11677-85. TRANSFORMATORE DE PUTERE: Specificații generale
↑ Katsman M. M. Mașini și transformatoare electrice. Manual pentru școlile tehnice de specialități electricitate și energie. M., „Școala superioară”, 1971, 416 p.
↑ Totuși, un transformator folosit în sursele de alimentare chiar și cu putere minimă (câțiva wați) se mai numește și putere.
↑ Dicţionar Benzar
↑ GOST 30030-93 Transformatoare de izolare și transformatoare de izolare de siguranță. Specificații (IEC 742-83)
↑ Dispozitiv de stocare asociativ - articol din Marea Enciclopedie Sovietică (ediția a III-a)
↑ A nu se confunda cu „transfluctorul”, care acționează ca un filtru.
↑ Revista Radio, Nr. 2, 1989, p.40.
↑ De exemplu, pentru a însuma tensiunile mai multor înfășurări secundare, acestea ar trebui conectate în serie astfel încât capătul unei înfășurări să fie conectat la începutul celuilalt. (Dimpotrivă, dacă conectați capătul unei înfășurări la capătul celuilalt, atunci la concluziile extreme va exista o diferență în tensiunile lor, care este, de asemenea, uneori necesară). Și să însumăm curentul mai multor înfășurări (identice în numărul de spire și grosimea firului!), Trebuie să le conectați în paralel exact așa: conectați toate începuturile la un moment dat și toate capetele în celălalt.
↑ IEC 60076-8. Transformatoare de putere - Ghid de aplicare, articolul 6, paginile 81-91.
↑ Adică toate începuturile trebuie conectate într-un punct, iar în alt punct toate capetele înfășurărilor primare, la fel și pentru secundar.
↑ Rozhkova L. D., Kozulin V. S. Echipamente electrice ale stațiilor și substațiilor: Manual pentru școlile tehnice. - Ed. a 3-a, revizuită. si suplimentare — M.: Energoatomizdat, 1987. — 648 p.: ill. BBK 31.277.1 R63
↑ Fedorov A. A., Popov Yu. P. Exploatarea echipamentelor electrice ale întreprinderilor industriale. - M .: Energoatomizdat, 1986. - Tiraj 35.000 exemplare. - Cu. 229

Literatură

Sapozhnikov A. V. Proiectarea transformatoarelor. M.: Gosenergoizdat . 1959.
Piotrovsky L. M. Mașini electrice, L., „ Energie ”, 1972.
Woldek A. I. Mașini electrice, L., „Energie”, 1974
Tihomirov P. M. . Calculul transformatoarelor. Manual pentru universități. M.: Energie, 1976. - 544 p.
Calcule electromagnetice ale transformatoarelor și reactoarelor. - M .: Energie, 1981-392 p.
Mașini electrice: Transformatoare: Manual pentru specialitățile electromecanice ale universităților / B. N. Sergeenkov, V. M. Kiselev, N. A. Akimova; Ed. I. P. Kopylova . - M .: Mai sus. şcoală, 1989—352 p. ISBN 5-06-000450-3
Transformatoare de putere. Carte de referință / Ed. S. D. Lizunova, A. K. Lokhanina . M .: Energoizdat 2004. - 616 cu ISBN 5-98073-004-4
Atabekov G. I. Fundamentele teoriei lanțurilor, Lan, Sankt Petersburg, - M., - Krasnodar, 2006.
Kotenev SV, Evseev AN Calculul și optimizarea transformatoarelor toroidale. - M . : Hot line - Telecom, 2011. - 287 p. - 1000 de exemplare. - ISBN 978-5-9912-0186-5 .
Evseev A. N. Calculul și optimizarea transformatoarelor toroidale și bobinelor. - Ed. a II-a, revizuită. si suplimentare - M . : Hot line - Telecom, 2017. - 368 p. - 500 de exemplare. - ISBN 978-5-9912-0618-1 .
V. G. Gerasimov, E. V. Kuznetsov, O. V. Nikolaeva. Electrice și Electronice. Carte. 1. Circuite electrice și magnetice. - M. : Energoatomizdat, 1996. - 288 p. — ISBN 5-283-05005-X .

Reguli

GOST 7746-2001. Transformatoare de curent. Specificații generale . Agenția Federală pentru Reglementare Tehnică și Metrologie (1 ianuarie 2003). Data accesului: 25 februarie 2009. Arhivat din original la 23 august 2011. (nedefinit)
GOST 18685-73. Transformatoare de curent și tensiune. Termeni și definiții . Agenția Federală pentru Reglementare Tehnică și Metrologie (1 iulie 1974). Data accesului: 25 februarie 2009. Arhivat din original la 23 august 2011. (nedefinit)
GOST 1983-2001. Transformatoare de tensiune. Specificații generale . Agenția Federală pentru Reglementare Tehnică și Metrologie (1 ianuarie 2003). Data accesului: 25 februarie 2009. Arhivat din original la 23 august 2011. (nedefinit)
GOST 8.216-88. Sistem de stat pentru asigurarea uniformității măsurătorilor. Transformatoare de tensiune. Metoda de verificare . Agenția Federală pentru Reglementare Tehnică și Metrologie (1 ianuarie 1989). Data accesului: 25 februarie 2009. Arhivat din original la 23 august 2011. (nedefinit)
GOST 8.217-2003. Sistem de stat pentru asigurarea uniformității măsurătorilor. Transformatoare de curent. metoda de verificare. . Agenția Federală pentru Reglementare Tehnică și Metrologie (1 aprilie 2004). Data accesului: 25 februarie 2009. Arhivat din original la 23 august 2011. (nedefinit)

Link -uri

Transformator electric // Topsel - Uzhenye. - M . : Enciclopedia Sovietică, 1956. - S. 151-155. - ( Marea Enciclopedie Sovietică : [în 51 de volume] / redactor -șef B. A. Vvedensky ; 1949-1958, v. 43).
Definiții de bază și principiul de funcționare a unui transformator
Clasificarea transformatoarelor // radiolamp.ru
Dubovitsky G.P. Transformers
Transformatoare. Director.
Descifrarea desemnării simbolice alfanumerice a transformatoarelor și autotransformatoarelor

Dicționare și enciclopedii

În cataloagele bibliografice
BNF : 11933696q GND : 4130713-6 J9U : 987007538472905171 LCCN : sh85042014 NDL : 00563086 NKC : ph126713

Tipuri de transformatoare
Transformator de putere autotransformator Transreactor Transformator de curent transformator de tensiune transformator de impulsuri Transformator de izolare transformator de vârf

Componente electronice
Pasiv	Rezistor Rezistor variabil Rezistor trimmer Varistor fotorezistor Condensator condensator variabil Condensator de tuns Varikond Inductor Transformator Rezonator cu cuarț Siguranță Siguranță resetabilă memristor bareter
Stare solidă activă	Dioda Dioda electro luminiscenta Fotodiodă dioda laser Dioda Schottky diodă Zener Stabistor Varicap Magnetodioda Pod de diode Dioda Gunn dioda tunel Diodă de avalanșă Diodă de avalanșă tranzistor tranzistor bipolar Tranzistor cu efect de câmp tranzistor CMOS tranzistor unijunction Fototranzistor Tranzistor compozit tranzistor balistic Circuit integrat Circuit integrat digital Circuit integrat analogic Circuit integrat analog-digital circuit integrat hibrid tiristor Triac Dinistor fototiristor Optocupler ( optocupler cu rezistență ) Senzor Hall
Vacuum activ și descărcare de gaz	Lămpi cu vid Dioda electrovacuum ( Kenotron ) Triodă tetrodă tetroda fasciculului Pentodă hexod Heptod ( Pentagrid ) Octod Nonod mechatron Lămpi cu descărcare diodă Zener Thyratron Ignitron Krytron Trigatron Decatron Magnetron Clistron Amplitron ( Platinotron ) Lampă cu val de călătorie Lampă cu undă inversă Tub catodic
Dispozitive de afișare	Tub catodic Ecran LCD Dioda electro luminiscenta Indicator de descărcare Indicator fluorescent în vid Tabloul de bord Blinker Indicator cu șapte segmente Indicator de matrice Cinescop
Acustic	Microfon Difuzor Tensometru Emițător piezoceramic Buzzer capsulă telefonică
Termoelectric	Termistor Termocuplu Elementul Peltier