Mi az a transzformátor és hogyan működik?

Néhány korábbi cikkünkben tárgyaltunk a transzformátor alapjairól és annak különféle típusairól. Az egyik fontos és általánosan használt transzformátor a Transzformátor. Nagyon széles körben használják az elektromos áramtermelő állomás és az elosztó állomás (vagy alállomás) feszültségének fokozására és csökkentésére.

Vegyük például a fent bemutatott blokkdiagramot. Itt a transzformátort kétszer használják, miközben elektromos energiát szállítanak egy fogyasztóhoz, aki messze van az erőműtől.

• Először az erőműben van a szélgenerátor által generált feszültség fokozása.
• A második az elosztó állomáson (vagy alállomáson) van, hogy csökkentse a távvezeték végén kapott feszültséget.

Áramellátás-veszteség a távvezetékekben

Számos oka van annak, hogy egy transzformátort elektromos rendszerekben alkalmazzanak. De a transzformátor használatának egyik legfontosabb és legegyszerűbb oka az elektromos áramátvitel során bekövetkező energiaveszteség csökkentése.

Most nézzük meg, hogyan csökken az energiaveszteség jelentősen egy transzformátor használatával:

Először a P = I * I * R teljesítményveszteség egyenlete.

Itt I = áram a vezetőn keresztül és R = vezető ellenállása.

Tehát, az áramveszteség egyenesen arányos a vezetőn vagy a távvezetéken átfolyó áram négyzetével. Tehát csökkentse a vezetőn átmenő áram nagyságát, így kisebb az energiaveszteség.

Az alábbiakban ismertetjük, hogyan fogjuk kihasználni ezt az elméletet:

• Mondja el, hogy a kezdeti feszültség = 100 V, és a terhelés lehúzza = 5A, és a leadott teljesítmény = 500 watt. Ekkor az átviteli vezetékeknek 5A nagyságú áramot kell szállítaniuk a forrástól a terhelésig. De ha a kezdeti szakaszban 1000 V-ra növeljük a feszültséget, akkor a távvezetékeknek csak 0,5 A-t kell szállítaniuk ahhoz, hogy ugyanazt az 500 W-os teljesítményt leadják.
• Tehát az erőátviteli transzformátor segítségével fokozzuk a feszültséget a távvezeték kezdetén, és egy másik transzformátort használunk a távvezeték végén lévő feszültség csökkentésére.
• Ezzel a beállítással a 100 + kilométeres távvezetéken átáramló áram nagysága jelentősen csökken, csökkentve ezzel az átvitel során bekövetkező energiaveszteséget.

Különbség a transzformátor és az elosztó transzformátor között

• Az erőátalakítót általában teljes terheléssel működtetik, mert 100% -os terhelés mellett nagy hatékonyságúnak tervezték. Másrészt az elosztó transzformátor magas hatásfokkal rendelkezik, ha a terhelés 50% és 70% között marad. Tehát az elosztó transzformátorok nem alkalmasak 100% -os terhelés nélküli folyamatos üzemre.
• Mivel a teljesítménytranszformátor magas feszültséghez vezet a fel- és leszállás közben, a tekercsek nagy szigeteléssel rendelkeznek, összehasonlítva az elosztó transzformátorokkal és a műszer transzformátorokkal.
• Mivel magas szintű szigetelést alkalmaznak, nagyon terjedelmesek és nagyon nehézek is.
• Mivel a transzformátorok általában nincsenek közvetlenül csatlakoztatva a lakásokhoz, kisebb terhelési ingadozásokat tapasztalnak, másrészt az elosztó transzformátorok nagy terhelésingadozásokat tapasztalnak.
• Ezeket a nap 24 órájában teljesen terhelik, így a réz és a vas veszteségei egész nap bekövetkeznek, és nagyjából változatlanok maradnak egész idő alatt.
• Az áramváltóban a fluxus sűrűsége nagyobb, mint az elosztó transzformátoré.

Teljesítménytranszformátor működési elve

A transzformátor a „Faraday elektromágneses indukció törvényének” elvén működik. Az elektromágnesesség alaptörvénye magyarázza az induktorok, motorok, generátorok és elektromos transzformátorok működési elvét.

A törvény kimondja: " Amikor egy zárt vagy rövidzárlatos vezető változó mágneses mezőt hoz közel, akkor az áramáram ebben a zárt hurkban keletkezik" .

A törvény jobb megértése érdekében beszéljük meg részletesebben. Először vegyük figyelembe az alábbi forgatókönyvet.

Vegyünk egy állandó mágnest, és először egy vezető kerül egymáshoz.

• Ezután a vezető mindkét végén rövidzárlatot képez az ábrán látható huzal segítségével.
• Ebben az esetben a vezetőben vagy a hurokban nem lesz áramáram, mert a hurkot elvágó mágneses tér álló helyzetű, és ahogy a törvény említi, csak változó vagy változó mágneses tér képes erő áramot kényszeríteni a hurokba.
• Tehát az álló mágneses tér első esetben nulla áramlás lesz a vezető hurokban.

akkor a hurkot elvágó mágneses mező folyamatosan változik. Mivel ebben az esetben változó mágneses mező van jelen, Faraday törvényei játszanak szerepet, és ezáltal áramáramlást láthatunk a vezető hurokban.

Amint az ábrán látható, miután a mágnes előre-hátra mozog, meglátjuk a vezetőn és a zárt hurkon át áramló „I” áramot.

hogy más, az alábbihoz hasonló változó mágneses erőforrásokkal helyettesítse.

• Most váltakozó feszültségforrást és vezetőt használnak változó mágneses mező létrehozására.
• Miután a vezető hurok közel került a mágneses mező tartományához, akkor láthatjuk a vezetőn keletkező EMF-et. Ennek az indukált EMF-nek köszönhetően áram lesz az 'I' áram.
• Az indukált feszültség nagysága arányos a második hurok által tapasztalt térerővel, tehát minél nagyobb a mágneses térerősség, annál nagyobb az áramáram a zárt hurokban.

Bár Faraday törvényének megértése érdekében egyetlen karmestert is fel lehet használni. De a jobb gyakorlati teljesítmény érdekében mindkét oldalon tekercset kell használni.

Itt egy váltakozó áram áramlik az elsődleges tekercsen1, amely a vezetőtekercsek körül változó mágneses teret generál. És amikor a tekercs2 belép a tekercs1 által generált mágneses mező tartományába, akkor a tekercsen2 EMF feszültség keletkezik Faraday elektromágneses indukciós törvénye miatt. És ennek a tekercsben a feszültségnek köszönhetően egy I áram áramlik át a szekunder zárt áramkörön.

Most emlékeznie kell arra, hogy mindkét tekercs a levegőben szuszpendálódik, így a mágneses mező által használt vezetőképesség közege levegő. És a levegőnek nagyobb az ellenállása a fémekhez képest mágneses térvezetés esetén, tehát ha egy fém- vagy ferritmagot alkalmazunk az elektromágneses tér közegeként, akkor alaposabban átélhetjük az elektromágneses indukciót.

Tehát most cseréljük ki a levegő közeget a vas közegre a további megértés érdekében.

Amint az ábra mutatja, vas vagy ferritmag segítségével csökkenthetjük a mágneses fluxus veszteséget az egyik tekercsről a másikra tekercselés során. Ez idő alatt a légkörbe szivárgott mágneses fluxus lényegesen kisebb lesz, mint az az idő, amikor levegőközeget használtunk, mivel a mag nagyon jó vezetője a mágneses mezőnek.

Amint a mezőt az 1 tekercs előállítja, át fog áramlani a vasmagon, amely eléri a tekercset2, és napjainkban a törvényi tekercs miatt egy EMF keletkezik, amelyet a tekercsen keresztül összekapcsolt galvanométer leolvas.

Most, ha figyelmesen megfigyeli, ez a beállítás hasonló lesz az egyfázisú transzformátorhoz. És igen, minden ma jelen lévő transzformátor ugyanazon az elven működik.

Most nézzük meg a háromfázisú transzformátor egyszerűsített felépítését.

Háromfázisú transzformátor

• A transzformátor vázát laminált fémlemezek ragasztásával tervezték, amelyeket mágneses fluxus szállítására használnak. Az ábrán látható, hogy a csontváz szürkére van festve. A csontváznak három oszlopa van, amelyeken három fázisú tekercsek vannak feltekerve.
• Az alacsonyabb feszültségű tekercset először tekercseljük fel, és közelebb a maghoz, míg a magasabb feszültségű tekercset az alacsonyabb feszültségű tekercs tetejére tekerjük. Ne feledje, hogy mindkét tekercset szigetelési réteg választja el.
• Itt minden oszlop egy fázist képvisel, így három oszlop esetében háromfázisú tekercseléssel rendelkezünk.
• A csontváz és a tekercselés ezen teljes elrendezését ipari olajjal töltött, lezárt tartályba merítik a jobb hővezető képesség és szigetelés érdekében.
• A tekercselés után mind a hat tekercs végkapcsait HV szigetelőn keresztül hozták ki a lezárt tartályból.
• A kivezetések megfelelő távolságra vannak rögzítve egymástól, hogy elkerüljék a szikraugrásokat.

A transzformátor jellemzői

Névleges teljesítmény	3 MVA 200 MVA-ig
Elsődleges feszültségek jellemzően	11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 kV
Szekunder feszültségek jellemzően	3,3, 6,6, 11, 33, 66, 132 kV vagy egyedi specifikáció
Fázisok	Egy- vagy háromfázisú transzformátorok
Névleges frekvencia	50 vagy 60 Hz
Megcsapolás	Terhelés alatti vagy terhelés nélküli fokozatváltók
Hőmérséklet emelkedés	60 / 65C vagy egyedi specifikáció
Hűtés típusa	ONAN (olaj természetes természetes természetes) vagy más típusú hűtés, például KNAN (max. 33kV) kérésre
Radiátorok	Tartályba szerelt hűtő radiátor panelek
Vektor csoportok	Dyn11 vagy bármely más vektorcsoport az IEC 60076 szerint
Feszültségszabályozás	Terhelés alatti fokozatváltóval (alapkivitelben AVR relével)
HV és LV terminálok	Levegőkábeltípus (max. 33 kV) vagy nyitott perselyek
Telepítések	Beltéri vagy kültéri
Hangszint	Az ENATS 35 vagy a NEMA TR1 szerint

Az áramátadás alkalmazásai

• Az áramváltót elsősorban elektromos áramtermelésben és elosztóállomásokon használják.
• Izolációs transzformátorokban, földelő transzformátorokban, hat impulzusos és tizenkét impulzusos egyenirányító transzformátorban, napelemes paraszttranszformátorokban, szélerőmű-transzformátorokban és a Korndörfer autotranszformátor indítóban is használják.
• Az elektromos áramátvitel során bekövetkező energiaveszteség csökkentésére szolgál.
• Nagyfeszültségű fokozatos és nagyfeszültségű lelépéshez használják.
• Távolsági fogyasztói esetekben előnyös.
• És előnyös azokban az esetekben, amikor a terhelés 24x7 teljes kapacitással működik.