Transformer – dens arbejde, konstruktion, typer og anvendelser

transformatorer er elektriske enheder, der konverterer spændingen til en højere eller lavere værdi, mens den ideelt set holder strømmen konstant.

de er en integreret del af et elektrisk system, og deres anvendelse kan observeres på næsten alle områder inden for elektroteknik lige fra elektriske elsystemer til almindelige husholdningsapparater.

Hvorfor har vi brug for dem?

med udviklingen af VEKSELSTRØMSKILDER blev behovet for transformere også født. I de tidlige tider blev JÆVNSTRØMSTRANSMISSION udført i det resulterende i større tab og dårlig effektivitet. Med opfindelsen af transformeren løses dette problem, og VEKSELSTRØMSTRANSMISSION blev fremtrædende.

men ved at øge transmissionsspændingerne ved hjælp af en transformer blev dette problem løst. En stigning i spænding ledsages af et fald i strømmen for at holde strømmen konstant i en transformer.

og med effekttab, der er direkte proportional med kvadratet af strømmen, resulterer i et fald i strømmen med en faktor på 10, hvilket reducerer tabene med en faktor på 100. Uden transformatorer ville vi faktisk ikke have været i stand til at bruge elektrisk strøm, som vi bruger den nu.

derfor genererer vi elektricitet ved spændinger op til 11 til 25 kV og øger derefter disse spændinger til 132.220 eller 500 kV til transmission med minimale tab, og derefter nedtrapper vi senere spændingen til sikker bolig-og kommerciel brug.

konstruktion af en Transformer:

en transformer består hovedsageligt af en kerne, viklinger og en tank, men bøsninger, åndedrætsværn, radiatorer og konservatorer er også til stede i nogle transformere.

kerne: en transformerkerne er lavet af blødt jern eller siliciumstål, som giver en lav tilbageholdelsesvej (magnetfeltlinjer kan let passere gennem dem).

Transformerkerner lamineres for at reducere virvelstrømstab, lamineringerne er normalt 2,5 mm til 5 mm tykke og er isoleret fra hinanden og viklingerne ved hjælp af en belægning af ilt, fosfat eller lak. Kernen er konstrueret med lamineringerne i forskellige former såsom E, L, Jeg, C og U.

i transformatorer af skaltype omgiver eller dækker kernen viklingerne som en skal.

i kernetypetransformatorer vikles viklingerne rundt om kernens to lemmer eller rektangler.

viklinger:

en enfaset 2-viklingstransformator har generelt 2 viklinger, primære og sekundære viklinger, der er lavet af strandede kobber af høj kvalitet. Viklingerne er viklet rundt om kernen og har fuldstændig ingen elektrisk kontakt med hinanden.

de kan også kaldes henholdsvis højspændings-og Lavspændingsviklinger, hvor højspændingsviklingen har større isolering end lavspændingsviklingen.

arbejdsprincip:

det grundlæggende driftsprincip for en transformer er arbejdet med gensidig induktion mellem de primære og sekundære viklinger, der er forbundet med en fælles magnetisk strøm gennem transformerkernen. Kernen giver en vej med lav modvilje for den magnetiske strømning at passere igennem.

viklingen, der er forbundet med kilden, kan betragtes som en primær vikling, og den strøm, den bærer, kan anses for at have et eget magnetfelt.

dette magnetfelt er skabt på tværs af kernen og ændrer retninger på grund af vekselstrømme, og nu i henhold til Faradays lov om elektromagnetisk induktion:

“hastigheden for ændring af fluksforbindelse med hensyn til tid er direkte proportional med EMF induceret i en leder eller spole”

denne ændring i magnetfeltet inducerer en spænding på sekundærspolen, som er proportional med antallet af drejninger på viklingerne. Dette kan forstås yderligere ved følgende ligning:

E = n d-Larv /dt

hvor,

E = induceret EMF

N = antallet af drejninger

d-Larv = ændring i strøm

d-Larv = ændring i tid

når sekundærviklingen er forbundet til en belastning, kredsløbet vil blive afsluttet, og strømmen begynder at strømme gennem den.

Transformer drejer forholdet:

begge viklingerne på en transformer dvs. primær og sekundær har et bestemt antal omdrejninger. Forholdet mellem antallet af drejninger på den primære vikling og antallet af drejninger på sekundærviklingen er kendt som drejningsforholdet.

ideel Transformer:

en ideel transformer er en transformer, der giver en effekt, der er nøjagtigt lig med strømindgangen. Det betyder, at det ikke har nogen form for tab.

ideelle transformatorer findes ikke og bruges kun til at forenkle transformatorberegninger. Deres spændingsforhold kan modelleres af disse enkle ligninger:

hvordan en ideel Transformer er forskellig fra en rigtig Transformer?

i virkeligheden har vi transformere, der består af nogle effekttab; derfor er udgangseffekten aldrig lig med transformatorens indgangseffekt.

ægte transformatorer har en vis værdi af viklingsmodstand, lækstrøm og har også kobber-og kernetab, som vi diskuterede her.

Transformer Ækvivalent Kredsløb:

et ækvivalent kredsløb af en transformer er en forenklet repræsentation af en transformer bestående af modstande og reaktanser.

et tilsvarende kredsløb hjælper os med at udføre transformatorberegninger, da grundlæggende kredsløbsanalyse nu kan anvendes på en transformer.

læs vores seneste artikel for at lære mere om tilsvarende kredsløb.

effektivitet:

Transformatoreffektivitet er forholdet mellem transformatorens udgangseffekt og indgangseffekten.

det er givet af

eller

hvor

som udgangseffekten vil altid være mindre end indgangseffekten, transformatoreffektivitet vil altid ligge mellem 0-100%, mens en ideel transformer har en effektivitet på 100%.

for at beregne transformatoreffektiviteten fra et ækvivalent kredsløb tilføjer vi bare kobbertab og kernetab til effektivitetsligningen for at få følgende ligning:

spænding regulering:

det er også vigtigt at vide, at fordi en transformer har serieimpedanser i den, vil den også have spændingsfald over dem. Dette vil resultere i varierende udgangsspænding med den varierende belastning, selvom indgangsspændingen holdes konstant.

den mængde, der sammenligner udgangsspændingen uden belastning med udgangsspændingen ved fuld belastning, kaldes spændingsregulering.

det kan beregnes ud fra følgende ligning:

hvor

det skal bemærkes, at en ideel transformer vil have en spændingsregulering på 0%.

Transformatortyper og deres applikationer

Step-up transformer: disse transformatorer øger det lavere spændingsniveau på den primære side til en højere spændingsværdi på den sekundære side. I dette tilfælde har sekundærviklingen et større antal omdrejninger end den primære.

11 kV optrappes til 132 kV eller mere til transmission

Nedtrapningstransformator: Nedtrapningstransformatorer reducerer højspændingen ved den primære side til en lavere spændingsværdi på den sekundære side. I dette tilfælde har den primære vikling et større antal drejninger.

Nedtrapningstransformatorer bruges på gitterstationer til at reducere de høje transmissionsspændinger til en passende lavere værdi til distribution og udnyttelse. De kan også findes på vores mobile opladere.

andre typer omfatter strømtransformatorer, Distributionstransformatorer, Kernetransformatorer, enkelt-og trefasetransformatorer, indendørs og udendørs transformere. Du kan tjekke vores tidligere blog med fokus på transformatortyper og deres applikationer.

begrænsninger af en transformer:

det er også vigtigt at bemærke her, at en transformer kun vil fungere i AC. Dette skyldes, at en jævnstrøm (DC) vil producere et konstant magnetfelt i stedet for et skiftende magnetfelt, og derfor vil ingen emf blive induceret i sekundærviklingen.

et af Allumiaks seneste initiativer er et sponsorat til GeneralPAC-platformen, der giver vejledninger til beskyttelse af elsystemer, automatisering og kontrol. Her finder du videoserien af Transformers. I denne serie vil de gå over introduktionen til Delta-Transformatorforbindelsen, Introduktion til Transformatorforbindelse, Introduktion til Delta-Transformatorforbindelse og cirkulerende strøm og spændinger, åben fase tilstand i Transformatoranalyse, forskel mellem kerneform og skalform strømtransformator.

lad os vide, hvis du har spørgsmål vedrørende dette emne, og giv os din feedback i kommentarerne.

ansættelse af en professionel elektroingeniør til at gennemføre en Lysbueanalyse og Kortslutningsundersøgelse er en fantastisk måde at sikre sikkerheden for dit anlæg og medarbejdere mod uønskede hændelser.

er en af de førende udbydere af elsystem undersøgelser i nordvest. Vores uforlignelige tjenester og ekspertise fokuserer på at levere tilstrækkelig analyse af lysbue, forbigående stabilitet, belastningsstrøm, Snubber kredsløb, kortslutning, koordinering, jordnet, og strømkvalitet.

hvis du vil vide mere om Allumiac i detaljer, Følg os på Facebook, LinkedIn og Kvidre og hold dig opdateret med alle de seneste nyheder om elektroteknik.
Ring Til Os: (206) 552-8235