transformatorul – funcționarea, construcția, tipurile și utilizările sale

transformatoarele sunt dispozitive electrice care convertesc tensiunea la o valoare mai mare sau mai mică, menținând în mod ideal puterea constantă.

acestea sunt o parte integrantă a unui sistem electric și aplicarea lor poate fi observată în aproape toate domeniile ingineriei electrice, de la sistemele de energie electrică la aparatele de uz casnic obișnuite.

de ce avem nevoie de ele?

odată cu dezvoltarea surselor de curent alternativ, s-a născut și nevoia de transformatoare. În primele timpuri, transmisia de curent continuu a fost făcută în ceea ce privește pierderile mai mari și eficiența slabă. Odată cu inventarea transformatorului, această problemă este rezolvată și transmisia de curent alternativ a devenit proeminentă.

cu toate acestea, prin intensificarea tensiunilor de transmisie folosind un transformator, această problemă a fost rezolvată. O creștere a tensiunii este însoțită de o scădere a curentului pentru a menține puterea constantă într-un transformator.

și pierderile de putere fiind direct proporționale cu pătratul curentului, rezultă o scădere a curentului cu un factor de 10, reducând în consecință pierderile cu un factor de 100. Într-adevăr, fără transformatoare, nu am fi putut folosi energia electrică așa cum o folosim acum.

de aceea generăm energie electrică la tensiuni de până la 11 până la 25 kV și apoi intensificăm aceste tensiuni la 132.220 sau 500 kV pentru transmisie cu pierderi minime și apoi coborâm tensiunea pentru o utilizare rezidențială și comercială sigură.

construcția unui transformator:

un transformator constă în principal dintr-un miez, înfășurări și un rezervor, cu toate acestea, bucșele, respiratoarele, radiatoarele și conservatoarele sunt prezente și în unele transformatoare.

Core: un miez transformator este fabricat din fier moale sau oțel siliciu, care oferă o cale de reticență scăzută (liniile de câmp magnetic pot trece cu ușurință prin ele).

miezurile transformatorului sunt laminate pentru a reduce pierderile de curent turbionar, laminările au de obicei o grosime de 2,5 mm până la 5 mm și sunt izolate unele de altele și înfășurările printr-un strat de oxid, fosfat sau lac. Miezul este construit cu laminările în diferite forme, cum ar fi E, L, I, C și U.

în transformatoarele de tip coajă, miezul înconjoară sau acoperă înfășurările ca o coajă.

în transformatoarele de tip miez, înfășurările sunt înfășurate în jurul celor două membre sau dreptunghiuri ale miezului.

înfășurări:

un transformator monofazat cu 2 înfășurări are în general 2 înfășurări, înfășurări primare și secundare, care sunt fabricate din cupru catenar de înaltă calitate. Înfășurările sunt înfășurate în jurul miezului și nu au complet contact electric între ele.

pot fi numite și înfășurări de înaltă tensiune și respectiv de joasă tensiune, înfășurarea de înaltă tensiune având o izolație mai mare decât înfășurarea de joasă tensiune.

principiul de funcționare:

principiul de funcționare de bază al unui transformator este lucrarea de inducție reciprocă între înfășurările primare și secundare care sunt legate printr-un flux magnetic comun prin miezul transformatorului. Miezul oferă o cale de reticență scăzută pentru trecerea fluxului magnetic.

înfășurarea conectată la sursă poate fi considerată ca o înfășurare primară, iar curentul pe care îl transportă poate fi considerat a avea un câmp magnetic propriu.

acest câmp magnetic este creat de-a lungul miezului și schimbă direcțiile datorită curenților alternativi, iar acum conform legii lui Faraday a inducției electromagnetice:

“rata de schimbare a legăturii de flux în raport cu timpul este direct proporțională cu EMF indusă într-un conductor sau bobină”

această modificare a câmpului magnetic induce o tensiune pe bobina secundară care este proporțională cu numărul de rotații pe înfășurări. Acest lucru poate fi înțeles în continuare prin următoarea ecuație:

E = N D /DT

unde,

e = EMF Indus

n = numărul de rotații

d.

d. = modificarea fluxului

DT = Modificarea timpului

odată ce înfășurarea secundară este conectată la o sarcină, circuitul va fi finalizat și curentul va începe să curgă prin el.

raportul de viraje al transformatorului:

ambele înfășurări ale unui transformator, adică primar și secundar, au un număr specific de viraje. Raportul dintre numărul de viraje pe înfășurarea primară și numărul de viraje pe înfășurarea secundară este cunoscut sub numele de raportul de viraje.

transformator Ideal:

un transformator ideal este un transformator care oferă o putere de ieșire care este exact egală cu puterea de intrare. Aceasta înseamnă că nu are niciun fel de pierdere.

transformatoarele ideale nu există și sunt utilizate doar pentru a simplifica calculele transformatoarelor. Raportul lor de tensiune poate fi modelat prin aceste ecuații simple:

cum un transformator Ideal este diferit de un transformator Real?

în realitate, avem transformatoare care constau în unele pierderi de putere; prin urmare, puterea de ieșire nu este niciodată egală cu puterea de intrare a transformatorului.

transformatoarele reale au o anumită valoare a rezistenței la înfășurare, a fluxului de scurgere și au, de asemenea, pierderi de cupru și miez pe care le-am discutat aici.

Circuit Echivalent Transformator:

un circuit echivalent al unui transformator este o reprezentare simplificată a unui transformator cuprinzând rezistențele și reactanțele.

un circuit echivalent ne ajută în efectuarea calculelor transformatorului, deoarece analiza circuitului de bază poate fi aplicată Acum unui transformator.

citiți ultimul nostru articol pentru a afla mai multe despre circuitul echivalent.

eficiență:

eficiența transformatorului este raportul dintre puterea de ieșire a transformatorului și puterea de intrare.

este dat de

sau

unde

deoarece puterea de ieșire va întotdeauna mai mică decât puterea de intrare, eficiența transformatorului va fi întotdeauna între 0-100%, în timp ce un transformator ideal va avea o eficiență de 100%.

pentru a calcula eficiența transformatorului dintr-un circuit echivalent, adăugăm doar pierderile de cupru și pierderile de bază la ecuația de eficiență pentru a obține următoarea ecuație:

reglarea tensiunii:

de asemenea, este important să știm că, deoarece un transformator are impedanțe de serie în el, va avea și căderi de tensiune peste ele. Acest lucru va duce la variația tensiunii de ieșire cu sarcina variabilă, chiar dacă tensiunea de intrare este menținută constantă.

cantitatea care compară tensiunea de ieșire fără sarcină cu tensiunea de ieșire la sarcină maximă este cunoscută sub numele de reglare a tensiunii.

se poate calcula din următoarea ecuație:

unde

trebuie remarcat faptul că un transformator ideal va avea o reglare a tensiunii de 0%.

tipuri de transformatoare și aplicațiile lor

step-up transformer: aceste transformatoare cresc nivelul de tensiune mai mic pe partea primară la o valoare de tensiune mai mare pe partea secundară. În acest caz, înfășurarea secundară are un număr mai mare de rotații decât cea primară.

acestea sunt utilizate în principal în stațiile generatoare în care tensiunea generată de aproximativ 11 kV este intensificată până la 132 kV sau mai mult pentru transmisie

transformator pas cu pas: transformatoarele pas cu pas reduc tensiunea înaltă la partea primară la o valoare de tensiune mai mică pe partea secundară. În acest caz, înfășurarea primară are un număr mai mare de rotații.

transformatoarele pas cu pas sunt utilizate la stațiile de rețea pentru a reduce tensiunile de transmisie ridicate la o valoare mai mică adecvată pentru distribuție și utilizare. Ele pot fi găsite și pe încărcătoarele noastre mobile.

alte tipuri includ transformatoare de putere, transformatoare de distribuție, transformatoare de tip Core, transformatoare monofazate și trifazate, transformatoare interioare și exterioare. Puteți verifica blogul nostru anterior, concentrându-vă pe tipurile de transformatoare și aplicațiile acestora.

limitările unui transformator:

de asemenea, este important să rețineți aici că un transformator va funcționa numai în AC. Acest lucru se datorează faptului că un curent continuu (DC) va produce un câmp magnetic constant în loc de un câmp magnetic în schimbare și, prin urmare, nu va fi indus emf în înfășurarea secundară.

una dintre inițiativele recente ale AllumiaX este o sponsorizare corporativă pentru platforma GeneralPAC care oferă tutoriale pentru protecția, automatizarea și controlul sistemelor de alimentare. Aici, veți găsi seria video de transformatoare. În această serie vor trece peste introducerea conexiunii transformatorului Delta Wye, introducerea conexiunii transformatorului Wye Wye, introducerea conexiunii transformatorului Delta Wye și a curentului și tensiunilor circulante, starea fazei deschise în analiza transformatorului, diferența dintre forma de bază și forma carcasei transformator de putere.

anunțați-ne dacă aveți întrebări cu privire la acest subiect și furnizați-ne feedback-ul dvs. în comentarii.

angajarea unui inginer electric profesionist pentru a efectua o analiză a blițului cu Arc și un studiu de scurtcircuit este o modalitate excelentă de a asigura siguranța instalației dvs. și a lucrătorilor împotriva incidentelor nedorite.

AllumiaX, LLC este unul dintre cei mai importanti furnizori de studii de sistem de putere în nord-vest. Serviciile și expertiza noastră fără egal se concentrează pe furnizarea de analize adecvate asupra blițului Arc, stabilității tranzitorii, fluxului de sarcină, circuitului Snubber, scurtcircuitului, coordonării, rețelei la sol și calității energiei.

pentru a afla mai multe despre AllumiaX în detaliu, Urmați-ne pe Facebook, LinkedIn și Twitter și rămâneți la curent cu cele mai recente știri privind ingineria electrică.
Sunați-Ne: (206) 552-8235