transformator-dess arbete, konstruktion, typer och användningsområden
transformatorer är elektriska enheter som omvandlar spänningen till ett högre eller lägre värde samtidigt som effekten hålls konstant.
de är en integrerad del av ett elsystem och deras tillämpning kan observeras inom nästan alla områden inom elektroteknik, allt från elektriska kraftsystem till vanliga hushållsapparater.
Varför behöver vi dem?
med utvecklingen av VÄXELSTRÖMSKÄLLOR föddes också behovet av transformatorer. I de tidiga tiderna gjordes LIKSTRÖMSÖVERFÖRING i det resulterande i större förluster och dålig effektivitet. Med transformatorns uppfinning löses denna fråga och växelströmsöverföring blev framträdande.
men genom att öka överföringsspänningarna med en transformator löstes detta problem. En ökning av spänningen åtföljs av en minskning av strömmen för att hålla effekten konstant i en transformator.
och med effektförluster som är direkt proportionella mot kvadraten av strömmen, resulterar i en minskning av strömmen med en faktor 10, vilket minskar förlusterna med en faktor 100. Utan transformatorer skulle vi faktiskt inte ha kunnat använda elkraft som vi använder den nu.
det är därför vi genererar el vid spänningar upp till 11 till 25 kV och ökar sedan dessa spänningar till 132,220 eller 500 kV för överföring med minimala förluster och sedan sänker vi senare spänningen för säker bostads-och kommersiell användning.
konstruktion av en transformator:
en transformator består huvudsakligen av en kärna, lindningar och en tank, men bussningar, andningsapparater, radiatorer och konservatorer finns också i vissa transformatorer.
kärna: en transformatorkärna är tillverkad av mjukt järn eller kiselstål som ger en låg reluktansväg (magnetfältlinjer kan lätt passera genom dem).
Transformatorkärnor lamineras för att minska virvelströmförluster, lamineringarna är vanligtvis 2,5 mm till 5 mm tjocka och isoleras från varandra och lindningarna genom en beläggning av oxid, fosfat eller lack. Kärnan är konstruerad med lamineringarna i olika former som E, L, i, C och U.
i transformatorer av skaltyp omger eller täcker kärnan lindningarna som ett skal.
i transformatorer av kärntyp lindas lindningarna runt kärnans två lemmar eller rektanglar.
lindningar:
en enfas 2 lindningstransformator har i allmänhet 2 lindningar, primära och sekundära lindningar, som är gjorda av högkvalitativ strängad koppar. Lindningarna är lindade runt kärnan och har helt ingen elektrisk kontakt med varandra.
de kan också kallas högspännings-respektive Lågspänningslindningar, med högspänningslindningen som har större isolering än lågspänningslindningen.
arbetssätt:
den grundläggande driftsprincipen för en transformator är arbetet med ömsesidig induktion mellan de primära och sekundära lindningarna som är kopplade av ett gemensamt magnetiskt flöde genom transformatorkärnan. Kärnan ger en väg med låg motvilja för magnetflödet att passera igenom.
lindningen ansluten till källan kan betraktas som en primärlindning och strömmen som den bär kan anses ha ett eget magnetfält.
detta magnetfält skapas över kärnan och ändrar riktningar på grund av växelströmmar, och nu enligt Faradays lag om elektromagnetisk induktion:
“förändringshastigheten för flödeslänk med avseende på tid är direkt proportionell mot EMF inducerad i en ledare eller spole”
denna förändring i magnetfältet inducerar en spänning på sekundärspolen som är proportionell mot antalet varv på lindningarna. Detta kan förstås ytterligare med följande ekvation:
E = n d 28 /dt
där,
e = inducerad EMF
N = antalet varv
d*******************************************, kretsen kommer att slutföras och strömmen börjar strömma genom den.
Transformatorvarvförhållande:
båda lindningarna på en transformator dvs primär och sekundär har ett visst antal varv. Förhållandet mellan antalet varv på primärlindningen och antalet varv på sekundärlindningen kallas varvförhållandet.
Ideal transformator:
en ideal transformator är en transformator som ger en effekt som är exakt lika med effektingången. Det betyder att det inte har någon typ av förlust.
ideala transformatorer existerar inte och används endast för att förenkla transformatorberäkningar. Deras spänningsförhållande kan modelleras av dessa enkla ekvationer:
hur en Ideal transformator skiljer sig från en riktig transformator?
i själva verket har vi transformatorer som består av vissa effektförluster; därför är uteffekten aldrig lika med transformatorns ingångseffekt.
verkliga transformatorer har ett visst värde av lindningsmotstånd, läckageflöde och har också koppar-och kärnförluster som vi diskuterade här.
Transformator Ekvivalent Krets:
en ekvivalent krets av en transformator är en förenklad representation av en transformator innefattande av resistanser och reaktanser.
en ekvivalent krets hjälper oss att utföra transformatorberäkningar eftersom grundläggande kretsanalys nu kan tillämpas på en transformator.
läs vår senaste artikel för att lära dig mer om motsvarande krets.
effektivitet:
transformatorns effektivitet är förhållandet mellan transformatorns uteffekt och ingångseffekten.
det ges av
eller
där
eftersom uteffekten kommer att alltid vara mindre än ingångseffekten, transformatorns effektivitet kommer alltid att ligga mellan 0-100% medan en idealisk transformator kommer att ha en effektivitet på 100%.
för att beräkna transformatorns effektivitet från en ekvivalent krets lägger vi bara till kopparförlusterna och kärnförlusterna i effektivitetsekvationen för att få följande ekvation:
spänningsreglering:
det är också viktigt att veta att eftersom en transformator har serieimpedanser inom den, kommer den också att ha spänningsfall över dem. Detta kommer att resultera i varierande utspänning med varierande belastning även om ingångsspänningen hålls konstant.
den mängd som jämför utspänningen vid ingen belastning med utspänningen vid full belastning kallas spänningsreglering.
det kan beräknas från följande ekvation:
där
det bör noteras att en idealisk transformator kommer att ha en spänningsreglering på 0%.
Transformatortyper och deras tillämpningar
Uppstartstransformator: dessa transformatorer ökar den lägre spänningsnivån på primärsidan till ett högre spänningsvärde på sekundärsidan. I detta fall har sekundärlindningen ett större antal varv än den primära.
dessa används främst i genereringsstationer där den genererade spänningen på cirka 11 kV ökas till 132 kV eller mer för överföring
nedtransformator: nedtransformatorer minskar högspänningen vid primärsidan till ett lägre spänningsvärde på sekundärsidan. I detta fall har primärlindningen ett större antal varv.
Nedgångstransformatorer används vid nätstationer för att minska de höga överföringsspänningarna till ett lämpligt lägre värde för distribution och utnyttjande. De finns också på våra mobilladdare.
andra typer inkluderar krafttransformatorer, distributionstransformatorer, kärntypstransformatorer, en-och trefasstransformatorer, inomhus-och utomhustransformatorer. Du kan kolla vår tidigare blogg med fokus på transformatortyper och deras applikationer.
begränsningar av en transformator:
det är också viktigt att notera här att en transformator endast fungerar i AC. Detta beror på att en likström (DC) kommer att producera ett konstant magnetfält istället för ett föränderligt magnetfält och därför kommer ingen emf att induceras i sekundärlindningen.
en av AllumiaX senaste initiativ är ett företags sponsring för GeneralPAC plattform som ger handledning för kraftsystem skydd, automation och kontroller. Här hittar du videoserien Transformers. I denna serie kommer de att gå över introduktionen till Delta Wye-Transformatoranslutningen, introduktion till Wye Wye-Transformatoranslutning, introduktion till Delta Wye-Transformatoranslutning och Cirkulationsström och spänningar, Öppet Fasförhållande i Transformatoranalys, skillnad mellan kärnform och skalform krafttransformator.
Låt oss veta om du har några frågor angående detta ämne och ge oss din feedback i kommentarerna.
att anställa en professionell elingenjör för att genomföra en Arc Flash-analys och Kortslutningsstudie är ett utmärkt sätt att säkerställa säkerheten för din anläggning och arbetare mot oönskade incidenter.
AllumiaX, LLC är en av de ledande leverantörerna av Kraftsystemstudier i nordväst. Våra oöverträffade tjänster och expertis fokuserar på att tillhandahålla adekvat analys av Bågblixt, övergående stabilitet, Lastflöde, Snubberkrets, kortslutning, samordning, jordnät och elkvalitet.
för att lära dig mer om AllumiaX i detalj, Följ oss på Facebook, LinkedIn och Twitter och håll dig uppdaterad med de senaste nyheterna om elektroteknik.
Ring Oss: (206) 552-8235
