Typer av transformatorer

En transformator är en statisk elektromagnetisk anordning som innehåller två till flera spolar placerade på en gemensam magnetisk krets och därmed induktivt anslutna till varandra. Den fungerar som en transformator för att omvandla elektrisk energi från växelström med hjälp av elektromagnetisk induktion utan att ändra strömfrekvensen. Transformatorer används för både AC-spänningsomvandling och galvanisk isolering inom olika områden inom el- och elektronikteknik.

I rättvisans namn noterar vi att transformatorn i vissa fall bara kan innehålla en lindning (autotransformator), och kärnan kan vara helt frånvarande (HF — transformator), men de flesta av transformatorerna har en kärna (magnetisk krets) gjord av mjukt magnetiskt ferromagnetiskt material, och två eller flera isolerade tejp eller trådspolar täckta av ett vanligt magnetiskt flöde, men först i första hand. Låt oss titta på vilka typer av transformatorer det är, hur de är ordnade och vad de används till.

Krafttransformator

Denna typ av lågfrekventa (50-60 Hz) transformatorer används i elektriska nätverk, såväl som i installationer för att ta emot och omvandla elektrisk energi. Varför kallas det makt? För det är den här typen av transformatorer som används för att leverera och ta emot el från och från kraftledningar, där spänningen kan nå 1150 kV.

I stadsnät når spänningen 10 kV. Genom exakt kraftfulla lågfrekventa transformatorer spänningen sjunker också till de 0,4 kV, 380/220 volt som konsumenterna kräver.

Strukturellt sett kan en typisk krafttransformator innehålla två, tre eller flera lindningar anordnade på en bepansrad elektrisk stålkärna, med några av lågspänningslindningarna matade parallellt (delad lindningstransformator).

Detta är användbart för att öka spänningen som tas emot från flera generatorer samtidigt. Som regel placeras krafttransformatorn i en tank med transformatorolja, och vid särskilt kraftfulla exemplar tillkommer ett aktivt kylsystem.

Trefas krafttransformatorer med en kapacitet på upp till 4000 kVA installeras vid transformatorstationer och kraftverk. Trefas är vanligare, eftersom förluster erhålls upp till 15 % mindre än med tre enfas.

Nättransformator

På 1980- och 1990-talen fanns linjetransformatorer i nästan alla elektriska apparater. Med hjälp av en nättransformator (vanligtvis enfas) reduceras spänningen i ett 220 volts hushållsnät med en frekvens på 50 Hz till den nivå som krävs av en elektrisk apparat, till exempel 5, 12, 24 eller 48 volt.

Linjetransformatorer är ofta gjorda med flera sekundära lindningar så att flera spänningskällor kan användas för att driva olika delar av kretsen. I synnerhet kan TN-transformatorer (glödlampstransformatorer) alltid (och kan fortfarande) hittas i kretsar där radiorör finns.

Moderna linjetransformatorer är konstruerade på W-formade, stavformade eller toroidformade kärnor av en uppsättning elektriska stålplåtar på vilka spolarna är lindade. Magnetkretsens toroidform gör det möjligt att få en mer kompakt transformator.

Om vi ​​jämför transformatorer med samma totala effekt av toroidformade och W-formade kärnor, kommer toroidformen att ta mindre plats, dessutom är ytan på den toroidformade magnetiska kretsen helt täckt av lindningarna, det finns inget tomt ok, som är fallet med bepansrade W-formade eller stavliknande kärnor. Det elektriska nätverket inkluderar i synnerhet svetstransformatorer med en effekt på upp till 6 kW. Nättransformatorer klassas naturligtvis som lågfrekventa transformatorer.

Autotransformator

En typ av lågfrekvent transformator är en autotransformator där sekundärlindningen är en del av den primära eller den primära är en del av den sekundära. Det vill säga i autotransformatorn är lindningarna anslutna inte bara magnetiskt utan också elektriskt. Flera kablar är gjorda av en spole och gör att du kan få olika spänningar från bara en spole.

Den största fördelen med autotransformatorn är dess lägre kostnad, eftersom mindre tråd används för lindningarna, mindre stål för kärnan, och som ett resultat är vikten mindre än den för en konventionell transformator.Nackdelen är avsaknaden av galvanisk isolering av spolarna.

Autotransformatorer används i automatiska styrenheter och används också i stor utsträckning i högspänningsnät. Trefas autotransformatorer med delta- eller stjärnanslutning i elnät är mycket efterfrågade idag.

Effektautotransformatorer finns tillgängliga i kapaciteter upp till hundratals megawatt. Autotransformatorer används också för att starta kraftfulla AC-motorer. Autotransformatorer är särskilt användbara för låga transformationsförhållanden.

Laboratorie autotransformator

Ett specialfall av en autotransformator är en laboratorieautotransformator (LATR). Det låter dig smidigt justera spänningen som tillförs användaren. LATR-designen är ringkärltransformator med en enda lindning som har ett oisolerat "spår" från sväng till sväng, det vill säga det är möjligt att ansluta till var och en av lindningens varv. Spårkontakt tillhandahålls av en glidande kolborste som styrs av en vridknapp.

Så du kan få den effektiva spänningen med olika storlek på lasten. Typiska enfasenheter låter dig acceptera spänningar från 0 till 250 volt och trefas - från 0 till 450 volt. LATR:er med effekt från 0,5 till 10 kW är mycket populära i laboratorier för att trimma elektrisk utrustning.

Strömtransformator

Strömtransformator kallas en transformator vars primärlindning är ansluten till en strömkälla och sekundärlindningen till skydds- eller mätanordningar som har lågt inre motstånd. Den vanligaste typen av strömtransformator är en instrumentströmtransformator.

Strömtransformatorns primärlindning (vanligtvis bara ett varv, en tråd) är seriekopplad i den krets där du vill mäta växelströmmen. Det visar sig att sekundärlindningens ström är proportionell mot primärlindningens ström, medan sekundärlindningen nödvändigtvis måste belastas, eftersom sekundärlindningens spänning annars kan vara tillräckligt hög för att bryta isoleringen. Om CT:ns sekundära lindning öppnas, kommer den magnetiska kretsen helt enkelt att brinna ut från de inducerade okompenserade strömmarna.

Strömtransformatorns konstruktion är en kärna av laminerat kisel kallvalsat elstål på vilken en eller flera isolerade sekundärlindningar är lindade. Den primära lindningen är ofta helt enkelt en samlingsskena eller tråd med en uppmätt ström som passerar genom magnetkretsens fönster (förresten, denna princip används av klämmätare).Det huvudsakliga kännetecknet för en strömtransformator är transformationsförhållandet, till exempel 100/5 A.

Strömtransformatorer används ofta för strömmätning och i reläskyddskretsar. De är säkra eftersom de uppmätta och sekundära kretsarna är galvaniskt isolerade från varandra. Vanligtvis tillverkas industriella strömtransformatorer med två eller flera grupper av sekundärlindningar, varav en är ansluten till skyddsanordningar, den andra till en mätanordning, såsom mätare.

Pulstransformator

I nästan alla moderna nätaggregat, i olika växelriktare, i svetsmaskiner och i andra kraft- och lågeffektomvandlare används pulstransformatorer.Idag har pulskretsar nästan helt ersatt tunga lågfrekventa transformatorer med laminerade stålkärnor.

En typisk pulstransformator är en ferritkärntransformator. Formen på kärnan (magnetisk krets) kan vara helt annorlunda: ring, stav, kopp, W-formad, U-formad. Fördelen med ferriter framför transformatorstål är uppenbar - ferritbaserade transformatorer kan arbeta vid frekvenser upp till 500 kHz eller mer.

Eftersom pulstransformatorn är en högfrekvent transformator, reduceras dess dimensioner avsevärt när frekvensen ökar. Mindre tråd krävs för lindningarna och fältströmmen är tillräcklig för att få en högfrekvent ström i primärslingan, IGBT eller en bipolär transistor, ibland flera, beroende på topologin hos den pulsade strömförsörjningskretsen (framåt — 1, push-pull — 2, halvbrygga — 2, brygga — 4).

För att vara rättvis noterar vi att om en omvänd strömförsörjningskrets används, är transformatorn i huvudsak en dubbeldrossel, eftersom processerna för ackumulering och frisättning av elektricitet i sekundärkretsen separeras i tid, det vill säga de fortsätter inte Samtidigt är det därför med flygbackstyrkrets fortfarande en choke men inte en transformator.

Pulskretsar med transformatorer och ferritdrossel finns idag överallt, från förkopplingsdon av energisnåla lampor och laddare av olika prylar, till svetsmaskiner och kraftfulla växelriktare.

Pulsströmtransformator

För att mäta strömmens storlek och (eller) riktning i impulskretsar används ofta impulsströmtransformatorer, som är en ferritkärna, ofta ringformad (toroidal), med en lindning.En tråd förs genom kärnans ring, strömmen i vilken ska undersökas, och själva spolen laddas på ett motstånd.

Till exempel innehåller ringen 1000 varv tråd, då kommer förhållandet mellan strömmarna för den primära (gängade ledningen) och sekundärlindningen att vara 1000 till 1. Om ringens lindning belastas på ett motstånd med ett känt värde, då blir spänningen mätt över den proportionell mot spolens ström, vilket betyder att den uppmätta strömmen är 1000 gånger strömmen genom detta motstånd.

Industrin tillverkar impulsströmtransformatorer med olika transformationsförhållanden. Konstruktören behöver bara ansluta ett motstånd och en mätkrets till en sådan transformator. Om du vill veta strömmens riktning, inte dess storlek, laddas strömtransformatorns lindning helt enkelt av två motsatta zenerdioder.

Kommunikation mellan elektriska maskiner och transformatorer

Elektriska transformatorer ingår alltid i de elektriska maskinkurser som studeras i alla elektrotekniska specialiteter vid utbildningsinstitutioner. I huvudsak är en elektrisk transformator inte en elektrisk maskin, utan en elektrisk apparat, eftersom det inte finns några rörliga delar, vars närvaro är ett karakteristiskt kännetecken för vilken maskin som helst som en typ av mekanism. Av denna anledning, de nämnda kurserna, i för att undvika missförstånd, bör kallas "elektriska maskiner och elektriska transformatorkurser".

Införandet av transformatorer i alla kurser i elektriska maskiner är av två skäl.Den ena är av historiskt ursprung: samma fabriker som byggde AC-elektriska maskiner byggde också transformatorer, eftersom bara närvaron av transformatorer gav AC-maskiner en fördel jämfört med DC-maskiner, vilket i slutändan ledde till deras dominans i branschen. Och nu är det omöjligt att föreställa sig en stor AC-installation utan transformatorer.

Men med utvecklingen av produktionen av växelströmsmaskiner och transformatorer blev det nödvändigt att koncentrera produktionen av transformatorer till speciella transformatorfabriker. Faktum är att på grund av möjligheten att överföra växelström med hjälp av transformatorer över långa avstånd, var ökningen av den högre spänningen hos transformatorer mycket snabbare än ökningen av spänningen hos elektriska växelströmsmaskiner.

I det nuvarande utvecklingsstadiet av elektriska växelströmsmaskiner är den högsta rationella spänningen för dem 36 kV. Samtidigt nådde den högsta spänningen i faktiskt implementerade elektriska transformatorer 1150 kV. Så höga transformatorspänningar och deras drift på luftledningar utsatta för blixtnedslag har lett till mycket specifika transformatorproblem som är främmande för elektriska maskiner.

Detta ledde till produktionen av tekniska problem så olika från de tekniska problemen inom elektroteknik att separationen av transformatorer till oberoende produktion blev oundviklig. Därmed försvann den första orsaken - den industriella kopplingen som gjorde transformatorer nära elektriska maskiner.

Det andra skälet är av grundläggande karaktär och består i att de i praktiken använda elektriska transformatorerna, liksom de elektriska maskinerna, bygger på principen om elektromagnetisk induktion (Faradays lag), — förblir ett orubbligt band mellan dem. Samtidigt, för att förstå många fenomen i växelströmsmaskiner, är kunskap om de fysiska processer som sker i transformatorer absolut nödvändig, och dessutom kan teorin om en stor klass av växelströmsmaskiner reduceras till teorin om transformatorer, för att på så sätt underlätta deras teoretiska övervägande.

I teorin om växelströmsmaskiner intar därför teorin om transformatorer en stark plats, varav det dock inte följer att transformatorer kan kallas elektriska maskiner. Dessutom bör man komma ihåg att transformatorer har en annan målsättning och energiomvandlingsprocess än elektriska maskiner.

Syftet med en elektrisk maskin är att omvandla mekanisk energi till elektrisk energi (generator) eller, omvänt, elektrisk energi till mekanisk energi (motor), medan vi i en transformator har att göra med omvandlingen av en typ av elektrisk växelströmsenergi till växelström nuvarande elektrisk energi. ström av ett annat slag.