Tipuri de transformatoare

Un transformator este un dispozitiv electromagnetic static care conține două până la mai multe bobine situate pe un circuit magnetic comun și astfel conectate inductiv între ele. Acesta servește ca un transformator pentru a converti energia electrică din curent alternativ prin inducție electromagnetică fără a modifica frecvența curentului. Transformatoarele sunt utilizate atât pentru conversia tensiunii AC cât și izolare galvanică în diverse domenii ale ingineriei electrice și electronice.

Pentru dreptate, observăm că, în unele cazuri, transformatorul poate conține o singură înfășurare (autotransformator), iar miezul poate fi complet absent (transformator HF), dar majoritatea transformatoarelor au un miez (circuit magnetic) format din material feromagnetic magnetic moaleși două sau mai multe bobine de bandă izolată sau de sârmă acoperite de un flux magnetic comun, dar în primul rând. Să ne uităm la ce tipuri de transformatoare sunt, cum sunt aranjate și la ce sunt folosite.

Transformator de putere

Acest tip de transformatoare de joasă frecvență (50-60 Hz) este utilizat în rețelele electrice, precum și în instalațiile de recepție și conversie a energiei electrice. De ce se numește putere? Pentru că acest tip de transformator este folosit pentru a furniza și primi energie electrică de la și de la liniile electrice, unde tensiunea poate ajunge la 1150 kV.

În rețelele electrice urbane, tensiunea ajunge la 10 kV. Prin exact transformatoare puternice de joasă frecvență tensiunea scade și la 0,4 kV, 380/220 volți cerute de consumatori.

Din punct de vedere structural, un transformator de putere tipic poate conține două, trei sau mai multe înfășurări dispuse pe un miez de oțel electric blindat, cu unele dintre înfășurările de joasă tensiune alimentate în paralel (transformator cu înfășurare divizată).

Acest lucru este util pentru creșterea tensiunii primite de la mai multe generatoare simultan. De regulă, transformatorul de putere este plasat într-un rezervor cu ulei de transformator, iar în cazul specimenelor deosebit de puternice se adaugă un sistem de răcire activ.

La substații și centrale electrice sunt instalate transformatoare de putere trifazate cu o capacitate de până la 4000 kVA. Trifazate sunt mai frecvente, deoarece pierderile se obțin cu până la 15% mai puțin decât cu trei monofazate.

Transformator de rețea

În anii 1980 și 1990, transformatoarele de linie puteau fi găsite în aproape orice aparat electric. Cu ajutorul unui transformator de rețea (de obicei monofazat), tensiunea unei rețele de uz casnic de 220 volți cu o frecvență de 50 Hz este redusă la nivelul cerut de un aparat electric, de exemplu 5, 12, 24 sau 48 volți.

Transformatoarele de linie sunt adesea realizate cu mai multe înfășurări secundare, astfel încât mai multe surse de tensiune pot fi utilizate pentru a alimenta diferite părți ale circuitului. În special, transformatoarele TN (transformator incandescent) ar putea fi întotdeauna (și încă pot) fi găsite în circuitele în care sunt prezente tuburi radio.

Transformatoarele de linie moderne sunt construite pe miezuri în formă de W, în formă de tijă sau toroidale ale unui set de plăci electrice de oțel pe care sunt înfășurate bobinele. Forma toroidală a circuitului magnetic face posibilă obținerea unui transformator mai compact.

Dacă comparăm transformatoare cu aceeași putere totală a nucleelor ​​toroidale și în formă de W, toroidalul va ocupa mai puțin spațiu, în plus, suprafața circuitului magnetic toroidal este complet acoperită de înfășurări, nu există jug gol, așa cum este cazul cu nuclee blindate în formă de W sau în formă de tijă. Rețeaua electrică include, în special, transformatoare de sudură cu o putere de până la 6 kW. Transformatoarele de rețea sunt, desigur, clasificate ca transformatoare de joasă frecvență.

Autotransformator

Un tip de transformator de joasă frecvență este un autotransformator în care înfășurarea secundară face parte din primar sau primarul face parte din secundar. Adică, în autotransformator, înfășurările sunt conectate nu numai magnetic, ci și electric. Mai multe cabluri sunt realizate dintr-o bobină și vă permit să obțineți tensiuni diferite de la o singură bobină.

Principalul avantaj al autotransformatorului este costul său mai mic, deoarece se utilizează mai puțin fir pentru înfășurări, mai puțin oțel pentru miez și, ca urmare, greutatea este mai mică decât cea a unui transformator convențional.Dezavantajul este lipsa izolării galvanice a bobinelor.

Autotransformatoarele sunt utilizate în dispozitivele de control automat și sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în rețelele electrice de înaltă tensiune. Autotransformatoarele trifazate cu conexiune delta sau stea în rețelele electrice sunt la mare căutare astăzi.

Autotransformatoarele de putere sunt disponibile în capacități de până la sute de megawați. Autotransformatoarele sunt, de asemenea, folosite pentru a porni motoare puternice de curent alternativ. Autotransformatoarele sunt deosebit de utile pentru rapoarte de transformare scăzute.

Autotransformator de laborator

Un caz special al unui autotransformator este un autotransformator de laborator (LATR). Vă permite să reglați fără probleme tensiunea furnizată utilizatorului. Designul LATR este transformator toroidal cu o singură înfășurare care are o „pisă” neizolată de la tură la tură, adică este posibil să se conecteze la fiecare dintre spirele înfășurării. Contactul piesei este asigurat de o perie de cărbune glisantă care este controlată de un buton rotativ.

Deci, puteți obține tensiunea efectivă cu diferite mărimi pe sarcină. Unitățile tipice monofazate vă permit să acceptați tensiuni de la 0 la 250 de volți și trifazate - de la 0 la 450 de volți. LATR-urile cu putere de la 0,5 la 10 kW sunt foarte populare în laboratoare în scopul reglarii echipamentelor electrice.

Transformator de curent

Transformator de curent se numeste transformator a carui infasurare primara este conectata la o sursa de curent iar infasurarea secundara la dispozitive de protectie sau de masura care au rezistenta interna scazuta. Cel mai comun tip de transformator de curent este un transformator de curent de instrument.

Înfășurarea primară a transformatorului de curent (de obicei doar o tură, un fir) este conectată în serie în circuitul în care doriți să măsurați curentul alternativ. Se dovedește că curentul înfășurării secundare este proporțional cu curentul primarului, în timp ce înfășurarea secundară trebuie neapărat încărcată, deoarece, altfel, tensiunea înfășurării secundare poate fi suficient de mare pentru a rupe izolația. De asemenea, dacă înfășurarea secundară a TC se deschide, circuitul magnetic se va arde pur și simplu din cauza curenților necompensați induși.

Construcția transformatorului de curent este un miez din oțel electric laminat la rece siliciu laminat pe care sunt înfășurate una sau mai multe înfășurări secundare izolate. Înfășurarea primară este adesea pur și simplu o bară sau un fir cu un curent măsurat trecut prin fereastra circuitului magnetic (apropo, acest principiu este folosit de clemă metru).Caracteristica principală a unui transformator de curent este raportul de transformare, de exemplu 100/5 A.

Transformatoarele de curent sunt utilizate pe scară largă pentru măsurarea curentului și în circuitele de protecție a releelor. Sunt sigure deoarece circuitele măsurate și secundare sunt izolate galvanic unul de celălalt. De obicei, transformatoarele de curent industriale sunt fabricate cu două sau mai multe grupuri de înfășurări secundare, dintre care unul este conectat la dispozitive de protecție, celălalt la un dispozitiv de măsurare, cum ar fi contoarele.

Transformator de impulsuri

În aproape toate sursele moderne de alimentare de la rețea, în diverse invertoare, în mașini de sudură și în alte convertoare electrice de putere și putere redusă, se folosesc transformatoare de impulsuri.Astăzi, circuitele de impulsuri au înlocuit aproape complet transformatoarele grele de joasă frecvență cu miezuri de oțel laminat.

Un transformator de impuls tipic este un transformator cu miez de ferită. Forma miezului (circuitul magnetic) poate fi complet diferită: inel, tijă, cupă, în formă de W, în formă de U. Avantajul feritelor față de oțelul transformatorului este evident - transformatoarele pe bază de ferită pot funcționa la frecvențe de până la 500 kHz sau mai mult.

Deoarece transformatorul de impulsuri este un transformator de înaltă frecvență, dimensiunile sale sunt reduse semnificativ pe măsură ce frecvența crește. Este necesar mai puțin fir pentru înfășurări și curentul de câmp este suficient pentru a obține un curent de înaltă frecvență în bucla primară, IGBT sau un tranzistor bipolar, uneori mai multe, în funcție de topologia circuitului de alimentare cu impulsuri (forward — 1, push-pull — 2, half-bridge — 2, bridge — 4).

Pentru a fi corect, observăm că, dacă se utilizează un circuit de alimentare inversă, atunci transformatorul este în esență o bobine dublă, deoarece procesele de acumulare și eliberare a energiei electrice în circuitul secundar sunt separate în timp, adică nu continuă. simultan, prin urmare, cu circuitul de comandă cu flyback, este încă un șoc, dar nu un transformator.

Circuitele de impulsuri cu transformatoare și șocuri de ferită se găsesc peste tot astăzi, de la balasturi de lămpi de economisire a energiei și încărcătoare de diverse gadget-uri, la aparate de sudură și invertoare puternice.

Transformator de curent de impuls

Pentru a măsura mărimea și (sau) direcția curentului în circuitele de impuls, se folosesc adesea transformatoare de curent de impuls, care sunt un miez de ferită, adesea în formă de inel (toroidal), cu o singură înfășurare.Un fir este trecut prin inelul miezului, curentul în care urmează să fie examinat, iar bobina însăși este încărcată pe un rezistor.

De exemplu, inelul conține 1000 de spire de sârmă, atunci raportul dintre curenții primar (fir filet) și înfășurarea secundară va fi de 1000 la 1. Dacă înfășurarea inelului este încărcată pe un rezistor de o valoare cunoscută, atunci tensiunea măsurată pe ea va fi proporțională cu curentul bobinei, ceea ce înseamnă că curentul măsurat este de 1000 de ori curentul prin acest rezistor.

Industria produce transformatoare de curent de impuls cu diferite rapoarte de transformare. Proiectantul trebuie doar să conecteze un rezistor și un circuit de măsurare la un astfel de transformator. Dacă doriți să cunoașteți direcția curentului, nu magnitudinea acestuia, atunci înfășurarea transformatorului de curent este pur și simplu încărcată de două diode zener opuse.

Comunicarea între mașini electrice și transformatoare

Transformatoarele electrice sunt întotdeauna incluse în cursurile de mașini electrice studiate în toate specialitățile de electrotehnică ale instituțiilor de învățământ. În esență, un transformator electric nu este o mașină electrică, ci un aparat electric, deoarece nu există piese în mișcare, a căror prezență este o trăsătură caracteristică oricărei mașini ca tip de mecanism.Din acest motiv, cursurile menționate, în pentru a evita neînțelegerile, ar trebui să fie numite „cursuri de mașini electrice și transformatoare electrice”.

Includerea transformatoarelor în toate cursurile de mașini electrice are două motive.Una este de origine istorică: aceleași fabrici care au construit mașini electrice de curent alternativ au construit și transformatoare, deoarece simpla prezență a transformatoarelor a oferit mașinilor de curent alternativ un avantaj față de mașinile de curent continuu, ceea ce a dus în cele din urmă la predominarea lor în industrie. Și acum este imposibil să ne imaginăm o instalație mare de curent alternativ fără transformatoare.

Cu toate acestea, odată cu dezvoltarea producției de mașini și transformatoare de curent alternativ, a devenit necesară concentrarea producției de transformatoare în fabrici speciale de transformatoare. Faptul este că, datorită posibilității de transmitere a curentului alternativ folosind transformatoare pe distanțe lungi, creșterea tensiunii mai mari a transformatoarelor a fost mult mai rapidă decât creșterea tensiunii mașinilor electrice cu curent alternativ.

În stadiul actual de dezvoltare a mașinilor electrice cu curent alternativ, cea mai mare tensiune rațională pentru acestea este de 36 kV. În același timp, cea mai mare tensiune în transformatoarele electrice implementate efectiv a ajuns la 1150 kV. Asemenea tensiuni ridicate ale transformatorului și funcționarea lor pe liniile electrice aeriene expuse fulgerelor au condus la probleme foarte specifice ale transformatorului, care sunt străine de mașinile electrice.

Acest lucru a condus la producerea unor probleme tehnologice atât de diferite de problemele tehnologice ale ingineriei electrice, încât separarea transformatoarelor în producție independentă a devenit inevitabilă. Astfel, primul motiv — conexiunea industrială care făcea transformatoarele aproape de mașinile electrice — a dispărut.

Al doilea motiv este de natură fundamentală și constă în faptul că transformatoarele electrice utilizate în practică, precum și mașinile electrice, se bazează pe principiul inducției electromagnetice (legea lui Faraday), — rămâne o legătură de neclintit între ei. În același timp, pentru înțelegerea multor fenomene din mașinile cu curent alternativ, este absolut necesară cunoașterea proceselor fizice care au loc în transformatoare și, în plus, teoria unei clase mari de mașini cu curent alternativ poate fi redusă la teoria transformatoare, facilitând astfel considerația lor teoretică.

Prin urmare, în teoria mașinilor cu curent alternativ, teoria transformatoarelor ocupă un loc puternic, din care, însă, nu rezultă că transformatoarele pot fi numite mașini electrice. În plus, trebuie avut în vedere că transformatoarele au un proces diferit de stabilire a obiectivelor și de conversie a energiei decât mașinile electrice.

Scopul unei mașini electrice este de a transforma energia mecanică în energie electrică (generator) sau, invers, energia electrică în energie mecanică (motor), în timp ce într-un transformator avem de-a face cu conversia unui tip de energie electrică de curent alternativ în energie electrică alternativă. energie electrică curentă. curent de alt fel.